То, чего долго ждали все наши пользователи, наконец свершилось: в ПК ЛИРА 10.6 появился новый конечный элемент 57 – «Свая», реализующий положения СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Появление этого конечного элемента значительно расширяет возможности программного комплекса, при расчёте зданий на свайных фундаментах, позволяет делать такие расчёты быстрее и точнее. Если ранее пользователям ПК ЛИРА приходилось моделировать сваи 56 КЭ, при этом их жесткость высчитывалась либо в сторонних программах, либо вручную, то теперь все сделает программа, необходимо лишь ввести исходные данные.
Реализация
В ПК ЛИРА 10.6 реализованы следующие расчётные ситуации:
- Одиночная свая (п.п.7.4.2 – 7.4.3, СП 24.13330.2011);
- Свайный куст (п.п. 7.4.4 – 7.4.5, СП 24.13330.2011);
- Условный фундамент (п.п. 7.4.6 – 7.4.9, СП 24.13330.2011);
При этом принимаются следующие допущения:
- Условно принято, что несущая способность сваи обеспечена;
- Грунт, на который опирается свая, рассматривается, как линейно-деформируемое полупространство;
- Выполняется соотношение: (l – длина, d - приведенный диаметр ствола сваи).
Реализованы следующие типы свай (рис. 1):
- Круглая;
- Оболочка;
- Прямоугольная;
- Квадратная.
При этом конец сваи может быть, как заостренным, так и булавовидным.
Расчёт одиночной сваи
Для каждой сваи, будь она одиночной или в составе куста/условного фундамента, задаются следующие параметры (рис. 2):
- Количество участков разбиения – чем больше это число, тем точнее производится расчет
- Модуль упругости ствола – характеристика материала из которого изготовлена свая;
- Коэффициент Пуассона материала;
- Глубина от поверхности земли, на которой не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности (при сейсмических воздействиях).
- Объёмный вес материала сваи.
Рис. 2. Задание параметров сваи
Параметры расчёта для одиночной сваи задаются при нажатии на кнопку «Вычисление жесткости одиночной сваи» (Рис. 3).
Рис. 3. Параметры для вычисления жесткости сваи
При этом боковой коэффициент постели на поверхность сваи вычисляется по формуле:
, где К — коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю (Приложение В, таблица В.1); γс — коэффициент условий работы грунта. Для одиночной сваи γс =3.
Расчёт осадки одиночной сваи производится в соответствии с СП 24.13330.2011: для сваи без уширения по п. 7.4.2 а, для сваи с уширением по п. 7.4.2 б.
Расчёт свайного куста
Для создания свайного куста необходимо вызвать команду «Группы свай», которая находится на панели инструментов либо в пункте меню «Назначения». Для задания свайного куста необходимо выделить группу свай, которая будет входить в куст и нажать на кнопку «Добавить свайный куст» (рис. 4).
Рис. 4. Задание свайного куста
Методика расчета свайного куста соответствует п. п. 7.4.4 – 7.4.5 СП 24.13330.2011. При этом жесткостные характеристики сваи вычисляются автоматически в Редакторе грунта, для чего в последнем таблица задания физико-механических характеристик дополнилась четырьмя столбцами (рис. 5):
- Показатель текучести «IL» для пылевато-глинистых грунтов;
- Коэффициент пористости «e» для песчаных грунтов;
- Коэффициент пропорциональности «К», который можно задать численно, либо интерполировать выбором грунта из колонки «Тип грунта для свайного основания»;
- Тип грунта для свайного основания (таблица В.1 СП 24.13330.2011). Используется для интерполяции значений «К» по заданному показателю текучести «IL» или коэффициенту пористости «e» грунта.
Рис. 5. Таблица физико-механических характеристик ИГЭ
В параметрах расчёта (рис. 6) появилась новая вкладка – «Сваи», в которой указываются необходимые для расчёта параметры:
k — коэффициент глубины под пятой (п.7.4.3 СП 24.13330.2011);
γc — коэффициент условий работы для расчета свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента (п. В.2, Приложение 2, СП 24.13330.2011);
γса — коэффициент уплотнения грунта при погружении сваи, учитывается для понижения коэффициента пропорциональности К при работе свай в составе куста (п. В.2, Приложение 2, СП 24.13330.2011).
Рис. 6. Вкладка расчёт свай
Расчет осадки Свайного куста производится согласно п. п. 7.4.4 - 7.4.5 СП 24.13330.2011. При расчете осадок группы свай учитывается их взаимное влияние. Расчет коэффициента постели Сz грунта на боковой поверхности сваи, с учетом влияния свай в кусте, производится, как для одиночной сваи, но коэффициент пропорциональности К умножается на понижающий коэффициент αi.
Взаимное влияние осадок кустов свай учитывается так же, как при расчете условных фундаментов. Расчет жесткостей свай в свайных кустах происходит по той же методике, что и для одиночных свай, но с учетом их взаимовлияния как в кусте, так и между кустами.
Расчет условного фундамента
Задание условного фундамента от свайного куста отличается лишь тем, что в «Группе свай» выбирается пункт «Условный фундамент». Также необходимо задать дополнительно Аcf — площадь условного фундамента и способ расстановки свай — рядовой или шахматный.
Геологические условия, а также физико-механические характеристики грунтов основания задаются в Редакторе грунта.
Полная осадка свайного поля фундамента определяется по формуле:
Где: — осадка условного фундамента,
— дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента,
—дополнительная осадка за счет сжатия ствола сваи.
Дополнительная осадка за счет сжатия ствола сваи - вычисляется по формуле:
Нахождение осадки условного фундамента, а также расчет взаимовлияния групп свай (в том числе и свайных кустов) возможно производить по аналогии с плитными фундаментами по 3-м различным методам:
- Метод 1 - модель основания Пастернака,
- Метод 2 - модель основания Винклера-Фусса,
- Метод 3 - модифицированная модель Пастернака.
В случае, если едется в модуле Грунт, необходимо, как для расчёта пластинчатых элементов, назначить сваям начальную нагрузку, которую потом можно будет уточнить с помощью функции преобразования результатов в исходные данные (рис. 7). Это делается в команде «Упругое основание».
Рис. 7. Назначение сваям начальной нагрузки
После расчёта в модуле Грунт, вызвав функцию «Анализ модели», можно отследить осадки, жесткости, и прочие параметры свай и грунта (рис. 8).
Рис.8. Визуализация расчёта
Таким образом, мы рассмотрели новую функцию, появившуюся в ПК ЛИРА 10.6, которая позволяет рассчитывать здания на свайных фундаментах.
Автор: Канев Данил
