Как найти число опор

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.

Для расчета суммарных нагрузок от проектного сооружения необходимо иметь его план, чтобы знать:

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:

F=Y_c×(Y_cr×R×D+P×∑〖Y_cri×F×L〗),где

• 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:

γ_n×N≤F/γ_cd ,где

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/м²);
• 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:

d_f=d_0 √T, где

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.

© 2010-2021, Buzon — регулируемые опоры.

4.1.
Расчет опор–лап и опор-стоек

Данный
раздел посвящён методике расчета опор
вертикальных аппаратов, конструкции,
основных и присоединительных размеров
опор-лап, опор-стоек; рассматриваются
конструкции и требования к выбору
мешалок в соответствии с ОСТ 26-01-1245-83, а
также типы и параметры корпусов для
аппаратов с перемешивающими устройствами
в соот­ветствии с действующими
отраслевыми стандартами Минхимнефтемаш
России.

Материалы
раздела будут полезны при выполнении
курсового проекта на тему «Расчет и
конструирование аппаратов с перемеши­вающими
устройствами».

Размер
опоры лапы или опоры стойки выбирается
в зависимости от внутреннего диаметра
корпуса аппарата в соответствии с ОСТ
26-665-72. Затем проводится проверочный
расчет элементов опоры по следующей
ме­тодике [18].

Выбор
типоразмера опоры (табл.4.1, 4.2) и определение
допускаемой нагрузки на опору [G],
основная величина для расчета — нагрузка
на одну опору G₁,
H:

, (4.1)

где

— максимальный вес аппарата, включающий
вес аппарата, футе­ровки, термоизоляции;
различных конструкций, опирающихся на
корпус аппарата, максимальный вес
продуктов, заполняющих аппарат, или
массу воды при гидравлическом испытании,
Н;

n
— число опор (n
= 3 при расчете опоры-стойки; n
= 4
при
расчете опоры-лапы) .

Проверка
опоры на грузоподъемность по условию

G₁<[G]. (4.2)

Определение
фактической площади подошвы подкладного
листа опор (А_факт,
мм²):

А_факт
=
, (4.3)

где
a₂,
b₂
— размеры подкладного листа в мм (табл.
4.1, 4.2).

Определение
требуемой площади подошвы подкладного
листа
(А_треб,
мм²)
из условия прочности бетона фундамента:

A_треб
=
, (4.4)

где

—
допускаемое удельное давление, МПа:

для
бетона марки 300
—
= 23 МПа;

для
бетона марки 200
—
= 14 МПа;

для
кирпичной кладки
—
= 1,6 МПа.

Проверка
удовлетворения выбранного размера
площади подклад­ного листа условию
прочности материала фундамента

А_факт
> А_треб. (4.5)

Проверка
вертикальных ребер опоры на сжатие и
устойчивость. Напряжение сжатия в ребре
при продольном изгибе

(4.6)

где
–
поправка на действие неучтенных факторов
[18];

–
коэффициент,
определяемый по графику, приведенному
на рис.4.1, в зависимости от гибкости
ребра λ:

; (4.7)

—
гипотенуза ребра,

–
для
опоры-лапы;

для
опо­ры-стойки

определяется из рис.
3.

—
число ребер в опоре (
= 2, рис.
2.3);

—
толщина ребра;

—
вылет ребра;

—
допускаемое напряжение на сжатие
для
материала ребер опоры;

—
коэффициент уменьшения допускаемых
напряжений при продоль­ном изгибе.

Для
опор типа 1; 3 –

=
0,6.

Для
опор типа 2 –

= 0,4.

Для
стали марки Ст.3 напряжение в ребрах
должно быть не более
100 МПа. Если оно
больше допустимого, то увеличивают
толщину ребра и рассчитывают повторно.

Проверка
на срез прочности угловых сварных швов,
соединяющих ребра с корпусом аппарата;

(4.8)

где

= 0,85 ∙ S₁
–
катет шва;

– общая
длина швов;

–
допускаемое
напряжение на срез в сварном шве,
<
80
МПа.

Расположение
опор-стоек и опор-лап для корпусов типа
0; 1; 2; 3 (см. табл. (6-12; 14) и присоединительные
размеры приведены на рис. 4.4; 4.5 и в табл.3.

4.2.
Конструкция опор –лап и опор-стоек

Опора
приводов для корпусов типа 0; 1; 2; 3
представлена на
рисунке 4.6,
присоединительные размеры приведены
в табл. 4.4, где

D₅
— размер
болтовой окружности для присоединения
стоики привода;

D₁
—
размер болтовой окружности для
присоединения торцового или сальникового
уплотнения вала перемешивающего
устройства;

d₁,
d₂
— размеры болтов (шпилек) для крепления
уплотнения вала и привода соответственно;

n
и n₁
— количество болтов (шпилек) уплотнения
и привода соответ­ственно.

Рис.
4.1. График к расчету ребра опоры

Рис.
4.2. Конструкция опор-лап

типа
1, 2, по ОСТ 26-665-87. Исполнение 2:

1
– косынка; 2 – основание; 3 – подкладной
лист;

4
– регулировочный болт

Таблица
4.1

Размеры
опор-лап типа 1,
2 исполнения
2
по ГОСТ 26-655-72 (для рис. 4.2)

Допус-каемая нагрузка на опору, кН	Диаметр аппарата, мм	Тип	а, мм	a1, мм	a2, мм	b, мм	b1, мм	b2, мм	с, мм	c1, мм	h, мм	h1, мм	l, мм	St, мм	K, мм	K1, мм	R, мм	r, мм	d0, мм	d1, мм	f, мм	Масса	Подкладной лист, кг
40	1000	1	170	190	120	185	150	400	40	100	285	20	100	10	30	50	800	20	35	М24	50	7,77	2,6
2	315	390	80	160	16,43
63	1400	1	210	250	150	230	170	160	120	345	24	120	12	35	60	1100	М30	60	14	4,5
2	380	470	100	210	28
100	2000	1	250	310	200	310	230	220	160	460	30	16	40	80	1400	30	42	М36	80	33,4	10
2	520	620	130	280	69,3
160	2400	1	340	380	250	390	290	280	60	200	570	36	150	20	60	100	1600	40	М42	100	65,8	19,5
2	650	780	180	360	137,8
250	2800	1	410	453	300	480	360	350	240	680	40	24	75	120	1800	50	М48	180	116,4	32,9
2	800	940	220	435	245,6

Рис.4.3.
Конструкция опор-стоек типа 3 по ОСТ
26-365-87

Исполнение
2:

1
– косынка; 2 – основание; 3 – подкладной
лист; 4 – регулировочный болт

Таблица
4.2

Размеры
опор-стоек типа 3 исполнения 2 по ГОСТ
26-655-72 (для рис. 3)

Допус-каемая нагрузка на опору, кН	Диаметр аппарата, D, мм	Тип	а, мм	а1, мм	а2, мм	b, мм	b1, мм	b2, мм	b3, мм	с, мм	c1, мм	h, мм	h1, мм	l, мм	S1, мм	К, мм	K1, мм	r, мм	d0, мм	d1, мм	Масса, кг	Подкладной лист, кг
40	1000	3	170	200	120	180	150	140	240	40	100	420	20	100	12	50	125	20	35	М24	17,5	2,6
63	1400	3	280	230	150	200	170	160	280	120	490	24	120	14	15	150	М30	27,6	4,5
100	2000	3	270	310	200	250	230	220	360	160	630	30	18	20	180	30	42	М36	57,6	10
160	2400	3	360	400	250	340	290	280	480	60	200	840	35	150	24	25	250	40	М42	136,6	20
250	2800	3	500	550	300	490	360	350	620	240	1200	40	34	35	350	50	М48	394	33

Примечание.
Пример условного обозначения опоры
типа 3 исполнения 2 с допускаемой нагрузкой
40 кН:

Опора
3-2-40 ГОСТ 26-655-72

Рис.
4.5.

Расположение
опор-лап для корпусов типа 0;1;2;3

Рис.
4.4.

Расположение
опор-стоек для корпусов типа 0;1

4.3.
Конструкция опор привода

Таблица
4.3

Присоединительные
размеры опор-стоек и опор-лап для корпусов
типа 0; 1; 2; 3 (см. рис. 4.4; 4.5)

Диаметр аппарата, Dl, мм	Диаметр отверстий под болты опор d0, мм	D3, мм
для опор-стоек	для опор-лап (норм.)	для опор-лап (увеличенных)
без ру­башки	с рубаш-кой	без ру­башки	с рубаш-кой	без ру­башки	с рубаш-кой
1000	35	920	1000	1280	1390	1480	1590
1100	35	1020	1100	1380	1490	—	—
1200	35	1100	1200	1480	1390	1680	1790
1300	35	1200	1300	1580	1690	—	—
1400	35	1260	1360	1680	1790	1880	—
1500	42	1360	1450	1780	1890	—	—
1600	42	1410	1510	2000	2100	2300	2400
1700	42	1510	1610	198O	2090	—	—
1800	42	1610	1710	2220	2300	2500	2600
1900	42	1710	1810	2180	2290	—	—
2000	42	1810	2010	2560	2760	2980	3180
2200	42	2010	2210	2700	3090		3610
2400	42	2210	2410	3080	3290	3600	3810
2600	42	2410	2610	3470	3670	4110	4310
2800	42	2610	2810	3670	3880	4310	4520
3000	42	2810	2960	3870	4080	4510	4720
3200	42	2960	3160	4070	—	4710	—

Рис.
4.6.

Опора
приводов для корпусов типа 0; 1; 2; 3

Таблица
4.4

Присоединительные
размеры привода к корпусам типа 0; 1; 2; 3
по ОСТ 26-01-1246-7 5 (рис. 4.6)

Габарит привода	Исполнение привода	Диаметр вала d1, мм	Диаметр корпуса аппарата D1, мм	D5, мм	d2, мм	n1	Для уплотнений на Pу, МПа
до 0,6	до 3,2
D1	d1	n	D1	d1	n
1	11; 12	40	1000 и более	350	М16	6	150	М16	4	—	—	—
11; 13; 21; 31÷34; 41	50	170	240	М16	12
21; 31÷34; 41	65	200	8
2	11÷13; 21; 31÷34;	1200 и более	500	М20	8
11;13; 21; 31÷34; 41	80	225	280	М24
31÷34; 41	95	255
3	11÷13; 21; 31÷34;	80	1600 и более	600	М24	225
11;13; 21; 31÷34; 41	95	255
41	110	280	310
4	11÷13; 21; 31÷34;	2200 и более	900	М32	12
11÷13; 31÷34;	130	340	340	М28
5	21

Соседние файлы в папке 3. Механника

• #
• #
• #
• #
• #