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 4O.

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_cx(Y_crxRxD+Px??Y_crixFxL?),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:

?_nxN<=F/?_cd ,где

1. N – расчетная нагрузка на одиночную опору;
2. ?_n –коэффициент надежности исходя из класса ответственности сооружения (определяется ГОСТ 27751);

?_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=RxD+? Y_cf xF_ixH_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_cfx? F_ixH_i	P – периметр сечения одной сваи
Винтовые стержни	F=Y_cf (A(a_1 c_1+a_2 y_1 h_1 )+ +PxF_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.