Инженеры НовГУ предложили новый метод расчета свайных фундаментов, который позволяет рассчитывать предварительную осадку свайных фундаментов без использования сложных компьютерных программ при проектировании. Исследование доцента Вячеслава Урсаки показало, что использование жесткого ростверка — железобетонной плиты, объединяющей сваи, — снижает осадку фундамента по сравнению с гибкими конструкциями. Разработанная математическая формула осадки свайного фундамента делает процесс проектирования быстрее и доступнее для строителей. В будущем планируется составить готовые таблицы с переводными коэффициентами для типовых конструктивных решений — это сделает метод ещё проще для инженеров.
Автор исследования — кандидат экономических наук, доцент кафедры строительного производства НовГУ Вячеслав Урсаки.
Свайные фундаменты — это основной способ строительства на сложных грунтах и при больших нагрузках на здание. Инженеры решают две главные задачи: проверяют, выдержат ли сваи нагрузку, и рассчитывают, насколько осядет фундамент. Первая задача хорошо описана в строительных нормах. Вторая вызывает вопросы, особенно когда нужно учесть жесткость ростверка — железобетонной плиты, которая объединяет группу свай («куст свай») в единую конструкцию.
Ростверк может быть совершенно гибким, как тонкая пластина, или абсолютно жестким, как массивная плита. На практике используют второй вариант, но расчеты для него сложные и требуют компьютерных программ. Вячеслав Урсаки предлагает упрощенный метод, который позволит инженерам выполнить предварительный расчет осадки без специального софта.
— Исследование показало, что жесткий ростверк существенно влияет на поведение фундамента, — отметил Вячеслав Урсаки. — Мы сравнили два крайних случая на конкретном примере: группу свай с гибким ростверком и ту же группу с абсолютно жестким. Осадка фундамента с жестким ростверком была на 21,9% меньше, чем с гибким. Для одной отдельной сваи с такой же нагрузкой осадка была вдвое меньше. Это значит, что жесткий ростверк распределяет нагрузку между сваями более равномерно и эффективно.
Нагрузки на сваи тоже меняются. На угловые сваи при жестком ростверке приходится на 10,4% больше нагрузки, чем при гибком. Это происходит потому, что жесткий ростверк, как твердая балка, передает большую часть давления на краевые опоры.
— Мы использовали теорию расчета конструкций на упругом основании, разработанную еще в советское время, — объясняет инженер. — Главная идея: свайное основание можно рассматривать как условный фундамент, а жесткий ростверк — как балку на упругом основании.
Для упрощения инженеры приняли несколько допущений: грунт деформируется равномерно, сваи длинные и висячие, расстояние между сваями одинаковое во всех направлениях и составляет от трех до пяти диаметров сваи, сама свая не сжимается.
На основе этих допущений Вячеслав Урсаки вывел формулу для поправочного коэффициента, который связывает жесткость ростверка с жесткостью грунта: ε = 28,28 × (A_ν × ω_b) / (t × E_р × l_св × (0,5/E₁ + 0,125/E₂))
Здесь учитываются модули упругости материала ростверка и грунта, размеры конструкции и другие параметры.
— Мы применили новый метод к реальному примеру расчета и получили осадку 28,5 мм, — поясняет Вячеслав Урсаки. — Это совпало с результатом точного компьютерного расчета с погрешностью менее 2%. Это хороший результат для упрощенного метода.
Полученная методика позволяет инженерам быстро рассчитать осадку свайного фундамента с жестким ростверком без компьютерных программ. Однако из-за количества допущений нужны дополнительные исследования.
— Теперь нужно сопоставить результаты расчетов по нашему упрощенному методу с результатами расчетов по официально утвержденной нормативной документации, в том числе — с использованием компьютерного моделирования, — отметил Вячеслав Урсаки. — При положительных результатах сопоставления и при наличии финансирования проведение экспериментов могло бы быть следующим шагом развития данного метода. Он более чувствителен к изменению исходных данных. Если инженер ошибётся в оценке модуля упругости грунта на 10%, погрешность результата будет более 10%.
В будущем планируется составить готовые таблицы с коэффициентами для наиболее часто используемых конструктивных решений. Это позволит еще больше упростить расчеты и сделает методику доступной для широкого круга специалистов.
Фото правительства Новгородской области.
Эту и другие новости читайте в официальном МАХ-канале Новгородского университета.