2. Определение требуемого количества свай для ленточного свайного фундамента.

Особенностью расчета ленточного свайного фундамента является то, что нагрузки на такой свайный фундамент действуют распределенными на единице длины фундамента. При расчете ленточных свайных фундаментов нужно найти необходимое количество свай на единице длины и расположить их по ширине ростверка. Сваи в ленточных свайных фундаментах располагают в линейном и в шахматном порядке (рисунок 39), количество рядов при этом в обоих случаях назначают не больше трех. Если по расчету требуется большее количество рядов свай для восприятия внешних нагрузок, увеличивают длину или сечение свай так, чтобы количество рядов не превышало трех.

Для ленточного свайного фундамента вычисление требуемого количества свай можно выполнять в следующей очередности.

После определения несущей способности F_d (п. 3) находится условное среднее давление на единице длины подошвы ростверка по формуле

,

(50)

где _k – коэффициент надежности (п. 4.5);

k_s – коэффициент, зависящий от условий взаимодействия сваи с грунтом, для висячих свай k_s = 3, для свай-стоек k_s = 1,5;

d – размер поперечного сечения сваи, м.

Если в качестве единицы длины ленточного свайного фундамента принят участок стены здания определенного размера, то расчет далее ведется как для отдельного свайного фундамента на действие суммарной нагрузки, действующей на этом участке. Очевидно, что при этом длина подошвы ростверка будет определяться длиной стены и габаритами примыкающих к ней конструкций.

Если в качестве единицы длины принят один метр, то вычисляется ориентировочная ширина подошвы ростверка

,

(51)

где n_oI – расчетная, по первой группе предельных состояний, вертикальная нагрузка по обрезу ростверка, кН/м;

– осредненный удельный вес ростверка и грунта на его уступах, кН/м³, принимаемый равным 22-23 кН/м³;

d_p – глубина заложения ростверка, м;

_f – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,1.

Предварительный линейный вес ростверка с грунтом на его уступах вычисляется согласно выражения

.

(52)

Необходимое число свай на единице длины фундамента определяется по формуле

,

(53)

где _m - коэффициент, принимаемый равным 1,2-1,3 для внецентренно и 1,1 для центрально нагруженных фундаментов.

После размещения свай в плане и конструирования ленточного ростверка корректируется единица длины фундамента. В качестве ее принимается шаг свай s (рисунок 39). Вычисляются на скорректированной единице длины фундамента, с соответствующими коэффициентами надежности по нагрузке, фактический вес ростверка (N_p), вес грунта на его уступах (N_g), суммарный вес свай (N_s). Подсчитывается расчетная нагрузка на сваю по формуле (43) и проверяется выполнение условия (42).

18. Определить требуемое количество висячих железобетонных свай С90.30-6 (масса 2,05 т) в ленточном свайном фундаменте под внутреннюю продольную стену жилого здания. Конструкция ростверка с нагрузками показана на рисунке 40.

Несущая способность сваи на сжимающую нагрузку определена расчетом и равна F_d = 700 кН, на выдергивающую нагрузку – F_d = 250 кН.

По обрезу фундамента действуют нагрузки, вычисленные с учетом ветровых нагрузок:

1 комбинация – n_оI = 800 кН/м, q_оI = 50 кН/м;

2 комбинация – n_оI = 750 кН/м, q_оI = -68 кН/м.

Р ешение. Так как несущая способность сваи по грунту найдена расчетом _k =1,4.

Для висячих свай k_s = 3.

Размер поперечного сечения сваи d = 0,3 м.

Находим условное среднее давление по подошве ростверка

617 кПа.

Максимальный размер вертикальной расчетной силы по обрезу ростверка соответствует первой комбинации нагрузок, поэтому, вначале произведем расчет для этой комбинации, а затем произведем проверку и, в случае необходимости, корректировку по второй комбинации нагрузок.

n_оI = 800 кН/м;

принимаем среднее значение веса ростверка и грунта на его уступах кН/м³;

глубина заложения ростверка от пола подвала d_p =1,3 м (рисунок 40);

коэффициент надежности по нагрузке_f =1,1.

Ориентировочная ширина подошвы ростверка

1,4 м.

Ориентировочный вес ростверка и грунта на его уступах

= 1,1·1,4·22·1,3 = 43 кН/м.

Принимаем _m = 1,2.

Вычисляем требуемое количество свай в свайном кусте

= 2,02 сваи на один метр.

Требуемый максимальный шаг свай при линейном расположении в два ряда (n_рядов = 2)

s = 1 n_рядов / n = 12 / 2,02 = 0,99 м.

Принимаем двухрядное расположение свай с шагом

s = 3d = 30,3 = 0,9 м,

здесь d = 0,3 м - размер поперечного сечения сваи.

Конструируем ростверк, размещая ряды свай так, чтобы расстояние между осями свай было не меньше 3d = 3·300 = 900 мм (рисунок 41).

В ычисляем объем и вес ростверка на участке длиной s = 0,9 м, принимая удельный вес железобетона равным 25 кН/м³ и коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса железобетона _f  = 1,1

V_f = 1,50,60,9 + 0,60,60,9 = 1,13 м³,

N_p = _f 25V_f = 1,1251,13 = 31,2 кН.

Вычисляем объем и вес грунта на уступах фундамента на участке длиной s = 0,9 м c коэффициентом надежности по нагрузке для грунта засыпки _f  = 1,1 и принятым удельным весом грунта засыпки 18 кН/м³

V_g = b_psd – V_f = 1,50,91,3 – 1,13 = 0,63 м³,

N_g = _f 18 V_g = 1,1180,63 = 12,5 кН.

Вес двух свай за вычетом веса голов, заделанных в ростверк,

N_s = (2,05-0,050,30,32,5)101,12 = 44,9 кН.

Суммарная вертикальная нагрузка по обрезу ростверка на участке длиной 0,9 м

N_oI = n_oI  s = 8000,9 = 720 кН.

Вычисляем расчетную сжимающую силу (суммарную вертикальную силу на свайное основание)

N_d = N_oI + N_p + N_g + N_s =

= 720 + 31,2 + 12,5 + 44,9 = 808,6 кН.

Суммарная горизонтальная нагрузка по обрезу ростверка на участке длиной 0,9 м

Q_oI = q_oI  s = 500,9 = 45 кН.

Вычисляем момент в уровне подошвы ростверка

451,2 = 54 кНм.

Вычисляем

= 0,45²2 = 0,405 м².

Находим сжимающую силу на сваю с координатами х = 0 м и у = 0,45 м

= 464 кН.

Условие (42) выполняется

N = 464 кН < = 700 / 1,4 = 500 кН.

Недогруз сваи составляет (500 – 464)/500100 = 7,1 % < 15 %, что допускается.

Проверяем, возникают или нет выдергивающие силы на сваю при первой комбинации нагрузок

= 344 кН > 0,

следовательно, выдергивающих сил по первой комбинации нет.

Проверка по второй комбинации нагрузок.

Суммарная вертикальная нагрузка по обрезу ростверка на участке длиной 0,9 м

N_oI = n_oI  s = 7500,9 = 675 кН.

Вычисляем расчетную сжимающую силу (суммарную вертикальную силу на свайное основание)

N_d = N_oI + N_p + N_g + N_s =

= 675 + 31,2 + 12,5 + 44,9 = 763,6 кН.

Суммарная горизонтальная нагрузка по обрезу ростверка на участке длиной 0,9 м

Q_oI = q_oI  s = 680,9 = 61,2 кН.

Вычисляем момент в уровне подошвы ростверка

61,21,2 = 73,4 кНм.

Находим сжимающую силу на сваю с координатами х = 0 м и у = 0,45 м

= 463,4 кН.

Условие (42) выполняется

N = 463,4 кН < = 700 / 1,4 = 500 кН.

Недогруз сваи по второй комбинации в процентах можно не вычислять, так как он уже для первой комбинации меньше требуемого размера.

Проверяем, возникают или нет выдергивающие силы на сваю при второй комбинации нагрузок

= 300 кН > 0,

следовательно, выдергивающих сил и по второй комбинации нет.

Контрольные вопросы для самоподготовки.

1. В какой последовательности осуществляется расчет свайных фундаментов?

2. Какие факторы влияют на выбор длины сваи? Можно ли под зданием в свайных фундаментах использовать сваи различной длины?

3. В каких случаях допускается «перегружать» сваи в свайных фундаментах?

4. Чем отличается расчет свайных кустов от ленточных свайных фундаментов?

5. Как определяется возможность сваи нести выдергивающую нагрузку при шарнирном сопряжении сваи с ростверком?

6. Какие факторы регламентируют параметры размещения свай в плане, габариты ростверков?