Продолжаем расчёт здания на свайном фундаменте
Расчёт свай с учётом взаимного влияния
Подготовка к расчёту свай в программа Лира
Для правильного учёта взаимовлияния свай, нужно произвести дополнительные настройки, для чего зайдём в окно редактирования групп свайного поля. В настройках групп свайного поля устанавливаем вычисление вертикальной жёсткости сваи по модели условного фундамента.
Основной принцип, которого следует придерживаться при настройке: сваи с одинаковым шагом объединяются в одну группу, в итоге свайное поле должно быть разбито на группы по признаку расстояния между осями свай.
Для всех групп свайного поля настраиваем Rусл – auto, Aср – a.
Пояснения по настройке параметров условного фундамента.
В системе Грунт под пятой сваи формируется условный фундамент круглой формы радиусом Rусл, по умолчанию, при расчёте по СП 24.13330, данный размер должен быть меньше, либо равен Aср – средний шаг свай. При выборе режима «auto (0.5 шага, но не более 1,5D сваи)», программа автоматически подстраивает Rусл под шаг свай.
Параметр Аср (средний шаг свай) должен быть одинаковым для всех свай, составляющих условный фундамент, в связи с чем необходимо классифицировать сваи по группам на основании шага свай. Если сваи распределены
Ещё один, важный, параметр для учёта взаимовлияния свай – это нагрузка на сваю. На первом этапе мы определим её как сумму от всех нагрузок на здание, отнесённую к количеству свай: 1842.16 т/86 шт. = 21.42 т.
Выполним подключение модели грунта, отметки принимаем такими же, как и в предыдущем расчёте – абсолютной отметке «-3.0» в расчётной модели, соответствует отм. «96.1» в модели грунта. Поскольку расчёт будет выполняться по модели условного фундамента, то необходимо также настроить такой параметр как минимальная глубина сжимаемой толщи – на первой итерации расчёта принимаем её равной 1 м.
После выполнения необходимых настроек выполним расчёт жёсткостей свай итерационным способом.
Первая итерация расчёта
Расчёт выполняем в модуле «Грунт» методом 2. После расчёта выводим на экран мозаику глубины сжимаемой толщи. Определяем максимально значение Нс – данную величину нужно будет принять в качестве минимальной глубины сжимаемой толщи при последующих расчётах.
По результатам расчёта принимаем минимальную глубину сжимаемой толщи 2.3 м, эту величину укажем в диалоговом окне параметров расчёта системы Грунт и выполним повторный расчёт методом 2:
Проверим осадку условного фундамента.
Как видно, по результатам расчёта, осадки условного фундамента находятся в пределах от 14.9 мм до 35.4 мм, что находится в пределах допустимых значений, согласно СП 22.13330.2016, однако максимальная осадка превышает эмпирическую величину 2 см – это ориентировочная величина деформации сваи, которой она достигает при статических испытаниях перед «срывом» под максимальной нагрузкой. Полученные результаты, однако, не могут считаться окончательными, т.к. система Грунт не учитывает при расчёте жёсткость фундамента, а также жёсткость каркаса здания, которые будут оказывать влияние на деформации, поэтому для анализа осадок следует выполнить МКЭ расчёт всего каркаса на упругом основании.
Переместимся в окно Визора и выполним расчёт жёсткостей свай, предварительно указав минимальную глубину сжимаемой толщи 2.3 м.
Выполняем МКЭ-расчёт всей модели, дополнительно заказываем расчёт РСН. После выполнения МКЭ-расчёта, переключимся в режим отображения результатов по РСН и выведем на экран мозаику отношения N/Fd, указав коэффициент условий работы 1.4. Включим просмотр результатов по РСН «MAXIMUM» - видно, что несущей способности свай по грунту достаточно для восприятия нагрузки.
В режиме «Анализ результатов» выведем на экран мозаику усилий Rz в одноузловых КЭ при расчётном сочетании нагрузок. На данные показатели мы будем ориентироваться при уточнении жёсткостей свай.
Для указанного сочетания выполним приложение отпора грунта, после чего результаты расчёта будут сброшены, а нагрузки на головы свай обновлены.
Вторая итерация расчёта
Выполняем расчёт жёсткости свай и заказываем новый МКЭ-расчёт, а также расчёт РСН. Сравниваем результаты определения усилий Rz полученных на данном и предыдущем этапах.
Как видно, после однократного приложения отпора грунта, усилия Rz стабилизировались.
На основании полученных результатов делаем вывод, что в рамках данной задачи достаточно 2-х итераций расчёта жёсткостей свай.
Проверка осадок свай
Проверим осадки свайного фундамента, для этого выведем на экран мозаику перемещений верхних узлов свай от нормативных нагрузок.
Проанализируем полученные результаты:
- осадка равномерно возрастает от оси 1 к оси 5;
- максимальные осадки, а также относительная разность осадок, не превышают предельно допустимой величины по СП 22.13330.2016;
- максимальные осадки превышают величину 2 см (осадка сваи при испытании статической нагрузкой);
Информация из ГОСТ 5686-2020 Грунты. Методы полевых испытаний сваями. п. 8.2.4 с учётом Изм.1: При проведении испытаний грунтов висячими сваями на стадии изысканий вдавливающая нагрузка на сваю должна быть доведена до значения, при котором общая осадка сваи составляет не менее 40 мм. При испытаниях висячей эталонной сваей или сваей-зондом эта осадка должна быть не менее 20 мм. В случае свай-стоек нагрузка должна быть доведена до значения, предусмотренного программой испытаний, но не менее полуторного значения несущей способности сваи по грунту, определенной расчетом, и не более расчетного сопротивления ствола сваи по материалу. При заглублении нижних концов эталонных свай или свай-зондов в крупнообломочные грунты нагрузка должна быть доведена до значения, предусмотренного программой испытаний. При испытаниях грунтов сваями на выдергивающие нагрузки их выход из грунта должен быть не менее 10 мм.
Выводы по результатам анализа:
Поскольку эмпирическая величина предельной осадки свай в 2 см не является требованием нормативной документации, то в проекте следует дать указание о необходимости проведения статических испытаний свай, на основании которых можно будет принимать решение о внесении корректировок в конструкцию фундамента.
Проверка прочности сваи по материалу
Конструкция свай должна выдерживать нагрузки, передаваемые на неё ростверком и вышележащими конструкциями здания. В случае применения буровых свай, армирование может быть подобрано средствами ЛИРА САПР. Если проектом предусмотрено использование забивных железобетонных свай, то необходимо подобрать соответствующую марку сваи по типовой серии 1.011.1-10, для чего потребуется определить внутренние усилия, чтобы установить наиболее невыгодные соотношения момента и продольной силы M/N. Для анализа внутренних усилий выведем на экран таблицу расчётных усилий по РСН для свай (стержни свай нужно предварительно отметить).
В таблице отсортируем результаты таким образом, чтобы получить максимальные (по модулю) значения изгибающих моментов и продольной силы.
Определив невыгодное соотношение M/N, подберём марку сваи по типовой серии 1.011.1-10. Действия выполняем в следующем порядке:
1 По графикам несущей способности подбираем нужные класс бетона сваи, диаметр и класс арматуры. В нашем случае достаточно армирования 4d10AIII;
2. Ориентируясь на подобранную арматуру, определяем марку сваи. В нашем случае подойдёт С63.30-2 с каркасом КП 60.30-2.
Для принятия конструктивного решения, также потребуется выполнить подбор арматуры ростверка – это можно сделать средствами программы, и расчёт ростверка на продавливание сваей, если он требуется.