Определение требуемого количества свай в фундаменте на 1 м длины стены.

    Центрально нагруженным называется свайный фундамент, у которого равнодействующая нагрузок проходит через центр тяжести площади поперечного сечения свай в плоскости их верхних концов (низа ростверка). При расчете центрально нагруженных свайных фундаментов сваи размещают равномерно по всей плите ростверка симметрично по отношению к его оси, совпадающей с осью сооружения, предполагают что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи. Количество свай в центрально нагруженном фундаменте может быть определено по формуле:

                                                 ,                                      (14)

где   N_Imax – максимальная расчетная вертикальная нагрузка на фундамент по первому предельному состоянию – N_{I max} = 482,57кН (на уровне планировочной отметки) - см. пункт 3 данных методических указаний;

р - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, р = 280кН (см. п.6);

α – эмпирический коэффициент: для ленточного фундамента α = 7,5, а для    столбчатого α = 9;

b – размер поперечного сечения сваи, в данном случае b = 0,3 м (см. п.4);

h _р – высота ростверка, h _р = 0,6 м (см. п.4);

γ _р – удельный вес железобетона ростверка (24 … 25 кН/м³), принимаем γ _р =25кН/м³;

G_IC – вес 3-х рядов стеновых фундаментных блоков марки ФБС 24.6.6 на 1 м длины фундамента:

G_IC= (g _б / l _б) ∙ n _б ∙ γ _fm ∙ γ _n = (19,6 / 2,38) ∙ 3 ∙ 1,1 ∙ 0,95 = 25,82 кН.

Здесь g _б – вес одного блока (см. приложение IХ), кН;   l _б – длина блока, м;   n _б – количество рядов блоков;    γ _fm - коэффициент надежности по нагрузке γ _fm = 1,1 ( приложение I, табл.I.1); γ _n - коэффициент надежности по ответственности, для зданий второго класса ответственности γ_n = 0,95 (ГОСТ 27751-88 [5], см. п.3 методических указаний).

Следовательно, по формуле (14) требуемое количество свай на 1 погонный метр:

.

    Количество свай в центрально нагруженном фундаменте может быть также  определено по формуле:     

                                          ,                                       (15)         

где N_{I max}, G_IC, р – тоже, что и в формуле (14); G_IR – ориентировочный расчетный вес ростверка и грунта над ним, на начальном этапе проектирования можно приближенно принять:

G_IR = 0,1∙ N_{I max} = 0,1∙ 482,57 = 48,26 кН.

Следовательно, по формуле (15):

.

    Для ленточных свайных фундаментов величину n округляют не до целого числа, а до десятых долей, так как число свай, приходящееся на погонный метр стены, может быть дробным. В курсовой работе при определении требуемого количества свай разрешается использовать одну из формул (14) или (15). В данном случае расчеты по формулам (14) и (15) дали почти одинаковый результат.

    Принимаем 2 сваи на 1 погонный метр фундамента (n = 2,0).

    Если по расчету получилось, что количество свай на погонный метр стены n > 3, то целесообразно увеличить несущую способность одиночной сваи F_d, перейдя к другому типоразмеру с большим поперечным сечением или длиной. При необходимости можно также увеличить количество свай, принимая их меньших размеров и уменьшая тем самым их несущую способность.

 

Конструирование ростверка.

 

    Расстановка свай в ленточном свайном фундаменте производится следующим способом. Определяют расчетное расстояние между осями свай на один погонный метр длины стены (шаг свай вдоль стены):

                                                         .                                             (16)

Результат расчета округляется так, чтобы шаг свай был кратен 5 см. Учитывая, что фактическое расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3∙ b и не более 6∙ b (b – диаметр круглого, сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи), рекомендуется следующее размещение свай в плане:

1) если 3∙ b ≤ а_р ≤ 6∙ b – однорядное расположение свай в ленте;

2) если n ≤ 2 и 1,5∙ b ≤  а_р < 3∙ b – двухрядное шахматное расположение при расстоянии между рядами:

                                        ;                                (17)

3) если n ≥ 2 и а_р =1,5∙ b – двухрядное с расстоянием между рядами: с_р = 3∙ b;

4) если n > 2 и b ≤  а_р < 1,5 ∙ b – трехрядное шахматное, расстоянием между рядами определяется по формуле:

                                      .                                 (18)

Если а_р < b, то следует произвести перерасчет величины , увеличив длину сваи или ее сечение. Больше 6∙ b расстояние между осями свай не допускается, так как в этом случае значительно увеличиваются размеры ростверка, поэтому необходимо увеличить число свай, приняв меньшую длину свай или меньшие размеры сечения, и уменьшить расстояние а_р. Более трех рядов свай в ленточном фундаменте применять не рекомендуется. При размещении свай под стену в один ряд, наличие свай в углах здания обязательно, в узлах пересечения стен – желательно.

    Расстояние между осями свай-стоек должно быть не менее 1,5∙ b. Расстояние в свету между стволами буровых, набивных свай и свай-оболочек, а также скважинами свай-столбов для обеспечения устойчивости стенок скважин должно быть не менее 1м; расстояние в свету между уширениями при устройстве их в твердых и полутвердых глинистых грунтах – не менее 0,5м, в других нескальных грунтах – не менее 1м.

 

    Ширину ленточного ростверка определяют по формуле:

                                   b_p = b + (m -1) ∙ c_p + 2c₀ ≥ 0,4 м,                         (19)

где m – число рядов свай; c ₀ – свес ростверка – расстояние от внешней поверхности (боковой грани) крайней сваи до края ростверка.

    Минимальные свес ростверка 5 см (с_{0 min} = 0,05 м). При проектировании ростверка учитывают возможные отклонения свай при забивке, которые для однорядного расположения сплошных свай допускаются до 0,2 b. Поэтому расстояние c ₀ (с учетом отклонения) принимается: при однорядном размещении свай – не менее

                                               c ₀ ≥ 0,2 b + 5 см,                                          (20)

при двух и трехрядном

                                               c ₀ ≥ 0,3 b + 5 см,                                          (21)

при большем числе рядов

                                               c ₀ ≥ 0,4 b + 5 см,                                          (22)

где размер b подставляют в формулы (20) – (22) в сантиметрах.

Часто величину c ₀ принимают равным размеру поперечного сечения сваи.

    Для рассматриваемого примера n = 2,0 (см.п.7). Определим шаг свай вдоль стены по формуле (16):

.

Имеет место второй случай   ( n ≤ 2 и 1,5 b ≤ а_р< 3 b ). Поэтому принимаем 2-х рядное шахматное расположение свай в ленте (рис. 3).

 

 

Рис. 3

 

Тогда расстояние между рядами находим по формуле (17):     .

Свес ростверка по формуле (21):

Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи принимаем кратным 5см:

с₀ = 0,15 м.

Тогда по формуле (19):

b_p = 0,3 + (2-1)∙0,75 + 2∙0,15 = 1,35 м > 0,4 м.                                                                                             

Ширина ростверка должна быть кратной 100мм,

поэтому принимаем:                                                                 

с_р = 0,8 м < 0,9 м.

Тогда ширина ростверка будет равна (формула (19) и рис.3):                                                           

b_p = 0,3 + 1∙0,8 + 2∙0,15 = 1,4 м.                

При шахматном расположении свай проверяется расстояние между осями свай по диагонали:

Условие выполняется.

    Высота ростверка уточняется согласно расчету на продавливание и изгиб ориентировочно по формуле:

                                              ;                                      (23)

где k – коэффициент, принимаемый равным 1; R_bt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

    Для свай С4-30 применяется бетон класса В 15 (см. приложение VI, табл. VI.1), для которого R_bt = 0,75МПа = 750 кПа (см. приложение Х, таблица Х.4).

что меньше чем по конструктивным требованиям (h_pmin =0,3 м).

    При размещении свай в 2 ряда и более высоту ростверка можно определить ориентировочно по формуле:

                                              ,                                                (24)

где h₀ – величина заделки сваи в ростверк; u – периметр сечения сваи.

так как и было принято (см. п.4). Окончательно принимаем h_p =0,6 м.

       Высоту ростверка нужно стремится назначать минимально возможной. Если принятая в п.4 высота ростверка окажется меньшей, чем дает расчет по формулам (23) или (24), то целесообразно сначала увеличить класс бетона ростверка, не изменяя его высоту и повторить вычисления по формулам (23), (24), если это не поможет (требуемая высота ростверка останется больше принятой), то необходимо увеличить высоту ростверка до размера определенного формулой (23) или (24) – до большего размера.