5. Вычисление внутренних силовых факторов в теле сваи при помощи программы scad

Проектировщики часто в программных комплексах (типа Лира, СТАРК и т.п.) создают расчетные схемы зданий с учетом требованием нормативных документов о совместном расчете фундаментов и надфундаментных конструкций, моделирую тем или иным образом ответ грунтового основания на силовые воздействия.

Покажем на примере комплекса SCAD как можно определить внутренние силовые факторы в теле сваи, рассмотренной в примере 22.

Сваю в программе SCAD моделируем стандартным образом (рисунок 57, а). Поскольку в примере 22 рассмотрено загружение сваи в одной плоскости, то и расчетную модель сваи в программе SCAD назначаем по типу 2 – плоская рама. Реактивный отпор грунта на сваю назначаем в виде связей конечной жесткости (элемент типа 51). На рисунке 57, а, эти элементы имеют номера с 18 по 25. Назначаемые жесткости связей вычисляем по формуле

Хi = Kzi bpli ,

(91)

где K = 8000 кН/м⁴ - коэффициент пропорциональности из примера 22;

z_i – расстояние от поверхности грунта до i–й связи конечной жесткости;

b_p = 1,025 м - из примера 22;

l_i – длина i–го элемента в расчетной модели (в рассматриваемом примере 1 м).

Вычисленные жесткости связей приведены в таблице 33.

zi, м	Хi, кН/м
0,5	4100
1,5	12300
2,5	20500
3,5	28700
4,5	36900
5,5	45100
6,5	53300
7,5	61500

Полученная в результате расчета эпюра моментов показана на рисунке 57, б. Расхождение максимального момента 78 кН·м с аналитически полученным моментом 80,48 кН·м не превышают 3,08 %.

6. Вычисление момента заделки

Расчетный момент заделки M_f, кН·м, учитываемый при расчете свай, имеющих жесткую заделку в ростверк, обеспечивающий невозможность поворота головы сваи, следует определять по формуле

,

(92)

где все буквенные обозначения те же, что и в предыдущих формулах.

При этом знак "минус" означает, что при горизонтальной силе H, направленной слева направо, на голову сваи со стороны заделки передается момент, направленный против часовой стрелки.

Контрольные вопросы для самоподготовки.

1. По каким условиям производят расчет свай по первой группе предельных состояний?

2. Какие конструктивные мероприятия в железобетонных сваях позволяют работать им на изгибающий момент и горизонтальную силу?

3. Какие силовые факторы используют при подборе армирования свай по номограммам серий и ГОСТов?

Библиографический список

1. ГОСТ 19804.7-83 Сваи-колонны железобетонные двухконсольные для сельскохозяйственных зданий.

2. ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету.

3. ГОСТ Р 52085-2003 Опалубка. Общие технические условия.

4. ГОСТ 20522 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний.

5. СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М.: ФГУП ЦПП, 2005.

6. СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов. М.: ФГУП ЦПП, 2004.

7. СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии. Госстрой СССР - М:ЦИТП, 1986.

8. СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ГУП «НИИЖБ», ФГУП ЦПП, 2004.

9. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. М.: ФГУП ЦПП, 2005.

10. СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты. М.: Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001.

11. СНиП 23-01-99* Строительная климатология. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003.

12. СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. М.: ГУП «НИИЖБ», ФГУП ЦПП, 2004.

13. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. – М.: Стройиздат, 1994. – 384 с.

14. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов: (Основы теории и примеры расчета): Учеб. пособие для вузов. – М.: Стройиздат, 1990. – 304 с.

15. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). – Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988. – 415 с.

16. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. – М.: Высш. шк., 1990. – 431 с.

17. Обследование оснований и фундаментов реконструируемых зданий: текст лекций / Б.И. Далматов, В.М. Улицкий. – Л.: ЛИСИ, 1985. – 35 с.

18. Основания и фундаменты в дорожном строительстве: Учебное пособие / Г.Н. Голубь, Д.С. Дехтерев, С.А. Тумаков, А.А. Шмидт. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2007.

19. Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83) / НИИОСП им. Н.М.Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1986.

20. Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84). – М.: Стройиздат, 1990.

21. Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83)/ЦНИИпромзданий - М.: Стройиздат, 1990.

22. Штаерман И. Я. Контактная задача теории упругости. М.: Гостехиздат, 1949.

23. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Госстройиздат, 1963. – 636 с.

24. Полищук А.И. Основы проектирования и устройства фундаментов реконструируемых зданий. – Нортхэмптон:STT; Томск: STT, 2004. – 476 с.

25. Свайные фундаменты.: учебное пособие/ С.А. Пьянков .- Ульяновск: УлГТУ, 2007.- 104 с.

26. Сваи и свайные фундаменты: справочное пособие/ Н.С. Метелюк и др. – Киев: Будiвельник, 1977. – 256 с.

27. Проектирование оснований фундаментов мелкого заложения: Учебное пособие / С.А. Тумаков, А.Л. Балушкин, Г.Н. Голубь, С.М. Милонов. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2009. – 145 с.

Приложение П1

Рисунок П1. Опалубочный чертеж сваи.

Таблица П1. Номенклатура свай по серии 1.011.1-10

Марка сваи	Класс бетона	Размеры, мм					Масса сваи, т
		L	а1	а2	а3	b
С30.30-1
С30.30-2		3000	600	-	250	300	0,70
С30.30-3
С40.30-1
С40.30-2	В15	4000	800	-			0,93
С40.30-3					250	300
С50.30-1
С50.30-2		5000	1000	-			1,15
С50.30-3
С50.30-4
С50.30-5		5000	1000	-			1,15
С50.30-6
С60.30-2	В15
С60.30-3
С60.30-5		6000	1200	-			1,38
С60.30-6
С60.30-7	В20
С60.30-8
С70.30-4
С70.30-5	В15
С70.30-6		7000	1400	-			1,60
С70.30-8
С70.30-9
С80.30-4
С80.30-5	В20
С80.30-6
С80.30-8		8000	1600	2400			1,83
С80.30-9
С80.30-10
С80.30-11	В25
С90.30-5					250	300
С90.30-6
С90.30-8	В20	9000	1800	2600			2,05
С90.30-9
С90.30-10
С90.30-11	В25
С100.30-6
С100.30-8	В20
С100.30-9
С100.30-10		10000	2100	2900			2,28
С100.30-11
С100.30-12	В25
С100.30-13
С110.30-8
С110.30-9	В20
С110.30-10		11000	2300	3200			2,50
С110.30-11
С110.30-12	В25
С110.30-13
С120.30-8
С120.30-9	В20
С120.30-10		12000	2500	3500			2,73
С120.30-11
С120.30-12	В25
С120.30-13
С40.35-1
С40.35-2		4000	800	-			1,30
С40.35-3
С50.35-1
С50.35-2		5000	1000	-			1,50
С50.35-3	В20				300	350
С60.35-1
С60.35-2		6000	1200	-			1,90
С60.35-3
С60.35-6
С70.35-4
С70.35-5		7000	1400	-			2,20
С70.35-6	В20
С70.35-8		7000	1400	-			2,20
С70.35-9	В25
С70.35-10
С80.35-5
С80.35-6	В20
С80.35-8		8000	1600	2400			2,50
С80.35-9
С80.35-10	В25
С80.35-11
С90.35-5
С90.35-6	В20
С90.35-8
С90.35-9		9000	1800	2600			2,80
С90.35-10	В25
С90.35-11
С90.35-12
С100.35-6	В20
С100.35-8
С100.35-9
С100.35-10		10000	2100	2900			3,10
С100.35-11	В25
С100.35-12
С100.35-13
С110.35-8	В20
С110.35-9
С110.35-10		11000	2300	3200	300	350	3,43
С110.35-11	В25
С110.35-12
С110.35-13
С120.35-8	В20
С120.35-9
С120.35-10		12000	2500	3500			3,73
С120.35-11
С120.35-12
С120.35-13
С130.35-8
С130.35-9
С130.35-10		13000	2700	3800			4,03
С130.35-11
С130.35-12
С130.35-13
С140.35-9	В25
С140.35-10
С140.35-11		14000	2900	4100			4,33
С140.35-12
С140.35-13
С150.35-10
С150.35-11		15000	3100	4400			4,65
С150.35-12
С150.35-13
С160.35-10
С160.35-11		16000	3300	4700			4,95
С160.35-12
С160.35-13
С40.40-1
С40.40-2	В20	4000	800	-	350	400	1,65
С40.40-5
С40.40-6		4000	800	-			1,65
С50.40-1
С50.40-2		5000	1000	-			2,05
С50.40-5
С50.40-6
С60.40-1	В20
С60.40-2
С60.40-5		6000	1200	1800			2,45
С60.40-6
С60.40-7
С60.40-8
С70.40-5
С70.40-6
С70.40-8
С70.40-9		7000	1400	2100			2,85
С70.40-10	В25
С70.40-11
С70.40-12
С80.40-5	В20
С80.40-6
С80.40-8
С80.40-9		8000	1600	2400			3,25
С80.40-10	В25
С80.40-11
С80.40-12
С80.40-13
С90.40-5	В20
С90.40-6
С90.40-8
С90.40-9		9000	1800	2600	350	400	3,65
С90.40-10	В25
С90.40-11
С90.40-12
С90.40-13
С100.40-6	В20
С100.40-8
С100.40-9
С100.40-10		10000	2100	2900			4,05
С100.40-11
С100.40-12
С100.40-13
С110.40-8
С110.40-9
С110.40-10		11000	2300	3200			4,45
С110.40-11
С110.40-12	В25
С110.40-13
С120.40-8
С120.40-9
С120.40-10		12000	2500	3500			4,85
С120.40-11
С120.40-12
С120.40-13
С130.40-9
С130.40-10
С130.40-11		13000	2700	3800			5,25
С130.40-12
С130.40-13
С140.40-9
С140.40-10
С140.40-11		14000	2900	4100			5,65
С140.40-12
С140.40-13
С150.40-10	В25
С150.40-11		15000	3100	4400	350	400	6,05
С150.40-12
С150.40-13
С160.40-11
С160.40-12		16000	3300	4700			6,45
С160.40-13

Примечание. Пример маркировки сваи по серии 1.011.1-10: свая обычной ударостойкости, С60.30-2 – означает свая сплошного квадратного сечения длиной 60 дм, с размером стороны поперечного сечения 30 см, второго типа армирования.

Таблица П2. Условное обозначение армирования свай по серии 1.011.1

Условное обозначение типа армирования	Диаметр и класс продольной арматуры	Аstot – площадь всей продольной арматуры в сечении сваи, мм2	Условное обозначение типа армирования	Диаметр и класс продольной арматуры	Аstot – площадь всей продольной арматуры в сечении сваи, мм2
1	10А240	314	7	14А300	616
2	10А300	314	8	14А400	616
3	10А400	314	9	16А400	804
4	12А240	452	10	18А400	1018
5	12А300	452	11	20А400	1256
6	12А400	452	12	22А400	1520
			13	25А400	1963

Приложение П2

Организация ___________________ Пункт _______________________ Объект ______________________ Сооружение __________________ ЖУPHАЛ полевого испытания талых грунтов динамической нагрузкой Дата испытания: начало "___" ___________ 20 ___ г. окончание "___" ___________ 20 ___ г. Свая N ________________ Дата погружения сваи Вид сваи ______________ "___" ___________ 20 ___ г. Материал сваи _________ Kопеp ____________________________ Дата изготовления сваи Молот (тип) _______________________ _______________________ Общая масса молота _____________ т Сечение (диаметр) сваи на Масса ударной части молота _______ т верхнем и нижних концах ______________________ см Паспортная энергия удара молота _____________________ кДж Длина сваи (без острия) Паспортное количество ударов ______________________ м в минуту ___________________________ Длина острия _________ м Масса наголовника ________________ т Масса сваи ___________ т Прокладка в наголовнике ____________ Паспорт предприятия- Способ измерения перемещений сваи изготовителя ___________ (отказомеpом, линейкой и др.) ______ Забивка сваи Глубина забивки, м Число ударов на 1 м или 10 см погружения Высота подъема ударной части молота, м Средний отказ, м (производственный отказ) Число ударов с начала забивки Примечание Ближайшая геологическая выработка № ___________________ Абсолютные отметки: пройдена "___" ______ 20 ___ г. - головы сваи после забивки_____ м Расстояние выработки - нижнего конца ______________ м от сваи ____________________ м - поверхности грунта у сваи ____ м Краткая характеристика инженер- Глубина забивки сваи________ м но-геологического разреза в ме- Состояние головы сваи после за- сте расположения сваи __________ бивки ______________________________ _____________________________ ______________________________ _____________________________ ______________________________ _____________________________ ______________________________ _____________________________ Температура воды (при испытаниях _____________________________ на акватории) _______________ °С Температура воздуха _________°С Добивка сваи Дата Время "отдыха", сут Число ударов Отказ, м (размер погружения за 3/5 ударов) Средний отказ от одного удара, м 3 5 Способ измерения перемещений сваи (отказомеpом, линейкой и др.)_________________________ Схема расположения точек испытаний, а также ближайших инженерно-геологических выработок и точек зондирования В журнале пронумеровано _________ стр.; заполнено ___________ стр. Начальник полевого подразделения_________________ ____________ (подпись) (Ф.И.О.) Наблюдатели _________________ ____________ (подпись) (Ф.И.О.) _________________ ____________ (подпись) (Ф.И.О.) Представитель организации, за- бивающей сваи _________________ ___________ (подпись) (Ф.И.О.)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Общие положения 4

1.1. Основные положения по проектированию свайных фундаментов 4

1.2. Основные указания по расчету 5

1.3. Инженерные изыскания 6

2. Виды свай и свайных фундаментов 9

2.1. Виды свай по условиям взаимодействия с грунтом 9

2.2. Виды свайных фундаментов 10

2.3. Подразделение свай по способу заглубления 14

2.4. Подразделение забивных железобетонных свай 15

2.5. Подразделение набивных свай 15

2.6. Подразделение буровых свай 16

2.7. Деревянные сваи 17

2.8. Железобетонные и бетонные сваи 18

2.9. Стальные и сталебетонные сваи 27

3. Определение несущей способности сваи 29

3.1. Определение расчетной длины сваи в расчетах по прочности материала свай 29

3.2. Определение несущей способности железобетонной сваи по материалу при малых эксцентриситетах сжимающей силы 33

3.3. Расчетный метод определения несущей способности сваи-стойки по грунту 37

3.4. Расчетный метод определения несущей способности по грунту всех видов висячих забивных и вдавливаемых свай и свай-оболочек, погружаемых без выемки грунта 38

3.5. Расчетный метод определения несущей способности по грунту висячих набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном 46

3.6. Бурозавинчиваемые сваи 52

3.7. Учет отрицательных (негативных) сил трения грунта на боковой поверхности свай 54

3.8. Расчетный метод определения несущей способности по грунту забивной и вдавливаемой сваи и сваи-оболочки на выдергивающую нагрузку 63

3.9. Определение несущей способности свай по результатам полевых исследований 64

3.10. Определение предельного сопротивления сваи по результатам испытаний статической нагрузкой 65

3.11. Определение предельного сопротивления забивной сваи по результатам статического зондирования 70

3.12. Определение предельного сопротивления буровой сваи по результатам статического зондирования 79

3.13. Поведение грунта при погружении сваи динамическими способами 80

3.14. Динамические испытания грунтов забивными сваями 82

3.15. Определение предельного сопротивления сваи по результатам динамических испытаний 89

3.16. Контролируемые отказы при забивке свай 92

3.17. Статистическая обработка результатов испытаний 94

4. Проектирование свайных фундаментов 99

4.1. Последовательность проектирования свайных фундаментов 99

4.2. Выбор отметки обреза ростверка 100

4.3. Определение глубины заложения подошвы ростверка и способа заделки сваи в ростверк. Указание по размещению свай в свайном кусте 101

4.4. Выбор типа, способа погружения и предварительных размеров сваи 107

4.5. Вычисление требуемого количества свай в свайном фундаменте 109

4.5.1. Определение требуемого количества свай для отдельно стоящего свайного фундамента 112

4.5.2. Определение требуемого количества свай для ленточного свайного фундамента. 122

5. Расчет оснований свайных фундаментов по второй группе предельных состояний 130

5.1. Определение размеров условного фундамента 131

5.2. Расчет осадки свайного фундамента как условного фундамента 133

5.3. Определение осадки ленточных свайных фундаментов 141

5.4. Расчет осадки свайного фундамента с учетом взаимного влияния свай в кусте 152

5.5. Определение осадки одиночной сваи с учетом модуля сдвига 154

6. Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента 158

6.1. Коэффициент постели грунта, окружающего сваю 160

6.2. Вычисление горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота 161

6.3. Расчет устойчивости основания, окружающего сваю 164

6.4. Вычисление давления сваи на грунт и внутренних силовых факторов в теле сваи 165

6.5. Вычисление внутренних силовых факторов в теле сваи при помощи программы SCAD 173

6.6. Вычисление момента заделки 174

Приложение П1……………………………………………………………171

Приложение П2……………………………………………………………178