Как выполняется расчет ростверка свайного фундамента?

Оглавление:

Как сделать расчет ростверка на продавливание?
Что понадобится учесть при расчете свайного фундамента?
- Как рассчитывать конструкцию на продавливание колонной из стали?
- Как рассчитать свайно ростверковый фундамент на изгиб?
- Как рассчитать стаканную часть?
- Как рассчитать прочность сечения наклона ростверковой конструкции на воздействия поперечной силы?

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:

расчеты ростверка на продавливание колонной;
расчет на продавливание данной конструкции угловыми сваями;
на изгиб;
на локальное продавливание изделием из стали.

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:

c – расстояние между плоскостью граней свай, которые располагаются в крайнем ряду, и ближней гранью подколонника или ступенькой изготавливаемой постройки;
dsv – размер сечения ростверка;
?Fi – сумма реакций установленных в крайнем ряду свай со стороны ростверковой части из плит;
Mf – момент изгиба от локальной нагрузки (вес конструкции, земляная засыпка на часть ростверковой плиты и так далее).

Длина арматурной анкеровки может быть определена по данной формуле (рис. 11), где:

lan содержится в СНиП 2.03.01-84 (lan = 8);
As,cal – необходимая площадь арматурного сечения ростверка и его плиты;
As,fac – фактическая площадь арматурного сечения подобной плиты;
диаметр установленных арматурных прутьев.

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:

Q = ?Fi – сумма реакций установленных свай, которые находятся за территорией нагруженной части конструкции. В данном случае нужно учитывать максимально возможный момент изгиба;
b – ширина подошвы конструкции свайного фундамента;
высота в расчетном сечении конструкции;
длина проекции сечения наклона, которая равняется расстоянию между плоскостью граней установленных свай и ближней гранью подколонника или ступеньки. Если устанавливается плитный свайно ростверковый фундамент, то длина проекции равняется расстоянию между плоскостью граней и ближней гранью ростверка под колонны.

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:

b – ширина ступеньки, которая располагается снизу (подошва ростверка свайного фундамента);
b2 – ширина 2-ой ступеньки;
h0 – высота ступеньки ростверковой конструкции, которая располагается снизу;
h2 – высота 2-ой ступеньки ростверка свайного фундамента.

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.