Расчет горизонтальных перемещений свайных фундаментов
1. Метод разработан для расчета длинных гибких свай, для которых отношение l/d, как правило, больше 10. Сваи считаются жестко заделанными в ростверк, что исключает поворот головы свай. Расчет производится раздельно для связных и несвязных грунтов по несущей способности и по перемещениям.
2. Расчетом должно быть обеспечено выполнение условий (1) и (2)
, (1)
где Fh — расчетная горизонтальная нагрузка на куст свай, кН;
— расчетное сопротивление куста свай, кН.
где г — расчетное горизонтальное перемещение сваи в уровне подошвы ростверка, м;
Sпр — предельно допустимое значение горизонтального перемещения сваи, устанавливаемое в техническом задании, м.
3. При расчете свай в связных грунтах:
1) Несущая способность свай на горизонтальную нагрузку H определяется в зависимости от прочности ствола сваи на изгиб по формуле
H = cu d 2 c, (3)
где cu — расчетное среднее значение недренированного сопротивления грунта сдвигу, определяемое для участка от поверхности грунта до глубины 10d, кН/м 2 ;
d — диаметр или ширина ствола сваи, м;
c — безразмерный коэффициент прочности ствола сваи, определяемый по табл.1 в зависимости от безразмерного показателя mc и вида заделки головы сваи.
, (4)
где Mp — расчетный изгибающий момент ствола сваи (кН·м), определяемый в зависимости от размера и армирования сваи; для стандартных железобетонных забивных свай, принимаемый по Серии 1.011.1-10 с учетом вертикальной нагрузки на сваю при ее наличии.
Коэффициент c для сваи
Показатель mc
Как определить предельное перемещение головы сваи для фундамента здания с монолитным каркасом?
Доброго дня всем!
Коллеги! Помогите разобраться с означенным выше вопросом.
СП 50-102-2003 в приложении Д определяет, что предельные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, устанавливаются в задании на проектирование.
Имеем железобетонный монолитный каркас здания в 5 этажей. Фундаменты под колонны — отдельно стоящие, столбчатые, на сваях. При определении горизонтального перемещения и угла поворота головы сваи необходимо сравнить их с предельными. Из каких соображений и как определяются предельные значения?
Поиск по форуму не дал результатов. Если кто-нибудь этим вопросом занимался или находил на форуме обсуждение его — помогите ссылкой или ответом. Спасибо.
__________________
Думаю долго, соображаю медленно. Могу довести до истерики.
Просмотров: 25509
Engineer IA |
Посмотреть профиль |
Найти ещё сообщения от Engineer IA |
Геотехника. Теория и практика
Регистрация: 31.08.2007
Сообщений: 2,657
Фундаменты после проверки на горизонтальное смещение (заодно проверьте, есть ли в задании угол поворота — во многом это зависит от назначения здания) и посмотрите внимательнее на другие источники .
Задание на проектирование — если в нем нет, запрашивайте !.
Регистрация: 01.11.2005
глухая Сибирь
Сообщений: 686
Фундаменты после проверки на горизонтальное смещение |
Фундаменты на горизонтальное смещение я проверить могу. Вопрос на какое смещение проверять фундаменты?
При расчёте горизонтального смещения оголовка сваи у меня получилось 4,5 см при горизонтальном усилии в 1 тонну. Это произошло по причине того, что первый слой под ростверком — насыпной (2,5 м). Я мог бы настоять на том, что ростверк нужно опустить ещё глубже, тогда уменьшиться горизонтальное смещение оголовка сваи. Но насколько опустить ростверк зависит от того, какое предельное горизонтальное смещение допустимо. А какое допустимо — я не знаю. С чего начать?
Не существует ли каких-либо норм или рекомендаций, где было бы сказано, к примеру: «в монолитных каркасах при высоте этажа токой-то, допустимо горизонтальное смещение фундамента на такую-то величину».
Только что проделал эксперимент. Задал перемещение низа одной из колонн на 3 см. Результат такой: момент в колонне вырос в 30 раз.
__________________
Думаю долго, соображаю медленно. Могу довести до истерики.
Последний раз редактировалось Engineer IA, 04.08.2009 в 11:08 .
Engineer IA |
Посмотреть профиль |
Найти ещё сообщения от Engineer IA |
8.2.2. Расчет свай на горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты
Расчет на горизонтальную нагрузку свай со свободным верхним концом (шарнирное сопряжение сваи с расположенными выше конструкциями) выполняется согласно приложению к СНиП II-17-77 (ниже указываются номера формул из него) в следующем порядке:
- – определяются исходные расчетные характеристики — коэффициенты постели грунта, прорезаемого сваей и под ее нижним концом, коэффициент деформации, приведенная глубина погружения и условная рабочая ширина сваи [формулы (3)—(6)];
- – устанавливаются расчетные нагрузки применительно ко второму предельному состоянию;
- – вычисляются горизонтальные перемещения и углы поворота сваи от единичных сил, действующих на уровне поверхности грунта [формулы (11)—(13)];
- – вычисляются горизонтальное перемещение и угол поворота сваи на уровне поверхности грунта или подошвы низкого ростверка от действующих расчетных нагрузок [формулы (9) и (10)];
- – определяются горизонтальное перемещение и угол поворота сваи на уровне ее верха от действующих расчетных нагрузок [формулы (7) и (8)];
- – вычисленные перемещения сопоставляются с допустимыми предельными (завершается расчет по второму предельному состоянию);
- – устанавливаются расчетные нагрузки применительно к первому предельному состоянию;
- – определяются расчетные усилия, действующие в сечении свай на различной глубине, и давление на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи [формулы (16)—(19)];
- – производится расчет устойчивости основания, окружающего сваю [формулы (14) и (15)];
- – по наибольшим расчетным усилиям в сечении проверяется прочность материала сваи в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и с рекомендациями настоящей главы Справочника (завершается расчет по первому предельному состоянию).
Рис. 8.8. К определению коэффициента деформации
При жесткой заделке сваи в ростверке (при отсутствии поворота ее головы) расчет на горизонтальную нагрузку производится в той же последовательности с учетом дополнительного момента, возникающего в голове сваи и направленного в сторону, противоположную направлению горизонтальной силы [формула (20)].
В Руководстве [3] приведен табличный метод расчета свай на горизонтальную нагрузку, ускоряющий расчет.
Для облегчения расчета наиболее распространенных сечений забивных и набивных свай на горизонтальную нагрузку составлены графики для определения:
- – коэффициента деформации αd по формуле (6) (рис. 8.8);
- – горизонтального перемещения сваи u на уровне поверхности грунта по формуле (9) (рис. 8.9);
- – наибольшего дополнительного момента, возникающего в свае от действия горизонтальной силы на уровне поверхности грунта, по формуле (17) (рис. 8.10);
- – момента, возникающего в голове сваи при отсутствии ее поворота, по формуле (20) (рис. 8.11).
На рис. 8.8 для определения коэффициента деформации каждая кривая соответствует конкретному сечению сваи. Значение αd определяется по заданному коэффициенту пропорциональности Кр , откладываемому на оси абсцисс, от которой восставляется перпендикуляр до пересечения с кривой, соответствующей заданному сечению.
Графики (см. рис. 8.9) для определения горизонтального перемещения сваи на уровне поверхности грунта составлены для свай с приведенной глубиной погружения d´p ≥4 при Кр = 500—1200 кН/м 4 . При промежуточных значениях Кр горизонтальное перемещение устанавливается по линии, соответствующей ближайшим меньшим значениям Кр .
Горизонтальное перемещение и определяется раздельно от горизонтальной силы Fh и момента М0 , действующих на уровне поверхности грунта, а затем суммируется.
Наибольший дополнительный момент Мс определяется следующим образом: по соответствующему найденному из рис. 8.8 значению αd на оси абсцисс (рис. 8.10) откладывается заданная величина Fh и из этой точки восставляется перпендикуляр до пересечения с прямой, соответствующей заданному отношению М0/Fh ; точка пересечения определяет значение Мс . Отношение M0/Fh введено для упрощения построения графиков.
Абсолютная величина наибольшего момента, действующего в сечении сваи, определяется как сумма моментов М0 и Мс .
Между значениями Мc и Fh установлена прямая пропорциональная зависимость и выявлено, что глубина приложения Мc изменяется от d´p = 1,3—1,5 при M0/Fh = 0 до d´p = 0,1—0,3 при M0/Fh = 100. Выполненные расчеты показали, что значение Мс существенно увеличивается с уменьшением коэффициента деформации αd и отношения M0/Fv но незначительно уменьшается с увеличением d´p от 2,5 до 4. Поэтому решено графики составить для приведенной глубины d´p = 4.
Порядок пользования рис. 8.11 для определения момента, возникающего в голове сваи при отсутствии ее поворота, следующий: на левой половине оси абсцисс откладывается заданное значение Fh , от которого восставляется перпендикуляр до пересечения с прямой, соответствующей заданной приведенной глубине d´p из точки пересечения проводится горизонтальная прямая до прямой, соответствующей заданному коэффициенту αd , и из этой точки опускается перпендикуляр до оси абсцисс, определяющий величину Мс .
Пример 8.1. Определить горизонтальное перемещение сваи с шарнирной заделкой и проверить ей на прочность. Исходные данные: свая С6-30 по ГОСТ 19804.1-79 на бетона В15 и с продольной арматурой 4Ø10АII погружена в суглинки с показателем текучести IL = 0,35 на 5,7 м. На уровне поверхности грунта на сваю действует расчетная горизонтальная нагрузка 20 кН и вдавливающая сила 500 кН. Сопряжение с ростверком шарнирное. Коэффициент надежности по нагрузке при расчете по второму предельному состоянию γf = 1, по первому предельному состоянию γf = 1,2. Продельное горизонтальное перемещение сваи на уровне поверхности грунта равняется 1 см.
Решение. По СНиП II-17-77 находим коэффициент пропорциональности:
Kр = 5000 + (8000 – 5000) 1,56/6 = 6000 кН/м 4 .
По рис. 8.8 для сваи сечением 30×30 см при Кp = 6000 кН/м 4 определяем коэффициент деформации αd = 0,8 м –1 . Тогда приведенная длина d´p = αddp = 0,8×5,6 = 4,56.
По рис. 8.9 для d´p > 4 и Кр = 6000 кН/м 4 при Fh = 20 кН находим горизонтальное перемещение сваи на уровне поверхности грунта u = 5,5 мм, что меньше предельного перемещения (1 см).
Определяем нагрузку на сваю для расчета по первому предельному состоянию:
Fh = 20×1,2 = 24 кН; Fv = 500·1,2 = 600 кН.
По рис. 8.10 для M0/Fh и αd = 0,8 м –1 при Fh = 24 кН находим наибольший расчетный момент в сечении сваи: Мd = 23 кН·м.
По черт. 3 прил. 2 к ГОСТ 19804.1-79 убеждаемся, что при Fv = 600 кН и М = 23 кН·м прочность материала сваи в эксплуатационный период обеспечивается при стандартном армировании сваи.
Пример 8.2. Определить горизонтальное перемещение сваи с жесткой заделкой и проверить ее на прочность. Исходные данные: верх сваи жестко заделан в ростверк. Остальные данные те же, что и в примере 8.1.
Решение. По рис. 8.11 для Fh = 24 кН, d´p = 4 и αd = 0,8 м –1 определяем момент, действующий на сваю в плоскости заделки ее в ростверк при отсутствии поворота головы сваи, М´p = –20 кН·м.
Горизонтальное перемещение верха сваи на уровне поверхности грунта, определенное по рис. 8.9, u = 5,5 мм от Fv = 20 кН; u = –2,7 мм от Мр = – 20 кН·м. Суммарное перемещение u = 5,5 – 2,7 = 2,8 мм, что меньше предельного перемещения 1 см.
Наибольший расчетный момент действует на сваю в плоскости заделки ее в ростверк и равен 24 кН·м.
По черт. 3 прил. 2 к ГОСТ 19804.1-79 убеждаемся, что при Fv = 600 кН и М = 24 кН·м прочность материала сваи в эксплуатационный период обеспечивается при стандартном армировании сваи.
Рис. 8.9. К определению горизонтального перемещения на уровне поверхности грунта свай сечением (диаметром), см а — 30×30, d´p ≥ 4; б — 35×35, d´p ≥ 4; в — 40×40, d´p ≥ 4; г — 40, d´p ≥ 4;
Рис. 8.9. К определению горизонтального перемещения на уровне поверхности грунта свай сечением (диаметром), см д — 50, d´p ≥ 4; е — 60 d´p ≥ 4; ж — 80, d´p ≥ 4; з — 80, d´p ≥ 4
Рис. 8.10. К определению наибольшего дополнительного момента, возникающего в свае от действия горизонтальной силы на уровне поверхности грунта a — αd = 0,3; б — αd = 0,4; в — αd = 0,5; г — αd = 0,6; д — αd = 0,7; e — αd = 0,8
Рис. 8.11. К определению момента, возникающего в голове сваи при отсутствии ее поворота
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты Часть 5
12.9. При расчете на выдергивающие нагрузки сваи, работающей в свайном кусте из четырех свай и менее, расчетную несущую способность сваи следует уменьшить на 20 %.
12.10. Для свай, воспринимающих выдергивающие нагрузки, допускается предусматривать погружение их в лидерные скважины, при этом разница между поперечным размером сваи и диаметром лидерной скважины должна быть не менее 0,15 м.
13. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ СЕЛЬСКИХ ЗДАНИЙ
13.1. Особенности проектирования свайных фундаментов распространяются на следующие виды малоэтажных сельских зданий: дома усадебного типа, животноводческие и птицеводческие, склады сельскохозяйственных продуктов и сельскохозяйственной техники, навесы различного назначения и т.п. с расчетной нагрузкой в уровне цоколя стены зданий до 150 кН/м (15 тс/м), а на колонну — до 400 кН (40 тс).
13.2. При проектировании свайных фундаментов малоэтажных сельских зданий следует применять преимущественно сваи-колонны, короткие пирамидальные сваи с предварительно напряженной арматурой без поперечного армирования, буровые сваи длиной до 3 м с уплотненным трамбованием забоем и набивные сваи, устраиваемые в пробивных скважинах, предусмотренных п. 2.4,б.
В фундаментах сельских зданий распорной конструкции следует применять сваи таврового и двутаврового сечений с консолями.
Примечания: 1. Применение свай-колонн для малоэтажных сельских зданий, возводимых в сейсмических районах, допускается при глубине погружения свай-колонн в грунт не менее 2 м.
2. Уплотнение забоя скважин при устройстве буровых свай длиной до 3 м должно осуществляться путем втрамбовывания в грунт слоя щебня толщиной не менее 10 см.
3. В проектах свайных фундаментов малоэтажных сельских зданий на просадочных грунтах с просадкой от их собственного веса до 15 см допускается не предусматривать полной прорезки сваями просадочной толщи, если надземные конструкции зданий проектируются с применением конструктивных мероприятий, обеспечивающих возможность их нормальной эксплуатации при определенных расчетом неравномерных осадках и просадках фундаментов.
13.3. При расчете несущей способности свай по формуле (8) расчетные сопротивления грунта R, кПа (тс/), под нижним концом забивных свай при глубине погружения от 2 до 3 м следует принимать по табл. 20, а на боковой поверхности кПа (тс/), — по табл. 21.
13.4. Расчетные сопротивления грунта R, кПа (тс/), под нижним концом набивных и буровых свай с уплотненным забоем при глубине погружения свай от 2 до 3 м следует принимать по табл. 22; при этом для плотных песчаных грунтов табличные значения следует увеличить в 1,3 раза. Расчетные сопротивления кПа (тс/), на боковой поверхности набивных и буровых свай допускается принимать по табл. 21 с дополнительным коэффициентом условий работы, равным 0,9.
Глубина погружения сваи, м
Коэффициент пористости, е
Расчетные сопротивления грунтов под нижним концом забивных свай R, кПа (тс/)
пылевато-глинистых при показателе текучести
Примечание. Для промежуточных значений и е значения R определяются интерполяцией.
Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных свай, в том числе таврового и двутаврового сечений,
пылевато-глинистого при показателе текучести
крупного и средней крупности
Примечание. Для промежуточных значений е и значения определяются интерполяцией.
Коэффициент пористости е
Расчетные сопротивления под нижним концом набивных и буровых свай R, кПа (тс/кв.м), при глубине их погружения 2-3 м и расчетные сопротивления под консолями свай-колонн
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести
Пески средней плотности
Супеси и суглинки
13.5. Несущую способность сваи-колонны с погружаемыми в грунт железобетонными консолями, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сопротивлений грунта под нижним ее концом, под консолями и на боковой поверхности по формуле
где — то же, что в формуле (8);
— дополнительный коэффициент условий работы; = 0,4 для песчаных грунтов и = 0,8 для пылевато-глинистых грунтов;
— расчетное сопротивление грунта под консолями, кПа (тс/), при погружении их в грунт на глубину 0,5-1,0 м, принимаемое по табл. 22;
— площадь проекции консолей на горизонтальную плоскость, .
13.6. Несущую способность свай таврового и двутаврового сечений при действии вертикальной составляющей нагрузки следует определять по формуле (8), принимая в ней значения на боковой поверхности полки и стенки по табл. 21.
Примечание. При расчете несущей способности свай таврового и двутаврового сечений, используемых для зданий с каркасом из трехшарнирных рам, допускается учитывать влияние горизонтальной составляющей распора на расчетные сопротивления на боковой поверхности свай.
13.7. Для свайных фундаментов и свай-колонн одноэтажных сельских зданий необходимо производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов.
13.8. Расчетные характеристики грунтов при определении несущей способности свай по пп.13.3-13.6 следует принимать для наиболее неблагоприятного случая их сезонного изменения в процессе строительства и эксплуатации здания.
РАСЧЕТ СВАЙ НА СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ
И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СИЛ И МОМЕНТА
1. При расчете свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента в соответствии со схемой, приведенной на чертеже, следует различать две стадии напряженно-деформированного состояния системы «свая — грунт».
Схема нагрузок на сваю
В первой стадии грунт, окружающий сваю, рассматривается как упругая линейно-деформируемая среда, характеризуемая коэффициентом постели кН/ (тс/).
Расчетные значения коэффициента постели грунта на боковой поверхности сваи допускается определять по формуле
где — коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по табл. 1;
— глубина расположения сечения сваи в грунте, м, для которой определяется коэффициент постели, по отношению к поверхности грунта при высоком ростверке или к подошве ростверка при низком ростверке;
— коэффициент условий работы.
Во второй стадии в верхней части грунта, окружающего сваю, образуется зона предельного равновесия (пластическая зона), характеризуемая прочностным коэффициентом пропорциональности .
Расчет свай в случае многорядного их расположения в фундаменте с ростверком, опирающимся на грунт, при отсутствии сейсмических воздействий допускается производить с учетом возможности последовательного развития первой и второй стадий напряженно-деформированного состояния грунта. В этом случае производится двухстадийный расчет свай, а коэффициент условий работы в формуле (1) принимается Во всех остальных случаях следует производить одностадийный расчет свай применительно к условиям возможного развития только первой стадии напряженно-деформированного состояния системы «свая — грунт», принимая коэффициент условий работы в формуле (1) равным 3.
2. Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента должен включать:
а) расчет несущей способности свай в случае возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта в соответствии с условием
где Н — расчетное значение поперечной силы, кН (тс), действующей на одну сваю;
— несущая способность сваи, определяемая в соответствии с требованиями п.10;
— коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4;
б) проверку устойчивости грунта, согласно п.13, в случае, когда расчет ведется с допущением развития только первой стадии напряженно-деформированного состояния грунта;
в) расчет свай по деформациям, включающий проверку соблюдения условий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота
где — расчетные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, определяемые согласно указаниям п.5;
Грунты, окружающие сваи, и их характеристики
Коэффициент пропорциональности К,
Прочностный коэффициент пропорциональности
глины и суглинки твердые
пески средней крупности
глины и суглинки тугопластичные и полутвердые
глины и суглинки мягкопластичные
Глины и суглинки текучепластичные
крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем
Примечания: 1. Меньшие значения коэффициента K соответствуют более высоким значениям показателя текучести глинистых и коэффициентов пористости е песчаных грунтов, указанным в скобках, а большие значения коэффициента K — соответственно более низким значениям и е. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик и е значения коэффициента K определяются интерполяцией.
2. Коэффициент K для плотных песков должен приниматься на 30% выше, чем наибольшие значения указанных в табл. 1 коэффициентов K для заданного вида грунта.
— предельные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, устанавливаемые в задании на проектирование здания или сооружения;
г) проверку сечений свай по сопротивлению материала по предельным состояниям первой и второй групп (по прочности, по образованию и раскрытию трещин) на совместное действие расчетных усилий — вертикальной силы, изгибающего момента и поперечной силы; указанный расчет выполняется в зависимости от материала сваи согласно требованиям п.3.6; расчетные значения изгибающих моментов и поперечных сил, действующих в различных сечениях сваи, должны определяться согласно требованиям пп.8 и 9 в случае возможности допущения развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта, а в остальных случаях — согласно требованиям пп.14 и 15.
3. При расчете с допущением развития второй стадии напряженно-деформируемого состояния грунта за предельное состояние системы «свая — грунт» принимается образование на глубине (в пределах или на границе пластической зоны) пластического шарнира, в котором возникает момент кН·м(тс·м), равный предельному изгибающему моменту, воспринимаемому поперечным сечением сваи. В случае заделки сваи в ростверк последовательно образуются два пластических шарнира: первый — в месте заделки сваи в ростверк, второй — в пределах или на границе пластической зоны. За предельное состояние системы принимается момент образования второго пластического шарнира.
4. Расчет свай по предельным состояниям двух групп выполняется с использованием следующих параметров: приведенной глубины расположения сечения сваи в грунте , приведенной глубины погружения сваи в грунт , а в случае учета возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта, кроме того, приведенной глубины пластической зоны , приведенных расчетных значений поперечной силы и изгибающего момента , действующих со стороны ростверка на голову сваи, приведенного значения граничной поперечной силы , соответствующего границе упругой работы системы «свая — грунт» при , приведенных значений граничного горизонтального перемещения и граничного угла поворота при низком ростверке в уровне его подошвы при приведенных значений перемещений и угла поворота сваи, которые определяются по формулам: