Формула для расчета свайного фундамент

Тонкости расчета свайно-ленточного фундамента и формулы для вычисления

На этапе проектирования свайно-ленточного основания необходимо подобрать и рассчитать конструкционные особенности силовых элементов.

Несмотря на сложность методики и необходимость соблюдения нормативных требований. Некоторые собственники с целью экономии не обращаются в специализированные компании, а сами берутся за инженерные расчеты.

Разберем в статье подробно нюансы расчета, формулы для вычисления и какими сервисами можно воспользоваться для получения точных значений.

Исходные данные

Перед проектированием любого типа фундамента необходимо провести геологические изыскания почвы на участке.

Сведения, которые понадобятся при вычислении параметров основания:

• тип грунта;
• физико-механические свойства почвы;
• наличие слоев в грунте, склонных к плывучести, карманов выветривания;
• глубина сезонного промерзания;
• уровень грунтовых вод;
• возможность размыва пластов около фундамента и т.д.

Результаты исследования позволят судить о несущей способности участка и, как следствие, подобрать количество опорных элементов, а также опорную площадь фундамента.

На значение параметров также оказывают влияние суммарные нагрузки в результате давления проектного сооружения на грунт. При этом учитывают вес стен, перекрытий, кровли, а также полезную и снеговую нагрузку.

Требования к проведению вычислений изложены в нормативной документации для строительства свайно-ростверковых оснований:

Сколько необходимо свай?

Глубина свай определяется, исходя из расположения в грунте твердого несущего пласта, а также линии сезонного промерзания почвы. Если тока промерзания грунта находится на глубине не больше 2,5 м, то ее значение (определяют по формуле:

1. M_t – сумма среднемесячных отрицательных температур за всю зиму;
2. d_0 – коэффициент учитывающий тип грунт на участке.

Тип почвы	Значение
Глина, суглинок	0,23
Супесь, мелкий и пылеватый песок	0,28
Песок гравелистый, средней и большой крупности	0,30
Крупнообломочная порода	0,34

Чтобы исключить действие сил морозного пучения на фундамент, сваю заглубляют ниже точки промерзания на 30 см.

Ленточный ростверк может лежать на земле, быть заглубленным или нависать над участком.

В последнем случае высота сваи зависит от таких факторов:

• количества осадков;
• уровня снега;
• глубины подземных источников;
• вероятности подтопления;
• температурного режима в помещении.

Минимально возможная высота цоколя – 20 см при условии, что сооружение проектируется на плотных грунтах. В противном случае выбирают высоту в диапазоне 35–45 см, проверяя несущую конструкцию на уровень несущей способности относительно возможным деформациям.

Для этого рассчитывают величину деформации F по формуле:

• a – коэффициент, который зависит от качества бетона (выбирается от 1 до 0,8 в зависимости от тяжести и зернистости);
• R_bt – класс бетона по прочности;
• u – периметр опорной конструкции;
• h – высота сваи.

Если полученное значение больше проектных нагрузок на грунт, то высота опорных элементов подобрана корректно. В противном случае необходимо пересмотреть значение параметра.

Описание расчета деформации свайно-винтового основания на продавливание приведено в СНиП 2.02.03-85.

Как правило, средний шаг между опорами в таком основании равен 1,5 – 2,5 м. Силовые элементы располагают по углам конструкции и под точками пересечения несущих стен, где преобладают проектные нагрузки.

Количество опор определяется, исходя из суммарного веса сооружения и несущей способности одной сваи. Уменьшая шаг между силовыми элементами, можно при необходимости увеличить допустимую нагрузку фундамента.

Как рассчитать количество ленты?

При строительстве шлакоблочных и кирпичных домов ширину ленты выбирают в диапазоне от 40 до 60 см. При этом высота ростверка не должна быть меньше 45 см с учетом того, что 10 см отведено на погружение сваи в ленту.

Инженерные вычисления для определения параметров ростверка основаны на расчете устойчивости конструкции к различным деформациям, возникающим в процессе монтажа и эксплуатации. Таким образом, расчет ростверка согласно принципам, описанным в СНиП, – трудоемкая и кропотливая работа, которую стоит доверить профессионалам.

Для частного домостроения можно воспользоваться упрощенной формулой:

• B – минимально возможная ширина ростверка (принимается на 20 см больше толщины опор и при этом не должна быть меньше ширины несущих стен);
• М – суммарные нагрузки проектного сооружения (без веса фундамента);
• L – периметр ростверка;
• R– допустимая нагрузка на грунт у поверхности.

Вычисление осадки

Перед определением осадки необходимо сравнить напряжение под подошвой (р) с допустимой нагрузкой грунта (R). Если выполняется условие, то можно воспользоваться линейной моделью и считать осадку методом послойного суммирования.

Вычисляют ординаты эпюр природного давления для первого слоя грунта:

1. γ_n — коэффициент, зависящий от типа грунта;
2. h_n- высота слоя;
3. n – порядковый номер слоя.

Значение коэффициента для различных типов грунта, кН/м 3
Слежавшаяся насыпь	17
Слежавшаяся супесь	21
Песок средней фракции	18,9
Грунт перенасыщенный влагой	10,25
Тугопластичный суглинок	19,1

Следующем шагом находят значение параметра для каждого последующего слоя, прибавляя к основной формуле: Q_(n-1).

Расчет стабилизированной осадки проводят по формуле:

• β – коэффициент, принимаемые исходя из заданных условий по нормативной документации;
• Е – модуль деформации грунтов (определяется по результатам изысканий).

Подробнее о расчетах расписано в документе СП 24.13330.2011, а также в методических указаниях по проектированию оснований для гражданских зданий, которые можно скачать по ссылке.

Вычисление с помощью программ

Исходя из вышеизложенного очевидно, что самостоятельно провести расчеты достаточно сложно.

На практике можно воспользоваться онлайн-ресурсами:

1. Сервис для расчета размеров силовой конструкции, выбора характеристик арматуры, а также определения потребностей в расходуемом бетоне.
2. Онлайн-калькулятор. Программа помогает выбрать количество и качество арматуры, узнать необходимый объем бетона. Для этого нужно ввести в соответствующие поля такие исходные параметры как: марка бетона, количество свай и т.д.
3. Программа для расчета просадки основания методом послойного суммирования.

Заключение

Ввиду трудоемкости инженерных расчетов для свайно-ленточного основания под жилые сооружения целесообразно воспользоваться услугами профессионалов.

Только так можно гарантировать, что выбранные параметры обеспечат долговечность и надежность опорной конструкции. Проводить расчеты по упрощенным схемам рекомендуется только для хозяйственных построек и других сооружений III степени ответственности.

Источник

Онлайн калькулятор расчета буронабивных свайно-ростверковых и столбчатых фундаментов

Информация по назначению калькулятора

Онлайн калькулятор монолитного буронабивного свайного и столбчатого ростверкого фундамента предназначен для расчетов размеров, опалубки, количества и диаметра арматуры и объема бетона, необходимого для обустройства данного типа фундамента. Для определения подходящего типа, обязательно обратитесь к специалистам.

С вайный либо столбчатый фундамент – тип фундамента, в котором сваи либо столбы находятся непосредственно в самом грунте, на необходимой глубине, а их вершины связаны между собой монолитной железобетонной лентой (ростверком), находящейся на определенном расстоянии от земли. Главным отличием между столбчатым и свайным фундаментом является разная глубина установки опор.

О сновными условиями для выбора такого фундамента является наличие слабых, растительных и пучинистых грунтов, а так же большая глубина промерзания. В последнем случаем и при возможности забивания свай при любых погодных условиях, такой вид очень актуален в районах с суровым климатом. Так же к основным преимуществам можно отнести высокую скорость постройки и минимальное количество земляных работ, так как достаточно пробурить необходимое количество отверстий, либо вбить уже готовые сваи с использованием специальной техники.

С уществует различное множество вариаций данного типа фундамента, таких как геометрическая форма свай, материалы для их изготовления, механизм действия на грунт, методы установки и виды ростверка. В каждом индивидуальном случае необходимо выбирать свой вариант с учетом характеристик грунта, расчетных нагрузок, климатических и других условий. Для этого необходимо обращаться к специалистам, которые смогут произвести все необходимые замеры и расчеты. Попытки экономии и самостроя могут привести к разрушению постройки.

Д алее представлен полный список выполняемых расчетов с кратким описанием каждого пункта. Вы так же можете задать свой вопрос, воспользовавшись формой справа.

Источник

Какие формулы используют, чтобы рассчитать свайный фундамент и онлайн-сервисы для вычисления

Инженерные расчеты – необходимый этап при проектировании силовой конструкции для строительства сооружений промышленного и жилищного назначения.

Только грамотное сопоставление исходных условий с проектными нагрузками позволит рассчитать параметры и количество свай для фундамента, которые станут надежной опорой для нового здания.

Параметры для расчета основания

Перед началом расчетов основания необходимо проанализировать геологические и климатические условия на участке.

При дальнейшем понадобятся такие сведения:

• тип грунта, а также его химический состав, физико-механические свойства, влажность;
• глубина промерзания земельных масс и уровень подземных источников под опорной площадью;
• риски подтопления, оползней и т.п.;
• карта участка, где отображены особенности ландшафта, а также линии инженерных коммуникаций.
• среднее количество осадков в регионе.

Полученные сведения послужат базой для расчетов свайного фундамента, которые подробно изложены в сводах правил из СНиП 52-01-2003 (редакции 2018 г.), №3.03.01-87, №2.02.03-85.

Вычисления проводят с целью определения таких параметров, как:

• глубина закладки основания;
• количество свай и оптимальный шаг между ними;
• вес конструкции, который давит на фундамент;
• допустимая нагрузка на силовые элементы;
• сопротивление почвы.

1. площадь перекрытий;
2. высоту этажей, толщину стен;
3. используемые строительные материалы.

Все допустимые и поправочные коэффициенты берутся из вышеуказанных СНиП.

От чего зависит шаг?

Расстояние между ближайшими опорными элементами рассчитывается индивидуально, исходя из количества свай, их диаметра, схемы свайного поля, а также особенностей конструкции. Количества опор, а также их параметры выбирают, учитывая проектные нагрузки и несущую способность грунта.

Популярные схемы свайного поля:

• одинарные сваи – расставляют по углам конструкции и в местах, где на грунт действуют максимальные нагрузки;
• ленточное размещение – сваи устраивают по периметру на минимальном расстоянии;
• кустарное расположение – группы из нескольких опорных элементов расставляют в максимально нагруженных местах, при этом шаг не имеет значения;
• сплошное свайное поле – опорные столбы с шагом в 1 м расположены по всему периметру конструкции.

Выбору шага конструкторы уделяют особое внимание, потому что при слишком большом расстоянии между силовыми элементами сооружение может просесть. Нецелесообразно короткий шаг приводит к перерасходу трудовых и материальных затрат.

Оптимальное расстояние

Оптимальный диапазон варьируется в пределах от 1,5 до 3 м. Значение минимально возможного шага регламентируется нормативными требованиями и равно трем диаметрам опоры. Максимальный шаг принимается равным 6 диаметрам сваи.

Исключения могут составлять такие ситуации:

1. Шаг равен 1,5 диаметра, если опоры устанавливают группами и под углом.
2. Стройка ведется на участке с большим уклоном, тогда расстояние выбирается по минимально допустимым.
3. По проекту фундамент будет опираться на стабильные и высокоплотные породы, тогда шаг можно увеличить до 4Ø.

Как определить количество материала для частного дома?

Чтобы определить потребность в количестве опор для силовой конструкции, необходимо суммарные проектные нагрузки разделить на грузоподъемность одной сваи. Принципы вычислений и табличные коэффициенты изложены в СНиП № 2.02.03-85.

Расчет несущей способности отдельной опоры

Несущую способность силового элемента находят по формуле:

• Y_c – показатель условий работы;
• Y_cr – коэффициент, который учитывает сопротивление почвы нагрузкам;
• R– расчетное сопротивление грунта под площадью подошвы;
• D – диаметр силового элемента;
• P – периметр сечения одной сваи;
• Y_cri – показатель, отражающий давление грунта на стенку сваи;
• F_i – сопротивление почвы относительно поверхности силового элемента;
• L – длина сваи.

Удостовериться в несущей способности отдельного конструктивного элемента относительно проектных условий можно по условию:

1. N – расчетная нагрузка на одиночную опору;
2. γ_n –коэффициент надежности исходя из класса ответственности сооружения (определяется ГОСТ 27751);

γ_cd –коэффициент надежности по грунту, который равен:

• 1,2 – если грузоподъемность сваи определена методом полевых испытаний при передаче статистических нагрузок;
• 1,25 – если показатель F найден по результатам динамических испытаний с учетом упругих деформаций почвы;
• 1,4 – если грузоподъемность определена расчетным путем с использованием свода правил из СНиП, а также табличных коэффициентов;
• 1,5 – если допустимая нагрузка на опору определена с помощью компьютерных программ.

Вычисление расчетной нагрузки

Для самостоятельных расчетов выбирают формулу для расчета предельной нагрузки на опору, исходя из типа фундамента:

Тип силовой конструкции	Формула	Неизвестные величины
Буронабивные столбы	F=R×D+∫ Y_cf ×F_i×H_i	R – расчетное сопротивление грунта; D – диаметр сваи; Y_cf — коэффициент условий действия почвы на боковые поверхности опоры; H_i – толщина почвы, которая контактирует с поверхностью сваи; F_i – сопротивление почвы относительно поверхности сваи
Забивные опоры	F=P∑〖Y_cf×〗 F_i×H_i	P – периметр сечения одной сваи
Винтовые стержни	F=Y_cf (A(a_1 c_1+a_2 y_1 h_1 )+ +P×F_i (h-d))	a_1 и a_2 и – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения почвы; c_1 – коэффициент линейности или удельного сцепления для различных грунтов; y_1 – удельный вес грунта выше винтовой части; h_1 – размер подземной части сваи; h – общая длина стержня; d – диаметр лопасти

Расчет нагрузки от конструкции здания

Чтобы определить нагрузку, которую по плану будет передавать сооружение на грунт через фундамент, необходимо найти общую массу дома и умножить значение на коэффициент запаса надежности (1,1–1,25).

Чтобы найти вес здания, необходимо знать:

• площадь всех стен и перекрытий;
• тип кровли и ее размеры;
• удельный вес использованного строительного материала;
• полезную нагрузку, которые могут оказывать люди и предметы интерьера (для жилых сооружений принимается равной 150 кг/м 2 );
• массу снежного покрова (усредненный показатель по региону).

Когда найдены показатели веса для кровли, стен, перекрытий, мебели и людей, а также определена нагрузка снежного покрова, значения складываются. Результат расчетов позволит определить количество опор и удостовериться в правильности выбранных параметров.

Подсчет требуемого количества материала

Определение количества силовых элементов сводится к делению веса конструкции на грузоподъемность одной сваи.

Производители опор в технической документации указывают предельные нагрузки, которые можно использовать для предварительно подбора количества элементов.

В задачи конструктора входит сопоставление характеристик сваи с заданными условиями по формулам для нахождения несущей способности опор, которые приведены в вышеизложенном материале. Только так можно быть уверенным в достоверности расчетов.

Зная количество опорных элементов, можно убедиться в правильности выбранной схемы, для этого нужно:

1. Общий вес конструкции (дома и фундамента) разделить на опорную площадь.
2. Второй показатель находят, исходя из формы сечения и количества свай. Например, для изделий с круглым сечением используют классическую формулу .

Зная какое давление оказывает конструкция на квадратный сантиметр грунта, сравнивают полученное значение с известным расчетным сопротивлением грунта (R₀) из СНиП 2.02.01-83. Если вес конструкции не превышает значение R_0, то считают, что количество свай было определено правильно. В противном случае увеличивают количество опор или выбирают изделия с большей площадью сечения.

Глубина установки опор и шаг между ними

Свайный фундамент заглубляют в почву ниже точки промерзания (d_f), которую можно взять из справочников, но целесообразнее рассчитать самостоятельно по формуле:

1. T – среднемесячная минусовая температура за всю зиму в регионе;
2. d_0 – коэффициент, который выбирают по типу грунта:
   • 0,23 – глинистые почвы;
   • 0,28 – пылеватые пески;
   • 0,30 – пески средней фракции;
   • 0,34 – гравий и крупнообломочные породы.

Последним шагом в ходе инженерных расчетов остается окончательно выбрать шаг между опорными элементами.

Опоры размещают по плану, придерживаясь оптимального расстояния 1,5–2,5 м, уделяя особое внимание местам, где конструкция оказывает максимальное давление на почву, а именно:

• по углам конструкции;
• у входной группы;
• под несущими стенами;
• под действующими печами и каминами;
• под тяжелым оборудованием и т.д.

Получение данных с помощью онлайн-калькуляторов

Поскольку расчет силовой конструкции – достаточно трудоемкий процесс, то частично можно упростить задачу, воспользовавшись специализированными сервисами и онлайн-калькуляторами.

Среди всех существующих сайтов большей популярностью пользуются следующие порталы:

1. moi-domostroi.ru – простой калькулятор веса дома. Для расчета понадобится знать форму дома, размеры всех конструктивных элементов, виды строительных материалов, тип крыши, уточнить регион.
2. gvozdem.ru – сервис для определения количества опорных элементов. Позволяет узнать потребность в бетоне и арматуре, зная параметры сваи.
3. screw-piles.ru – сервис для определения потребности в сваях, исходя из особенностей конструкции и типа грунта.

Все представленные в свободном доступе программы используют усредненные условия и приблизительные коэффициенты, поэтому результаты таких вычислений могут быть использованы только для предварительного планирования.

Полезное видео

Видео-рекомендации по расчетам от экспертов:

Заключение

Чтобы грамотно провести расчет фундамента, инженеру требуются прикладные навыки и понимание технологии закладки свайного фундамента.

Требования к вычислениям подробно изложены в нормативных документах и отражают, кроме приведенных в статье формул, анализ рисков на осадку и деформации в зависимости от типа почвы и модели основания, а также другие нюансы строительства.

Самостоятельно заниматься инженерными расчетами допускается в том случае, если планируется возведение легковесной постройки, либо сооружения II или III степеней ответственности. В противном случае стоит проектирование свайного фундамента доверить профессиональной компании, которая имеет для этого все лицензии.

Источник