Калькулятор расчета несущей способности винтовых свай

Конструктивные особенности свайного фундамента

Винтовой фундамент состоит из двух конструктивных элементов — свайных опор и их обвязки (ростверка). Опоры передают нагрузку, исходящую от здания, на грунт, минуя поверхностные низкоплотные пласты земли и перенося вес дома на глубинную, уплотненную почву.

В зависимости от схемы размещения свай, выделяют два типа винтовых фундаментов:

• с последовательным расположением опор — сваи размещаются на равноудаленном расстоянии друг от друга по периметру внешних и внутренних стен дома;
• с расположением в виде свайного поля — опоры равномерно распределены по всей площади здания.

Исходя из схемы расположения свай выбирается способ их обвязки. Для последовательных свай применяются ленточные ростверки, тогда как сваное поле обвязывается сплошным, плитным ростверком.

Ростверк винтового фундамента выполняет три функции:

• равномерно распределяет между опорами вес дома;
• выступает в качестве опорной поверхности для цокольного перекрытия;
• увеличивает устойчивость свай в грунте.

Устойчивость опор достигается за счет того, что сваи соединяются между собой и начинают работать как единая конструкция, что дает повышенное сопротивление к опрокидывающим нагрузкам и защищает опору от крена, который может произойти с одиночной сваей.

В зависимости от материала, ростверк на сваях может быть монолитным (железобетон) из бруса либо швеллера. Для строительстве тяжелых домов предпочтительна железобетонная обвязка винтового фундамента, для легких домов — брусовая.

Типы используемых свай

Используемые в фундаментном строительстве винтовые сваи отличаются типом лопастей и диаметром:

• сваи ∅ 57 мм — применяются для возведения легких заборов и навесов;
• сваи ∅ 57 мм — пригодны для возведения легких вспомогательных помещений (сараев, беседок) и тяжелых заборов;
• сваи ∅ 89 мм — используются для каркасных домов, гаражей и одноэтажных построек из легких материалов;
• сваи ∅ 108 мм — имеют высокую несущую способность по материалу (до 6 тонн), позволяют строить дома высотой 1-2 этажа из бруса, сруба, пенобетона.

В малоэтажном строительстве применяются широколопастные сваи, соотношение диаметра ствола и лопастей в которых превышает 1,5.

Общие сведения по результатам расчетов

1. Общая длина ростверка — Периметр фундамента, с учетом длины внутренних перегородок.

2. Площадь подошвы ростверка — Соответствует размерам необходимой гидроизоляции.

3. Площадь внешней боковой поверхности ростверка — Соответствует площади необходимого утеплителя для внешней стороны фундамента.

4. Общий Объем бетона для ростверка и столбов — Объем бетона, необходимого для заливки всего фундамента с заданными параметрами. Так как объем заказанного бетона может незначительно отличаться от фактического, а так же вследствие уплотнения при заливке, заказывать необходимо с 10% запасом.

5. Вес бетона — Указан примерный вес бетона по средней плотности.

6. Нагрузка на почву от фундамента в местах основания столбов — Нагрузка на почву от веса фундамента в местах основания столбов/свай.

7. Минимальный диаметр продольных стержней арматуры — Минимальный диаметр по СНиП, с учетом относительного содержания арматуры от площади сечения ленты.

8. Минимальное кол-во рядов арматуры ростверка в верхнем и нижнем поясах — Минимальное количество рядов продольных стержней в каждом поясе, для предотвращения деформации ленты под действием сил сжатия и растяжения.

9. Минимальный диаметр поперечных стержней арматуры (хомутов) — Минимальный диаметр поперечных и вертикальных стержней арматуры (хомутов) по СНиП.

10. Минимальное кол-во вертикальных стержней арматуры для столбов — Количество вертикальных стержней арматуры на каждый столб/сваю.

11. Минимальный диаметр арматуры столбов — Минимальный диаметр вертикальных стержней для столбов/свай.

12. Шаг поперечных стержней арматуры (хомутов) для ростверка — Шаг хомутов, необходимых для предотвращения сдвигов арматурного каркаса при заливке бетона.

13. Величина нахлеста арматуры — При креплении отрезков стержней внахлест.

14. Общая длина арматуры — Длина всей арматуры для вязки каркаса с учетом нахлеста.

15. Общий вес арматуры — Вес арматурного каркаса.

16. Толщина доски опалубки — Расчетная толщина досок опалубки в соответствии с ГОСТ Р 52086-2003, для заданных параметров фундамента и при заданном шаге опор.

17. Кол-во досок для опалубки — Количество материала для опалубки заданного размера.

Как правильно подбирать для дома, веранды, забора?

Винтовые сваи отличаются от остальных типов такого фундамента более дешевой стоимостью, но при этом ограниченной грузоподъемностью.

Рекомендации по выбору винтовых опор под разные случаи частного строительства:

Диаметр трубы, мм	Размер винтовой части, мм	Несущая способность, т	Назначение
57	180	0,8	Легкие заборы, теплицы, мостики, качели
76	220	1,5	Заборы из кирпича и профнастила, хозблоки
89	250	3,0	Одноэтажные деревянные постройки, веранды
108	300	4,5	Каркасные дома, сооружения из бруса
133	350	7,0	Дома из бревен большого диаметра и газобетона, а также конструкции промышленного назначения

Среди всех забивных опор широкое применение получили ж/б конструкции, которые в отличие от деревянных и металлических столбов, способны выдержать большие нагрузки и служат от 100 лет.

Назначение железобетонных забивных опор:

Длина стержня, м	Сечение, мм	Грузоподъемность, т	Тип постройки
3–4	150х150	10–15	Легковесные постройки, деревянные дома, веранды, заборы, беседки
3–4	200х200	до 20	Кирпичные дома, многоэтажные сооружения из газобетона, промышленные конструкции

В отличие от двух предыдущих типов буронабивные сваи изготавливаются непосредственно на строительной площадке. Перед тем, как подготавливать скважину, конструктору необходимо проанализировать суммарные нагрузки и геологию почвы.

В соответствии с потребностями в несущей способности фундамента бурят шурфы таких размеров:

Диаметр скважины, мм	Несущая способность одного опорного элемента, т	Назначение постройки
150	1,0	Заборы из сетки рабицы, садовые качели и беседки
200	2,0	Металлические ограждения, пристройки к дому, сооружения хозяйственного назначения
250	3,0	Веранды, каркасные и деревянные одноэтажные дома, гаражи, бани
300	4,0	Малоэтажные дома из брусьев и газобетона
400	7,5	Двух и более этажные здания и другие тяжеловесные постройки.

Длины несущих элементов определяются, исходя из уровня твердых пород, в которые должны упираться нижние концы свай. При этом обязательным остается условие, что глубина фундамента закладывается ниже точки промерзания.

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.

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.

Порядок расчета

Чтобы в будущем не возникло проблем, рекомендуется перед началом монтажа провести предварительные расчеты. Расчет фундамента на винтовых сваях и его проектирование включает в себя:

1. изучение основания под здание (геологические изыскания);
2. сбор нагрузок;
3. расчеты;
4. чертежи;
5. составление смет.

Выполнение всех этих пунктов обязательно. Пропуск какого-либо из них может привести к недостаточной несущей способности или перерасходу материалов.

Сбор нагрузок

Чтобы произвести грамотный расчет, необходимо вычислить нагрузку, которую коробка здания оказывает на опоры. Величину находят путем сложения следующих значений:

• вес стен и перегородок;
• вес перекрытий;
• вес кровли;
• собственный вес фундамента;
• полезная нагрузка;
• вес снегового покрова.

Для каркасного дома при вычислении можно воспользоваться таблицей.

*утеплитель укладывается для повышения звукоизоляции.

Для определения снегового района строительства пользуются картами из СП «Строительная климатология». Если угол наклона кровли составляет 60 градусов и более, снеговую нагрузку не включают в расчеты.

Приведенные в таблице значения являются нормативными, чтобы получить расчетные, их нужно умножить на коэффициент надежности, указанный ниже.

· изоляционных слоев, засыпок, стяжек:

o изготавливаемых в заводских условиях

Диаметр винтовых свай

Если необходимо рассчитать фундаменты под массивные и высокие ограждения или одноэтажные каркасные постройки стоит остановить выбор на сваях диаметром 89 мм. Одно изделие в этом случае сможет выдержать нагрузку 3-5 тонн.

Под подсобные сооружения, навесы, небольшие заборы достаточно будет использовать сваи диаметром 76 мм. Несущая способность до трех тонн.

Длина винтовых свай

Для возведения свайно-винтового фундамента на грунтах с плохими характеристиками выполняют изучение грунта с помощью бура. Им нужно дойти до глинистого слоя. Длину сваи назначают так, чтобы она входила в этот слой.

Расчет буронабивной сваи

Несущая способность фундамента — это нагрузка, которую он сможет выдержать без разрушений, деформаций или других неприятных процессов. При конструировании буронабивного основания потребуется выяснить следующую информацию:

• сечение элемента;
• длина;
• расстояние между отдельными сваями.

Расчет свай по несущей способности часто выполняется с заранее известным сечением фундамента. Эта характеристика зависит от имеющейся в наличии техники. В качестве исходных данных необходимо подготовить:

• состав грунтов на участке;
• сбор нагрузок на опору дома.

Сбор исходных данных для расчета

Перед тем, как рассчитать буронабивной свайно-ростверковый фундамент, потребуется изучить свойства почвы на участке строительства. Выполнить это можно двумя методами: отрывка шурфов (глубоких ям) или бурение ручным инструментом. Изучение почвы проводят чуть глубже предполагаемой подошвы (примерно на 50 см). При выполнении работ необходимо анализировать каждый плат грунта, определять его тип.

Чтобы получить представление о том, какие бывают грунты, как правильно их различать, рекомендуется прочитать ГОСТ «Грунты. Классификация». Особого внимания заслуживает приложение А, в котором даны основные определения.

Следующий этап расчета буронабивной сваи и ростверка — сбор нагрузок. Его проще выполнять в тоннах. Для его выполнения потребуется знать объемы строительных конструкций и плотности материалов, из которых они изготовлены. Чтобы подсчитать массу здания нужно вспомнить простую формулу из школьной физики: «Массу мы легко найдем, умножив плотность на объем». В сбор нагрузок на фундаменты включают:

• собственную массу опорной части (назначают ориентировочно);
• массу перекрытий, стен, перегородок (проемы из общего объема лучше не вычитать);
• полезную нагрузку на перекрытия (для жилых зданий эта нагрузка назначается 150 кг/м 2 пола, берется на каждом этаже);
• массу кровли;
• снеговую нагрузку (зависит от климатического района строительства, расчет выполняется по СП «Нагрузки и воздействия»).

Найденную массу каждого элемента нужно умножить на коэффициент надежности по нагрузке. Величина этого коэффициента зависит от материала, из которого изготовлена конструкция. Для снеговой и полезной нагрузок коэффициенты постоянны и составляют 1,4 и 1,2 соответственно.

Тип строительной конструкции	Коэффициент надежности по СП «Нагрузки и воздействия»
металлические	1,05
деревянные	1,1
железобетонные и армокаменные (например, кирпичные), изготовленные на заводе	1,2
железобетонные монолитные	1,3

Более подробную информацию о сборе нагрузок на фундаменты можно найти в статье «Сбор нагрузок на фундамент — пример».

Справочная информация

Чтобы правильно рассчитать буронабивной свайный фундамент потребуется знать прочностные характеристики грунта. Информацию об этом можно найти в ВСН 5-71. Для удобства далее представлены адаптированные таблицы из этого документа отдельно по каждому типу почв.

Таблица 1. Несущая способность глинистых грунтов в зависимости от консистенции и пористости на опорном участке сваи, т/м 2 .

Таблица 2. Несущая способность глинистых грунтов по длине буронабивной сваи, т/м 2 .

Таблица 3. Несущая способность песчаных грунтов, т/м 2 .

Таблица 4. Несущая способность крупнообломочных грунтов, т/м 2 .

Чтобы выполнить расчет сечения и расстояния между сваями необходимо выбрать одно или два (для глин) значения из приведенных в таблице в зависимости от результатов отрывки шурфов или бурения.

Порядок расчета

После внимательного изучения всех предыдущих пунктов для расчета свайно-ростверкового фундамента должна иметься следующая информация:

• масса дома в тоннах и нагрузка на каждый погонный метр ростверка;
• несущая способность грунта в тоннах на м 2 .

Чтобы найти нагрузку на погонный метр фундамента, нужно массу дома поделить на суммарную длину ростверка.

Несущая способность одной сваи находится по формуле:

P = (0,7*R*S) + (u*0,8*fin*li), где

P — несущая способность каждой сваи фундамента;

R — прочность грунта, найденная по табл. 1, 3 или 4;

S — площадь сечения сваи на конце (формула для нахождения приведена далее);

Сбор нагрузок свайного фундамента

Для определения нагрузки рассчитывают вес строительных материалов

При расчете свайно-винтового фундамента требуется найти сумму воздействующих на него нагрузок в единицах массы (для крупных зданий это тонны). Их можно разделить на константные и временные. В последнюю категорию входят:

• Длительные – стационарное оборудование с его наполнением, временные ограждения.
• Кратковременные – факторы климата (снег и т.д.), передвижное оборудование, транспорт, воздействия живых существ.
• Специфические – действие пожаров, взрывов, повреждений фундамента (влияющие на внутреннее строение грунта), сейсмического фактора. Их значение может быть отрицательным.

Подсчет общей нагрузки на фундамент реализуется посредством простого суммирования значений нагрузок по всем приведенным категориям. Чтобы узнать сумму константных воздействий, нужно определить удельный вес затрачиваемых на строительные работы материалов. Требуемую информацию может предоставить их поставщик. Зная материал, его толщину и тип конструкции, можно воспользоваться табличным значением параметра. Наибольший удельный вес на каждый квадратный метр имеет железобетон. Это относится к стеновым конструкциям и к перекрытиям. Обязательно учитывается вес кровли.

Когда расчет свай и фундамента производится собственноручно, нужно брать во внимание, что показатель нагрузки определяется как нормативный параметр, перемноженный на коэффициент надежности γf. Последнее значение зависит от материала конструкции и его плотности и обычно находится в границах 1,05-1,3

К примеру, периметр P внутренних и внешних стен деревянного дома равен 50 м, высота h – 5 м, а удельный показатель сырья – 70 кг/м2

Тогда нагрузка будет рассчитываться по формуле P*h*удельный вес=50 м*5 м*70 кг/м² = 17500 кг = 17,5 т. Аналогичные показатели вычисляют для крыши и перекрытий. В первом случае удельный вес материала умножают на площадь. Во втором добавляют еще один множитель – количество перекрывающих элементов. Эти три значения – для каркасных конструкций, крыши и перекрытий – суммируют. Результат, перемноженный на коэффициент надежности (для постройки из дерева он равен 1,1), будет являть собой значение константной нагрузки

К примеру, периметр P внутренних и внешних стен деревянного дома равен 50 м, высота h – 5 м, а удельный показатель сырья – 70 кг/м2. Тогда нагрузка будет рассчитываться по формуле P*h*удельный вес=50 м*5 м*70 кг/м² = 17500 кг = 17,5 т. Аналогичные показатели вычисляют для крыши и перекрытий. В первом случае удельный вес материала умножают на площадь. Во втором добавляют еще один множитель – количество перекрывающих элементов. Эти три значения – для каркасных конструкций, крыши и перекрытий – суммируют. Результат, перемноженный на коэффициент надежности (для постройки из дерева он равен 1,1), будет являть собой значение константной нагрузки.

Примерная нагрузка на квадратный метр составляет 150 кг

Поскольку на стадии проектирования нельзя точно узнать общую массу мебели, техники и живых существ, воздействующих на перекрытия, для расчетов используют принятый в нормативах показатель равномерно распределенной нагрузки на квадратный метр (Pt). В жилищах его значение считают равным 150 кг/м². Формула расчета имеет такой вид: S*Pt*n, где n – число использованных перекрытий.

Также при строительстве учитывается снеговая нагрузка на здание, свойственная данному региону. В центральной части ЕТР расчетный показатель считают равным 180 кгс/м². В ряде мест это число значительно выше – в некоторых сибирских регионах оно может достигать 400 кгс/м². Узнать искомое значение можно по карте снеговых районов. Формула для нагрузки состоит из трех множителей: площади крыши, расчетного показателя и коэффициента наклона. Последний параметр для самых типичных покрытий с наклоном в 30-45 градусов считают равным 0,7.

Ветровой нагрузочный показатель часто выражается отрицательным числом (что означает снижение общей массы). Из-за этого при постройке массивных сооружений им часто пренебрегают. Для небольших парусных конструкций, напротив, он очень важен, так как при их возведении нужно представлять влияние на сваи выдергивающих и иных действий. Определяют ветровое давление по формуле: W=0,7* k(z)*c*g, где k(z) – коэффициент для высоты z (находится по таблице для типов местности), с – аэродинамический показатель (зависит от наклона крыши и от того, куда чаще дует ветер – во фронтон или в скат), g – коэффициент надежности, равный 1,4. Чтобы рассчитать общую нагрузку на кровлю, получившееся число W умножают на площадь крыши.

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

• шаг свай;
• длина сваи до края ростверка;
• сечение.

Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.

Расположение арматуры

Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.

Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле: P = (0,7 • R • S) + (u • 0,8 • fin • li), где:

• P — нагрузка, которую без разрушения выдерживает одна свая;
• R — прочность почвы, которую можно найти по таблицам, представленным ниже после изучения состава грунта;
• S — площадь сечения сваи в нижней части, для круглой сваи формула выглядит следующим образом: S = 3,14*r2/2 (здесь r — это радиус окружности);
• u — периметр элемента фундамента, можно найти по формуле периметра окружности для круглого элемента;
• fin — сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента, см. таблицу для глинистых грунтов выше;
• li — толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (находят для каждого слоя почвы отдельно);
• 0,7 и 0,8 — это коэффициенты.

Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q—это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.

При выполнении расчетов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов с разными длинами элементов. После этого будет легко подобрать наиболее экономичный.

Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.

Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.

Сортамент стальной арматуры

Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).

Самостоятельный анализ

Определение слоев проводится самостоятельно по имеющимся выкопанным колодцам, погребам или буровым отверстиям. Однако такая методика не рекомендуется, так как часто влечет за собой получение ошибочных результатов, значительно понижающим надежность всего здания. Чтобы компенсировать погрешности при самостоятельном анализе, коэффициент берут максимальный, то есть 1,7.

Интересно, что такое решение часто приводит к необходимости увеличения общего числа свай, что финансово бывает дороже, чем оплата услуг специалиста для анализа по эталонной скважине. Прежде чем принимать решение, необходимо хорошо подумать, на что лучше потратить деньги – дополнительные опоры или квалифицированную информацию об особенностях грунта.

Выбор длины сваи

Важно с абсолютной точностью определить размер сваи, если длина окажется меньше, сооружение просядет в землю. Для этого, в первую очередь, необходимо исследовать грунт

Затем установить какой рельефа на вашем участке (характер перепадов высоты)

Для этого, в первую очередь, необходимо исследовать грунт. Затем установить какой рельефа на вашем участке (характер перепадов высоты).

Для определения типа грунта в самом низком месте участка выкопайте лунку на глубину примерно 50 см, если на этой глубине появляется глина и песок, то это означает, что длина сваи, которая будет использоваться, должна быть 2,5 м;

Арматура

Расчет армирования ростверка – не менее важный этап строительства. Стальной каркас помогает фундаменту справиться с нагрузками, повышает его упругость, увеличивает период «жизни» основания здания.

Расчет необходимого количества арматуры для ростверка с нашим онлайн-калькулятором очень прост.

Перед этим нужно определить схему каркаса. И после этого занести показатели в соответствующие поля для дальнейшего расчета. Это:

1. Количество поясов. Как правило, планируется два продольных: верхний и нижний.
2. Количество рядов в каждом поясе. Это количество продольных стержней в конструкции каждого пояса. Учитываются и дополнительные (промежуточные) пояса, если таковые предусмотрены схемой армирования.
3. Шаг поперечных и вертикальных стержней. Для создания прочного каркаса применяются вертикальные и поперечные перемычки (стержни). Они усиливают жесткость конструкции и формируют прямоугольное сечение ленты. Шаг — расстояние между соседними поперечными и вертикальными перемычками.

После внесения всех данных Вы получите исчисления, в которых будут указаны длины необходимой арматуры: продольной, поперечной, вертикальной и общей.

Монтаж армопояса для ростверкаФото из открытых источников

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.