Расчет свайного фундамента

Время чтения: 15 минут Интересно, но нет времени читать?

Отправка на почту статьи


Нажимая кнопку "Получить", я подтверждаю свою дееспособность и даю согласие на обработку своих персональных данных в соответствии с условиями



Нередко заказчики, самостоятельно производя предварительный расчет свайного фундамента, допускают целый ряд довольно серьезных ошибок.

Вот те ошибки, которые чаще всего встречаются в самостоятельно разработанных проектах фундаментов из винтовых свай:

  • игнорирование особенностей строения (неумение верно определить, где будут сосредоточены основные нагрузки, а где – второстепенные);

  • неумение верно посчитать нагрузки (как правило, в расчет берется только вес самого строения);

  • игнорирование грунтовых условий на участке строительства, в том числе степени их коррозионной агрессивности.

Кроме того, в некоторых случаях неточности в расчетах могут быть связаны с неверным учетом ландшафта участка (к примеру, оказывается не соблюдена минимальная высота цоколя).

В результате заказчики неверно оценивают несущую способность конструкции, а также степень воздействия окружающей среды на фундамент, что достаточно часто приводит к просадке винтовых свай, ускоренному развитию коррозионных и гнилостных процессов.

В связи с этим и был разработан данный материал, призванный помочь заказчикам на этапе самостоятельного определения типоразмеров и количества винтовых свай для будущего фундамента. Приведенный расчет является с одной стороны условным, так как в нем используются усредненные показатели, которые могут меняться в зависимости от типа строения и региона строительства. С другой стороны он является и универсальным, так как основан на наиболее типовых решениях и данных, а, кроме того, позволяет разобраться в самой схеме расчетов и понять, какие аспекты должны быть обязательно учтены на данном этапе.

Материал ориентирован исключительно на сферу индивидуального жилищного строительства и не учитывает особенности проектирования различных сложных объектов.

В первую очередь для расчета фундамента необходимо произвести сбор всех нагрузок, которые будут воздействовать на него, и которые можно разделить на постоянные Pd и временные (длительные Pl, кратковременные Pt, особые Ps).

К постоянным нагрузкам относят вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций.

К длительным Pl нагрузкам относят вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование, вес стационарного оборудования, заполняющих его жидкостей и твердых тел и некоторые другие.  

К кратковременным Pt нагрузкам относятся нагрузки от людей (животных, оборудования) на перекрытия, нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, нагрузки от транспортных средств и климатические (снеговая, ветровая и т.д.).

К особым Ps нагрузкам относят сейсмическое воздействие, взрывное воздействие, нагрузки, обусловленные пожаром, нагрузки от столкновения транспортных средств с частями сооружения, а также воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта.

Так как данный расчет является, как мы уже говорили ранее, достаточно условным, а также ориентирован на сферу индивидуального жилищного строительства, в нем будут учтены не все виды воздействий, а лишь те, которые наиболее актуальны для ИЖС и имеют принципиальное значение при расчете фундамента из винтовых свай.

Для расчета веса строения необходимо знать удельный вес материалов, которые будут использованы при его возведении, а также их предполагаемые объемы. Данная процедура в основном элементарна и не требует каких-то специальных знаний и навыков. Более того, в некоторых случаях достаточно просто запросить необходимые данные у поставщика стройматериалов.

дом,6х9,каркасно-щитовой.jpg

Мы при выполнении расчетов будем ориентироваться на справочные данные с усредненными значениями удельного веса конструкций дома (стен, перекрытий, кровли), приведенные в таблице 1.

Удельный вес 1 м2 стены

Каркасные стены толщиной 200 мм с утеплителем    

40-70 кг/м2

Стены из бревен и бруса   

70-100 кг/м2

Кирпичные стены толщиной 150 мм   

200-270 кг/м2

Железобетон толщиной 150 мм   

300-350 кг/м2

Удельный вес 1 м2 перекрытий

Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м3    

70-100 кг/м2

Чердачное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м3   

150-200 кг/м2

Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м3   

100-150 кг/м2

Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м3   

200-300 кг/м2

Железобетонное   

500 кг/м2

Удельный вес 1 м2 кровли

Кровля из листовой стали    

20-30 кг/м2

Рубероидное покрытие    

30-50 кг/м2

Кровля из шифера   

40-50 кг/м2

Кровля из гончарное черепицы

60-80 кг/м2

Таблица 1. Справочные данные с усредненными значениями удельного веса конструкций дома: стен, перекрытий, кровли.

Также при самостоятельном выполнении расчетов не следует забывать, что согласно п. 4.2. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» расчетное значение нагрузки следует определять, как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке (γf) для веса строительных конструкций, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию:

Конструкции сооружений и вид грунтов

Коэффициент надежности по нагрузке γf

Конструкции

Металлические, за исключением случаев, указанных в 2.3*

Бетонные (со средней плотностью свыше 1600 кг/м ), железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные

Бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м и менее), изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки, стяжки и т.п.), выполняемые:

в заводских условиях

на строительной площадке

1,05

 

1,1

 

 

 

 

1,2

1,3

Таблица 2. Таб. 7.1 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»

Выполним необходимые расчеты на примере каркасно-щитового дома 6х9 с мансардой.

Для того, чтобы посчитать вес от стен дома необходимо вычислить их периметр. Периметр наружных стен + внутренние стены: Р=47 м, среднюю высоту стен примем h=4,5 м. Тогда вес от конструкции стен будет равен: Р х h х удельный вес материала стен.

47 м х 4,5 м х 70кг/м2 = 14 805кг=14,8 т.

Далее посчитаем вес крыши. Принимаем, что вес крыши (деревянная стропильная система с покрытием из металлочерепицы) равен 40 кг/ м2 (суммарный вес металлочерепицы, обрешетки, стропилы). Тогда вес крыши будет равен: S крыши х удельный вес 1 м2

92 м2 х 40 кг/м2 = 3 680кг=3,7 т.

Также необходимо посчитать вес от перекрытий. Принимаем, что вес деревянного пола вместе с утеплителем будет равен 100 кг/м2. Тогда вес от перекрытий будет равен: S перекрытия*удельный вес*количество.

54 м2 х 0,1 т/м2 х 2 = 10,8 т.

После того как выполнены все необходимые расчеты, полученный вес сооружения необходимо умножить на коэффициент надежности по нагрузке, о котором мы говорили ранее (в расчете для каркасно-щитового дома коэффициент принимаем равным 1,1 – для деревянных конструкций):

29,3 т х 1,1 = 32,2 т

Таким образом, нагрузка от самого здания составит 32,2 т. Этот вес принят условно, без вычета дверных и оконных проемов.

Нельзя забывать и про нагрузки на перекрытия, то есть вес людей, животных, мебели, оборудования. Так как точно определить значение данного показателя на этапе проектирования и строительства не представляется возможным, к весу конструкции перекрытия добавляется нормативное значение равномерно распределенной нагрузки – Рt (Таблица 8.3 СП 20.13330.2011), действующей на 1 м2.

дом,6х9,планировка.jpg

Например, для жилых зданий эта нагрузка равна 1,5 кПа (150 кг/м2). В результате при расчете нагрузок на фундамент каркасно-щитового дома 6х9 с мансардой получаем:

Sперекрытия х150 кг/м2 х количество перекрытий

Нагрузки от людей (животных, мебели, оборудования) на перекрытия = 54 м2 х 150 кг/м2 х 2 = 16 200 кг =16,2 т.

Для расчета климатических нагрузок (ветровые, снеговые и т.д.), действующих на фундамент, в соответствии с п.10 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» необходимо учитывать снеговой район (вес снегового покрова на 1 м2), а также конструктив покрытия здания (чем больше его уклон, тем ниже снеговая нагрузка).

Учет района строительства при расчете снеговой нагрузки имеет принципиальное значение, так как, например, вес снегового покрова довольно сильно отличается для разных регионов. Так для центральной части Российской Федерации он составляет 180 кгс/м2 (где кгс – килограмм-сила, равный силе, которая сообщает покоящейся массе, равной массе международного прототипа килограмма, ускорение, равное нормальному ускорению свободного падения), для значительной части Поволжья – 320 кгс/м2, а для отдельных районов Сибири – уже 400 кгс/м2, что, разумеется, отразится на результатах расчетов.

sneg 2.png

Рис 1. Карта снеговых районов Российской Федерации

Sкрыши х Расчетный вес снегового покрова х коэффициент уклона покрытия (принимаем равным 0,7 – для наиболее типовых покрытий с уклоном от 30° до 45°)

В результате для Центральной России получаем:

92 м2 х 0,18 т/м2 х 0,7 = 11,6 т

Для районов Поволжья:

92 м2 х 0,32 т/м2 х 0,7 = 20,6 т

Для районов Сибири:

92 м2 х 0,4 т/м2 х 0,7 = 25,8 т

Велика вероятность, что при расчете ветровой нагрузки Вы получите отрицательное значение. Это будет означать, что вес надземной конструкции не только не увеличился, но и, напротив, сократился. Именно поэтому в определенных ситуациях данным показателем можно пренебречь.

В то же время, если речь идет о расчете ветровой нагрузки на легкие сооружения, тем более характеризующиеся большой «парусностью», тот же показатель уже будет иметь принципиальное значение, так как Вам необходимо будет четко понимать, как увеличатся в этом случае выдергивающие и горизонтальные нагрузки на винтовые сваи.

Самостоятельно рассчитать ветровую нагрузку можно, используя формулы и таблицы, приведенные ниже.

Так, нормативное значение ветровой нагрузки Wн находится по формуле:

Wн =0,7 W×k(z)×c

где W — расчетное значение ветрового давления, определяемое по картам приложения к СП 20.13330.2011 или по рисунку 1 (значения указаны с коэффициентом 0,7 и без него);

k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяется по таблице 3;

c — аэродинамический коэффициент, учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того с какой стороны находится скат по отношению к ветру, с подветренной или наветренной стороны.

vetrovaya-nagruzka-2.jpg

Рис 2. Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению давления ветра (расчетное значение ветрового давления w)

Высота z, м

А

Б

В

не более 5

0,75

0,5

0,4

10

1,0

0,65

0,4

20

1,25

0,85

0,55

Типы местности:
А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
Б – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
В – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м

Таблица 3. Коэффициент k(z) для типов местности

При ветре в скат крыши

уклон а

F

G

H

I

J

15°

-0,9

-0,8

-0,3

-0,4

-1,0

0,2

0,2

0,2

30°

-0,5

-0,5

-0,2

-0,4

-0,5

0,7

0,7

0,4

45°

0,7

0,7

0,6

-0,2

-0,3

60°

0,7

0,7

0,7

-0,2

-0,3

75°

0,8

0,8

0,8

-0,2

-0,3

При ветре во фронтон

уклон а

F

G

H

I

-1,8

-1,3

-0,7

-0,5

60°

-1,3

-1,3

-0,6

-0,5

75°

-1,1

-1,4

-0,8

-0,5

45°

-1,1

-1,4

-0,9

-0,5

60°

-1,1

-1,2

-0,8

-0,5

75°

-1,1

-1,2

-0,8

-0,5

Таблица 4. Коэффициент (с) для двухскатных покрытий при ветре в скат и во фронтон

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке gt следует принимать равным 1,4.

Преобладающие ветра направлены во фронтон крыши, отсюда аэродинамический показатель для крыши с наклоном ά = 45 равен C = -1,4;
Кровля расположена на высоте 10 метров, то есть коэффициент равен 0,65 (городские территории).

Находим нормативное значение ветровой нагрузки:

Wн =0,7 х 23 кгс/м2×0,65 х (-1,4) = -14,65 кгс/м2 (знак «-» указывает на усилие, стремящиеся оторвать кровлю от всего здания).

Общее усилие на кровлю составит: 92 х (-14,65 кгс/м2) = - 1 348кгс=-1,35 т.

Сбор нагрузок

Для того, чтобы посчитать нагрузки от здания в целом необходимо суммировать все полученные данные. Только осуществив сбор всех вышеперечисленных нагрузок Вы сможете получить максимально точное представление о воздействии на фундамент.

Итого суммарная нагрузка на фундамент: 32,2т + 16,2т. + 21,5 т. + (-1,35т) = 68,55т.

Следующий этап, которым также нередко пренебрегают, – определение грунтовых условий на участке предполагаемого строительства. Данный этап включает как определение несущей способности грунтов, так и проведение замеров коррозионной активности грунта.

Конечно, если Вы заинтересованы в получении достоверной информации о несущей способности грунтов на участке строительства, то самым эффективным будет проведение полевых испытаний грунтов натурной сваей. Однако высокая стоимость данной процедуры в большинстве случаев исключает ее проведение при проектировании и строительстве объектов индивидуального жилищного строительства, тем более, что выполняется данная процедура на основании данных, полученных в ходе инженерно-геологических изысканий (ИГИ). 

Инженерно-геологические изыскания позволяют также довольно точно рассчитать несущую способность грунта основания под строящийся объект. В отчетах по ИГИ помимо подробного описания свойств грунта, его пучинистости и глубины промерзания, содержатся результаты лабораторных испытаний грунтов, данные об их физико-механических свойствах, инженерно-геологический разрез и т.д.

Однако так как данное исследование грунтов является максимально подробным, то и его стоимость также достаточно высока. Именно поэтому в сфере малоэтажного строительства ИГИ как самостоятельное исследование, так и в совокупности с полевыми испытаниями, практически не применяются.

На сегодняшний день компании, работающие в сфере строительства фундаментов из винтовых свай, предлагают несколько альтернатив указанным процедурам.

Довольно часто встречающимся вариантом является пробное завинчивание. Соглашаясь на проведение данной процедуры, следует понимать, что этот метод не является методом исследования грунта как таковым. Дело в том, что полученные результаты будут очень сильно зависеть от времени года и соответственно степени влагонасыщения грунтов, в которое проводилось пробное завинчивание, так как уровень грунтовых вод и влажности в зависимости от сезона может колебаться довольно сильно. Следовательно, если провести процедуру на одном и том же участке весной, когда грунтовые воды выходят на свой максимальный уровень, и летом, то есть в жаркий и сухой сезон, полученные в итоге данные будут очень сильно различаться. Все это свидетельствует о недостаточной эффективности данного метода.

Хорошей альтернативой ИГИ может стать экспресс-геология (ЭГ). Она позволяет выявить потенциально опасные геологические объекты и процессы (верховодка, суффозия, карст и т.п.), а также своевременно определить сложные грунтовые условия, требующие особого подхода как к проектированию, так и к строительству объектов, к уровню их надежности. Обладание знаниями о свойствах и строении грунта дает возможность выбрать сочетание модификаций винтовых свай, оптимально подходящее для конкретного участка, а также определить необходимое количество свай.

IMG_01122016_104253.png

Если все же данные (хотя бы минимальные) о грунтовых условиях в пятне застройки отсутствуют, то при подборе типа винтовых свай следует учитывать геологические условия, характерные для данной местности (карта грунтов) или производить расчет фундамента на винтовых сваях по усредненным (нормативным) характеристикам грунта, указанным в СП 22.133330.2011 (для Российской Федерации преобладающими типами являются глина, суглинок, супесь и песок). При этом очень важно помнить о том, что глубина залегания нижней лопасти должна быть ниже нормативного значения глубины промерзания грунта в конкретном регионе. Кроме того, проектировать фундамент следует с гораздо большим запасом прочности, нежели в случае, когда имеются точные данные о грунтах.

Также важно помнить, что в процессе проектирования фундамента осуществляется подбор не только конструктивных, но и технологических параметров винтовых свай, таких как толщина стенки ствола и лопасти. Именно поэтому обязательным этапом проектирования фундаментов из металлических винтовых свай является определение коррозионной активности грунта, на основании данных о которой подбираются оптимальные толщины ствола и лопасти винтовой сваи.

Компания «ГлавФундамент» предоставляет своим клиентам данную услугу совершенно бесплатно. В случае же если выполнить необходимые замеры по каким-либо причинам не представляется возможным специалисты при подборе соответствующих параметров винтовых свай ориентируются на карту коррозионной активности грунтов.

Учет ландшафта участка предполагаемого строительства – еще одно обязательное условие, которое должно быть соблюдено в процессе расчета фундамента из винтовых свай.

Наличие на участке перепада высот требует не только использования винтовых свай различной длины, но и в ином сочетании модификаций, чем в случае строительства на ровной поверхности. Это связано с увеличением величин горизонтальных нагрузок, воздействующих на фундамент.

Разметка в условиях перепада.jpg

Кроме того, очень важно заранее позаботиться о соблюдении минимальной высоты цоколя (не менее 500 мм). В случае если в процессе обвязки свайно-винтового фундамента данное условие не будет соблюдено, из-за близкого расположения элементов конструкции к грунту возникнет риск развития коррозионных (при обвязке швеллером или двутавром) или гнилостных (при обвязке брусом или бревном) процессов, что потребует организации дополнительных мероприятий по защите элементов конструкции.

При расстановке свай необходимо учитывать неравномерность распределения нагрузки по всему основанию дома, так как только в этом случае удастся добиться равномерного распределения запаса прочности всего фундамента и значительного увеличения срока его эксплуатации.

Так, под коньком дома при двускатной крыше нагрузки будут максимальными, под несущими и ненесущими стенами эти показатели снизятся, а сваи, устанавливаемые для опоры лаг пола, и вовсе рассчитаны на восприятие минимальных нагрузок. Именно поэтому при строительстве фундамента в большинстве случаев используются сваи с различными конструктивными параметрами.

После того как в ходе предыдущего этапа были определены ответственные узлы сооружения (то есть зоны скопления максимальных нагрузок), расположение несущих и ненесущих стен постройки, можно переходить непосредственно к расстановке винтовых свай в свайно-винтовом фундаменте. Здесь следует соблюдать несколько основных правил.

При подборе винтовых свай необходимо прежде всего ориентироваться на количество и диаметр лопастей, так именно от данных параметров зависит несущая способность винтовой сваи. Толщина же стенки ствола и его диаметр обеспечивают конструктивную жесткость изделия.

Так, лучшим решением для ответственных узлов сооружения будет использование двухлопастных винтовых свай с максимальным для конкретной модификации диаметром лопастей. Это объясняется рядом причин. Во-первых, данная модификация винтовых свай отлично воспринимает и вдавливающие, и выдергивающие, и горизонтальные нагрузки, то есть устойчива ко всем типам воздействия. Во-вторых, в отличии от однолопастных свай, конструкции с двумя лопастями обеспечивают включение в работу сваи околосвайного массива грунта, что положительно сказывается на несущей способности сваи, а, кроме того, предохраняет ее от ухода «в срыв» в случае чрезмерного нагружения. Это является гарантией того, что даже при неверном расчете веса сооружения и отсутствии объективных данных о грунтовых условиях сваи продолжат набирать несущую способность и тем самым защитят постройку от обрушения.

расстановка ВС.jpg

Во всех остальных случаях рекомендовано использование однолопастных винтовых свай или двухлопастных винтовых свай с меньшим диаметром ствола и/или лопастей (в зависимости от предполагаемой нагрузки).

При определении частоты расстановки свай следует исходить из двух параметров:

  • места пересечения стен и поворотов фундамента;

  • характеристики провисания ростверка.

Многие заказчики ошибочно полагают, что вне зависимости от типа объекта (дом, баня и т.д.) для того чтобы ростверк не провисал, достаточно позаботиться о том, чтобы расстоянием между сваями не превышало трех метров.

В действительности характеристики провисания ростверка – величина расчетная, учитывающая нагрузки на обвязочный брус от каждой стены и определяемая для каждого конкретного случая индивидуально. Только рассчитав величину нагрузки таким образом, Вы сможете подобрать оптимальное сечение бруса для ростверка (чем больше нагрузка, тем больше сечение), а также определить наиболее подходящую для Вашего объекта длину пролета (чем больше нагрузка, тем она меньше).

Для того чтобы рассчитать характеристики провисания ростверка с минимальными отклонениями, рекомендуем воспользоваться онлайн-калькуляторами, представленными на специализированных ресурсах в сети Интернет.

Таким образом, при расчете фундамента на винтовых сваях необходимо учитывать большое количество различных аспектов. Диаметр и конструкция винтовых свай, а также их количество и сочетание определяются индивидуально для каждого объекта в зависимости от перечисленных выше условий и на основании детальных расчетов. 




Была ли информация для Вас полезной?
35
2
2

Статьи по теме