Строительство здания на слабом грунте со сложным рельефом начинается с заложения столбчатого фундамента. Чтобы конструкция держалась на стационарном уровне, не подвергалась воздействию влаги и холода, инженеры-проектировщики выполняют расчет свайного фундамента с ростверком.
Полезная нагрузка – это сумма веса мебели, людей, половых покрытий, бытовых приборов, облицовок. Рассчитывается приблизительно, согласно нормам колеблется между 100 и 200 кг. на единицу площади перекрытия помещения.
П.Н = S * 100 кг.
S – совокупная площадь перекрытия дома.
Вычисление снеговых нагрузок
Снеговая нагрузка – давление на поверхность кровли снежного покрова. Нормативное снеговое давление определено для каждого региона индивидуально. Например, С. Н в Иркутске колеблется между 392 кг/м2 и 560 кг/м2.
С.Н = N * S
N – вес снегового покрова;
S – площадь кровли здания.
Вычисление массы здания
Масса здания – сумма веса элементов дома: стен, стропильной системы, перекрытий, кровли, стяжки.
M = m1 m2 m3 …
M – масса строения;
m – удельный вес элемента.
m = V / S
V = усредненный вес 1 м2 стройматериала;
S = площадь элемента.
Пример составления сводки для вычисления массы здания:
Элемент Вес, кг/м2
Кирпичные стены (150 мм) 220-270
Железобетонное перекрытие 500
Рубероидное покрытие 20-50
Вычисление совокупных нагрузок
Совокупные нагрузки – это сумма воздействий на опоры.
С. Н = (М П.Н С. Н) * К.Н
К. Н – коэффициент надежности, соответствующий предельному состоянию. Прописан в своде правил №2.01.07-85*. Например, для жилых зданий – 1,2.
Вычисление грузонесущей способности сваи
Грузонесущая способность – это давление, которое выдерживает опора. Высчитывается по данным исследования грунта, например, основываясь на сопротивлении почвы.
Fdf = u * ∑ Ycr * Fi * Hi;
Fdr = Ycr * R * A;
Fd = Ycr * (Fdf Fdr).
Fd – грузонесущая способность сваи;
Ycr — коэффициент работы столба в почве после заложения (=1);
u – внешний периметр сечения опоры;
Fi – сопротивление грунта у боковой стенки столба;
Hi – толщина грунта, соприкасающаяся с боковой стенкой опоры;
R – нормативное сопротивление почвы под основой столба;
А – площадь опоры.
Нормативные значения или формулы для их нахождения даны в своде правил 2.02.01-83*.
Расчет количества свай ростверкового фундамента
Количество свай – минимальное число опор, поддерживающих сооружение.
В обязательном порядке опоры устанавливаются на углах дома, а также в местах стыковки стен. Расстояние между столбами свайно-ростверкового фундамента — 2-2,5 м.
n = С.Н / Fd
n – количество столбов
Вычисление длины свай
Длина сваи – глубина заложения стержня, необходимая для устойчивого положения основания конструкции. Высчитывается по данным исследования грунта, например, основываясь на высоте пластов.
Подошва углубляется на 1 метр в твердые породы (крупный песок). К длине на уровне растительного слоя добавляется 40-50 см. (определяет высота обвязки) для соединения опор и рамы.
Расчет ростверка свайного фундамента
Ростверк – железобетонная рама, которая соединяет верхнюю часть столбов, а также служит опорной конструкцией для несущих элементов здания.
Расчет свайного фундамента с ростверком выполняется в соответствии с предельными состояниями. Предельное состояние – состояние, при котором конструкция получает необратимую деформацию или локальное повреждение, а также не способна сопротивляться внешним воздействиям. Классификация пределов:
1 группа: несущая способность грунта, прочность материалов свай и обвязки, глубина заложения;
2 группа: усадки, повороты опор и контактной почвы под воздействием внешних факторов, например, мерзлоты.
При расчете свайного фундамента с ростверком для практически верного заложения учитываются силы трения при усадке, например в почвах с грунтовыми водами. Принимают во внимание тип свай, а также величину креновых нагрузок.
Согласно вышеуказанной классификации и сборникам правил №2.17.77, №2.03.01 размер обвязки и глубина ее заложения рассчитываются по формулам:
Fаi ≤ Rbt * h01 * ∑ Uі * Ві – устойчивость к продавливанию угловой опорой.
Мхі = ∑ Fі * Хі – Мfx – устойчивость к изгибам.
Q ≤ 1.5 * b * Ho * Rbt * – устойчивость к поперечному давлению.
Fаi – нормативное давление на угловую сваю;
Rbt – сопротивление рамы к растяжению;
h01 – глубина заложения обвязки на угловой опоре;
Uі – сила давления опоры на раму;
Ві = К * (Hоі / Соі) – расчетный коэффициент (свод №2.03.01);
Мхі – изгибающие моменты, действующие на ростверк;
Fі – нормативная нагрузка на столбы;
Хі – расстояние между осями опор и нижней гранью рамы;
Мfx – изгибающие факторы местного типа, действующие на обвязку;
Q – нормативная устойчивость столбов вне рамы (испытывают наибольшее поперечное давление);
b – ширина ростверка свайного фундамента;
Ho – глубина заложения ростверка в свайном фундаменте.
Расчет свайного фундамента с ростверком производят согласно рекомендациям сборников №2.01.07-85*, №2.02.01-83, №2.17.77, №2.03.01.
Пример расчета свайного фундамента с ростверком
Требуется построить одноэтажный жилой дом в Сургуте. Длина 8 м., ширина 9 м. Болотная почва. Опоры – винтовые, размером 86х250х2500. Итак, как правильно рассчитать свайно-ростверковый фундамент?
П.Н = 8 * 9 * 100 кг = 7200 кг
Нормативная снеговая нагрузка в Сургуте – 180 кг/м2. С.Н = 180 * 8 * 9 = 12960 кг.
Предположим, что сумма веса облицовки, крыши и бруса – 30126 кг.
С. Н = (М П.Н С. Н) * К.Н = (30126 7200 12960) * 1,2 = 60343 кг. (так как дом жилой, К.Н – 1,2).
Предположим, что Fd (грузонесущая способность сваи) – 2000 кг. Следовательно, n = С.Н / Fd = 60343 / 2000 = 30. Таким образом, для строительства понадобится 30 столбов. Между опорами 2 м.
Допустим, что грунт имеет 6 пластов: растительный, супесь, глина, суглинок, глина, песок средней крупности. Опора углубляется на 1 м. в твердую породу – песок, суммарная высота остальных слоев — 7.25 м. Дополнительно прибавляется 40 см. для соединения с обвязкой. Высота свай = 1 7,25 0,4 = 8,65 м.
Стандартное сечение обвязки – 40 * 30 см. Масса рамки формируется из бетона, армируется каркасом из арматуры.
Дом – это крепость, основа которой — фундамент. В слабых грунтах со сложным рельефом давление на опоры увеличивается в разы. Рама – единая конструкция, выдерживающая изгибающие силы, вертикальный и горизонтальный навал. Точный расчет свайно-ростверкового фундамента делает проживание в здании безопасным.
