Винтовые сваи производство монтаж. Как рассчитать нагрузку на винтовые сваи

Отдельно стоит отметить, что данный материал сосредоточен на аспектах индивидуального жилищного строительства и не затрагивает особенности проектирования объектов повышенной сложности, таких как коммерческие здания или промышленные сооружения.

Расчет фундамента на винтовых сваях

Процесс установки фундамента на винтовых сваях требует тщательного и детального расчета. При проектировании любой конструкции, использующей столбчатый фундамент, следует понимать, что определение мест для установки опор и расчет их несущей способности имеет существенные отличия от расчетов для монолитных фундаментов. В случае с винтовыми сваями вес конструкции и различные нагрузки распределяются не равномерно по массиву, как в монолитных структурах, а сосредотачиваются на каждой отдельной свае.

Основные нагрузки, которые должен выдерживать фундамент, определяются весом строящегося объекта. Если речь идет о жилом доме, для расчета общей нагрузки необходимо учесть вес следующих конструктивных элементов:

• Обвязка фундамента;
• Нижнее перекрытие;
• Внешние и внутренние стены;
• Верхнее перекрытие и потолок;
• Стропильная система крыши;
• Кровельный материал;
• Инженерные коммуникации;
• Оконные и дверные блоки;
• Отделочные материалы;
• Крыльцо и веранда, если они построены на том же фундаменте, что и дом.

Помимо этого, на грунт, являющийся конечной опорой для здания, оказывают влияние и сами винтовые сваи – чем больше диаметр используемых труб, тем выше общий вес конструкции, что также необходимо учитывать в расчетах.

На изображении представлены основные нагрузки, действующие на фундамент.

Изученные параметры являются изначальными и остаются неизменными после завершения строительства и ввода дома в эксплуатацию. Однако, в процессе эксплуатации могут возникать новые нагрузки на фундамент, которые включают в себя:

• Вес проживающих в доме людей;
• Вес разного рода оборудования;
• Вес мебели и бытовых приборов;
• Нагрузка от снега, который накапливается на крыше в зимнее время.

Очевидно, что эксплуатационные нагрузки имеют переменный характер, но их необходимо учитывать в расчете с максимальной достоверностью.

Все ранее указанные нагрузки являются вертикальными. Однако, кроме них, во время эксплуатации здания могут возникать боковые воздействия, такие как:

• Давление ветра на стены и поверхность крыши;
• Сейсмические воздействия;
• Силы пучинистости грунта зимой;
• Конструкционные нагрузки, связанные с изменением размеров элементов здания (например, усушка древесины или увлажнение).

Разные нагрузки различаются не только по величине, но и по точкам приложения, а также по продолжительности воздействия. Можно выделить следующие виды нагрузок:

1. Равнораспределенные нагрузки, такие как вес самого здания или снег на крышах;
2. Сосредоточенные нагрузки, к которым относятся вес оборудования или мебели, действующие на ограниченные участки дома;
3. Статические нагрузки, которые остаются постоянными во времени;
4. Динамические нагрузки, такие как ударные воздействия от порывов ветра или вибрация, вызванная работой тяжелого оборудования.

В некоторых случаях нагрузка может совпадать по времени и месту действия, усиливая общее воздействие на опору, и это проявление также должно быть учтено в процессе расчета фундамента.

2. Основные опорные точки

При проведении расчетов важно понимать, как именно действуют определенные нагрузки, что позволит установить положение опорных точек для столбчатого фундамента. Рассмотрим конструкцию здания и то, как нагрузки перераспределяются по его элементам.

Так, вес крыши и накапливающегося снега передается на стропильную систему. Эти стропила, в свою очередь, установлены на боковые стены и иногда на верхнее перекрытие. Верхнее перекрытие также опирается на боковые и внутренние несущие стены. В некоторых случаях крыша может выходить за пределы фундамента и опираться на дополнительные опоры, такие как столбы или колонны. В таких случаях часть нагрузки на стены уменьшается, однако необходимо предусмотреть дополнительные опорные точки в конструкции фундамента.

Таким образом, очевидно, что вертикальные нагрузки со стороны крыши и кровли в первую очередь ориентированы на стены здания.

Это означает, что опорные точки фундамента должны располагаться главным образом под стенами. Обычно опоры устанавливаются по периметру всего здания и вдоль линий расположения несущих стен. Сами стены, обладая своей массой и передаваемыми от верхней части здания нагрузками, воздействуют на обвязку фундамента.

Нижнее перекрытие в первую очередь оказывает давление на боковые опоры, т.е. на балки нижней обвязки фундамента — по периметру и в более сложных случаях — также в участках поперечных балок.

Как было упомянуто ранее, в здании могут находиться грицик структурные элементы, которые увеличивают общий вес сооружения. В качестве примера можно рассмотреть массивное котельное оборудование. Хотя вес любых предметов в помещении передается более-менее равномерно на нижнее перекрытие, в таких местовыделениях создаются дополнительные локальные нагрузки на балки перекрытия, особенно в тех местах, где размещено оборудование.

Таким образом, для таких случаев необходимо предусмотреть создание отдельных опорных точек.

На изображении представлены винтовые сваи, располагающиеся в опорных точках фундамента.

В случаях, когда грунт сильно увлажнён, можно рассмотреть возможность тестового бурения. В некоторых ситуациях стоит провести тестовую установку сваи, что обеспечит точное определение необходимой длины сваи для конкретных условий.

Винтовые сваи: производство и монтаж

Как узнать и рассчитать нагрузку на винтовые сваи?

Какую нагрузку способны выдерживать винтовые сваи как фундамент? — это довольно часто задаваемый вопрос на этапе планирования строительства.
Какой диаметр винтовых свай выбрать для своего здания? Какова необходимая длина винтовых свай? Как осуществляется распределение нагрузки сооружения на свайное поле? Ведь фундамент является декоративной основой любого строения.
При выборе свай нужно учитывать все конструктивные особенности проектируемого сооружения: материалы, из которых оно будет возводиться, особенности конструкции здания и нагрузку на фундамент в целом. Обычно расчеты будущих нагрузок производятся с запасом для создания дополнительной прочности.
В процессе загородного строительства несложно произвести необходимые расчёты самостоятельно, выбрав нужные винтовые сваи и число их.

Далее представлены винтовые сваи с указанием их несущей способности:
1. Ø57 мм – 1,5 т;
2. Ø89 мм – не менее 3,5 т;
3. Ø108 мм – не менее 4,5 т;
4. Ø133 мм – не менее 7,0 т;
5. Ø159 мм – не менее 10,0 т.
Каждая винтовая свая несет нагрузку, пропорционально от общей массы строения.
Наиболее часто используемыми сваями в загородном строительстве каркасных зданий и домов из бруса являются свая диаметром 89 мм и 108 мм. Длина винтовых свай определяется в зависимости от качества грунтов. Наиболее распространённый и часто используемый размер – это 108 мм с длиной 2500 мм.
Для зданий, возводимых из газобетона, кирпича и других тяжёлых конструкций, применяются сваи диаметром от 133 мм и больше. При необходимости установленные винтовые сваи могут обвязываться швеллером, или может быть установлен железобетонный ростверк на основе свай. В любом случае использование винтовых свай позволяет значительно сэкономить и время, и средства.

Расчеты свайных фундаментов

Расчеты свайных фундаментов и их оснований должны проводиться с учетом предельных состояний, как первой, так и второй группы.

Расчеты первой группы для предельных состояний проводятся по следующим критериям:

• По прочности используемых материалов для свай и свайных ростверков;
• По несущей способности грунта, служащего основой для свай;
• По несущей способности оснований свайных фундаментов;

Это особенно актуально в тех случаях, когда на сваи передаются значительные горизонтальные нагрузки, например, от подпорных стен или фундаметов распорных конструкций, или когда основания ограничены откосами или имеют крутопадающие слои грунта и т. п.

Расчеты по предельным состояниям второй группы осуществляются:

• По осадкам оснований свай и свайных фундаментов, возникающим под вертикальными нагрузками;
• По перемещениям свай (горизонтальным углам поворота головок свай) совместно с грунтом оснований от воздействия горизонтальных нагрузок и моментов;

Нагрузки и воздействия

Различные нагрузки и воздействия, принимаемые во внимание при расчетах свайных фундаментов. Коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные комбинации нагрузок следует определять в соответствии с требованиями строительных норм. Значения нагрузок необходимо умножать на коэффициенты надежности, принимаемые согласно «Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкторских решений».

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований должен варьироваться в зависимости от основных и особых сочетаний нагрузок, в то время как расчеты по деформациям проводятся на основе основных сочетаний.

Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований должны основываться на расчетных значениях характеристик материалов и грунтов.

Расчетные значения характеристик материалов свай и свайных ростверков следует получать в соответствии с требованиями действующих строительных норм.

Если несущая способность винтовых свай определяется на основании результатов полевых испытаний статистической нагрузкой, то коэффициент надежности принимается равным 1,2. В случае, когда ростверк высок или низок, и основание опирается на сильно сжимаемый грунт, или если используются висячие сваи, воспринимающие сжимаемую нагрузку, а также при любом виде ростверка, который обрабатывает висячие сваи и сваи-стойки, принимается коэффициент надежности, зависящий от числа свай в фундаменте:

• При 21 и более сваях — 1,4 (1,25);
• От 11 до 20 свай — 1,55 (1,4);
• От 6 до 10 — 1,65 (1,5);
• От 1 до 5 — 1,75 (1,6).

На изображении показано отображение нагрузки на винтовые сваи.

Расчет нагрузки на винтовые сваи

В современных условиях, когда доступно множество информации по различным вопросам, часто человек теряется и не может определиться с выбором. Конечно, в специфических вопросах рекомендуется обратиться за помощью к специалистам, которые обладают необходимыми знаниями и опытом в своей отрасли.
При выборе основания на винтовых сваях многие заказчики сталкиваются с трудностями в определении расчета количества свай, расстояний между ними, диаметра и длины свай, а также нагрузки на винтовые сваи. Вышеуказанные данные помогут вам сделать выбор. Отдельно стоит отметить, что наиболее универсальной по выбору для региона Ленинградской области считается винтовая свая диаметром 108 мм и длиной 2500 мм.

7. Подставляем значения в формулу К = P*k/S — 28000*1,4*2600 = 15 (шт). В данном случае 12 свай будут установлены под углами и пересечениями, а 3 будут использованы для усиления зон с повышенной нагрузкой.

Виды опор и параметры допустимой тяжести

На сегодняшний день рынок предлагает множество типоразмеров винтовых свай, что позволяет подобрать подходящие опорные элементы в зависимости от конкретных требований возводимого объекта.

Площадь лепестковой подошвы является ключевым параметром, определяющим несущую способность фундамента. Рассчитать эту величину можно по классической формуле:

S_п = 3,14 х R², где R – расстояние от центральной оси опоры до крайних точек, формирующих контур лепестка.

В частном домостроении чаще всего используются стержни диаметром от 59 до 159 мм. Например, сваи диаметром 89 мм применяются для строительства веранд и беседок.

Сваи с более крупным диаметром трубы (108–159 мм) подходят для возведения кирпичных построек, бань из бруса, одноэтажных и двухэтажных каркасных домов. Примечания о назначении некоторых свай с конкретными параметрами отражены в таблице:

Диаметр ствола, мм	Длина сваи, м	Диаметр винта, мм	Толщина стенки, мм	Несущая способность одной сваи, т	Назначение фундамента
54, 76	1,5–4	150–200	2–3	0,8–2,5	опоры для ограждений, беседок, террас
54–89	2–3	150–200	2–3	2,5–4	опорные стенки для борьбы с оползанием грунта
89–108		1,5–4	200–250	3–4	2–7	для уселения проблемных фундаментов
89–108	2–4	200–250	3–4	4–7	для усилия причалов
89–114	2–4	200–300	3–5	4–8	в качестве фундамента для деревянных, каркасных, кирпичных, щитовых домов, бань, хозблоков и других легковесных построек
108–168	2–4	200–300	3,5–3	5–9	в качестве опорных элементов для фундамента, усиленного ростверком

Винтовые сваи с крупным диаметром трубы (до 325 мм) могут похвастаться высокими допустимыми нагрузками, что делает их пригодными для строительства тяжелых конструкций, включая промышленные объекты.

Выбор длины столба производится с учетом глубины промерзания грунта. В большинстве российских регионов наблюдается точка промерзания, равная 1,5 м. Таким образом, сваи длиной 2–2,5 м (с учетом высоты цоколя) считаются наиболее распространенными.

При строительстве в условиях нестабильных и переувлажненных почв может оказаться целесообразным использование винтовых свай длиной до 11,5 м.

Для определения максимальной нагрузки, которую будет способно выдерживать свайное основание, необходимо знать площадь подошвы винта, а также несущую способность грунта:

• N – максимально допустимая нагрузка на основание (кг/см²);
• S_п – площадь подошвы лепестка (см²);
• R_o – сопротивление грунта (кг/см²);
• y_k – коэффициент надежности.

Коэффициент y_k зависит от количества опор, использованных при возведении фундамента, а также от достоверности проведенных геологических исследований:

• y_k = 1,7, если количество свай менее 5;
• y_k = 1,4, если использовано до 20 опорных элементов;
• y_k = 1,2, если сопротивление грунта было определено в результате профессиональной геологической разведки.

Например, если участок, на котором планируется строительство, расположен на глинистой почве (где R_o = 6 кг/см²), и в качестве опорных элементов используются винтовые сваи длиной 2,5 м, диаметром ствола 108 мм и диаметром лопастей 300 мм, площадь подошвы лепестков можно рассчитать следующим образом:

При самостоятельном анализе грунта и использовании табличных значений R_o, принимаем y_k = 1,7. Тогда максимальная нагрузка на фундамент составит:

N = (706 х 6)/1,7 = 2491 кг или 2,5 т.