Определение сечения свайных фундаментов и расчет
Вид готового свайного основания
Свайно-ростверковые фундаменты отличаются достаточно простой конструкцией, но, несмотря на популярность они нестабильные. Так как основания не имеют большой несущей площади, они подвержены горизонтальным и вертикальным подвижкам почвы.
Также на их устойчивость в значительной мере влияют размеры и масса самого здания, а также климатические условия в регионе, объем и качество используемых строительных материалов, диаметр подошвы опоры.
Сваи всегда устанавливаются подошвой ниже глубины промерзания почвы, а заводские стальные конструкции изготавливаются и поставляются строго определенной длины и диаметра. Также важную роль играет конструкция ростверка, особенно то, из чего он сделан. Многие застройщики часто решаются самостоятельно сделать сваи прямо на строительной площадке, для этого подготавливают определенный объем бетона и арматуры, но такие конструкции часто не подходят для больших типов сооружений.
Зачем нужно использовать расчет свайного фундамента
Эскиз с указанием параметров необходимых при расчете
Учитывая, что сваи в фундаментах – это обычные точки опоры, которые отвечают за равномерный перенос всего объема нагрузок, со стороны здания и грунта через подошву на прочные слои почвы, они подбираются только после расчета ростверка. К примеру, максимально допустимые размеры, толщина, конструкция, прочие параметры.
Также на выбор диаметра используемых в строительстве свай влияют факторы, связанные с типом грунта, которые также учитываются в расчетах. Расчет свайного фундамента нужен для некоторых удобств:
- Получится сделать расширенный проект свайного основания с учетом мест установки опор, а также расстояния между ними.
- Можно существенно экономить на объеме используемых строительных материалов, подобрав оптимальный тип опоры.
- Расчет предусматривает выбор оптимальной по диаметру опоры, ее длины и габаритов, а также подбор типа подошвы.
Также можно сразу определить, подойдут винтовые сваи для данного типа строительства или нужно использовать набивные или иные типы свай.
Расчет свайного фундамента
Схема для расчета осадок свайного основания
Он выполняется по параметрам предельных значений первой и второй группы факторов, указанных ниже. Каждая группа состоит из ряда параметров, в результате суммирования которых и можно подобрать оптимальные по диаметру опоры. Первая группа:
Перед началом расчетов, нужно провести подробный геологический анализ почвы на месте строительной площадки и определиться с максимально допустимой длиной опор. Можно по данным нагрузок на почву сразу определиться с количеством и сечением опор, но рекомендуется проверить расчеты лишний раз, особенно при возведении жилых зданий на крутых склонах и откосах.
Выбор материала ростверка
Схема устройства ростверков свайных фундаментов
На данный момент, ростверки могут возводиться из следующих строительных материалов:
- Деревянный брус, колода или бревно. Масса конструкции незначительная, плотность составляет до 1 кг/м 2 . Рекомендуется для малых сооружений типа бань, сараев или иных хозяйственных построек, армирование свай и ростверк не практикуется.
- Бетон и железобетон. Здесь рекомендованная марка бетона не ниже В20, размеры, такие как ширина составит не менее толщины несущих стен с добавочным коэффициентом 1,2, длина проектная, толщина – не менее 25 см.
Минимальная толщина ростверка рассчитывается с учетом сечения опоры. В свою очередь опора, особенно железобетонная, должна быть жестко заделана в контур ростверка на высоту не менее двух диаметров конструкции, толщина плиты подбирается в результате расчета максимальной нагрузки на продавливание. Высота ростверка иногда составляет до 1,2 метра, рассчитывается исходя из параметров самого здания. После проведения расчета диаметра и максимальной нагрузки на прогиб, рекомендуется уточнить размеры ростверка, исходя из расчетного количества опор.
Выбор конструкции
Схематическое отображение расчета несущей способности свай оснований
Материал и конструкцию несущих конструкций свайно-ростверкового фундамента подбирают исходя из местных условий. Если почва содержит достаточно большое количество влаги, тогда рекомендуются бетонные и железобетонные несущие конструкции с большим сечением, ведь железные быстро будут уничтожены коррозией. Но при их выборе нужно также учитывать конструктивные особенности, достоинства и недостатки, а также финансовой фактор.
Длина сваи зависит от типа и структуры грунта на строительной площадке. По правилам, винтовые сваи вкручиваются ниже глубины промерзания почвы, а бетонные конструкции устанавливаются широкой подошвой на прочный грунт. Расчет сваи по первой группе предельных состояний производится по двум параметрам:
Прочность материала опоры
Сопротивление материала опор можно посчитать по формуле без учета продольного изгиба:
Где Yc – стандартный коэффициент, для набивных свай 0,6, для остальных – 1; Y cb – коэффициент используемого строительного материала, для свай – 1; Rb – сопротивление строительных материалов сжатию, кПа, это табличные данные; Ab – площадь подошвы опоры, м 2 ; Rsc – сопротивление арматурного каркаса, кПа; As – площадь сечения арматурного каркаса, м 2
Расчет несущей способности грунта
В зависимости от характера передачи нагрузки от здания на почву, все опоры делятся на две группы: стойки и висячие конструкции. Стойки – это конструкции, которые опираются на прочный слой почвы своей подошвой или ввинчиваются в грунт. Объем используемого строительного материала для наполнения может быть разным для каждой отдельной несущей опоры в зависимости от ее длины, максимально допустимого диаметра подошвы, сечения по всей длине. Висячие опоры передают нагрузку на грунт своим нижним концом и боковыми поверхностями, к этой группе относятся буро-набивные сваи. При выборе несущих конструкций важную роль играет сечение подошвы, ведь чем оно больше, тем большие нагрузки способно выдержать основание.
Несущую способность стойки можно рассчитать по формуле:
Где: Yc — это коэффициент опоры, принимается за 1; А – площадь подошвы; R – расчетное сопротивление почвы, табличные данные, для скальных пород составляет до 20 МПа.
Расчет висячей сваи делается намного сложнее, ведь все они устанавливаются без выемки почвы и за время монтажа деформируются с расширением.
Выбор оптимального количества опор по параметрам допустимого сечения
Условный расчет количества свай в фундаменте
Минимальное количество опор для фундаментов с низким ростверком можно посчитать по формуле:
Где k – коэффициент, составляет 1,4; N’I − вертикальная нагрузка на фундамент со стороны здания; Fd — несущая способность опоры; Y k — коэффициент надежности, составляет 1,4.
После расчета минимально необходимого количества опор можно начинать делать эскизный проект будущего основания. Расстояние между опорами принимают до 1,5 метра, их обязательно нужно устанавливать на углах пересечения несущих стен и в точках наиболее высокой нагрузки на грунт. Объем строительных материалов рассчитывается индивидуально, исходя из местных условий и характеристик опор.
Предварительное распределение свай по минимальной площади нижней кромки ростверка рассчитывается так:
Тут параметры a, b – это ширина и длина опоры, а с – ширина обреза, той части опоры, которая отрезается при выравнивании фундамента по горизонтальной плоскости.
Если полученная площадь окажется недостаточной для размещения свай, тогда будет необходимо увеличить размеры подошвы и, соответственно, ее объем. Если и увеличение не дает необходимых параметров нагрузки на грунт, тогда проектировщики увеличивают длину сваи, ее диаметр, количество или объем используемых строительных материалов.
В некоторых случаях целесообразно комбинировать сразу несколько видов свай или увеличивать объем подошвы за счет устройства свайного поля. Его рекомендуется устраивать в тех случаях, когда на единицу площади грунта оказывается значительная нагрузка со стороны здания. Как правило, такие поля монтируют в бетонные стаканы, объем необходимых строительных материалов рассчитывается отдельно, как и марка бетона. Также здесь настоятельно рекомендуется провести расчет допустимой нагрузки на строительные материалы.
Расчет осадки фундамента по второй группе выполняется аналогично расчету осадки фундамента мелкого заложения. Осадка определяется по диаметру и площади подошвы сваи, а также их количества и выбора допустимого материала при растяжении. При этом, если будут запроектированы висячие опоры, тогда деформацию не рассчитывают.
Сечение свайного фундамента: ширина, объем и диаметр свай
Проведение расчета сечения свайного фундамента. Выбор материала ростверка, ширина и объем конструкции. Оптимальное количество свай по параметрам допустимого диаметра.
Ростверк для свайного фундамента
В наших статьях мы неоднократно рассказывали о различных конструкциях фундаментов, о том как они устроены, для каких строений больше подходят, как самостоятельно рассчитать фундамент. Мы так же писали, что одним из наиболее экономичных основании для легких каркасных домов, для домов из газобетона или бревна является столбчатый или как часто его называют свайный фундамент.
В этой статье мы расскажем вам о том, как сделать монолитный бетонный ростверк для свайного фундамента, как правильно его армировать и утеплять.
По своей конструкции, ростверк представляет из себя бетонную, металлическую или деревянную ленту, которая крепится к верхней части столбчатого фундамента или фундамента на винтовых сваях. Основной задачей ростверка является перераспределение нагрузки от всего строения на сваи, которые в свою очередь передают ее на грунт.
Например, при возведение сруба, его нижние бревна, которые лежат на столбах, выполняют функцию ростверка. В каркасном домостроении, нижняя обвязка дома так же выполняет подобную функцию.
Деревянный или металлические типы ростверка мы рассматривать не будем, делаются они достаточно просто, а вот монолитный бетонный ростверк требует более профессионального подхода.
Установка опалубки
К этому времени на участке должны быть установлены сваи. Неважно какими они будут – выложенными из кирпича или залитыми из бетона.
Для формирования опалубки подойдут обрезные доски толщиной от 2,5 см, ДСП, ОСБ, фанера и любой подобный материал.
Как только весь объем материала подготовлен, можно приступать к собиранию опалубки. При этом важно знать, что высота ростверка должна быть минимум 30 см, а ширина у основания ленты на 10 см больше чем ширина сваи.
По форме ростверк делают в виде прямоугольника или в виде перевернутой трапеции. Так же его можно сделать ступенчатым, при этом верх должен быть немного шире.
Рассмотрим поэтапно один из наиболее популярных вариантов устройства опалубки.
1.Первое что нужно сделать, это разметить края будущей опалубки и по этой линии через каждые 50-90 см забить деревянные бруски сечением 5х5 см. Бруски должны располагаться строго вертикально.
2.Вбитые в землю бруски необходимо надежно соединить в верхней части при помощи таких же брусков. Можно использовать для этого проволоку.
Далее, при помощи саморезов прикручивается нижняя планка. Для этого подойдут доски толщиной 3-4 см. На этих планках будет лежать нижняя часть всей опалубки.
3.Следующим делом устанавливаются доски. Сначала доски укладываются горизонтально. Тут нужно аккуратно пропилить отверстия под сваи. Чем плотнее опалубка будет прижиматься к столбам, тем меньше бетона вытечет.
После чего доски ставятся вертикально. Для того чтобы они надежно держались, их приколачивают к вертикально стоящим брускам, которые вбивали на первом этапе.
4.Как только опалубка собрана, по всей внутренней поверхности расстилают полиэтиленовую пленку. Она предотвратить утечку цементного молочка, которое необходимо для правильного созревания бетона. Пленку можно пристрелить степлером, чтобы она не падала.
На этом сборка каркаса опалубки завершается.
Если вы не уверены в надежности конструкции, то можно добавить дополнительные ребра жесткости и различные упоры.
Армирование ростверка
Бетон является очень прочным материалом, но, как известно, он хорошо работает на сжатие, а при растяжении и изгибании лопается. Для устранения этого недостатка его армируют. Арматура, напротив, хорошо ведет себя при растяжении. Таким образом, эти два материала находясь вместе образуют прочную и надежную конструкцию.
Армирование ростверка состоит из нескольких этапов.
1.Сначала на низ опалубки укладывают бруски. Их толщина должна быть одинакова. Подойдут бруски толщиной 3-5 см. Ширина здесь не важна.
По правилам, арматура должна находится не ближе 3 см от наружной бетонной поверхности, т.е. она должно быть полностью утоплена в бетон. Таким образом, бруски, в данной случает, уложены для удобства.
2.Укладка нижнего ряда продольной арматуры.
Для этого используют ребристую арматуру диаметром 10 мм или 12 мм, которую кладут на бруски. Как подсчитать их количество мы рассмотрим в примере чуть ниже.
3.На этом этапе нужно связать продольную арматуру между собой таким образом, чтобы расстояние между отдельными прутами было одинаково.
Для связки используют гладкие прутья толщиной 6-8 мм потому что они дешевле и никакой другой функции как придание геометрии каркасу не выполняют.
Таким образом, нижний ряд арматурного каркаса полностью собран и можно приступать к сборке верхнего ряда.
4.Сборка верхнего ряда. Мы рассмотрим один из способов, как можно собрать верхний ряд.
Как мы писали выше, вбитые в землю бруски были соединены сверху планкой. На эти планки, используя проволоку, подвешиваются арматурные прутья. Высота, на которой должна висеть арматура зависит от высоты ростверка. При этом не забывайте, что арматура в бетоне должна располагаться не ближе 3 см от края.
Таким образом, арматура располагается в подвешенном состоянии.
5.Теперь нужно связать прутки верхнего ряда между собой. Делается это таким же образом, как и нижний ряд.
6.Получилось два ряда: верхний и нижний. Их так же связывают между собой гладкими прутьями 6-8 мм.
7.В итоге должен получится армированный каркас прямоугольной формы. Так как верхние прутки были подвешены на проволоку и оба ряда были связаны между собой, то деревянные брусочки, которые закладывались на первом этапе можно убрать.
Получится что весь каркас весит на проволочках. На этом этап армирования можно считать законченным.
Расчет количества арматурных прутков
По общим правилам, площадь сечения продольной арматуры должна составлять не менее 0,1% от площади поперечного сечения ростверка.
В качестве примера возьмём ростверк сечением 40х40 см. Переведем сантиметры в миллиметры и подсчитаем площадь. Она составит 160000 мм 2 . Соответственно общая площадь сечения арматуры равна 160 мм 2 .
Нам так же известно, что подходящий диаметр прута 10 мм или 12 мм при этом их количество в верхнем и нижем рядах должно быть одинаково.
Площадь прутка круглой формы находим по всем известной формуле S=πd 2 /4. Где d – диаметр арматуры.
Поделив общую площадь сечения всех прутьев на площадь одного прута получим их необходимое количество.
Округлив полученные цифры получаем, что количество арматуры n10=2 шт и n12=1 шт.
По технологии, установка одного арматурного прута в ряду шириной более 15 см запрещена. Получается, что при таком ростверке, в ряду должно находится 2 прутка. Таким образом их общее количество должно составлять 4 штуки.
Марка и состав бетона для ростверка
Много писать по этому поводу мы не будет. Как правило, на этапе заливки бетона всех интересует вопрос, какую марку бетона использовать для ростверка и как его приготовить своими руками.
Для ростверка используют бетон марки М300 и М350. Если вы готовите бетон самостоятельно, то необходимые пропорции вы можете найти на нашем сайте в статье «Марка и состав бетона«.
Так же стоит сказать, что при заливке бетона его обязательно необходимо штыковать т.е. выгонять воздух, который застревает в толще бетона.
Для этого используют специальный вибратор, который можно взять в аренду. Так же можно воспользоваться прутком арматуры и штыкованием выгонять воздух.
Делать это нужно очень тщательно, иначе после застывания, в местах образования воздушных пустот, ростверк будет ослаблен.
Утепление ростверка
Свайно-ростверковый фундамент, как и любой другой нуждается в утеплении. Исключением являются дачи и дома предназначенные для проживания в теплое время года.
Бетонный ростверк будет служить мостиком холода, который может свести на нет всё утепление дома.
Схема утепления достаточно проста и производит ее можно после постройки дома. Для этого достаточно по наружной поверхности ростверка закрепить обычный белый пенопласт или применить более дорогой, но и более качественный экструдированный пенополистирол.
Применять мягкие утеплители, такие как каменная вата или стекловата нежелательно. Они хорошо впитывают влагу и как следствие теряют свой теплоизоляционные свойства. Пенопласты лишены подобного недостатка.
Как правило, для утепления ростверка используют пенопласт толщиной 5-10 см. Этого вполне достаточно.
Крепят его при помощи специальных дюбелей, а стыки запениваются.
Многие на этапе монтажа делают ошибку – ставят пенопласт на землю после чего крепят. Ошибка в этом случает заключается в том, что пенопласт должен находится на высоте 5-10 см от земли.
Дело в том, что на грунт действуют силы морозного пучения, которые поднимают или опускают его. Что это за силы мы писали в статье (ссылка). Так вот, если пенопласт будет располагаться на грунте, то при подъеме почвы его просто оторвет от стен или он сломается.
Многие боятся, что если не плотно прижать пенопласт к поверхности земли, полы первого этажа будут холодными. Это не так. Для того, чтобы пол был теплым его утепляют.
Поверхность пенопласта часто отделывают при помощи цокольных панелей имитирующих кладку кирпича. Экструдированный пенополистирол можно оштукатурить. Но это темы другой статьи. Важно понять, что ростверк обязательно нужно утеплять. Это сэкономит деньги на отопление и сделает температуру в доме более комфортной.
Различие между свайно-ростверковым и ленточным фундаментами
Многие ошибочно считают, что свайный фундамент с ростверком и ленточный фундамент — это одно и тоже. В действительности это совершенно два разных основания.
Ленточный фундамент расположен непосредственно на земле и передает нагрузку от строения по всей площади.
Ростверк несет другую функцию. Он перераспределяет вес здания на столбы, которые в свою очередь передают нагрузку на грунт.
Важным различием является то, что ростверк не должен контактировать с поверхностью земля, иначе силы морозного пучения, о которых мы рассказывали немного выше, могут сломать его или вместе с ним вытащить из земли сваи.
Ростверк для свайного фундамента
Одной из важных частей свайного фундамента является ростверк. В данной статье мы рассмотрим конструкцию ростверка из бетона, расскажем как сделать опалубку для
Как выполняется расчет ростверка свайного фундамента?
Ростверк — это один из основных компонентов свайного фундамента. Он соединяет головы и предназначается для того, чтобы была возможность передавать через сваи нагрузку от фундамента до надземной части изделия. После размещения всех свай в проекте и определения размеров ростверка понадобится уточнить вертикальную нагрузку на каждую из свай. Сделать это можно по простой формуле.
Схема устройства сборных железобетонных и монолитных ростверков в свайных фундаментах.
Как сделать расчет ростверка на продавливание?
Для того чтобы ростверковый фундамент был прочным и служил долго, понадобится грамотно выполнить его расчет. Результаты расчетов ростверка под колонны должны заноситься в план. Данные действия обязательно выполнять людям, которые занимаются строительными работами.
Выполнение расчета свайного фундамента осуществляется по предельным состояниям 1 и 2 группы.
К 1 группе подобных состояний можно отнести:
Рисунки 1-3. Формулы для расчета конструкции на продавливание колонной из стали
- Прочность материалов, из которых изготавливаются ростверковые изделия под фундамент.
- Несущая способность имеющегося грунта.
- Несущая способность оснований, если имеются большие нагрузки по горизонтали.
Ко 2 группе подобных состояний следует отнести:
- Осадки основания от вертикальных нагрузок.
- Смещения или повороты несущих элементов по горизонтали с присутствующим грунтом, если имеются нагрузки по горизонтали и моменты.
- Появление или открытие трещин в устройстве свайного фундамента из железобетона.
Расчетная нагрузка по горизонтали на 1 сваю определяется с учетом равномерного разделения усилий на установленные сваи. Ростверковая плита под фундамент при этом по отношению ко всем сваям принимается бесконечно жесткой.
Ростверки под колонны, которые размещаются рядом друг с другом, а также ленточные изделия подобного типа рассчитываются с учетом всех требований СНиП II-В.1-62 по 1-му предельному состоянию на главное, второстепенное и особое сочетание усилия, которое рассчитывается. Если есть необходимость, выполняется расчет по открытию трещин на главное и второстепенное сочетание нагрузки по нормативам.
Расчет по открытию трещин выполняется согласно требованиям, которые описываются в пункте 10.4 СНиП II-В.1-62. Ширина открытия трещин должна быть не более 0,3 мм.
Расчет ростверков под фундамент на сваях с круглым сечением выполняется так же, как и на свайных изделиях с квадратным сечением.
Рисунки 4-5. Формулы для расчета момента изгиба для каждого из сечений.
Сооружения из железобетона сборного и монолитного типа, которые устанавливаются в свайный фундамент, делаются из бетона, имеющего проектную марку М200 или М150. Наиболее подходящая марка бетона — М200.
Высота ростверков свайных фундаментов на несущих элементах из железобетона может быть определена формулой. Минимальная высота данной данного изделия — 35 см, а ширина — 45 см. Габариты подошвы ростверка под колонну, ступеньки и подколонник понадобится принимать по 300 мм или меньше. Высота плитной части, ступенек и подколонника должны составлять 150 мм или меньше.
Форма монолитного ростверка под фундамент будет зависеть от размера всех частей изготавливаемой постройки и от количества несущих элементов. Высота сооружения должна иметь возможность безопасно передавать усилие на свайные изделия и их прочную анкеровку.
Различается 2 вида вертикальных сил, которые действуют на ростверковый фундамент:
- Осевая нагрузка. Сила проходит через центральную точку тяжести основания под фундамент.
- Эксцентрическая нагрузка. Сила смещается относительно центра тяжести.
При эксцентрической нагрузке изделие подобного типа будет находиться под воздействием момента, потому сваи необходимо размещать так, чтобы центр их тяжести совпал с равнодействующей сил, которые прикладываются к ростверку под фундамент.
Если эксцентрическая нагрузка является переменной, то понадобится расположить сваи так, чтобы нагрузка на них во всех местах была равномерной. Для каждой системы нагрузки необходимо проверять, не превышают ли максимально возможные нагрузки несущую способность сооружения.
Что понадобится учесть при расчете свайного фундамента?
При расчете ростверковых фундаментов подобного типа понадобится учитывать следующие моменты:
Рисунки 6-7. Формулы расчета площади арматурного сечения.
- Все существующие нагрузки и воздействия на основание подобного типа необходимо рассчитывать исходя из СНиПа. Значения, которые в нем указываются, понадобится умножить на коэффициент надежности, который определяется в «Правилах учета ответственности сооружений подобного типа в процессе проектирования зданий».
- Несущая способность ростверковой конструкции рассчитывается с учетом главных и особых нагрузок. Расчет деформаций понадобится выполнять с учетом исключительно основных нагрузок.
- В расчетах следует использовать существующие значения характеристик используемых материалов и имеющегося грунта на территории строительства (исходя из исследований грунта и существующих различных испытаний сооружения). Исходить надо из значений, которые указываются в СНиПе.
- Обязательно понадобится учитывать тип свайных изделий, которые используются (висячие конструкции или стойки). Принимается во внимание вес изделий, а также показатели кренового усилия.
- В процессе расчета основания под фундамент на сваях необходимо рассматривать единое сооружение, которое воспринимает различные нагрузки.
- В случае больших нагрузок по проекту и в условиях проблемных грунтов в расчетах следует учитывать негативные силы трения в процессе осадки строения. К сложным грунтам относятся и те, которые имеют высокий уровень земляных вод.
Рисунки 8-10. Формулы для расчета сечения наклона для свайно ростверкового фундамента на изгиб.
Выполнение расчета ростверка на продавливание колонной тяжелой конструкции свайного фундамента с 4 или большим количеством свай производится по формуле (рис. 17). Формула подразумевает, что продавливание будет выполняться сбоку сооружения. Ее высота определяется как расстояние по вертикали от установленной арматуры плиты до нижней части колонны. Боковые грани, проходящие от внешних граней колонны до граней свай, должны иметь угол наклона в 40° или больше. Максимальный угол можно определить по формуле (рис. 18), где Fper — сила продавливания, которая равняется сумме реакций установленных изделий, которые располагаются за территорией основания. Fper определяется по данной формуле (рис. 19).
Как рассчитывать конструкцию на продавливание колонной из стали?
Если планируется установить стальные ростверки под колонны, понадобится выполнить такие расчеты:
В случае колонны из стали со сплошным сечением или сквозной колонны, которая имеет общую жесткую базу из стали, расчет конструкций на продавливание колонной можно выполнить по формуле (рис. 1), где:
Рисунки 11-13. Формулы расчета арматурной анкеровки.
- Fper — сила продавливания. Величину Fper при тяжелом ростверке под фундамент необходимо принимать за значение, которое равняется сумме реакций установленных свай, которые располагаются за территорией основания от воздействующей силы в колонне у грани конструкции сверху, которая располагается горизонтально.
- Если ростверки нагружаются не центрально, значение силы продавливания следует определять по формуле (рис. 2). ∑Fi — сумма реакций установленных свай, которые располагаются с одной стороны от оси в части конструкции, которая имеет максимальную нагрузку. В данном случае необходимо вычесть сваи, которые располагаются с той же стороны от оси постройки.
- abas и bbas — размеры плиты для опоры колонной базы из стали.
- h0 — высота ростверка, которая учитывается от верха рабочих арматурных прутьев до подошвы плиты опоры колонной базы, которая изготавливается из стали.
- c1 — расстояние от грани плиты для опоры колонной базы из стали до плоскости, которая проходит по внутренней грани ближнего ряда свай.
- c2 — расстояние от грани до плоскости, которая проходит по внутренней грани ближнего ряда свай.
В случае сквозной колонны из стали, которая имеет свою базу под каждую из ветвей, выполнение расчета ростверка на продавливание колонной по всей плите из стали данной ветви производится по формуле (рис. 1). В данном случае за расчетную величину силы продавливания следует принимать (рис. 3), где ∑Fi — сумма реакций установленных свай, которые располагаются с наружной стороны от оси. Необходимо вычесть реакции изделий, которые располагаются с внешней стороны от колонной конструкции.
Как рассчитать свайно ростверковый фундамент на изгиб?
Расчет прочности конструкции на изгиб выполняется в сечении по грани колонны и по внешней грани ступенек конструкции.
Расчетный момент изгиба для каждого из сечений ростверка можно определить как сумму моментов от реакций установленных свай и от локальных нагрузок, которые прикладываются к свесу конструкции по 1 сторону от рассматриваемого сечения. Формулы выглядят следующим образом: (рис. 4, 5), где Mxi, Myi — изгиб в сечениях, которые рассматриваются.
Рисунки 14-16. Формулы для расчета стаканной части и прочность сечения наклона ростверковой конструкции на воздействия поперечной силы.
Расчет прочности конструкции на изгиб в случае установленных колонн из стали выполняется в сечениях по осям колонн. В изделии подобного типа из ступенек расчет выполняется в сечениях по граням ступенек ростверковой конструкции подобного типа.
Для каждого из возможных сечений момент изгиба можно определить как сумму моментов от реакций (от нагрузок на постройку) и нагрузок, которые прикладываются к свесу конструкции по 1 сторону от сечения.
Величину с следует принять равной расстоянию между плоскостью граней боковых свай и ближней боковой гранью плиты для опоры колонной базы из стали. Если имеется ступенчатое изделие, то величина с определяется расстоянием между плоскостью подобных граней свай и гранью ступеньки.
Площадь арматурного сечения, которое является параллельным стороне а, можно определить по формуле (рис. 6).
Площадь арматурного сечения, которое параллельно стороне b, на всю длину конструкции можно определить по формуле (рис. 7).
Прочность сечения наклона можно определить по формуле (рис. 8). Оно должно быть в 1,5 раза меньше поперечной силы. Минимальное значение при этом можно узнать исходя из формулы (рис. 9). Оно должно быть равным 0,5.
Если данное условие соблюдаться не будет, понадобится проверить арматурную анкеровку в месте размещения крайних свай с помощью расчета прочности сечения наклона по моменту изгиба, который можно узнать исходя из формулы (рис. 10), где:
Длина арматурной анкеровки может быть определена по данной формуле (рис. 11), где:
Формула арматурной анкеровки имеет подобный вид (рис. 12), при этом lfac можно определить по формуле (рис. 13).
На длине арматурной анкеровки к продольным арматурным прутьям необходимо приварить хотя бы 1 поперечную арматуру.
Как рассчитать стаканную часть?
Рисунки 17-19. Формулы расчета ростверка на продавливание колонной тяжелой конструкции.
Стены стакана должны быть рассчитаны в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84. Данные конструкции рассчитываются так же, как и железобетонные. В данном случае существуют дополнительные требования, излагающиеся в пунктах 2.6.9-2.6.13.
Стены стакана можно не армировать, если отношение толщины стен стакана к высоте уступа и к глубине стакана равняется 0,8 или больше.
Конструктивно может быть назначено поперечное армирование стен, если действует продольная сила в пределах ядра сечения ростверка колонн (рис. 14).
В процессе проектирования ростверка свайного фундамента под колонну из железобетона надо проверить прочность конструкций на локальное сжатие под торцами колонн.
Рассчитывать конструкцию на локальное сжатие под торцами монолитных колонн из железобетона, имеющие прямоугольное или квадратное сечение ростверка, необходимо исходя из рекомендаций, указанных в пособии по строительству оснований на имеющемся грунте под колонны конструкций.
Как рассчитать прочность сечения наклона ростверковой конструкции на воздействия поперечной силы?
Прочность сечения ростверка свайного фундамента на воздействия поперечной силы рассчитывается по данной формуле (рис. 8), где:
Значение (рис. 15) следует принимать 0,6 или более. Qmin = 0,6h0Rbt, Qmax = 2,5*b*h0*Rbt.
Если рассчитывается прочность наклонных сечений ростверка, который пересекают 2 ступеньки, за b необходимо принимать имеющуюся величину bred, которую можно определить по следующей формуле (рис. 16), где:
Выполнить расчет всех необходимых показателей не так и просто. Облегчить задачу можно, если знать все необходимые формулы и показатели. Не лишней в данном случае будет помощь специалиста, имеющего большой опыт работы в проведении расчетов ростверков свайных фундаментов.
Расчет ростверка свайного фундамента
Выполнить расчет ростверка на продавливание колоннами достаточно просто. Для этого понадобится использовать специальную формулу. Продавливание должно выполняться сбоку конструкции.
Устройство свайного фундамента с ростверком для частного дома
При верном расчете количества свай и глубины их погружения фундамент не будет подвергаться воздействию влаги и промерзать, поэтому в некоторых случаях может быть предпочтительней ленточного. В местах небольших перепадов рельефа, когда выравнивать склон нерентабельно, возможно использование комбинации обычного ленточного и свайного фундаментов.
1. Виды фундаментов с ростверком
Ростверком называют верхнюю часть фундамента, которая объединяет оголовки свай и служит опорой для будущего здания. Соединение свай и роствека может осуществляться с помощью сварки (в случае использования железобетонных конструкций) или заливки бетоном.
По способу установки ростверки подразделяется на:
По виду материалов ростверк может быть выполнен:
2. Расчет расстояния между сваями и глубины их погружения в свайном фундаменте
Глубина погружения свай рассчитывается исходя из вида и сложности грунта. Нижняя часть опоры должна находиться на 20-30 см ниже нормативной глубины промерзания определенного вида грунта в регионе проживания. К примеру, глубина промерзания для Санкт-Петербурга, по отчетам геологов, для глин и суглинков 1,4 м. Для возведения фундамента потребуется сваи размером не менее 140 + 20 = 160 см. Так как земля под домом прогревается, эту цифру можно уменьшить на 10-20%.
Для определения требуемого количества свай и расстояния между ними руководствуются СНиП № 2.02.03-85 и ГОСТ 27751, в которых перечислены основные требования, предъявляемые при возведении свайных фундаментов. При этом в расчет берутся следующие характеристики:
2.1. Порядок проведения расчетов
- Для начала расчетов понадобиться определить размер общей нагрузки на будущий фундамент, то есть узнать вес здания. При этом учитываются не только масса стен, но и пола, перекрытий между этажами, вес крыши, внутренней и фасадной облицовок.
- Полезная нагрузка (вес мебели, бытовых приборов и людей) – если при возведении административных многоэтажных зданий в расчет принимается 200 кг/кв. м, то при строительстве жилых домов достаточно 150 кг/кв. м.
- К полученной сумме веса добавляется снеговая нагрузка в зимний период. Давление снежных масс для большинства районов РФ – 180 кг/кв. м.
- Сумма всех трех вышеуказанных нагрузок умножается на коэффициент запаса, равный 1,1 (в некоторых случаях возможно применение коэффициента 1,2).
- Нагрузка на одну опору без проседания.
При приобретении готовых винтовых свай следует поинтересоваться не только их высотой, но и способностью выдерживать определенный тип нагрузки. Так, винтовые опоры ВСК, имеющие размер 86х250х2500, будут иметь предельную глубину залегания винта 1700 мм, при этом одна свая способна выдержать нагрузку 2000 кг. Способы расчета нагрузки для буронабивных свай более сложны. Возможно, для проведения расчетов понадобится помощью специалистов. Более подробно о монтаже бетонных свай можно прочесть в СНиП № 2.02.03-85. Неплохим справочником может стать книга «Универсальный фундамент» Р.Н. Яковлева, в которой приводится подробные способы расчетов.
2.2. Пример расчета свайного фундамента с ростверком
Винтовые сваи используются для возведения легких дачных домиков, при строительстве же тяжелых коттеджей применяются более массивные буронабивные сваи, способные выдержать серьезную нагрузку.
В данном примере для упрощения расчеты ведутся по винтовым опорам. Отметим, что, если для подобных свай небольшого размера при расчетах не учитывается боковое трение, то в случае возведения тяжелых зданий на буронабивных сваях также учитываются силы бокового трения, оказывающие воздействие на сваю.
Расчет общего количества свай и шага их установки для одноэтажного дома размером 6 × 6 м:
- Определим общий вес расходных материалов. Допустим, общий вес бруса, крыши и облицовки дома с учетом снеговой нагрузки составит 27526 кг.
- Размер полезной нагрузки 6 × 6 × 150 = 5400 кг (полезная нагрузка, данные которой приведены в п. 2.1, умножается на длину и ширину будущего дома).
- Величина снеговой нагрузки 180 × 6 × 6 = 6480 кг.
- Таким образом, общая масса нагрузки на фундамент составит 27526+ 5400 + 6480 = 39406 кг.
- Умножаем полученный вес на коэффициент надежности 39406 × 1,1 = 43346,6 кг.
- Допустим, мы планируем установку винтовых опор 86х250х2500 ВСК. Для расчета их количества полученную сумму общей нагрузки 43346,6 кг следует разделить на нагрузку, приходящуюся на одну сваю 43346,6/2000 = 21,673. Округляем полученное число до 22. Таким образом, для строительства дома размером 6×6 м нам понадобиться 22 сваи.
- Для установки 22 опор шаг установки будет 1,2 метра. Для половых лаг следует добавить еще 2 сваи, которые будут расположены внутри дома.
3. Фундамент с ростверком своими руками
Буронабивные машины при строительстве частных домов используют лишь в тех случаях, когда грунт недостаточно плотный и для обнаружения более плотного участка требуется углубиться в толщу земли на достаточно большую глубину. Если толщина слабого грунта достаточно велика, возможно использование составных свай из отдельных разъемных секций.
В большинстве же случаев при возведении частного дома достаточно установки буронабивной сваи. Для того в грунте случае в грунте с помощью садового или ручного бура делается отверстие необходимой глубины.
3.1. Разметка и бурение скважин под сваи.
После расчистки и выравнивания участка на месте будущего фундамента делается разметка: с помощью натягивания нитей определяется на местности местоположение внутренних и внешних границ ростверка. Опоры, к которым крепится натянутая разметочная веревка, лучше вывести за периметр будущего фундамента, так, чтобы углы будущего фундамента образовывались в местах пересечения натянутых нитей.
Далее, место каждой опоры обозначается с помощью арматуры или деревянных кольев. Можно просто сделать небольшую лунку на месте будущей сваи и пролить ее водой: своего рода «маркер». Сваи обязательно устанавливаются по всем четырем углам будущего фундамента, а затем от каждого угла отмечается необходимое расстояние до следующей, при этом опоры обязательно должны устанавливаться в месте пересечения стен.
Слишком часто расставленные опоры значительно увеличат материальные затраты на их возведение. Редкое же их расположение может привести к существенной деформации ростверка, а затем и к появлению трещин в несущих стенах.
После завершения работ по разметке будущих свай, строительная нить, служившая разметкой границ будущего ростверка, убирается с опор, и производятся работы по бурению скважин под сваи.
3.2. Заливка скважин. Армирование свай фундамента
Перед заливкой бетоном каждая из скважин армируется. Арматура раскладывается продольно по всей длине сваи. Для каждой из столбовых опор достаточно 4-6 прутьев диаметром 12-10 мм. Для придания устойчивости каждая из арматур предварительно сваривается между собой проволокой. Получается своеобразный каркас (закладная), который вставляется в подготовленную скважину. Арматура обязательно должна выступать над сваей – ее длина должна быть такова, чтобы сцепление с ростверком было достаточным. Расстояние от стен скважины (в случае установки опалубки – от стен опалубки) до прута – не менее 5 см.
Во избежание появления воздушных карманов бетонирование должно осуществляться послойно по 25-30 см. Каждый последующий слой плотно утрамбовывается лопатой-штыковкой или вибратором. Чтобы не допустить швов на стыках, заливка каждого последующего слоя производится до высыхания предыдущего.
3.3. Армирование ростверка свайного фундамента
Поверх каждого столба перед установкой ростверка делают гидроизоляцию из просмоленного рубероида. Вместо смолы возможно использование гидростеклоизола.
Далее, разметочная нить снова натягивается на оставленные опоры, и в обозначенных границах под будущий ростверк укладывается подушка из щебня и песка, которая проливается водой и утрамбовывается. Для того, чтобы вода при заливке бетона не ушла в землю, укладывается полиэтилен или рубероид.
Армирование ростверка происходит до установки опалубки.
После завершения вязки арматуры, разметочная нить снова натягивается и по ней устанавливается опалубка.
Заливка монолитного ростверка осуществляется также, как и при заливке ленточного фундамента.
Для обустройства «висячего» фундамента под него предварительно укладывается слой песка, который по мере высыхания конструкции удаляется. Заменить песок можно деревянным коробом в форме буквы «П», который устанавливается на слой кирпича. Через 3 дня короб и кирпичи удаляются.
Cвайно-ростверковый фундамент и расчет свайного фундамента с ростверком
При наличии неустойчивых грунтов с повышенной влажностью или сложных рельефов единственным выходом является установка свайных фундаментов.
Методика расчета свайного буронабивного фундамента с ростверком
Расчет свайного фундамента выполняется в зависимости от его типа. Важно понимать, что расчет буронабивных свай будет отличаться от вычислений для винтовых. Но во всех случаях требуется выполнить предварительную подготовку, которая включает в себя сбор нагрузок и геологические изыскания.
Изучение характеристик грунта
Несущая способность буронабивной сваи будет во многом зависеть от прочностных характеристик основания. В первую очередь стоит выяснить прочностные показатели грунтов на участке. Для этого пользуются двумя методами: ручным бурением или отрывкой шурфов. Грунт разрабатывается на глубину на 50 см больше, чем предполагаемая отметка фундамента.
Схема буронабивного фундамента
Перед тем, как рассчитать свайный фундамент рекомендуется ознакомиться с ГОСТ «Грунты. Классификация» приложение А. Там представлены основные определения, исходя из которых, тип грунта можно определить визуально.
Далее потребуется таблица с указанием прочности грунта в зависимости от его типа и консистенции. Все необходимые для расчета характеристики приведены на картинках ниже.
Глинистая почва в области подошвы сваи Глинистая почва по длине сваи
Песчаный грунт Крупнообломочные породы
Сбор нагрузок
Перед расчетом буронабивного фундамента также необходимо выполнить сбор нагрузок от всех вышележащих конструкций. Потребуется два отдельных вычисления:
Это необходимо потому, что отдельно будет выполнен расчет ростверка свайного фундамента и характеристик свай.
При сборе нагрузок необходимо уесть все элементы здания, а также временные нагрузки, к которым относится масса снегового покрова на крыше, а также полезная нагрузка на перекрытие от людей, мебели и оборудования.
Для расчета свайно-ростверкового фундамента составляется таблица, в которую вносится информация о массе конструкций. Чтобы рассчитать эту таблицу, можно пользоваться следующей информацией:
Собственный вес фундаментов и ростверка определяется в зависимости от геометрических размеров. Сначала требуется вычислить объем конструкции. Плотность железобетона при этом принимается равной 2500 кг/куб.м. Чтобы получить массу элемента, нужно объем умножить на плотность.
Каждую составляющую нагрузки нужно умножить на специальный коэффициент, который повышает надежность. Его подбирают в зависимости от материала и способа изготовления.
Расчет сваи
На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:
Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.
Расположение арматуры
Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.
Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле:
P = (0,7 • R • S) + (u • 0,8 • fin • li), где:
Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q—это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.
При выполнении расчетов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов с разными длинами элементов. После этого будет легко подобрать наиболее экономичный.
Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.
Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.
Сортамент стальной арматуры
Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).
Размеры ростверка и его армирование
Элемент проектируется так же, как и ленточный фундамент. Высота ростверка зависит от того, насколько нужно поднять здание, а также от его массы. Самостоятельно можно выполнить расчет элемента, который опирается вровень с землей, или немного заглублен в нее. Основа расчетов висячего варианта слишком сложна для неспециалиста, поэтому такую работу стоит доверить профессионалам.
Пример правильной вязки арматурного каркаса
Размеры ростверка вычисляются так: В = М / (L • R), где:
Арматурные каркасы обвязки подбираются так же, как и для здания на ленточном фундаменте. В ростверке требуется установить рабочее армирование (вдоль ленты), горизонтальное поперечное, вертикальное поперечное.
Общую площадь сечения рабочего армирования подбирают так, чтобы она была не меньше 0,1% от сечения ленты. Чтобы подобрать сечение каждого стержня и их количество (четное), пользуются сортаментом арматуры. Также необходимо учитывать указания СП по наименьшим размерам.
Пример расчета
Чтобы лучше понять принцип выполнения вычислений, стоит изучить пример расчета. Здесь рассматривается одноэтажное здание из кирпича с вальмовой крышей из металлочерепицы. В здании предполагается наличие двух перекрытий. Оба изготавливаются из железобетона толщиной 220 мм. Размеры дома в плане 6 на 9 метров. Толщина стен составляет 380 мм. Высота этажа — 3,15 м (от пола до потолка — 2,8 м), общая длина внутренних перегородок — 10 м. Внутренних стен нет. На участке найдена тугопластичная супесь, пористость которой — 0,5. Глубина залегания этой супеси — 3,1 м. Отсюда по таблицам находим: R = 46 тонн/кв.м., fin = 1,2 тонн/кв.м. (для расчетов среднюю глубину принимаем равной 1 м). Снеговая нагрузка берется по значениям Москвы.
Сбор нагрузок делаем в форме таблицы. При этом не забываем про коэффициенты надежности.
площадь стен = 30 м*3м = 90 м2;
масса стен = (90 м2* 684)*1,2 = 73872 кг
Предварительно назначаем ростверк шириной 40 см, высотой 50 см. Длину сваи — 3000 мм, D сечения = 500 мм. Используем примерный шаг свай 1500 мм.
Чтобы рассчитать общее количество опор нужно 30 м (длину ростверка) поделить на 1,5 м (шаг свай) и прибавить 1 шт. При необходимости значение округляется до целого числа в сторону уменьшения. Получаем 21 шт.
Площадь одной сваи = 3,14 • 0,52/4 = 0,196 кв.м., периметр = 2 • 3,14 • 0,5 = 3,14 м.
Найдем массу ростверка: 0,4м • 0,5 м • 30 м • 2500 кг/куб.м.• 1,3 = 19500 кг.
Найдем массу свай: 21 • 3 м • 0,196 кв.м. • 2500 кг/куб.м. • 1,3 = 40131 кг.
Найдем массу всего здания: сумма из таблицы + масса свай + масса ростверка = 244167 кг или 244 тонн.
Для расчета потребуется нагрузка на пог.м ростверка = Q = 244 т/30 м = 8,1 т/м.
Расчет свай. Пример
Находим допустимое нагружение на каждый элемент по формуле указанной ранее:
P = (0,7 • 46 тонн/кв.м. • 0,196 кв.м.) + (3,14 м • 0,8 • 1,2 тонн/кв.м. • 3 м) = 15,35 т.
Шаг свай принимается равным P/Q = 15,35/8,1= 1,89 м. Округляем до 1,9 м. Если шаг получается слишком большим или маленьким, нужно проверить еще несколько вариантов, меняя при этом длину и диаметр фундаментов.
Для каркасов применяются пруты D = 14 мм и хомуты D = 8 мм.
Расчет ростверка. Пример
Нужно посчитать массу здания без учета свай. Отсюда М = 204 тонн.
Ширина ленты принимается равной М / (L • R) = 204/ (30 • 75) = 0,09 м.
Такой ростверк использовать нельзя. Свесы стен кирпичного здания с фундамента не должны превышать 4 см. Ширину назначаем конструктивно 400 мм. Высота остается равной 500 мм.
Армирование ростверка свайного фундамента:
Выполнение расчетов займет определенный промежуток времени. Но с их помощью можно сберечь деньги и время в процессе строительства.
Также вы можете рассчитать фундамент при помощи онлайн калькулятора. Просто нажмите на ссылку Расчет фундамента столбчатого типа и следуйте инструкциям.
Расчет свайного фундамента: простая и надежная методика
Рассчитываем сечение, высоту, расстояние между сваями, армирование, каркасы и несущую способность свай и ростверка буронабивного свайного фундамента.