Расчет свайного фундамента с ростверком пример в программе scad
35. Расчёт свайных фундаментов в ПК ЛИРА 10.6: одиночная свая, свайный куст, условный фундамент.
То, чего долго ждали все наши пользователи, наконец свершилось: в ПК ЛИРА 10.6 появился новый конечный элемент 57 – «Свая», реализующий положения СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Появление этого конечного элемента значительно расширяет возможности программного комплекса, при расчёте зданий на свайных фундаментах, позволяет делать такие расчёты быстрее и точнее. Если ранее пользователям ПК ЛИРА приходилось моделировать сваи 56 КЭ, при этом их жесткость высчитывалась либо в сторонних программах, либо вручную, то теперь все сделает программа, необходимо лишь ввести исходные данные.
Реализация
В ПК ЛИРА 10.6 реализованы следующие расчётные ситуации:
Одиночная свая (п.п.7.4.2 – 7.4.3, СП 24.13330.2011);
Свайный куст (п.п. 7.4.4 – 7.4.5, СП 24.13330.2011);
Условный фундамент (п.п. 7.4.6 – 7.4.9, СП 24.13330.2011);
При этом принимаются следующие допущения:
– Условно принято, что несущая способность сваи обеспечена; – Грунт, на который опирается свая, рассматривается, как линейно-деформируемое полупространство; – Выполняется соотношение: (l – длина, d – приведенный диаметр ствола сваи).
Реализованы следующие типы свай (рис. 1):
При этом конец сваи может быть, как заостренным, так и булавовидным.
Рис. 1. Типы свай. ПК ЛИРА 10.6
Расчёт одиночной сваи
Для каждой сваи, будь она одиночной или в составе куста/условного фундамента, задаются следующие параметры (рис. 2):
- Длина сваи
- Количество участков разбиения – чем больше это число, тем точнее производится расчет
- Модуль упругости ствола – характеристика материала из которого изготовлена свая;
- Коэффициент Пуассона материала;
- Глубина от поверхности земли, на которой не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности (при сейсмических воздействиях).
- Объёмный вес материала сваи.
Рис. 2. Задание параметров сваи. ПК ЛИРА 10.6
Параметры расчёта для одиночной сваи задаются при нажатии на кнопку «Вычисление жесткости одиночной сваи» (Рис. 3).
Рис. 3. Параметры для вычисления жесткости сваи. ПК ЛИРА 10.6
При этом боковой коэффициент постели на поверхность сваи вычисляется по формуле:
, где К — коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю (Приложение В, таблица В.1); γс — коэффициент условий работы грунта. Для одиночной сваи γс =3.
Расчёт осадки одиночной сваи производится в соответствии с СП 24.13330.2011: для сваи без уширения по п. 7.4.2 а, для сваи с уширением по п. 7.4.2 б.
Расчёт свайного куста
Для создания свайного куста необходимо вызвать команду «Группы свай», которая находится на панели инструментов либо в пункте меню «Назначения». Для задания свайного куста необходимо выделить группу свай, которая будет входить в куст и нажать на кнопку «Добавить свайный куст» (рис. 4).
Рис. 4. Задание свайного куста. ПК ЛИРА 10.6
Методика расчета свайного куста соответствует п. п. 7.4.4 – 7.4.5 СП 24.13330.2011. При этом жесткостные характеристики сваи вычисляются автоматически в Редакторе грунта, для чего в последнем таблица задания физико-механических характеристик дополнилась четырьмя столбцами (рис. 5):
Показатель текучести «IL» для пылевато-глинистых грунтов;
Коэффициент пористости «e» для песчаных грунтов;
Коэффициент пропорциональности «К», который можно задать численно, либо интерполировать выбором грунта из колонки «Тип грунта для свайного основания»;
Рис. 5. Таблица физико-механических характеристик ИГЭ. ПК ЛИРА 10.6
В параметрах расчёта (рис. 6) появилась новая вкладка – «Сваи», в которой указываются необходимые для расчёта параметры:
k — коэффициент глубины под пятой (п.7.4.3 СП 24.13330.2011);
γc — коэффициент условий работы для расчета свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента (п. В.2, Приложение 2, СП 24.13330.2011);
γс а — коэффициент уплотнения грунта при погружении сваи, учитывается для понижения коэффициента пропорциональности К при работе свай в составе куста (п. В.2, Приложение 2, СП 24.13330.2011).
Рис. 6. Вкладка расчёт свай. ПК ЛИРА 10.6
Расчет осадки Свайного куста производится согласно п. п. 7.4.4 – 7.4.5 СП 24.13330.2011. При расчете осадок группы свай учитывается их взаимное влияние. Расчет коэффициента постели Сz грунта на боковой поверхности сваи, с учетом влияния свай в кусте, производится, как для одиночной сваи, но коэффициент пропорциональности К умножается на понижающий коэффициент αi.
Взаимное влияние осадок кустов свай учитывается так же, как при расчете условных фундаментов. Расчет жесткостей свай в свайных кустах происходит по той же методике, что и для одиночных свай, но с учетом их взаимовлияния как в кусте, так и между кустами.
Расчет условного фундамента
Задание условного фундамента от свайного куста отличается лишь тем, что в «Группе свай» выбирается пункт «Условный фундамент». Также необходимо задать дополнительно Аcf — площадь условного фундамента и способ расстановки свай — рядовой или шахматный.
Геологические условия, а также физико-механические характеристики грунтов основания задаются в Редакторе грунта.
Полная осадка свайного поля фундамента определяется по формуле:
Где: — осадка условного фундамента,
— дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента,
—дополнительная осадка за счет сжатия ствола сваи.
Дополнительная осадка за счет сжатия ствола сваи – вычисляется по формуле:
Нахождение осадки условного фундамента, а также расчет взаимовлияния групп свай (в том числе и свайных кустов) возможно производить по аналогии с плитными фундаментами по 3-м различным методам:
Метод 1 – модель основания Пастернака,
Метод 2 – модель основания Винклера-Фусса,
В случае, если расчёт производится в модуле Грунт, необходимо, как для расчёта пластинчатых элементов, назначить сваям начальную нагрузку, которую потом можно будет уточнить с помощью функции преобразования результатов в исходные данные (рис. 7). Это делается в команде «Упругое основание».
Рис. 7. Назначение сваям начальной нагрузки. ПК ЛИРА 10.6
После расчёта в модуле Грунт, вызвав функцию «Анализ модели», можно отследить осадки, жесткости, и прочие параметры свай и грунта (рис. 8).
Рис.8. Визуализация расчёта. ПК ЛИРА 10.6
Таким образом, мы рассмотрели новую функцию, появившуюся в ПК ЛИРА 10.6, которая позволяет рассчитывать здания на свайных фундаментах.
Расчет свайного ростверка
Долговечность и надежность свайного ростверка зависит не только от соблюдения технологии его монтажа, но и от правильных расчетов. Все полученные результаты проверки переносятся на проект, который передается строителям.
Основные правила расчёта свайного ростверка, формулы и СНИП нормативы, полная информация далее на странице.
Расчет свайного фундамента с ростверком
Для проведения расчетов такого плана следует обращаться к специалистам, специализирующихся в этом профиле. Перед этим проводятся геологические изыскания, позволяющие разработать проект, соответствующий почве на стройплощадке.
Совет эксперта! Если работы по геодезическому изысканию проведены не будут, то произвести точные расчеты основания с ростверком будет невозможно. Объясняется это тем, что несущая способность определяется только на основании силы сопротивления почвы.
Рис: Схема свайно-ростверкового фундамента
Для проведения изысканий на участке бурится отверстие в почве для ее пробы и анализа. Только потом можно проводить важные расчеты.
При разработке проекта учитываются такие параметры по сваям:
- Глубина погружения.
- Диаметр сваи.
- Количество свай.
- Схема их расположения.
- Форма ростверка (3 вида: высокий, повышенный, низкий).
- Диаметр.
- Устойчивость на изгиб и продавливание.
- Метод армирования.
Рис: Схематическое положения ростверка свайного фундамента
Совет эксперта! Определить высоту ростверка следует исходя из веса будущего сооружения и уровня пучинистости грунта.
Как делается расчет
Существует 2 группы, благодаря которым происходит расчет свайного фундамента.
- Прочность используемых материалов, несущая способность почвы и оснований.
- Осадка вследствие трещин, нагрузки вертикальной и движения свай.
Процесс проектирования по указанным предельным выполняется при помощи следующих формул.
Устойчивость к продавливанию:
Устойчивость на изгиб:
Устойчивость к поперечным нагрузкам:
СНиП для проведения полного расчета свайного ростверка
За основу берется два СНиПа:
- Для ростверка СНиП №2.03.01.
- Для свай СНиП №2.17.77.
Совет эксперта! Соблюдение всех рекомендаций в СНиПе является обязательным условием.
Что учитывается при расчетах
Крайне важно учитывать такие аспекты:
- Все предполагаемы нагрузки и воздействия по СНиПу.
- Несущая способность опор и основания на основе особых и сочетаемых нагрузок.
- Сочетание всех используемых материалов с почвой на стройплощадке. В этом случае берутся во внимание геодезические изыскания на предмет исследования почвы и динамических/статических испытаний ЖБИ свай. Опять же, в расчет берутся показания в СНиП.
- Обращается внимание на тип свай, они могут быть висячими или стойки. Обязательно учитывается общий вес. Не менее важны и нагрузка воздушных масс.
- В процессе расчетов, основание с ростверком представляет собой единой рамной конструкцией. Она должна воспринимать нагрузку по вертикали и горизонтали. Также изгибающая сила.
- Если почва сложная (грунтовые воды очень высоко и тому подобное), а проектная нагрузка высокая, то учитывается негативная сила трения в процессе осадки строения.
- Учитываются и другие немаловажные факторы при проектировании. Особенно те, которые непосредственно связаны с разными грунтами.
Пример расчета
Предлагаем рассмотреть пример расчета ростверкового фундамента на основе свай. Хотя в интернете есть множество подобных расчетов, если вы не имеете достаточного опыта в этом вопросе, то будет крайне сложно со всем разобраться. Хотя и так, лучше обращаться к профильным специалистам, но для общего понимания стоит узнать важные детали.
Так, учитываются при расчетах следующие данные:
- Масса постройки. Чтобы получить конкретную и точную сумму массы, то необходимо сложить массу каждого элемента строения, а, в частности: стены, стяжка пола, стропильная система, кровля, перекрытия и прочее. Для определения этой суммы необходимо использовать средний показатель конкретного строительного материала.
Рис: Вес конструктивных элементов здания
- Полезная нагрузка. В этом случае учитывается вся создаваемая нагрузка от мебели, отделки стен, бытовых приспособлений, количество проживающих человек и тому подобное. Согласно установленным нормам, на 1 м 2 приходится нагрузки до 100 кг на перекрытие.