Фундамент расчет нагрузки винтовые сваи

Какую нагрузку выдерживают винтовые сваи 89, 108 и 133

Расчет фундамента — ответственный этап проектирования. Если при его выполнении допустить ошибку, то можно неправильно задать шаг свай или их сечение. Ошибки приводят к снижению надежности опор под знание и возникновению вероятности сильной усадки или крена строения, вследствие которых образуются трещины и повреждения основных строительных конструкций здания. Одним из самых важных характеристик свайно-винтового фундамента (как и любого другого) является его несущая способность.

От чего зависит допустимая нагрузка

Если давать определение понятию несущая способность, то она представляет собой максимально допустимое давление на элемент фундамента, которое он выдерживает. Расчетная нагрузка на одну винтовую сваю всегда должна быть меньше ее несущей способности. Равность значений нежелательна, поскольку стоит предусмотреть запас на случай возникновения непредвиденных обстоятельств.

Допустимая нагрузка на винтовую сваю зависит от следующих факторов:

• диаметр трубы и лопастей;
• прочность грунта основания;
• длина сваи.

При выполнении простейших расчетов для частного дома потребуется знать только прочностные характеристики основания и площадь лепестковой подошвы (лопасти). Расчет выполняется по следующей формуле:

В этой формуле N -несущая способность винтовой сваи (сколько она способна выдержать), F — значение несущей способности (неоптимизированное), γк — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в зависимости от количества опор для здания и способа выполнения геологических изысканий.

Коэффициент γk назначается равным следующим значениям:

• 1,2 при проведении точных геологических испытаний грунта основания, путем выполнения зондирования и лабораторных исследований. Выполнить это самостоятельно невозможно. Способ не подходит для частного домостроения из-за высокой стоимости, которая сильно увеличит бюджет строительства.
• 1,25 при проведении испытаний с помощью сваи-эталона. Хотя этот способ проще, чем предыдущий, определить, сколько сможет выдержать грунт, способен только человек, имеющий знания в области геологии.
• При самостоятельных исследованиях почвы и использовании табличных показателей прочности коэффициент принимается в зависимости от количества опор. Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,4-1,75 при количестве опорных элементов в пределах 5-20 штук.

Важно! Практичнее всего использовать второй способ т.к. полноценные геологические изыскания дороги, а самостоятельное изучение грунта на глубине вкручивания свай практически нереально.

Очень интересное видео по испытаниям винтовых и других свай, за одно и сравнение по несущей способности:

Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле:

Здесь S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи. Для наиболее распространенных диаметров винтовой сваи можно воспользоваться таблицей ниже.

Диаметр винтовой сваи, мм	Диаметр лопасти, мм
89	250
108	300
133	350

Эти элементы чаще всего применяются для легких частных строений.

После того, как определено, сколько составляет площадь лепестковой подошвы винтовой сваи, нужно выяснить прочностные характеристики грунта основания (в формуле буква Rо). Для этого потребуется выполнить как минимум простейшие геологические изыскания с помощью ручного бурения или отрывки шурфов. Грунт можно изучить визуально и на ощупь, рекомендуется выполнять определение с применением ГОСТ «Грунты. Классификация».

Таблица ниже рассматривает, какую прочность основания нужно взять в расчет для различных грунтов.

Грунт основания, определенный по итогам изысканий	Rо на расстоянии 1,5 м и более от поверхности земли, кг/см 2
Галька с глиняными частицами	4,50
Гравий с глиняными частицами	4,00
Песок крупной фракции	6,00
Песок средней фракции	5,00
Песок мелкой фракции	4,00
Пылеватый песчаный грунт	2,00
Суглинки и супеси	3,50
Глины	6,00
Просадочное основание или насыпное с проведением уплотнения	1,50
Насыпное основание без выполнения работ по уплотнению	1,00

Зная сколько способен выдержать грунт на один квадратный сантиметр и площадь опорной части винтовой сваи можно найти предварительное значение несущей способности F (без учета коэффициента по надежности). Значение подставляют в первую формулу и находят окончательную максимально допустимую нагрузку на один элемент фундамента.

Более подробно определить, сколько сможет выдержать свая можно по формуле 7.15 пункта 7.2.10 СП «Проектирование и устройство свайных фундаментов». Здесь учитываются все моменты, которые способны повлиять на несущую способность, а именно:

• условия работы;
• характеристики грунта;
• глубина залегания лопасти (прибавляется боковое трение);
• диаметр лопасти;
• характер работы сваи (на выдергивание или на сжатие).

Выполнить расчет достаточно сложно, потребуется найти множество коэффициентов и характеристик грунта (здесь учитывается не только несущая способность, но и угол внутреннего трения, удельное сцепление, удельный вес и др.). Для упрощения работы можно воспользоваться таблицами, которые приводятся для наиболее распространенных диаметров свай (чаще всего для частного домостроения используют 89 мм, 108 мм, 133 мм).

Для свай диаметром 89 и 108 мм можно привести следующую таблицу:

Тип грунта	Несущая способность свай 89 и 108 мм при диаметре лопасти 300 мм в тоннах с учетом глубины залегания винта
	1,5 м	2,0 м	2,5 м	3,0 м
Мягкопластичный лесс	2,2	2,9	3,6	4,3
Полутвердая глина	4,7	5,4	6,0	6,7
Тугопластичная глина	4,2	4,9	5,6	6,3
Мягкопластичная глина	3,7	4,4	5,0	5,8
Полутвердые суглинки и супеси	4,4	5,1	5,8	6,5
Тугопластичные суглинки и супеси	3,9	4,6	5,3	6,0
Мягкопластичные суглинки и супеси	3,5	4,2	4,8	5,5
Песок средней и крупной фракции	—	9,7	10,4	11,1
Песок мелкой фракции	—	6,3	7,0	7,7
Песок пылеватый	—	4,9	5,6	6,3

Несущая способность элементов диаметром 89 достаточна для того, чтобы использовать их в качестве фундаментов под одноэтажные дома из легких материалов (каркасные, бревенчатые, брусовые). При возведении двухэтажных строений лучше вместо 89 диаметра выбрать 108 или больший. Если опирать на такие свайные фундаменты кирпичные и бетонные здания, при расчете получится очень большой диаметр элементов и частое их расположение (зависит от характеристик грунта), да и не в каждой компании найдется специалист способный рассчитать массивное здание на винтовых сваях. Выгоднее использовать другие типы фундаментов.

Пример упрощенного расчета

Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:

• грунты на участке — глина;
• диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
• масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
• периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.

Сначала находится прочность грунта основания. Воспользовавшись приведенной ранее таблицей находим, что для имеющегося типа почвы она составляет 6,0 кг/см². Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности). Остается вычислить площадь лепестковой подошвы:

S = (πD²)/4 = 3,14*352/4 = 961,6 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).

Находим неоптимизированную несущую способность:

F = S*Rо = 961,6*6,0 = 5770 кг.

Вычисляем допустимую нагрузку:

N = F/γk = 5770/1,75 = 3279 кг ≈ 3,3 т.

Для дальнейшего расчета определяем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом:

59 т/3,3т = 17,87 шт, округляем до целых в большую сторону и принимаем в дальнейший расчет 18 шт.

Чтобы завершить вычисления для возведения фундаментов, нужно определить шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество опорных элементов:

24 м/18 шт = 1,33 м — максимальный шаг фундаментов.

Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять γk = 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 12-13 штук, а это существенная экономия. В каждом случае нужно считать что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности.

Определение максимальной нагрузки на сваю — только часть вычислений для проектирования. Как показано выше, на этом расчет не заканчивается. Окончательными результатами вычислений должны стать следующие данные для свай:

• сечение;
• длина;
• шаг;
• распределение под несущими стенами.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Источник

Как рассчитать необходимое количество винтовых свай?

Фундамент – это основа здания, а его правильный расчет – это основа долголетия всего строения. Для того чтобы рассчитать необходимое количество винтовых свай, их ширину и прочие параметры, необходимые для возведения фундамента, нужно придерживаться выверенной стандартизированной методики. Она включает в себя набор формул, в которые необходимо подставить геодезические данные о специфике конкретной местности и табличные значения, соотносящиеся с искомыми параметрам фундамента. Для того чтобы высчитать количество винтовых свай под фундамент в частном доме, необходимо вникнуть во все особенности и тонкости расчетов.

Назначение

Фундамент на винтовых сваях – отличное решение для местности со сложным рельефом, которое к тому же отличается умеренной ценой. Специфика этой технологии позволяет осуществить монтаж опор в течение 3 дней и при этом гарантирует надежность фундамента как минимум 100 лет. Для получения качественного результата необходимо учесть все факторы, заложенные в техпроцесс: равномерное распределение нагрузки, особенности грунта, глубину промерзания почвы, наличие и специфику подземных вод и т. п.

В результате всех вычислений появляются данные, дающие ответ на такие вопросы, как:

• необходимая высота винтовых свай;
• диаметр винтовых свай;
• глубина их установки;
• необходимое количество винтовых свай;
• общая стоимость материалов.

Порядок вычислений

Всегда первый шаг в любой работе – это проектирование.

Для проведения расчетов можно использовать стандартизированную методику для винтовых свай, описанную в СНиП 2.02.03–85. В ее основе лежат данные по геодезическим исследованиям конкретного участка земли.

В них входят следующие сведения:

• описание рельефа участка;
• состав и плотность грунта;
• уровень залегания грунтовых вод;
• глубина промерзания почвы;
• посезонный уровень осадков в регионе застройки.

При помощи этих данных вычисляется количество винтовых свай для фундамента (К).

Для расчетов понадобятся такие показатели:

• общая нагрузка на фундамент (Р), представляющая собой сумму масс всех использованных материалов;
• коэффициент надежности (к), являющийся корректирующим показателем для значения общей нагрузки на сваи;
• несущая способность грунта – табличное значение;
• площадь пяты сваи, находящаяся в прямой зависимости от ее диаметра, – табличное значение;
• максимально допустимая нагрузка (S), показатель для одной сваи – табличное значение.

Далее следует подстановка значений в формулу следующего вида: К=Р*к/S.

Коэффициент надежности (к) коррелирует с общим количеством свай и имеет соответствующие значения:

• к=1.4, если свай от 11 до 22 штук;
• к=1.65 – от 5 до 10 штук;
• к=1.75 – от 1 до 5 штук.

На каждую сваю ложится нагрузка, равная общей нагрузке, деленной на количество опор. Чем их меньше, тем сильнее нагрузка на одну сваю и тем быстрее она приходит в негодность, а вместе с ними весь фундамент и дом.

Правильный расчет заключается в подборе такого количества свай, которого хватит на весь период эксплуатации строения, но без чрезмерных излишков, являющихся пустой тратой средств.

При помощи приведенной формулы, коэффициента для винтовых свай расчет нагрузок и дальнейшее строительство не сопряжено с особыми трудностями.

При окончательных расчетах необходимо распределить нагрузки под несущими конструкциями и критическими точками с излишним давлением на фундамент с учетом:

• типа свай (висячих или стоек);
• массы;
• значения кренового усилия.

Параметры

Рассчитывая винтовой фундамент и оказываемые на него нагрузки, необходимо учитывать следующие показатели:

• общая масса строения (постоянная), измеряется в килограммах, является суммой масс таких элементов:
  • стен и перегородок;
  • перекрытий;
  • крыши;
• дополнительные нагрузки (временные, переменные):
  • масса снега на крыше;
  • масса всех предметов в доме: мебели, оборудования, отделочных материалов и жильцов (среднее значение 350 кг/кв. м);
• динамические нагрузки кратковременного характера, возникают от воздействий:
  • порывов ветра;
  • осадочных процессов;
  • колебаний температур.

Разновидности

В зависимости от строения (формы) винтовой сваи разнится специфика ее применения.

Выделяют такие распространенные виды:

• широкопластная с литым наконечником – используется для небольших строений при простом грунте;
• многопластная с несколькими лопостями на разном уровне – используется при повышенной нагрузке на сложном грунте;
• с переменным периметром – узкопрофильное изделие для специфических условий;
• узкопластная с литым зубчатым наконечником – применяется в условиях вечной мерзлоты и каменистой почвы.

Технические характеристики

Выделяют несколько основных технических характеристик у винтовых свай.

К ним относятся:

• длина ствола и материал изготовления;
• диаметр сваи;
• разновидность лопастей и их метод закрепления на стволе.

Диаметр

Сваи изготавливаются со стандартизированными габаритами под выполнение соответствующих задач:

• 89 мм (диаметр лопасти 250 мм) – при расчетной нагрузке на одну опору не более 5 тонн, в основном это каркасные одноэтажные дома;
• 108 мм (диаметр лопасти 300 мм) – при расчетной нагрузке на одну опору не более 7 тонн: каркасные одно- и двухэтажные дома, постройки из бруса и пеноблочные сооружения;
• 133 мм (диаметр лопастей 350 мм) – при расчетной нагрузке на одну опору не более 10 тонн: кирпичные и газобетонные дома с использованием металлических элементов.

Длина

Выбор длины свай базируется на показателе плотности почвы: свая должна опираться только на твердые грунты.

Также их длина зависит от имеющихся перепадов высот на участке:

• глубина залегания суглинка менее 1 метра – длина свай 2,5 метра;
• при рыхлых грунтах или плывуне длина сваи определяется глубиной погружения бура до твердых пластов;
• при неровностях участка разница в длине свай может варьироваться от 0,5 метра и более в зависимости от конкретного случая.

Количество опор и интервал их расположения

К табличным значениям расположения опор друг относительно друга относятся такие значения:

• от 2 до 2,5 метров – для домов с деревянным каркасом и блочных строений;
• 3 метра – для зданий из бруса или бревен.

При расположении свай фундамента для равномерного распределения нагрузок должны учитываться следующие правила их расстановки:

• под каждым углом дома;
• в точке пересечения несущей стены и внутренней перегородки;
• возле входного портала;
• внутри периметра здания с интервалом в 2 метра;
• под камином как минимум 2 сваи;
• под несущей стеной, в месте размещения балкона, мезонина или подобной конструкции.

Ростверк

Ростверк – элемент фундамента, необходимый для равномерного распределения нагрузки, оказываемой строением на фундамент. Для обеспечения надежности ростверка нужно рассчитать ряд параметров, при этом тип ростверка значения не имеет.

В расчеты входят:

• сила продавливания фундамента;
• сила продавливания, воздействующая на каждый угол отдельно;
• сила воздействия на изгиб.

Если используется высокий ростверк, вся нагрузка воздействует на сваи. Вертикальная нагрузка действует снизу, деформирующая нагрузка – сбоку. Такие расчеты очень сложны и требуют профессиональных знаний. Для расчетов необходимо воспользоваться стандартами индивидуального строительства.

Они определяют следующие нормы:

• соединяться опоры с ростверком могут двумя способами: жестким и свободным;
• глубина вхождения головы сваи в ростверк – минимум 10 см;
• расстояние между землей и ростверком – не менее 20 см;
• толщина ростверка не может быть меньше толщины стен и минимально равняется 40 см;
• ростверк должен иметь высоту более 30 см;
• ростверк укрепляется продольным и поперечным армированием с сечением прута от 10 до 12 мм.

Пример подсчета

Данный пример служит целью подробно показать применение формул при расчетах свайно-винтового фундамента.

Исходными данными для дома с периметром 10х10 являются:

• дом, возведенный по каркасной технологии, крыша покрыта шифером, есть крыльцо;
• габариты фундамента – 10х10, высота постройки – 3 метра;
• внутри установлены две перегородки, которые, пересекаясь, делят помещение на 3 комнаты;
• скат крыши – 60 градусов;
• каркас выполнен из бруса с сечением 150х150;
• ростверк выполнен из бруса с сечением 200х200;
• стены выполнены из СИП-панелей.

Далее осуществляются расчеты следующих элементов конструкции:

• площадь стен:
  • несущих: 10*3*4= 120 кв. м;
  • перегородок: 10*3+5*3= 45 кв. м;
• масса стен (масса 1 кв. м стены из бруса и перегородки взята из таблицы средних значений):
  • несущих: 50 кг*120=6000 кг;
  • перегородок: 30 кг*45=1350 кг;
  • общая: 6000+1350=7350 кг;
• масса перекрытий на 100 кв. м.:
  • цокольное: 150 кг*100=15000 кг;
  • чердачное: 100 кг*100=10000 кг;
  • крыша: 50 кг*100=5000 кг;
  • общая: 15000*10000+5000=30000 кг;
• масса дополнительных элементов (внутреннее наполнение дома, тип бытовой техники, отделки, количество жильцов и т. п), берется табличное среднее значение для 1 кв. м в 350 кг:
  • 350*100=35000 кг.;
• общая масса строения:
  • 35000+30000+7350=72350 кг;
• для примера берется коэффициент надежности, равный 1,4;
• максимальная нагрузка на пяту сваи с диаметром в 300 мм – 2600 кг при условии, что сопротивление грунта равно 3 кг /куб. см (почва со средней плотностью, глубоким залеганием воды и уровнем промерзания не больше 1 метра);
• высчитываем количество свай по формуле К=Р*к/S: К=72350*1,4/2600=39 свай.

Дополнительные рекомендации

В процессе расчета количества свай и их распределения по всей площади фундамента существует множество мелких особенностей, каждая из которых так или иначе сказывается на улучшении конечного результата:

• при установке фундамента из винтовых свай на сложном нестабильном грунте для усиления опорной конструкции используется обвязка с применением металлического уголка или швеллера на уровне цоколя;
• при отсутствии геодезических данных для расчетов лучше использовать параметры, соответствующие минимальной расчетной нагрузке, то есть создавать максимальный запас прочности;
• для улучшения качества расчетов, кроме формул и табличных данных, стоит применять программу для проектировки: она пересчитает все параметры и опровергнет или подтвердит ручной расчет;
• наименее прочные сваи обладают стволами из шовных труб с приваренными лопастями;
• по нормам цоколь не должен подниматься больше чем на 60 см над землей, при этом запас сваи по длине должен составлять от 20 до 30 см.

Расчетное количество свай не всегда является оптимальным: могут присутствовать дополнительные обстоятельства, требующие применения их большего количества. Кроме того, небольшой запас прочности благоприятно сказывается на долговечности фундамента.

При монтаже свай на неровном участке желательно оставлять запас по длине в районе 20–50 см. В дальнейшем излишки можно будет отрезать или произвести выдергивание. А вот при недостатке – придется забивать новую сваю.

О том, как рассчитать количеситво винтовых свай, смотрите в видео ниже.

Источник