Расчет осадки свайного фундамента
2. Расчет несущей способности свай
Характеристики грунтов и мощности слоев, слагающих грунтовое основание заданного сооружения, представлены в таблице 1.
Расчеты проводятся по двум группам предельных состояний [2]:Будем рассматривать висячие железобетонные сваи, призматической формы, квадратного поперечного сечения с заостренным концом. При этом размеры поперечного сечения принимаем 40 х 40 см, длину сваи 13 м.
1) по несущей способности – по прочности материала свай и материала ростверка (ведется на основное сочетание расчетных нагрузок);
2) по деформациям – по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (на основное сочетание нормативных нагрузок).
Сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия [6]:
, (1)
где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);
F d — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;
— коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным 1,15 при кустовом расположении свай;
— коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,15;
— коэффициент надежности примем равным 1,4, т. к. несущая способность сваи определена расчетом.
Несущую способность F d , висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле [6]:
где c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый c = 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.2 [4]): R =5360 кПа;
A — площадь опирания на грунт сваи, м 2 , принимаемая равной площади поперечного сечения сваи: A =0,16 м 2 ;
u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м: u =1,6 м;
f i — удельное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.3, [4]) в зависимости от глубины H i и вида грунта на этой глубине;
H i — глубина погружения средней точки i-го однородного участка грунта;
h i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
cR , cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта (табл. 7.4, [4]): .
Определим f i и и результаты сведём в таблицу 2:
По формуле (2.2):
У нас отсутствуют изгибающие моменты, т.е. свайный фундамент работает в условиях центрального нагружения. Тогда нагрузка, передаваемая на одну сваю, будет определяться по формуле:
где – суммарная нагрузка на свайный куст;
– расчетная нагрузка, передаваемая на сваю.
Подставляя N в формулу 1, получаем:
Принимаем количество свай – 6.
Расстановка свай проводится с учетом их взаимного влияния по условию [4]:
расстояние между осями двух соседних свай:
где d – линейный размер поперечного сечения сваи;
расстояние от оси крайней сваи до обреза ростверка:
Тогда окончательные размеры ростверка:
3. Расчет осадки свайного фундамента.
Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия, что осадки здания не должны превышать предельных допустимых значений [4, 7, 8, 9, 11]:
где s — совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения (осадка, перемещение, относительная разность осадок свай, свайных фундаментов и т.п.), определяемая расчетом;
s u — предельное значение совместной деформации основания сваи, свайного фундамента и сооружения, устанавливаемое по указаниям СНиП [3]. Осадка свайного фундамента как условного фундамента Расчет осадки фундамента как условного является единственным методом для определения осадки в СНиП 2.02.03-85. Метод послойного суммирования заключается в том, что осадку грунта под действием нагрузки от сооружения определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта такой толщины, для которых можно без большой погрешности принимать при расчетах средние значения действующих напряжений и средние значения характеризующих грунты коэффициентов [7, 12].
Определение осадки происходит в следующей последовательности:
1. Построение эпюры распределения напряжений от собственного веса здания:
где – напряжение в пределах условного фундамента;
– напряжение за пределами высоты условного фундамента;
2. Построение эпюры дополнительных напряжений.
где α – коэффициент, зависящий от формы подошвы фундамента и координаты [1].
р – величина среднего давления по подошве фундамента.
3. Графическое определение величины сжимаемой зоны H сж = 4,84 м (рис.2)
4. Графическое определение значения величины среднего давления на участке – .
5. Определение величины осадки каждого слоя по формуле [3]:
где – безразмерный коэффициент, равный 0,8;
– величина среднего напряжения в i-том слое грунта;
– толщина i-того слоя;
– модуль деформации i-того слоя.
Глубина активной зоны сжатия соответствует такой глубине, ниже которой деформациями грунтовой толщи (при расчете осадок фундамента заданных размеров) можно пренебречь [10].
Рисунок 1. Определение глубины сжатой зоны
7. Проверка полученного значения осадки по условию (4):
S=3,7 см S u = 8 см, – условие выполняется.
Основным недостатком данного метода является то, что в нем не учитывается взаимное влияние свай в кусте.
Расчет осадки свайного куста по СП 24.13330.2011
В 2011 году вышла актуализированная и гармонизированная редакция СНиП 2.02.03.-85. В качестве аналога данному нормативному документу был принят Европейский стандарт EN 1997-1:2004 (Е) «Еврокод 7»: Геотехническое проектирование – часть 1: Общие правила».
Одним из дополнений стал новый метод расчета осадок свайных фундаментов. Осадка одиночной сваи определяется с учетом модуля сдвига, как и в приложении к СП 50-102-2003, а для определения осадки группы свай представлены новые методики. Так же введены пределы применимости – осадки малой группы (n≤25) и большого свайного поля определяются по разному.
При расчете осадок малой группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Расчет осадки i-й сваи в группе из n свай при известном распределении нагрузок между сваями производится по формуле [6]:
(7)
где S ( N ) — осадка одиночной сваи;
δ ij — коэффициенты, рассчитываемые в зависимости от расстояния между i -й и j -й сваями;
Осадка одиночной сваи без уширения пяты определяется по формуле:
где N – вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, N = 0,967 МН;
– коэффициент, определяемый по формуле:
здесь = 0,17 ln(k ν G 1 l/G 2 d) – коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае;
= 0,17 ln ( k ν 1 l/d) – тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристиками G 1 и ;
= EA/G 1 l 2 – относительная жесткость сваи;
EA – жесткость ствола сваи на сжатие, МН;
– параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле:
Характеристики G 1 и ν 1 принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи, a G 2 и ν 2 – в пределах 0,5 l , т.е. на глубинах от l до 1,5 l от верха свай.
Осадка одиночной сваи:
Чтобы найти осадку всего свайного куста, необходимо найти коэффициенты δ ij , учитывающие взаимное влияние свай:
если
Для свай номер 2, 3 и 5 значение будет одинаково, так как они находятся на одинаковом расстоянии от сваи 1 (рис. 1):
Для свай номер 4 и 6 коэффициент равен:
Рисунок 2. Схема расстановки свай и нумерация
Тогда общая осадка свайного куста равна:
м.
Проведенные расчетные исследования позволяют сделать следующие выводы:
Осадка свайного фундамента, рассчитанного по СП, имеет меньшее значение, чем осадка, рассчитанная по СНиП. Это дает возможность запроектировать здание каркасного типа более надежной конструкции.
Расчет по СП дает также возможность получить экономию, применяя рациональные конструктивные решения.
Вместе с тем следует отметить, что данные сравнительные расчеты справедливы для определенных геологических условий.
Следует заметить, что полученные результаты относятся к группам оснований, а которых несущая способность обеспечивается как боковой поверхностью так и острием. Характерный график работы сваи в таком основании представлен на рис. 3 (кривая I).
В слабых грунтовых основаниях несущая способность сваи определяется работой ее боковой поверхности (кривая II). Точка перелома на графике четко определяет предельную нагрузку на сваю.
В большинстве случаев работа свай характеризуется графиками, располагающимися между кривыми первого и второго типов.
По кривым типа I практически невозможно найти предельные величины сопротивления свай. А вопрос об определении их несущей способности носит чисто теоретический характер, так как эксплуатационная пригодность ограничена деформациями, которые наступают задолго до приложения предельных нагрузок.
С другой стороны известно, что осадки свай под длительной нагрузкой могут в несколько раз превышать осадки от действия той же нагрузки при кратковременных статических испытаниях. Поэтому при расчете конечных осадок в расчетах необходимо использовать модули деформации и прочностные характеристик грунтов, найденные из опытов с длительным действием нагрузок.
- Костерин Э.В. Основания и фундаменты. –М.: Высшая школа, 1990.
- НИИОСП им. Герсиванова Госстроя СССР. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП2.02.01.-83.). –М.:Стройиздат., 1986.
- СНиП2.02.01.-83. Основания зданий и сооружений Госстрой СССР. –М.: Стройиздат., 1985.
- СНиП 2.02.03.-85. Свайные фундаменты. Госстрой СССР. –М.: ЦИТП Госстроя СССР., 1986.
- СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов
- СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85.
- Бугров А. К. Механика грунтов. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007
- Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). Учебник и учеб. пособ. д/высшей школы (вузы). Изд. 3-е. Лань: 2012. 415 с.
- Ухов С. Б., Семенов В. В., Знаменский В. В. Механика грунтов, основания и фундаменты. 4-е изд. под редакцией Ухова С. Б. 2007, 566 с.
- Флорин В. А. Основы механики грунтов. М.-Л.: Стройиздат, Т.1. 1959, Т. 2, 1961.
- Цытович Н. А. Механика грунтов (краткий курс). Учебник для вузов. 6-е изд. М.: Высшая школа, 2011. 272 с.
- Баданин А.Н., Нурумбаева Л.М. Особенности современного расчета фундаментов по II группе предельных состояний// Строительство уникальных зданий и сооружений. 2013, №4 (9). C. 36-41.
- Крутов В.И. Об особенностях проектирования свайных фундаментов на просадочных грунтах по СП 24.13330.2011.// «ОФМГ». – 2012. – №4.
- Мельников В.А. Основания и фундаменты. Свайные фундаменты: инженерно-геологическое обоснование, определение размеров, расчет осадок: метод.указания / . – СПб.:Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 20 с.
- Берлинов М.В., Ягупов Б.А. Примеры расчета оснований и фундаментов. Учеб. для техникумов. – М.: Стройиздат, 1986. – 173 с.
- Ватин Н.И. и др. Устройство свайных фундаментов: Учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та., 2012. – 221 с.
- Алексеев С.И. Основания и фундаменты: Учебное пособие. СПб.: Изд-во ПГУПС, 2007. – 111 с.
В статье рассматриваются различные методики расчета осадок свайных фундаментов описанные в нормативных документах – СНиП 2.02.03.-85 «Свайные фундаменты» и его актуализированной редакции СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Произведен расчет для висячих железобетонных свай, призматической формы, квадратного поперечного сечения с заостренным концом. В качестве нагрузки принято центральное воздействие без изгибающих моментом. Рассмотрен новый метод расчета осадки свайного фундамента состоящего из групп свай. Полученные результаты проанализированы и на их основании сделаны выводы.
Источник: web.snauka.ru
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
Расчет осадки свайного фундамента
При разработке проекта дома одним из важнейших этапов работ является проведение геологических изысканий, позволяющих определить состав залегающих грунтов, на основе чего проводятся расчеты всех конструктивных элементов сооружения. Определение размеров, структуры, формы как подземных, так и находящихся на поверхности частей здания тесно связано со способностью грунтов воспринимать определенные виды нагрузок. При возведении основания на слабых почвах может произойти осадка свайного фундамента, во избежание чего необходимо выполнение вычислений, определяющих предельные состояния грунтов.
Нормативные документы
Основным документом, описывающим конструкцию и типы фундаментов на свайных опорах, а также регламентирующий их конструирование и расчет считается СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».
Дом на сваях
Более современным документом, разработанным не так давно, является СП 24.13330.2011. В современной редакции СНиП каких-либо значительных изменений не добавлено, хотя некоторые замены и уточнения после появления новых технологий и материалов были внесены. При сомнениях и существенных разногласиях ориентироваться, все же, следует на СП, в которых приведены конкретные примеры.
В Правилах озвучиваются основные запросы, предъявляемые к разработке конкретного типа основания – свайного.
В СП описываются различные типы опор, инженерно-геологические характеристики, рассматриваются нюансы и частные примеры расчетов вновь возводимых зданий, реконструируемых построек. Положения СП 24.13330.2011, равно как и СНиП 2.02.03-85 не применяются к свайным основаниям, строящимся:
- для сооружений, находящихся под нагружением динамического характера;
- в вечной мерзлоте;
- на заглублении, превышающем 35 м;
- для сооружений, относящихся к предприятиям нефтепереработки.
Основные положения
Разработка проектов и расчет фундаментов на свайных опорах основаны на:
- данных инженерно-геологической разведки;
- сейсмической категорийности области проектирования;
- конструктивных, технологических, эксплуатационных характеристиках сооружения;
- значении и направленности приложения постоянных и кратковременных нагрузок;
- ТЭР при сопоставлении с конкурирующими вариантами.
Виды свайных опор
Согласно СНиП 2.02.03-85 и более современному СП 24.13330.2011 сваи разделаются на следующие виды:
- По способу заглубления – винтовые, забивные, вибропогружаемые и вдавливаемые, буровые и набивные;
- По виду давления на грунт – висячие и стоячие;
- По форме поперечного и продольного сечений;
- По типу «пятки»;
- По материалам изготовления – металлические, деревянные, железобетонные и бетонные;
- По наличию и способу армирования.
Виды расчетов
СП 24.13330.2011 указывает, что расчет фундаментных оснований выполняется по критическим состояниям, разделяемым на две группы.
Процесс монтажа свай
По предельным состояниям первой группы высчитываются и устойчивость, и несущая способность, учитываются прочностные характеристики материалов. Вторая группа касается осадки свай под воздействием вертикально приложенных нагрузок, различным сдвигам основания в горизонтальной плоскости совместно с пластами грунта, образования трещин значительной глубины в теле конструкции оснований из железобетона.
Допустимую осадку подземного основания здания, согласно СНиП 2.02.03-85, необходимо рассчитывать по второй группе состояний.
Важнейший нюанс расчетов – обязательное принятие запаса надежности. Итоговое значение принимается по расчету по различным альтернативным вариантам и сопоставления полученных данных.
В СП 24.13330.2011 представлены требующиеся расчетные значения и постоянные, уточнены нагрузки на основание и их возможные сочетания.
Выполнение вычислений
Выполнение полного расчета свайного основания – процедура достаточно длительная и сложная. Эта работа может выполняться проектной организацией на протяжении нескольких дней с использованием соответствующего программного обеспечения, такое же время обычному человеку потребуется только на изучение теоретической информации и методических рекомендаций.
Для расчета фундамента частного дома можно воспользоваться несколько упрощенным методом, разобраться с которым без труда сможет каждый.
Расчет количества и величины осадки свай
Сваи необходимо размещать в наиболее нагружаемых точках фундамента, а именно:
- По углам наружного периметра;
- В точках пересечения внутренних стен;
- В точках пересечения внутренних и наружных стен.
Вариант схемы расположения свай
Проще всего расположение свай определить, вычертив на бумаге в определенном масштабе план фундамента. Расстояние между сваями следует принимать не более 3 м, в противном случае следует устанавливать дополнительные опоры.
Затем следует определить, способно ли получившееся по расчету количество свай и находящийся под ними грунт выдержать вес здания.
В СП 24.13330.2011 приведено несколько примеров схем взаимного расположения свай, базирующихся на линейно-деформируемой теории грунтов, однако, при должном обосновании могут быть применены иные варианты.
При определении осадки свайных фундаментов любого типа основой можно назвать вычисление величины суммарной осадки S, которая не должна превысить предельно допустимой деформации Su. То есть, должно соблюдаться неравенство:
Если это условие не соблюдается, то необходимо сделать перерасчет с большим погружением свай до той глубины, при которой будет достигнуто требуемое значение.
По СНиП осадка висячих свай определяется как условный фундамент, границы которого на линии пяты покидают суммарную площадь реальных лент либо «кустов» свай. В актуальной версии СП 24.13330.2011 допустимая осадка определяется несколько иным методом.
Одиночные сваи
Для расчета свайного фундамента СП с различными видами свай используются разные формулы.
Для свай, висячих без расширения в зоне пяты, справедлив следующее выражение:
Конструкция висячей сваи
где N – вертикально направленная нагрузка, принимаемая сваей, МН;
G1 – модуль сдвига;
l – длина сваи, м;
β – коэффициент, равный:
В этой формуле значения α и ß определаются из выражений:
здесь, d – диаметр сваи по наружному контуру, м.
Если поперечное сечение сваи имеет прямоугольную, квадратную, тавровую либо двутавровую форму, то диаметр d определяется из тождества:
В этой формуле А – площадь поперечного сечения, принимаемая из таблиц СП, м2.
где υ – коэффициент Пуассона;
Относительная жесткость сваи определяется из выражения:
В этой формуле индексом ЕА обозначается жесткость ствола на сжатие.
Параметр, определяющий увеличение полученной по расчету осадки из-за сжатия ствола может быть определен из соотношения:
Для стоячих и висячих свай с уширением в зоне пяты общая осадка определяется по формуле:
В которой db означает диаметр свайного расширения внизу.
Значения коэффициента Пуассона и модуля сдвига находятся в зависимости от свойств пластов грунта и принимаются по методу послойного суммирования и получения среднего значения при делении полученной величины на число слоев грунта в пределах заглубления сваи.
Расчет осадки свайного «куста»
Расчет осадки группы свай основан на их взаимодействии между собой. При этом необходимо определить дополнительную деформацию сваи, размещенную на расстоянии а от сваи, работающей под нагрузкой.
Для этого применяется следующее выражение:
При известном распределении нагрузок между сваями, значение величины осадки любой из них может быть вычислено из равенства:
в котором s(N) — осадка, высчитываемая из выражения для одиночной сваи.
При неопределенном распределении расчет выполняется по той же формуле, но при этом необходимо учитывать некоторые нюансы и обладать определенными знаниями в области строительной механики.
Расчет свайного поля
В таком случае вычисления производятся иным методом, отличающимся от уже рассмотренных вариантов, по формуле:
Свайное поле
где sef — оседание условного основания;
∆sp — величина дополнительной осадки, возникающей при продавливании свай на уровне подошвы условного основания;
∆sc — значение дополнительной осадки, возникающей при сжатии ствола свай.
Осадка свайного поля также определяется способом послойного суммирования. При этом в области условного фундамента весом грунта можно пренебречь, а за нагрузку принимается только непосредственное влияние расчетных усилий на свайное основание.
Для выполнения расчетов способом послойного суммирования необходимо принять, что общее значение величины осадки зависит от интервала между свайными опорами в свету в границах площади свайного поля.
В данном случае можно столкнуться со значительными трудностями, потому как расстояние между сваями может быть различным. Тогда способ послойного суммирования приходится усложнить до метода ячейки, применяя при выполнении расчетов иные формулы и схемы, также имеющиеся в СП 24.13330.2011.
Общие принципы послойного суммирования
Способ подробно изложен в Строительных Правилах 2011 года. Вкратце его можно изложить так.
Вертикальные нагрузки на основание разделаются на более мелкие участки, совпадающими по толщине со слоями грунта, характеризующимися одинаковым составом и идентичным свойствами по всему объему. В схеме расчета криволинейная эпюра заменяется ступенчатой. Работа на сжатие каждого слоя определяется без учета бокового расширения грунтов. Значение общей осадки высчитывается способом послойного сложения.
Параллельно расчетам вычерчивается эпюра распределения напряжений, а для расчетов применяются указанные в СП специальные выражения и табличные значения некоторых показателей. Также в СП присутствует и пример схемы расчета.
Расчет комбинированного фундамента
Конструкция свайно-плитная подземной части сооружения используется зачастую и для снижения осадок, и для равномерного приложения действующих нагрузок. Основания такого типа достаточно эффективно использовать для сложных грунтов, предполагающих одновременное сочетание сопротивления нагрузкам и плиты, и свай.
Для выполнения расчета необходимо определить:
- Нагружение в плите и сваях;
- Процентное соотношение нагрузок, передающихся на каждую из свай и каждую из зон плиты;
- Деформирование и сдвиги комбинированного основания и отдельных его элементов.
По завершении расчетов высчитывается шаг и длина свайных опор с обязательным применением коэффициента надежности, величина которого принимается по СП 24.13330.2011 в зависимости от принятого количества свай.
Точность расчетов и правильный подбор элементов конструкции комбинированного основания позволяют гарантировать отсутствие существенной осадки, а также крены, перекосы, появление трещин на поверхности стен сооружения.
Как не ошибиться при отсутствии опыта
С группой грунта
Основой в расчете и определении целесообразности возведения свайного, как, впрочем, и любого другого основания, считается выявление вида грунта.
Грунты условно можно разделить на несколько групп:
- Каменистый (скалистый) грунт сам по себе может представлять надежное основание для строительства дома, потому свайный фундамент на нем возводить нет никакого смысла;
- На песчаных грунтах (также как и на «хрящеватых» — смеси песка, гравия, глины) также нет особой необходимости в установке свай — на них лучше всего устраивать мелкозаглубленные ленточные фундаменты, естественно, ниже глубины промерзания;
Для глинистых грунтов, обладающими диаметрально противоположными характеристиками (пучинистостью, пластичностью) свайные фундаменты — идеальное и, зачастую, единственно верное решение.
- На суглинках и супесях, равномерно сложенных, вполне можно построить дом и на ленточном фундаменте;
- Торфяники позволяют возводить лишь легкие строения на плитном основании. Посмотрите видео, как не ошибиться с типом фундамента.
С количеством свай
Чтобы пользоваться достаточно сложными вычислениями, описанными выше, разработаны простые правила подбора количества свай в соответствии с распределением опорных точек по периметру строения:
- Под каркасно-щитовыми и деревянными домами интервал между сваями не должен превышать 3 м;
- Для легкобетонных конструкций расстояние между заглубленными опорами следует принимать не более 2м.
Наиболее простым и понятным является следующий пример.
На листе бумаги в масштабе рисуется план дома. По углам и пересечениям стен намечаются точки, в которых сваи следует устанавливать прежде всего. Далее, применяются описанные чуть выше правила расстановки опор в зависимости от материала, из которого возводится постройка. Посмотрите видео, как рассчитать количество свай.
Под печи и массивные камины следует предусмотреть установку двух свай, а также учесть наличие веранды и прочих пристроек.
Из каких бы материалов ни строился бы дом, каких бы размеров и конструктивных особенностей он ни имел — расчет свайного основания в качестве несущей конструкции всего строения можно назвать главнейшим нюансом успешного строительства.
Расчет свайного фундамента СП методом послойного суммирования: порядок расчета с применением формул. Допустимая осадка сваи: нормативные значения.
Источник: fundamentaya.ru
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
Расчет осадок свайного фундамента
Расчет осадок фундаментов на сваях-стойках не производится, так как они передают нагрузку на практически несжимаемое или малосжимаемое основание. Величина осадки свайного фундамента из свай, защемленных в грунте, определяется расчетом по предельным состояниям второй группы.
Фундаменты из свайных полей размером более 10´10 м рекомендуется рассчитывать по схеме линейно деформируемого слоя. При этом размеры условного фундамента принимают равными размеру ростверка в плане, а расчет производят по среднему давлению на основание в плоскости подошвы плитного ростверка, увеличив расчетную толщину слоя на величину, равную глубине погружения свай, и приняв модуль деформации слоя, прорезаемого сваями, равным бесконечности или модулю упругости материала свай.
Расчет осадки в прочих случаях рекомендуется выполнять с использованием метода послойного суммирования. Границы условного фундамента показаны на рисунке 2.4. Вертикальные грани условного фундамента отстоят от наружных граней крайних рядов свай на расстоянии
,
где h – длина части сваи, соприкасающейся с грунтом; φII,m – средневзве-шенное значение угла внутреннего трения грунтов, прорезаемых сваями;
jII,i – расчетные значения угла внутреннего трения для отдельных слоев грунта, прорезаемых сваей, толщиной hi.
Это вызвано тем, что за счет трения по боковой поверхности между стволом сваи и грунтом часть грунта также вовлекается в совместную работу и может рассматриваться как часть фундамента.
Таким образом, размеры условного фундамента определятся по формулам:
,
где b и l – расстояния между наружными гранями крайних рядов свай по ширине и длине фундамента, м.
Расчет производится в той же последовательности, что и для фундамента на естественном основании. Напряжения в основании условного массивного фундамента определяются так же, как и для фундамента на естественном основании под действием Nо1 и собственного веса условного фундамента, в который входит вес ростверка, вес свай и вес грунта в пределах объема abcd (см. рисунок 2.4).
Полученное расчетом значение осадки не должно превышать предельное значение, определяемое по таблице 1.16 или по таблице Б.1 [1].
Расчеты свайного фундамента завершаются подбором сваебойного оборудования. Можно использовать методику, описанную в справочной литературе [2, с. 207-210].
Пример. Выполняем проверку давления на грунт от условного фундамента ABCD (рисунок 2.5). Определим средневзвешенное значение угла внутреннего трения jII,m и размеры подошвы условного фундамента ly и by, учитывая, что расстояние между наружными гранями крайних рядов свай b = 2,3 м и l = 3,5 м:
Вес условного массива
Полное давление под подошвой условного фундамента
Расчетное сопротивление грунта R под подошвой условного фундамента определим по формуле (В.1) [1], принимая d = dy и b = by и учитывая, что gс1 = 1,25; gс2 = 1; k = 1; kz = 1; My = 0,43; Mq = 2,73; Mc = 5,31 (для jII = 18° несущего слоя); b = 3,85 м; gII = 18 кН/м 3 – удельный вес грунта, расположенного под подошвой условного фундамента; d = 17 м; сII = 30 кПа – сцепление несущего слоя грунта; = (16×1,2+19×4,8+19×8+18×3)/(1,2+4,8+8+3)= = 18,6 кН/м 3 – средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента;
Проверяем давление на грунт по подошве фундамента
Требование п. 5.10 СНБ 5.01.01-99 удовлетворено. Расчет осадки можно выполнять, используя решения теории упругости. Так как ширина фундамента менее 10 м, можно использовать метод послойного суммирования.
Рисунок 2.5 – Расчетная схема к определению осадки фундамента
Природное давление на отметке подошвы условного фундамента
Дополнительное давление по подошве условного фундамента
Определяем природные и дополнительные напряжения в основании (таблица 2.6) и строим эпюры этих напряжений (см. рисунок 2.5) при h = = ly/by = 5,05/3,85 = 1,31 и hi = 0,4b = 0,4×3,85 = 1,54 м.
Т а б л и ц а 2.6 – Определение природных и дополнительных давлений
Расчет осадки фундамента определим по формуле
Полученное значение осадки фундамента меньше предельно допустимой осадки фундамента su = 8 см для зданий с железобетонным каркасом.
2.8 Принципы расчета горизонтально нагруженных свайных фундаментов
Фундаменты ряда сооружений (мостовые опоры, путепроводы, эстакады и др.) могут испытывать горизонтальные нагрузки, соизмеримые по величине с вертикальными. Расчет таких фундаментов включает в себя два этапа: первый – на вертикальную нагрузку, как это изложено выше, и второй – проверка сваи на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Расчет одиночных свай в статическом отношении сводится к тому, что свая рассматривается как балка, имеющая заданные размеры и заданные нагрузки на одном конце, на упругом винклеровском основании, характеризуемом коэффициентом постели, линейно увеличивающимся с глубиной.
На основе решений строительной механики получены формулы для определения горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка u и угла ее поворота y, расчетного давления s, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай, а также для определения изгибающих моментов М и поперечных сил Q в различных сечениях по длине сваи. Последовательность расчета включает:
а) расчет свай по деформациям, который сводится к проверке условий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота:
где uu и yu – предельно допустимые значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, устанавливаемые в задании на проектирование сооружения;
б) расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю (только для свай с d > 0,6 м), заключающийся в сопоставлении расчетного давления s с несущей способностью грунта;
в) проверку прочности свай как внецентренно сжатых элементов, сопротивления материала по предельным состояниям первой и второй групп.
Свайные фундаменты с наклонными сваями рассматриваются как пространственные статически неопределимые рамные конструкции, взаимодействующие с упругим (винклеровским) основанием. Стойками этой рамы являются сваи, а ригелем – ростверк. Взаимодействие грунта и свай может быть учтено двумя способами: как жесткая условная заделка свай в грунте или как деформация гибкого стержня в упругой среде. В любом случае расчет ведется методом перемещений.
Кроме того, для низких ростверков дополнительно учитывается сопротивление грунта по его боковым поверхностям.
Расчетные схемы для высокого и низкого ростверков приведены на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 – Расчетные схемы свайных фундаментов: а – с высоким ростверком; б – с низким ростверком
Для упрощения расчета вводятся «характерные центры» стержневой системы: С – упругий центр (если сила приложена в этой точке, то она вызывает только поступательное движение всей системы); Q – центр нулевых перемещений (сила, проходящая через него перпендикулярно оси OZ, вызывает поворот ростверка вокруг точки О).
Расчет осадок свайного фундамента Расчет осадок фундаментов на сваях-стойках не производится, так как они передают нагрузку на практически несжимаемое или малосжимаемое основание. Величина осадки
Источник: studopedia.ru
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы
В процесс проектирования дома входит проведение инженерных изысканий грунтов, залегающих на выделенной под строительство площадке, и расчеты конструктивных элементов строения. Определение формы, структуры и габаритов наземных и подземных частей здания сопряжено с направлением, величиной и видами принимаемых нагрузок. Кроме того, учитывается специфика грунтов и детальные особенности дома, указанные в задании на проектные работы. Все эти факторы ведут к разным вариантам и алгоритмам вычислений. В частности, возведение объекта на слабых почвах влечет за собой расчет осадки свайного фундамента, что является одним из способов определения предельных состояний грунтового основания.
Нормативные документы
Рассматриваемый свод правил озвучивает требования к проектированию определенного вида фундамента – свайного. В них указываются разные типы свай, геологические и инженерные условия, принимаются во внимание вновь строящиеся и находящиеся в стадии реконструкции сооружения. Но данные СП, как, впрочем, и СНиП, не имеют отношения к свайным опорам, возводимым:
- под объектами с динамическими нагрузками;
- в условиях вечной мерзлоты;
- для нефтепромысловых сооружений;
- на глубину более 35 метров.
Общие требования и виды свай
При проектировании свайных фундаментов основываются на:
- инженерно-геологических изысканиях;
- особенностях сооружения – конструктивных, эксплуатационных, технологических;
- сейсмичности региона;
- величине и направлении полезных, а также временных нагрузок;
- технико-экономических обоснованиях и сравнениях с другими вариантами.
В СП и СНиП производится определение вида свай:
- по варианту заглубления – забивные и винтовые, вдавливаемые и вибропогружаемые, набивные и буровые;
- по способу опирания на грунт – стоячие и висячие;
- по материалу – деревянные, металлические, бетонные и железобетонные;
- по форме поперечного и продольного сечения;
- по наличию армирования;
- по типу пяты и т.д.
В СНиП указывается, что расчеты свайных фундаментов должны производиться по предельным состояниям, разделенным на две группы. Первая относится к прочности материала, а также к несущей способности и устойчивости оснований. Вторая имеет отношение к осадкам свай в результате воздействия вертикальных нагрузок, к различным перемещениям в горизонтальном направлении подземных опор вместе с грунтовыми слоями и, кроме того, к образованию глубоких трещин в железобетонных фундаментных конструкциях.
Допустимая осадка фундамента, согласно требованиям СНиП, рассчитывается по второй группе предельных состояний.
Существенным моментом при проведении любых расчетов является необходимость закладки в результат вычислений плюсовых коэффициентов запаса надежности. Определение окончательных показателей производится по вариантным расчетам, после сопоставления альтернативных решений. В определенных СП даются расчетные значения и необходимые для вычислений коэффициенты, а также уточняются действующие нагрузки на фундамент, а также их сочетания. Какие именно строительные правила устанавливают те или иные характерные показатели, указывается в СНиП.
Расчет осадки свай
В СП предусматривается несколько расчетных схем, учитывающих размещение свай относительно друг друга. При этом все они основываются на линейно-деформируемой модели грунта, но при надлежащем обосновании могут применяться и другие варианты. Основным условием расчета на осадки любого типа свайных фундаментов является определение значения его возможных деформаций, не превышающих предельных показателей.
где S– общая осадка;
Su – предельная деформация.
При несоблюдении условия производят перерасчет с увеличением заглубления свайных опор до тех пор, пока не будет достигнуто необходимого результата.
По СНиП висячие сваи рассчитываются на осадки как условный фундамент, границы которого на уровне пяты выходят за пределы общей площади реально расположенных лент или кустов свай. В актуализированной версии СП предусмотрен несколько иной алгоритм расчета.
Одиночные сваи
Существует ряд формул, определяющих осадку:
- висячие сваи, не имеющие уширения в зоне пяты
где N – принимаемая сваей вертикально направленная нагрузка, МН;
l – линейный размер сваи, а именно – ее длина, м;
здесь, d – наружный диаметр сваи, м.
Если поперечное сечение является не круглым, а квадратным, прямоугольным, тавровым или двутавровым, то для определения условного диаметра применяется формула:
здесь А – соответствует табличному значению площади поперечного сечения.
υ – коэффициент Пуассона;
параметр, учитывающий увеличение расчетной осадки, возникающее по причине сжатия ствола –
.
- стоячие сваи и висячие с уширением в зоне пяты
Значения модуля сдвига и коэффициента Пуассона зависят от характеристик грунтовых пластов. Они принимаются путем послойного суммирования и осреднения в результате деления полученной цифры на количество присутствующих слоев в пределах глубины погружения сваи.
Свайный куст
Расчет свайной группы на осадки основывается на взаимодействии подземных опор между собой. В этом случае определяется дополнительная деформация сваи, расположенной на определенном расстоянии (ɑ) от нагружаемой сваи.
Если распределение нагрузок между сваями в одном кусте известно, то при вычислении осадки каждой из них используется формула:
где s(N) – определяемая по вышеприведенной формуле осадка (для одиночно расположенной сваи);
Если же распределение неизвестно, то расчет производится по той же формуле, но с учетом дополнительных нюансов и использованием знаний по строительной механике.
Свайное поле
Расчет, в данном случае, рекомендуется выполнять иначе, нежели в двух предыдущих вариантах. Для этого существует формула:
На размещенном ниже рисунке показано, что такое границы условного фундамента относительно крайних рядов свай:
а) вертикально расположенных;
б) наклонно расположенных.
Осадка свайного поля вычисляется методом послойного суммирования. В этом случае в зоне условного фундамента масса грунта в учет не принимается, а в качестве нагрузки учитывается лишь прямое воздействие расчетных усилий на свайный фундамент.
При расчетах методом послойного суммирования для свайного поля, берут во внимание то, что общая величина осадки находится в зависимости от шага свайных опор в пределах площади поля. Но здесь возникает определенная сложность, так как шаг может иметь переменную величину. В этом случае вариант послойного суммирования усложняют методом ячейки, используя при расчетах другие схемы и формулы, детально указанные в СП.
Принцип метода послойного суммирования
Его суть описана в СП 22.13330.2011, являющихся актуализированной редакцией СНиП 2.02.01-83*. Она состоит в следующем. Вертикальные усилия на фундамент расчленяют на несколько участков, соответствующих толщине грунтовых слоев, которые характеризуются однородным составом и свойствами. На расчетной схеме криволинейная эпюра изменяется на ступенчатую. В каждом слое определяют работу на сжатие без бокового расширения. При этом общую осадку вычисляют методом послойного суммирования.
В процессе расчета строят схему распределения напряжений, а при расчетах пользуются специальными формулами, указанными в СП, и размещенными там же таблицами. Пример схемы показан на рисунке ниже.
Комбинированный фундамент
Свайно-плитная конструкция подземной части дома применяется в целях снижения осадок и более равномерного распределения нагрузок. Такой фундамент эффективно работает в сложных грунтовых условиях, сочетая сопротивление нагрузкам как свай, так и плиты. Расчет осадки, в данном случае, включает в себя определение:
- усилий в сваях и плите;
- деформаций и перемещений комбинированного фундамента в целом, а также его отдельных составляющих;
- нагрузок в процентном отношении на каждую из свай и определенные участки плиты.
После выполнения расчетов с учетом запаса надежности, определяется длина и шаг свайных опор.
Правильные вычисления и выбор конструктивных элементов комбинированного фундамента обеспечит отсутствие существенных осадок, перекосов и кренов строения в период его эксплуатации. Дополнительные условия расчета приведены в СП 24.13330.2011.
Одним из основных факторов долговечности сооружения считается правильно спроектированный и возведенный фундамент. Для слабых, обводненных и пучинистых грунтов в качестве основания монтируются сваи, объединенные в ленты, кусты или плиты посредством ростверков. Для их установки требуется выполнить изыскания, расчеты и проект.
В случае глубокого заложения малосжимаемых и несжимаемых грунтовых слоев, в качестве фундамента устанавливают висячие сваи. Они имеют свои особенности и рассчитываются на несущую способность по формулам, учитывающим дополнительные коэффициенты, отсутствующие в расчетах свай стоек.
При проектировании свайно-винтового фундамента производят расчет его несущей способности. Для небольших строений, которые не подлежат государственной приемке, допускается выполнять приблизительные вычисления с использованием простейших формул и осредненных таблиц. Для ответственных зданий требуется профессиональный расчет по СНиП.
Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы В процесс проектирования дома входит проведение инженерных изысканий грунтов, залегающих на выделенной под
Источник: semidelov.ru
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
Расчет осадки свайных фундаментов
Расчет осадки свайных фундаментов:
Осадку свайного куста под фундамент рассчитываем как осадку условного фундамента по формуле:
где – осадка условного фундамента;
– дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента;
– дополнительная осадка за счет сжатия ствола свай.
Границу условного фундамента определяем: снизу ограничивается плоскостью, проходящей через нижние концы свай; с боков – вертикальными плоскостями, отстоящими от осей крайних рядов вертикальных свай на расстоянии 0,5 шага свай, но не более 2d.
Условный фундамент имеет размеры 1,8×3,6 м в плане и глубину заложения «подошвы» 8 м.
Расчет фундамента Ф-4:
Определение осадки по методу послойного суммирования
;
толщина i-го слоя грунта;
дополнительное давление;
вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента;
модуль деформации i-го слоя грунта;
то же, но по ветви вторичного нагружения.
Разбиваем толщу основания на слои с условием, что толщина слоя ,
м а) суммирование по толщи основания ведется до тех пор, пока не станет выполняться условие ( бытовое давление)
б) принимаем в зависимости от относительной глубины и показателя η=l/b=3,6/1,8=2
глубина z отсчитывается от подошвы фундамента в)
– средний удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;
– глубина заложения подошвы фундамента, м;
– соответственно удельный вес, кН/м 3 , и толщина i-го слоя грунта, залегающего выше границы на глубине z от подошвы фундамента, м;
− поровое давление на рассматриваемой границе слоя, кН/м 2 (для неводонасыщенных грунтов принимается равным нулю).
При пересечении слоем уровня грунтовых вод учитывается взвешивающее действие воды (добавляется , где , е– коэффициент пористости грунта).
Таблица расчета дополнительного и бытового давлений:
г) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта ,
где
Таблица расчета вертикального напряжения от собственного веса грунта:
Считаем, что сжимаемая толща ограничивается отметкой -10.160. На уровне этой отметки начинает выполняться условие:
м е) Согласно нормам предельная осадка для одноэтажного промышленного здания составляет см, полученная осадка удовлетворяет условию: .
Список используемой литературы:
1. МУ Расчет оснований и фундаментов промышленного здания // Сибстрин 2008
2. МУ Выполнение графической документации курсового проекта //Сибстрин 2001
3. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и надземные сооружения
4. СП 22.13330.2011 (акт. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений)
5. СП 24.13330.2011 (акт. СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты)
6. СНиП 23-01-99* Строительная климатология
Расчет осадки свайных фундаментов Страницы работы Содержание работы Расчет осадки свайных фундаментов: Осадку свайного куста под фундамент рассчитываем как осадку условного
Источник: vunivere.ru
[content-egg module=GdeSlon template=compare]
Станьте первым!