Приложение 16. Расчет свайных фундаментов

Приложение 16

Расчет свайных фундаментов

1. Расчет свайных фундаментов, не усиленных каркасом

1. Свайные фундаменты рассчитываются с использованием прямоугольной системы координат хОz (рис. 1, а). Ее начало совмещается с точкой О, расположенной в уровне низа конструкции, объединяющей головы свай. В случае симметричной плоской расчетной схемы фундамента эта точка принимается на вертикальной оси симметрии схемы; в случае несимметричной плоской расчетной схемы фундамента с одними вертикальными сваями - на вертикали, проходящей через центр тяжести поперечных сечений всех свай, а в остальных случаях - произвольно. Ось х - горизонтальна и направлена вправо; ось z вертикальна и направлена вниз.

2. Положение каждой (i-ой) сваи на плоской расчетной схеме определяется координатой точки пересечения оси сваи с осью х и углом между осью сваи и вертикалью; угол положителен, когда ось сваи расположена справа от проведенной через ее голову вертикали (см. рис. 1, а).

3. Действующие на фундамент внешние нагрузки приводятся к точке О и раскладываются на силы и , направленные вдоль осей х и z соответственно, и момент относительно точки О. Силы и положительны, когда их направления совпадают с положительными направлениями осей х и z соответственно: момент положителен, когда он действует по часовой стрелке (см. рис. 1, а).

4. В общем случае поступательные смещения а и с низа конструкции, объединяющей головы свай, в направлении осей х и z соответственно и угол ее поворота относительно точки О определяется в результате решения системы канонических уравнений:

(1)

где , , ..., - коэффициенты канонических уравнений, определяемые согласно п. 5.

В случае симметричной плоской расчетной схемы фундамента, а также в случае несимметричной плоской расчетной схемы, но при наличии только вертикальных свай (закрепление верхних и нижних концов свай может быть любым) система уравнений (1) упрощается и ее решение может быть представлено в виде:

(2)

где . (3)

Смещения а и с положительны, когда их направления совпадают с положительными направлениями осей х и z соответственно: угол бета положителен, когда поворот конструкции, объединяющей головы свай, вокруг точки О происходит по часовой стрелке.

5. Величины , , ... в общем случае расчета определяются по формулам:

(4)

где ; (5)

, , и - характеристики жесткости свай, определяемые согласно пп. 6 и 7;

- число свай в ряду, который на плоскую расчетную схему проектируется как одна (i-ая) свая;

- общее число свай в фундаменте.

В формулах (4) знаки означают суммирование по всем рядам свай (по всем n сваям на плоской расчетной схеме фундамента).

В частном случае, когда рассчитывается фундамент с одними вертикальными сваями, формулы (4) упрощаются и принимают вид:

(6)

6. Величину (см. п. 5) следует определять по формулам:

а) в случаях опирания свай на скальную породу, крупнообломочный грунт или на грунт, мерзлое состояние которого сохраняется в течение всего периода эксплуатации временного сооружения,

, (7)

б) в остальных случаях

, (8)

где EF - жесткость поперечного сечения сваи при сжатии;

- длина участка сваи, расположенного выше расчетной поверхности грунта (в качестве можно принимать расстояние по вертикали от расчетной поверхности грунта до низа конструкции, объединяющей головы свай);

h - глубина погружения сваи, считая от расчетной поверхности грунта;

Р - несущая способность одиночной сваи при сжатии.

В формулу (8) следует подставлять EF и Р в тс, в м; при этом значение будет выражено в тс/м.

7. Величины , и (см. п. 5) определяются по формулам, приведенным в табл. 1, в зависимости от вида закрепления сваи вверху и внизу, принимаемого в соответствии с пп. 7.66 - 7.68 Инструкции. В этих формулах: EI - жесткость поперечного сечения ствола сваи при изгибе; - длина изгиба сваи, принимаемая по п. 7.75 Инструкции.

8. Продольное усилие N, поперечное усилие Q и момент М, действующие на голову сваи i-го ряда, определяются по формулам:

(9)

Таблица 1

-------------------------------------------------------------------------

 Величины |    Формулы для определения величин ро_2, ро_3, ро_4 при

    ро    |                      закреплении свай

          |--------------------------------------------------------------

          |вверху и внизу |   вверху -    |вверху и внизу|   вверху -

          |    заделки    |шарнир; внизу -|   шарниры    |заделка; внизу

          |               |    заделка    |              |   - шарнир

----------+---------------+---------------+--------------+---------------

   ро_2   |     12ЕI      |      3ЕI      |              |     3ЕI

          |   --------    |   --------    |      0       |   --------

          |     l_м3      |     l_м3      |              |     l_м3

          |               |               |              |

   ро_3   |      6ЕI      |               |              |     3ЕI

          |   --------    |       0       |      0       |   --------

          |     l_м2      |               |              |     l_м2

          |               |               |              |

   ро_4   |      4ЕI      |               |              |     3ЕI

          |   --------    |       0       |      0       |   --------

          |      l_м      |               |              |     l_м

          |               |               |              |

Для вертикальных свай , и, следовательно,

(10)

Положительные направления усилий H, Q и М показаны на рис. 1, б.

9. Если при расчете фундамента принимается, что сваи внизу имеют жесткую заделку (см. п. 7.67 Инструкции), то наибольший изгибающий момент , действующий в поперечном сечении сваи на ее участке, расположенном в грунте, может быть определен по формуле

, (11)

где , , и d - величины, поясненные в пп. 7.69, 7.72 и 7.73 Инструкции.

2. Расчет свайных фундаментов, усиленных каркасом

10. Свайные фундаменты, усиленные каркасом, рекомендуется рассчитывать с использованием системы координат хОz с началом в точке О, расположенной на уровне подошвы плиты или низа балок ростверка в центре тяжести поперечных сечений всех свай; ось х горизонтальна, ось z вертикальна (рис. 2, а). Приведение внешней нагрузки к точке О, разложение ее на составляющие , и , неизвестные перемещения и плиты или балок ростверка и правила знаков для всех этих величин принимаются теми же, что и при расчете свайных фундаментов, не усиленных каркасом (см. пп. 3 и 4)). Вертикальное смещение с точки О плиты или балок ростверка может не определяться.

11. Перемещения и определяются по формулам (2) и (3). Входящие в эти формулы величины следует определять, пользуясь выражениями:

(12)

где - общее число свай в фундаменте;

b - расстояние от подошвы плиты или низа балок ростверка до решетки каркаса (высота каркаса);

- число свай в ряду, который на плоскую расчетную схему проектируется как одна (i-ая) свая;

- величина, определяемая согласно п. 6;

, , , , , и - величины, определяемые по формулам, приведенным в табл. 2 и различающиеся в зависимости от вида закрепления свай вверху и внизу, принимаемого по пп. 7.66 и 7.67 Инструкции.

Таблица 2

В формулах, приведенных в табл. 2, ЕI - жесткость поперечного сечения ствола сваи при изгибе, - длина изгиба сваи, определяемая по п. 7.75 Инструкции.

12. Продольное усилие N, поперечное усилие Q и момент М, действующие со стороны плиты или балок ростверка на голову сваи i-го ряда, а также усилие Н, передаваемое со стороны решетки каркаса на сваю, определяются по формулам

(13)

Положительные направления усилий N, Q, М и H, действующих на сваю, показаны на рис. 2, б.

13. Если при расчете фундамента принимается, что сваи внизу имеют жесткую заделку (см. п. 7.67), то наибольший изгибающий момент , действующий в поперечном сечении сваи на ее участке, расположенном в грунте, может быть определен по формуле

, (14)

где величины d, , и пояснены в пп. 7.69, 7.72 и 7.73 Инструкции; остальные величины - в пп. 11 и 12.

14. Свободную длину сваи следует принимать равной меньшей из величин, получаемых по формулам:

а) если согласно п. 7.67 Инструкции принимается, что свая в нижней части имеет жесткую заделку,

и ;

б) если согласно п. 7.67 Инструкции принимается, что свая шарнирно закреплена в грунте,

и ,

где и b - соответственно длина изгиба сваи и высота каркаса.