Автор Фундамент столбчатый на сваях: монолитный свайно-растверковый
Свайно-столбчатый фундамент – один из самых популярных видов основания, используемых в частном строительстве. Благодаря экономности используемых средств, прочности и наличию ростверка, а также возможности справиться с работами самостоятельно, пользователи отдают предпочтение именно этой технологии. Однако нужно учитывать серьезные трудовые и временные затраты, кроме того, знать все нюансы технологического процесса обустройства.
Столбчатый фундамент: определение, типы
Столбчатый фундамент – основание, состоящее из определенного количества опорных столбов, передающих и распределяющих нагрузку здания на грунт
Столбчатый фундамент – основание, состоящее из определенного количества опорных столбов, передающих и распределяющих нагрузку здания на грунт. Столбы могут быть прямоугольного, круглого сечения, выполняться из таких материалов, как:
- монолитный железобетон;
- полнотелых кирпичей;
- бетона тяжелых марок;
- бутовых и бутобетонных смесей.
Прочностью и надежностью отличаются железобетонные опоры. Их рекомендовано использовать в тяжелых грунтах, имеющих склонность к пучению, а также там, где уровень водоносных слоев достаточно высок. Остальные типы опор, как правило, скрепляются бетонными лентами, прочность основания в этом случае уступает монолиту.
Важно! В обязательном порядке рекомендуется монтаж столбов в углах строения, местах примыкания стен и простенков.
Отличительной особенностью свайно-столбчатого основания является разновидность грунтов и глубина пробивания шурфов при обустройстве. Если только столбчатая основа применяется на грунтах с нормальной несущей способностью, глубина залегания определяется точкой промерзания, то свайные основания можно делать на нестабильных, насыщенных влагой грунтах, с невысокой несущей способностью. Таким образом, свайно-столбчатый фундамент показан для строительства зданий на любых типах грунтов (кроме скальных и каменистых), средней или средне-нормальной несущей способности.
Столбчато-свайные основания с ростверком
Столбчатый фундамент на сваях с ростверком – жесткая железобетонная конструкция, состоящая из расположенных в определенном порядке свай, связанных ростверком
Столбчатый фундамент на сваях с ростверком – жесткая железобетонная конструкция, состоящая из расположенных в определенном порядке свай, связанных ростверком. Монолитный ростверковый пояс гарантирует прочность, надежность и высокие эксплуатационные качества. При этом ростверк также служит для:
Рекомендуем к прочтению:
- предотвращения подвижек горизонтальных столбовых свай;
- перераспределения и равномерности нагрузки на отдельные столбы, грунт под ними, что особенно полезно для строений в 2-3 этажа, со стеновыми панелями, выполненными из нежестких материалов (бревно, брус, щит).
Важно! Ростверковый монолитный тип основания на сваях рекомендован для строительства зданий из материалов штучного порядка: кирпича, блоков.
Для строительства применяются два типа: с высоким или низким ростверком.
Основание столбчатого типа с высоким ростверком
Технология строительства является наиболее верной из-за возвышения ростверка над поверхностью грунта
Технология строительства является наиболее верной из-за возвышения ростверка над поверхностью грунта. Как правило, расстояние не бывает менее 15 см, что минимизирует угрозу разрушения при вспучивании грунта, а значит, свайно-столбчатый фундамент прослужит намного дольше. Порядок работ следующий:
- Монтируются сваи, длина определяется с учетом подъема над грунтом минимум на 15 см и углубления в ростверк на 5-10 см.
- Макушки свай покрываются гидроизолирующим составом для предотвращения образования конденсата, когда влага поднимается от грунта. Такая мера минимизирует разрушение ростверка.
- Выполняется основание для опалубки.
Делать это можно двумя способами:
Делать это можно двумя способами:- если подъем ростверка минимален, основание можно выполнить из насыпного песка. Увлажнить, утрамбовать, выровнять. После монтажа ростверка песок убрать.
- если ростверк предполагается делать высокий, основание изготавливается из фанеры, досок.
Совет! Беря в качестве основания песок, его необходимо чем-то покрывать, например, пленкой, в которой есть прорези под столбы. В противном случае цементное молочко пропитает песок вместо того, чтобы оставаться в бетонной смеси и придавать нужную прочность. Кроме того, песчаный бруствер, пропитанный цементным молоком, плохо подвергается разрушению, и убрать его будет сложнее.
- При монтаже боковых стенок опалубки важно учитывать размеры: поперечное сечение ростверка зависит от толщины предполагаемых стеновых панелей и материала, из которого они возводятся. Так для деревянных строений высота не должна быть менее 50-60 см, что обеспечит высокие прочностные показатели на изгиб, а нижние венцы здания не обрызгаются водой с отмостка, и не будут находиться в контакте со снеговым покровом. Строения из камня требуют высоты в 20 см, ширина должна соответствовать толщине стеновых конструкций.
- После того, как опалубка завершена , делается каркас арматурный, располагаемый сверху и снизу ленты, углубление в бетон не может быть менее 5-6 см. Количество арматурных прутов выбирается в зависимости от сечения: чем больше диаметр, тем меньше прутков потребуется.
Важно! Арматура сечения более 14 мм не рекомендуется, так как такие пруты хуже работают в связке с бетонными смесями.
- Финальное бетонирование . После заливки ростверка не стоит торопиться убирать песок и опалубку. Возведение стен можно начинать уже на 5-6 день, а убрать лишнее можно и позднее, когда придет время сооружения цоколя, отмостков.
Свайный фундамент с высоким ростверком считается одним из самых практичных, однако не всегда возможно обустройство основы именно такого типа.
Поэтому есть свайно-столбчатый фундамент с низким ростверком, использование которого наиболее популярно сегодня.
Основание на сваях с низким типом ростверка
Использование технологии имеет высокий риск, если соединятся столбчатый и ленточный тип основы
Использование технологии имеет высокий риск, если соединятся столбчатый и ленточный тип основы, причем ленточный мелкозаглубленный (или вообще незаглубленный). Принципиально разная функциональная нагрузка может сыграть плохую шутку. Так, мелкозаглубленная основа имеет вид рамы определенной жесткости, которая под воздействием пучения грунта может слегка подниматься и опускаться. Столбчатая же основа предварительно заглубляется ниже точки промерзания грунтов, чтобы полностью исключить подвижки в холодное время года. На излишне пучнистых грунтах такая технология приведет к заломам ленты в междустолбовых пространствах или полному отрыву ростверкового пояса от свай.
Но все же данная технология отлично подходит для строений, где предполагается сделать полы по грунту, а кроме того не придется выполнять обустройство забирки, необходимой при высоком ростверке. Вместо песочной смеси показано использование пенопласта минимальной плотности толщиной от 10 см. Материал обладает достаточной упругостью, чтобы принять нужное давление грунта, а вот чтобы уменьшить пучение, подойдет отмостка, утепленная ЭППС.
Рекомендуем к прочтению:
Важно! Отмостка никоим образом не должна иметь жесткую связку с ростверком, а наоборот, оставлять достаточно места для смещения относительно ростверкового монолита (вверх-вниз) при проявлении морозного пучения грунта.
Что касается остальных этапов работы для обустройства, то свайный фундамент с низким ростверком полностью идентичен технологии с высоким ростверком, повторяться нет необходимости.
Важно! Чтобы предотвратить подсос влаги из грунта, свайный фундамент нужно гидроизолировать. Подходит обмазочная битумная мастика, рулонные материалы или можно использовать комбинацию способов.
При этом изоляция столбов показана при использовании свай из железа. Бетонные столбы влаги не боятся, как и бутовые, а вот кирпичные столбовые сваи лучше сразу делать только на сухих грунтах. Можно попробовать пропитать кирпич специальным составом, но стоит это довольно дорого, намного дешевле изначально определить влажность грунтов и отказаться от кирпича, если насыщенность почвы водой выше среднего уровня.Преимущества и недостатки основания
Главный плюс основания – возможность выбора материалов, типа и особенностей конструкции
Вне зависимости от типа, свайный столбовой фундамент обладает следующими достоинствами:
- Высока скорость монтажа;
- Возможность обустройства на любых грунтах, при этом монолитный пояс ростверка предохранит подвижку свай на пучнистых, нестойких почвах;
- Выполнение работ своими руками без привлечения специальной техники;
- Хорошая финансовая экономия.
Недостатки основания на сваях:
- Необходимость особенно тщательных и точных расчетов количества свай, массы строения для обеспечения длительности эксплуатации;
- Невозможность обустройства на скальных и каменистых грунтах;
- Необходимость гидроизоляции, особенно это касается свай, выполненных из металла.
Главный плюс основания – возможность выбора материалов, типа и особенностей конструкции. Поэтому все большее количество частных застройщиков склоняется в пользу данной технологии строительства, а подробное изучение советов и соблюдение основных пунктов позволит получить прочный и качественный фундамент, на котором дом простоит не один десяток лет.
столбчатый, ленточный, плитный, свайный, из винтовых свай
Большинство фундаментных конструкций, применяемых сегодня в малоэтажном строительстве, – бетонные или железобетонные (столбчатые, ленточные, плитные, свайные).
Причина такой популярности бетона – приписываемые ему свойства: надежность, способность лучше сохранять тепло, а значит возможность отказаться от утепления цоколя, пола и коммуникаций.
Хотя такая точка зрения распространена широко, не стоит слепо доверять мифам о бетоне, ведь, как любой строительный материал, он имеет как преимущества, так и недостатки, а при работе с ним нужно учитывать ряд особенностей.
С бетоном пол будет теплым, даже если дополнительно не утеплять его?
Это не так. Теплопроводность бетона выше, чем теплопроводность грунта, поэтому он промерзает быстрее, ускоряя процесс охлаждения пола. Более того, для таких конструкций очень важна должная организация теплоизоляции, так как из-за замачивания бетон будет не только промерзать значительно быстрее, но и начнет разрушаться.
Правда ли, что бетонное основание автоматически защищает коммуникации от промерзания?
И снова нет. Так как бетонный фундамент на естественном основании только ограждает подпольное пространство от ветра, но не решает проблему его утепления, при прокладке сетей водоснабжения и водоотведения нужно локально защищать трубы.
Отделка и утепление цоколя для бетона дешевле, чем для свайно-винтовой конструкции?
Основываясь на доводах, которые мы привели, опровергая предыдущие мифы, можно сделать вывод: бетон нуждается в утеплении ничуть не меньше винтовых свай. При этом в обоих случаях будут использоваться материалы, одинаковые по качеству и цене.
Цена бетона ниже, чем цена винтовых свай?
Сэкономить на бетонном фундаменте возможно, но только если строить его без учета действующих строительных правил и норм: использовать более дешевую марку бетона, сократить количество арматуры или толщину ее сечения, урезать объем мероприятий по устройству гидроизоляции и т.
п.
Разумеется, Вы должны быть готовы к тому, что все это отразится на качестве будущего основания.
При строительстве легких конструкций бетонный фундамент не нужно сильно заглублять?
Под действием сил морозного пучения недостаточно заглубленный фундамент начнет смещаться или деформироваться (исключение – участки, сложенные прочными грунтами, не подверженными морозному пучению). В итоге Вы ежегодно будете «подгонять» окна и двери, которые по весне будут открываться/закрываться с усилием. В общем – очередная экономия на качестве.
Может ли бетонный фундамент быть надежнее и прослужить дольше, чем свайно-винтовой?
Зависит, разумеется, от того, какой бетон и какие сваи были использованы. Качественный бетонный фундамент будет демонстрировать отличные показатели надежности и долговечности. Но срок службы свайно-винтового фундамента, при строительстве которого использовались сваи с толщиной стенки ствола, соответствующей грунтовым условиям площадки строительства (подробнее «Расчет толщины стенки ствола»), выполненные из качественной стали (подробнее «На что влияет марка стали?»), будет сопоставим со сроком службы традиционного бетонного основания, выполненного в соответствии со всеми технологическими требованиями.
Все сказанное выше доказывает, что достоинства бетона сильно преувеличены (подробнее «Что лучше: бетонный фундамент или винтовые сваи?»).
Столбчатые и свайные фундаменты. В чем разница?
В числе различных типов фундаментов, использующихся сегодня в строительстве, присутствуют столбчатые и свайные. По принципу устройства и тот и другой тип аналогичны, но разница между ними все-таки существует. Рассмотрим по порядку.
Столбчатый фундамент — конструкция, выполненная из столбчатых опор сборного типа. Его обычно используют при возведении деревянных строений.
Опоры располагают на заданном расстоянии друг от друга (не более 3-х метров) и соединяют специальными перемычками — рандбалками, которые и служат основной для монтажа отдельных элементов здания. Такой тип фундамента является наиболее рациональным при строительстве деревянных домов на почвах с глубоким промерзанием. При этом сами дома должны быть без подвальных помещений и иметь легкие стены, к примеру, каркасно-щитовые или рубленные. Опоры устанавливают в каждом углу будущего дома и в местах пересечения стен. В качестве стройматериала для их изготовления используют бетон, кирпич, натуральный камень или сборные блоки. Чтобы конструкция приобрела необходимую устойчивость и жесткость, вверху опор располагают деревянные либо металлические обвязочные балки. Столбчатый фундамент нельзя возводить на участках с перепадом высот, поскольку в таких условиях некоторые из опор после установки могут опрокинуться из за неравномерного давления грунта.
Расход материалов и затраты на возведение фундамента столбчатого типа почти вдвое, а то и втрое экономичнее, чем на изготовление ленточного. Однако далеко не каждый деревянный дом можно поставить на такие опоры.
Свайный фундамент выполняется из отдельно стоящих свай цельной конструкции и применяется на земельных участках со слабым грунтом, если на тот планируется создавать большие нагрузки. Для изготовления свай используются различные материалы: бетон, железобетон, сталь. Сверху на них устанавливается ростверк — железобетонная плита или балки, служащие опорной конструкцией для основных частей возводимого объекта. Наиболее экономичным решением являются сваи из дерева, однако у них, есть один очень большой минус — подверженность гниению, и поэтому такую технологию свайных фундаментов уже практически никто не использует. Железобетонный вариант более долговечен и устойчив к высоким нагрузкам, но и по стоимости дороже.
В зависимости от способа изготовления и установки сваи могут быть забивными и набивными. В первом случае их погружают в грунт уже готовыми (забивают или ввинчивают).
Во втором — изготавливают прямо в земле, в подготовленных каналах. Помимо того, сваи подразделяются на опорные (стойки) и висячие. Стойки располагаются непосредственно на твердом слое почве, в то время как висячие сваи не достают до него. В последнем случае их несущую способность следует рассчитывать исходя из определенных физических показателей.
Как видите, несмотря на общий принцип конструкции, различия между столбчатым и свайным фундаментом все же имеются. Выбор того или иного из них зависит от многих причин, в числе которых конструктивные особенности и вес здания, а также тип грунта на участке, предназначенном под строительство. Перед началом строительства обязательно консультируйтесь со специалистами, так как фундамент является основой любого дома и при неправильном монтаже, может привести к большим потерям времени, нервов и особенно финансов.
Это интересно:
Узнать подробнее про общестроительные работы
Свайный фундамент с ростверком: метод строительства
Основой для любого здания должен быть надежный фундамент, сегодня существует несколько видов основ под строения, которые имеют различные достоинства и недостатки: среди них выгодно отличается свайный фундамент с ростверком. Он устойчив к низким температурам, землетрясениям и искривляющему воздействию сложного пучинистого грунта. Люди выбирают этот фундамент для постройки зданий без подвала, например, бань или теплиц. Конструкция предполагает небольшой расход материалов, что также делает его привлекательным для строительных проектов небольшого масштаба.
СВАЙНО-РОСТВЕРКОВЫЙ ФУНДАМЕНТ: УСТРОЙСТВО
Строительство свайного фундамента с ростверком оптимально выбирать для глубокопромерзающих грунтов со склонностью к зимнему пучению. Сваи необходимо установить ниже уровня промерзания.
В основе конструкция фундамента состоит из заглубленных в землю свай, связанных лентой ростверка.
Сваи – это бетонные, прямоугольные или круглые столбики.
Столбы можно армировать для увеличения прочности и упругости. Сваи должны стоять очень прочно, для этого их заглубляют до необходимого уровня. Чем больше размер будущего строения, тем глубже опорная часть свай.
Вершины свай соединяются меж собой монолитной лентой из железобетона. На ростверк встают стены предполагаемого строения. Таким образом, нагрузка сбалансировано распределяется по всему периметру, что позволяет избежать деформации здания.
Правильно сделанный своими руками свайно ростверковый фундамент продлит стойкость всего здания на много лет.
ЭТАПЫ СТРОИТЕЛЬСТВА
Необходимо подготовить выбранный участок, для чего он выравнивается и очищается. В этот момент можно аккуратно перенести слой плодородной почвы и дерна. Строительство свайного фундамента с ростверком начинают с разметки, ее проводят с помощью разметочного шнура, деревянных колышков и измерительных инструментов. Места для свай должны быть специально рассчитаны, нельзя устанавливать их наобум. Окончательное их число зависит от предельной нагрузки здания на фундамент и свойств несущего участка под ним, но обязательно должны быть сваи под каждым углом и в местах пересечения внутренних и внешних несущих стен.
После построения разметочного плана проводятся земляные работы. Установка свай проделывается либо с помощью специальной техники либо руками. Если подготовлены готовые сваи, изготовленные промышленно, то не обойтись без сваезабивающего оборудования или буровой установки. Свайно ростверковый фундамент своими руками можно установить с помощью ручного бура для небольших скважин. В отверстие засыпают песчаную подушку, монтируют опалубку или толевый футляр, внутрь помещают по четыре арматурных прута, соединенных между собой обвязкой или сваркой. Затем заливается бетон. Часть армирующего каркаса должна торчать из вершины свай.
После паузы в строительстве свайного фундамента с ростверком, необходимой для застывания свай, вокруг них сбивается прочная опалубка.
Расстояние внутри нее должно быть равным толщине будущих стен. После чего в пространство опалубки засыпается песок, который накрывается гидроизоляционным материалом. После этого нужно уложить армирующий каркас для ростверка, который объединяется со свайным армированием сваркой или проволокой. Нелишним будет предусмотреть проходы для коммуникаций: водоотвода, электрики и пр., ведь строительство свайного фундамента с ростверком подходит для долговременных комфортных сооружений.
Затем опалубка заливается бетоном. Так формируется ростверковая лента. После схватывания бетона, доски убирают, и слой песка меж свай удаляется.
ВОЗМОЖНЫЕ ОШИБКИ ПРИ ПОСТРОЙКЕ
Для строительства свайного фундамента с ростверком очень важно подготовить арматуру так, чтобы была возможность для прочной связки армирования ростверка с каркасом свай. Отсюда ошибка:
- Отсутствие связи ростверка и столбов.
В результате зимнего расширения или весеннего таяния грунт начинает толкать сваи. Несвязанные с ростверком опоры могут выскочить из-под дома, что повлечет сильную деформацию или даже разрушение строения. Позаботиться об этом лучше заранее, ведь если свайно ростверковый фундамент своими руками установлен вместе с домом, то ошибку практически не исправить.
- Малая глубина залегания свай.
Экономить усилия в бурении отверстия под сваи нежелательно, особенно если точно неизвестна глубина промерзания почвы. Если сваи не заглублены достаточно, то зимнее расширение грунта будет все время нарушать их устойчивость, что приведет к деформации фундамента, а значит и поддерживаемого им дома.
- Неверное количество свай или их неправильная расстановка.
Следует помнить, устанавливая своими руками свайно ростверковый фундамент, что под несущими стенами, по углам, а также в местах пересечения стен обязательно нужно проложить сваи, сколько бы их ни было в целом.
Если допущена ошибка, ростверковая лента будет испытывать увеличенные нагрузки, что может привести к трещинам и перекосам, либо сваи начнут постепенно погружаться в землю.
Данный вид основы под здание не так уж сложен и пользуется большой и заслуженной популярностью. Особенно хороши такие фундаменты для деревянных домов, бань или капитальных теплиц. Свайно ростверковый фундамент своими руками является отличным решением по трудовым и финансовым затратам, кроме того способен служить на протяжении десятилетий.
Опубликовано: 2015-07-01 г. Обновлено: 2018-01-04 г.
Калькулятор буронабивных свайных и столбчатых фундаментов
Внимание! В настройках браузера отключена возможность «Использовать JavaSсript». Основной функционал сайта недоступен. Включите выполнение JavaScript в настройках вашего браузера.Информация по назначению калькулятора
Онлайн калькулятор монолитного буронабивного свайного и столбчатого ростверкого фундамента предназначен для расчетов размеров, опалубки, количества и диаметра арматуры и объема бетона, необходимого для обустройства данного типа фундамента. Для определения подходящего типа, обязательно обратитесь к специалистам.
Все расчеты выполняются в соответствии со СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции», СНиП 3.03.01-87 и ГОСТ Р 52086-2003
Свайный либо столбчатый фундамент – тип фундамента, в котором сваи либо столбы находятся непосредственно в самом грунте, на необходимой глубине, а их вершины связаны между собой монолитной железобетонной лентой (ростверком), находящейся на определенном расстоянии от земли. Главным отличием между столбчатым и свайным фундаментом является разная глубина установки опор.
Основными условиями для выбора такого фундамента является наличие слабых, растительных и пучинистых грунтов, а так же большая глубина промерзания.
В последнем случаем и при возможности забивания свай при любых погодных условиях, такой вид очень актуален в районах с суровым климатом. Так же к основным преимуществам можно отнести высокую скорость постройки и минимальное количество земляных работ, так как достаточно пробурить необходимое количество отверстий, либо вбить уже готовые сваи с использованием специальной техники.
Существует различное множество вариаций данного типа фундамента, таких как геометрическая форма свай, материалы для их изготовления, механизм действия на грунт, методы установки и виды ростверка. В каждом индивидуальном случае необходимо выбирать свой вариант с учетом характеристик грунта, расчетных нагрузок, климатических и других условий. Для этого необходимо обращаться к специалистам, которые смогут произвести все необходимые замеры и расчеты. Попытки экономии и самостроя могут привести к разрушению постройки.
При заполнении данных, обратите внимание на дополнительную информацию со знаком Дополнительная информация
Далее представлен полный список выполняемых расчетов с кратким описанием каждого пункта. Вы так же можете задать свой вопрос, воспользовавшись формой справа.
Общие сведения по результатам расчетов
- Общая длина ростверка — Периметр фундамента, с учетом длины внутренних перегородок.
- Площадь подошвы ростверка — Соответствует размерам необходимой гидроизоляции.
- Площадь внешней боковой поверхности ростверка — Соответствует площади необходимого утеплителя для внешней стороны фундамента.
- Общий Объем бетона для ростверка и столбов — Объем бетона, необходимого для заливки всего фундамента с заданными параметрами. Так как объем заказанного бетона может незначительно отличаться от фактического, а так же вследствие уплотнения при заливке, заказывать необходимо с 10% запасом.
- Вес бетона — Указан примерный вес бетона по средней плотности.
- Нагрузка на почву от фундамента в местах основания столбов — Нагрузка на почву от веса фундамента в местах основания столбов/свай.
- Минимальный диаметр продольных стержней арматуры — Минимальный диаметр по СНиП, с учетом относительного содержания арматуры от площади сечения ленты.
- Минимальное кол-во рядов арматуры ростверка в верхнем и нижнем поясах — Минимальное количество рядов продольных стержней в каждом поясе, для предотвращения деформации ленты под действием сил сжатия и растяжения.
- Минимальный диаметр поперечных стержней арматуры (хомутов) — Минимальный диаметр поперечных и вертикальных стержней арматуры (хомутов) по СНиП.
- Минимальное кол-во вертикальных стержней арматуры для столбов — Количество вертикальных стержней арматуры на каждый столб/сваю.
- Минимальный диаметр арматуры столбов — Минимальный диаметр вертикальных стержней для столбов/свай.
- Шаг поперечных стержней арматуры (хомутов) для ростверка — Шаг хомутов, необходимых для предотвращения сдвигов арматурного каркаса при заливке бетона.
- Величина нахлеста арматуры — При креплении отрезков стержней внахлест.
- Общая длина арматуры — Длина всей арматуры для вязки каркаса с учетом нахлеста.
- Общий вес арматуры — Вес арматурного каркаса.
- Толщина доски опалубки — Расчетная толщина досок опалубки в соответствии с ГОСТ Р 52086-2003, для заданных параметров фундамента и при заданном шаге опор.
- Кол-во досок для опалубки — Количество материала для опалубки заданного размера.
Фундамент на сваях
Строительство домов в средней полосе России, а особенно в Подмосковье, почти всегда сопряжено с проблемой выбора фундамента: состояние грунтов оставляет желать лучшего. На участках с мелкопесчаными, пылеватыми, лессовидными, пучинистыми грунтами, в болотистой местности, на торфяниках и участках с высоким уровнем грунтовых вод лучшим выбором, несомненно, будет фундамент на сваях.
Наша компания осуществляет забивку свай в любых условиях, даже в районах с плотной застройкой: для этого у нас имеется наиболее подходящая техника и обученный персонал.
ФУНДАМЕНТ НА СВАЯХ: назначение
Потребность в использовании фундамента на железобетонных сваях возникает при возведении зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях. Если на участке преобладает низкоплотный либо насыщенный влагой грунт, почва склонная к горизонтальным сдвигам и пучению, ни один фундамент — ленточный, стобчатый, плитный, не обеспечит зданию той надежности и устойчивости, которую может дать свайное основание.Важно: на фундаменте из ЖБ свай могут возводиться постройки любой этажности — это основной вид фундамента при строительстве кирпичных многоэтажек и тяжелых зданий с ЖБ перекрытиями.
Рис: Фундамент на железобетонных сваях
Также фундамент на сваях востребован при строительстве быстровозводимых деревянных зданий из щитовых и каркасных панелей — в таком случае используются металлические винтовые сваи.
Несущей способности данных свай недостаточно для тяжелых домов, однако при возведении легких сооружений это предпочтительный вариант ввиду оперативных сроков монтажа — готовый к дальнейшему строительству винтовой фундамент можно установить за 2-3 дня.
Рис: Фундамент на металлических винтовых сваях
Фундамент на сваях: разновидности
Сегодня применяют следующие разновидности свайных фундаментов:
- Свайный фундамент с высоким ростверком: ростверк – железобетонная конструкция, соединяющая сваи между собой. Может быть в виде ленты или в виде плиты. В данном случае ростверк «висит» на сваях не касаясь грунта. При сильном пучении грунтов целесообразен именно такой вид фундамента.
- Свайный фундамент с низким ростверком: в данном случае ростверк передает часть нагрузки непосредственно на грунт, что позволяет снизить количество забиваемых свай.
- Свайно-ленточный фундамент: стал применяться сравнительно недавно. В таком фундаменте сваи соединяются заглубленным ленточным фундаментом, что позволяет с одной стороны усилить конструкцию сваями, с другой – обустраивать в строении подвальные помещения, что при обычном свайном фундаменте невозможно.
Классификация фундаментов на сваях также выполняется исходя из схемы размещения свайных опор, согласной которой выделяют:
- Фундаменты с рядовым расположением свай;
Рис: Фундамент с рядовым расположением свай
- Фундаменты в виде свайного поля.
Также свайные фундаменты делятся на виды в зависимости от типа свай, которые использовались для их обустройства:
- Фундаменты на железобетонных сваях.
Рис: Схема фундамента на забивных железобетонных сваях - Фундаменты на металлических сваях.
Важно: винтовые фундаменты на металлических сваях позволяют возводить дома на участках со сложным рельефом, они не требуют предварительного выравнивания уклона строительной площадки. В таком случае для обустройства фундамента используются сваи разной длины, которые после погружения обрезаются по одному нулевому уровню.
Рис: Дом с фундаментом на винтовых сваях
Полезные материалы для Вас:
Типы используемых свай при строительстве
Существует три разновидности свай, которые используются для обустройства фундаментов — забивные, винтовые и набивные опоры.Забивные сваи — железобетонные изделия заводского производства, которые погружаются в грунт с помощью сваебойных установок. В зависимости от формы выделяют следующие виды забивных свай:
- Сплошного квадратного сечения;
- Квадратного сечения с круглой полостью;
- Прямоугольного сечения;
- Круглого сечения.
Рис: Сваи сплошного квадратного сечения 30*30 см
Важно: забивные сваи бывают цельными либо составными — состоящими из нескольких стыкующихся секций, соединяющихся в процессе погружения с помощью сварки либо анкеров.
Общая длина составной сваи может доходить до 40 метров.Набивные сваи — опоры, создающиеся с помощью заливки бетоном пробуренных на строительном участке скважин. Существует два вида формируемых в грунте свай — буронабивные и буроинъекционные.
Готовые к эксплуатации сваи каких-либо отличий не имеют, различается лишь технология их обустройства. При создании буронабивных свай первостепенно бурится скважина, после чего в нее погружается арматурный каркас и с помощью бетонолитной трубы полость заполняется бетоном.
Скважины для буроинъекционных опор создаются с помощью специальных CFA-буровых колонн, обладающих внутренним каналом для подачи бетона. Заполнение скважины осуществляется через буровую колонну сразу же по завершению ее проходки, и арматурный каркас погружается в уже заполненную бетоном полость.
Рис: Схема обустройства буронабивных свай
Важно: несущая способность набивных опор может превышать аналогичную характеристику забивных свай за счет большего диаметра. Размеры набивных свай ограничиваются лишь функциональными возможностями используемой для их обустройства буровой техники — диаметр таких опор варьируется в пределах от 30 до 350 см.
Винтовые сваи — металлические конструкции, состоящие из полого стального ствола и зафиксированных на нем спиралеобразных лопастей. Погружение винтовых свай осуществляется посредством их вкручивания в грунт с помощью ручной силы либо специальных механизированных установок — кабестанов.
В зависимости от функционального назначения выделяют следующие виды винтовых свай:
- Однолопастные конструкции, используются для строительства легких зданий в нормальных грунтах;
- Многолопастные сваи, применяются для возведения среднетяжелых домов и двухэтажных зданий в слабой почве;
- Узколопастные конструкции (заостренные и трубчатые), предназначенные для строительства фундаментов в высокоплотной и мерзлой почве.
Рис: Разновидности винтовых свай
Фундамент на сваях что учесть при возведении
Свайный фундамент — конструкция, требующая тщательного проектирования и возведения, выполненного согласно всем правилам технологии. Только при таком подходе будет в полной мере реализован весь потенциал фундамента на сваях и он получит максимальную надежность и долговечность.При создании свайного фундамента необходимо учитывать:
- Правильно спроектировать свайный фундамент невозможно без предварительного проведения геодезических изысканий на строительной площадке, в результате которых определяются характеристики почвы, непосредственно влияющие на несущую способность свай — плотность, сила сопротивления, насыщенность грунтовой влагой;
- Любые теоретические расчеты характеристик будущего фундамента должны проверяться полевыми испытаниями свай, позволяющими определить их фактическую несущую способность и внести в проект соответствующие коррективы. Испытания свай проводятся двумя методами — динамической и статической нагрузки;
- При монтаже фундамента необходимо максимально тщательно выполнять позиционирование погружаемых конструкций — даже малейший уклон от вертикали станет причиной неправильной работы сваи в грунте и, как следствие, уменьшения ее несущей способности.
Рис: Статическое испытание свай
Фундамент на сваях: преимущества
Преимущества фундаментов на сваях очевидны:
- при монтаже на сваях фундамент можно строить практически на любых (кроме скалистых или с горизонтальной подвижностью) грунтах
- полное отсутствие, либо минимум затратных земляных работ
- возможность строительства в любых ландшафтных условиях
- невысокая себестоимость
- экономия строительных материалов
- высокая несущая способность и надежность фундамента на сваях
Таким образом, применение фундамента на сваях — наилучший вариант для строительства при сложных геолого-физических характеристиках грунтов на участке.
Фундамент на сваях: отзывы
Бытует мнение, что для сооружения фундамента на сваях требуется использование большого количества тяжелой техники. Это не так. Наша компания имеет мобильную, высоко проходимую и производительную технику. Наши специалисты способны погружать до 30 свай за день в любых условиях одним единственным сваебоем!
Все, кто строил фундамент на сваях, отзывы о качестве фундамента и профессионализме наших сотрудников дают лишь положительные.
Фундамент на сваях под ключ цена в Москве
Наша компания предлагает лучшие в Москве и центральном регионе России цены на обустройство свайных фундаментов под ключ. Мы готовые взять на себя выполнение всех этапов фундаментных работ, от поставки качественных железобетонных свай до их забивки и испытаний фактической несущей способности.Конкретная цена свайного фундамента рассчитывается в индивидуальном порядке, она зависит от количества используемых в фундаменте свай и их размеров:
Свяжитесь с нами и мы выполним работу
Обращайтесь, мы обеспечим надежное свайное основание для Вашего дома!
Наша компания предоставляет услуги по возведению фундаментов на сваях — обращайтесь, поможем!
Полезные материалы
Фундамент с ростверком на сваях
Особенностью строительства домов в средней полосе России, и особенно в Подмосковье, является частая необходимость возведения свайных фундаментов.
Сколько стоит фундамент для дома
Традиционно в строительстве используется несколько типов фундаментов, обеспечивающих устойчивость здания и надёжное сцепление несущих конструкций с основанием.
Заказ фундамента на сваях
Свайный фундамент — 75 фото-идей проектирования и установки
Фундамент, где вес надстройки переходит на основу сквозь забиваемые и ввернутые в землю опоры, называется свайным.
Опоры забиваются или вдавливаются. Материал изготовления: дерево, сталь, бетонные и железобетонные.
Опоры этих материалов углубляются в почву вибрацией, ударными машинами и сочетании вибрации и ударов. Бетонные конструкции полые внутри и имеют форму квадрата или круга. Погружаются вибрацией, изнутри удаляется содержимое и заполняется раствором.
Сваи из железобетона полнотелые и забиваются в почву. Индивидуальное жилищное строительство использует свайно-винтовой фундамент или свайно-ленточный фундамент.
Свайно-винтовой фундамент
Устанавливается сваями из стали с площадкой для опоры основной конструкции. Сваи промышленного изготовления устанавливаются вкручиванием в грунт. Полая конструкция заливается бетоном.
Свайно-винтовые фундаменты из ввинчиваемых свай пользуются популярностью при строительстве индивидуальных домов. Сроки установки таких фундаментов максимум три дня на площади 100 м.кв.
Виды свай для винтового фундамента
- свая, которая получается при пробивании в грунте скважины, и заполнении её бетоном (набивная)
- свая, имеющая расширение на верхушке, усиливающее прочность установки сваи (камуфлетная свая)
- сваи, имеющие подвижное соединение частей, позволяющее им вращаться вокруг общей оси (шарнирно раскрывающиеся упоры)
- металлическая свая с винтовой лопастью и полым стволом (винтовая свая)
Свайно-винтовой фундамент представлен в готовом виде сваями в количестве от 20 штук. Окончательное количество свай определяется площадью надстройки и её весом.
Установленные сваи соединены между собой ростверком. Обычно его функцию выполняет уголок 50х50, приваренный под углом к стволу всех свай. Это необходимо для образования единого основания и равномерного распределения нагрузки надстройки.
Вместо ростверка сваи можно объединить бетонной лентой. Такой фундамент будет называться свайно-ленточный фундамент.
Положительные и отрицательные свойства фундаментов
Положительные и отрицательные качества проявляются своеобразно в климатических зонах и на разных почвах.
Скальные породы на участке строительства и желание сделать свайный фундамент – не совместимые желания.
Положительные качества:
- потенциал использования по грунтам не ограничен
- высота фундамента не ограничена на подтапливаемых землях
- цена свайного фундамента меньше ленточного
- быстрота сборки
- конструкция имеет низкий вес
Отрицательные качества:
- ограниченная грузоподъёмность
- необходимость проведения анализа грунта на строительном участке
- разноуровневая усадка свай
- конструкция цоколя обязательна для утепления пола, создания вентиляции и препятствия поселению зоологических особей
- монтаж бетонного перекрытия сложен и увеличивает вес надстройки
Свайно-винтовой фундамент дает не равномерную усадку. Распределение тяжести по ленточному и плиточному фундаментам равномерное. Материал строения должен переносить усадку и геометрическое изменение строения. Это деревянные и дома из каркасов. Не годится кирпич и бетонные блоки.
Свайно-объединяющий фундамент с мало углубленной бетонной лентой делает жесткой конструкцию опоры, увеличивает грузоподъемность. Свайно-ленточный фундамент уменьшает затраты на возведение цоколя и облегчает отделочные работы.
Расчет свайного фундамента
Капитальное строение необходимо обсчитать у специалиста-строителя. Упрощенные постройки, типа курятника на даче, хозяйственные постройки, летний душ или туалет, можно рассчитать самому. Поняв суть расчётов и последовательность операций, можно приступать к более сложным расчётам.
Смысл расчета свайного фундамента – предполагаемый вес надстройки разделить поровну на все опоры.
Недостаточная прочность конструкции основания даст не равномерную усадку.
Это приведет к проблемам надстройки и возможному её разрушению.Перед началом строительства составляем план постройки, определяем её полную площадь по всему строению, высоту помещения, высоту конька крыши и приблизительную площадь всего крышного покрытия с заступами. Определяемся по материалам, с которыми будем работать и закупаем необходимое количество.
При покупке расходного материала спрашиваем сертификат качества, в котором указан вес материала на 1 мк.в. и записываем эти данные. Или просим кассира сделать копию сертификата.
Эта процедура необходима для расчёта веса будущей конструкции, который определит количество необходимых свай.
Рассмотрим на примере дома каркасного типа расчет свайного фундамента площадью 100 мк.в., двускатной крышей, покрытой металл профилем, со стыком боковых поверхностей двухметровой высоты, с выходом за пределы стен по всему периметру около полуметра. Высота стен три метра, почва – сухая смесь глины и песка
Определяем по чертежам основания необходимое количество свай. Размещаем на углах строения, в местах соединения капитальных стен и разделительных. Дистанция от одной точки к другой не более трех метров.
По плану дома у нас получилось 12 свай. Между опорами получилось больше трех метров, следовательно, уменьшаем промежуток и увеличиваем число. Получается 25. Дальше рассчитываем массу надстройки и обозначим её М.
В готовом проекте дома все необходимые расчёты провел специалист на компьютерной программе с учетом данных о весе всех материалов на 1 мк.в. Мы, в домашних расчетах, пользуемся подсказкой сертификата о весе материалов.
Учитывать нужно следующие параметры: масса несущих конструкций строения, вес основного материала стен и утеплителя, вес основания чердачного перекрытия и стропил с утеплителем, вес цокольного перекрытия и пола с утеплителем, вес крышного покрытия, вес возможной снеговой нагрузки в зависимости от региона.
Нужно учесть подвижную нагрузку в строении (мебель, люди, живность),
Общая нагрузка надстройки получилась 70570 кг. Для верности умножаем предполагаемый вес на коэффициент надежности свай. Он зависит от количества установленных опор:
- до 11 штук – 1.65
- до 20 штук – 1.55
- больше 20 штук – 1.4
Обычное количество использованных опор от 20 до 40. Поэтому всегда умножаем на 1.4. Масса нашей надстройки получилась 100 000 кг.
Для определения площади основания нам нужен ещё один показатель: средняя плотность грунта на стройплощадке. Это можно найти в интернете или строительных справочниках.
Геология рекомендует применять коэффициент от 1 до 1.7. Строители нового поколения рекомендуют брать 1. В нашей задаче грунт сухой суглинок. Его расчетное сопротивление 2 кг/см.кв.
Теперь рассчитываем размер:
- Sосн = Мх1.4/F, F расчетное сопротивление грунта.
- 100 000 кг /2 = 50 000 см2
Площадь свайной площадки рассчитаем на основе классического размера 108 мм. Расчет ведем по школьной программе: S=ПD, D=30 см, диаметр сваи, S=706,5 смкв
Площадь основания должна быть 50 000 см.кв, 1 свая равна 706 см.кв. Для фундамента нужно использовать 71 сваю.
Чем больше плотность грунта, тем меньше требуется свай.
Изготовление свайного фундамента имеет следующие этапы:
- равняем строительную площадку
- размечаем участок и ставим колья в местах будущих свай
- установка начинается с самой высокой точки стройплощадки, ведем контроль вертикали
- определяем и выравниваем горизонтальную плоскость
- сваи заливаем бетоном, привариваем опорную площадку, покрываем антикоррозийной смазкой и закрываем рубероидом.
Укрепляются сваи прикреплением ростверка – приваренный под углом уголок 50х50, производим обшивку брусом и крепим её болтами. Всё. Основание готово для монтажа основной конструкции.
Фото свайного фундамента
Методы анализа свайного фундамента: критический обзор литературы и рекомендуемые предложения
ACI 318-08 (2008) Комитет Американского института бетона (ACI), Комментарий к требованиям строительных норм для железобетона
Адебар П., Кучма Д., Коллинз М.П. (1990) Модели стоек и стяжек для проектирования заглушек свай: экспериментальное исследование. ACI Struct J 87 (1): 81–92
Google Scholar
Адебар П., Чжоу З. (1996) Конструирование заглушек с глубоким ворсом по моделям со стойками и стяжками. ACI Struct J 93 (4): 437–448
Google Scholar
Ai ZY, Han J, Yan Y (2005) Анализ упругости системы одинарная свая-жесткий круглый плот в слоистых грунтах. Adv Deep Found 132: 1–14
Google Scholar
Американский институт бетона (ACI 543R-00) (2000) Проектирование, производство и установка бетонных свай, Американский институт бетона, Мичиган, США
Банерджи П.К., Дэвис Т.Г. (1978) Поведение одинарных свай с осевой и боковой нагрузкой, заделанных в неоднородный грунт. Геотехника 28 (3): 309–326
Google Scholar
Бартон Ю.О. (1984) Реакция групп свай на боковую нагрузку в центрифуге. В: Craig WH, Balkema AA (eds) Proceedings. Симпозиум по применению моделирования центрифуг в геотехническом проектировании, Роттердам, Нидерланды, стр.
457–473
Google Scholar
Бхаси А., Раджагопал К. (2015) Свайные насыпи, армированные геосинтетическими материалами: сравнение численных и аналитических методов. Int J Geomech. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000414
Статья Google Scholar
Bloodworth AG, Цао Дж., Сюй М. (2011) Численное моделирование поведения при сдвиге железобетонных крышек свай. J Struct Eng 138 (6): 708–717
Google Scholar
Блюм Х (1932) Экономические лаборатории и их расчет. Construct Technol
Bowles LE (1996) Анализ и проектирование фундамента, 5-е изд. McGraw-Hill, Сингапур
Google Scholar
Bowles LE (2007) Анализ и проектирование фундамента, 6-е изд. McGraw-Hill, Сингапур
Google Scholar
Бринч Хансен Дж. (1961) Максимальное сопротивление жестких свай поперечным силам.Датский геотехнический институт, Бюллетень, том 12
Broms B (1964) Боковое сопротивление свай в несвязных грунтах. J Soil Mech Found Div 90 (2): 27–63
Google Scholar
Broms B (1965) Расчет свай с боковой нагрузкой. J Soil Mech Found Div 91 (3): 77–99
Google Scholar
Будху М. (2008) Механика грунтов и основания, 3-е изд.Джон Вили, Нью-Йорк
Google Scholar
Берланд Дж. Б., Поттс Д. М., Фурье А. Б., Ардин Р. Дж. (1986) Исследования влияния нелинейных характеристик напряжения и деформации на взаимодействие грунта и конструкции. Геотехника 36 (3): 377–396
Google Scholar
Chantelot G, Mathern A (2010) Моделирование опор и стяжек железобетонных крышек свай.
Диссертация на соискание степени магистра по программе «Структурное проектирование и проектирование зданий», Технологический университет Чалмерса, Гетеборг, Швеция
Cheng YM, Law CW (2005) Действия распорок и стяжек в анализе свайной шапки — анализ упругости. HKIE Trans 12 (4): 9–18
Google Scholar
Чоу Ю.К. (1987) Осевой и латеральный отклик групп свай в неоднородных почвах. Int J Numer Anal Methods Geomech 11 (6): 621–638
Google Scholar
Клэнси П., Рэндольф М.Ф. (1993) Приблизительная процедура анализа свайных фундаментов на плотах.Int J Numer Anal Methods Geomech 17 (12): 849–869
Google Scholar
Клэнси П., Рэндольф М.Ф. (1996) Простые инструменты проектирования свайных фундаментов на плотах. Геотехника 46 (2): 313–328
Google Scholar
Код UB (2006) Международный строительный кодекс. Совет Международного кодекса, США
Google Scholar
Das BM (2007) Принципы фундаментостроения, 6 изд. Томсон, Стэмфорд
Google Scholar
De Araújo JM (2016) Проектирование жестких заглушек с помощью итеративной модели распорок и стяжек. J Adv Concr Technol 14 (8): 397–407
Google Scholar
Гарсия Ф., Азнарес Дж. Дж., Маесо О. (2005) Динамические сопротивления свай и групп свай в насыщенных грунтах.Comput Struct 83 (10–11): 769–782
Google Scholar
Gerber TM (2003) P-y кривые для разжиженного песка, подверженного циклическим нагрузкам, на основе испытаний полномасштабных глубоких фундаментов. Диссертация (PhD), Университет Бригама Янга, Департамент гражданской и экологической инженерии
Гуо В. (1997) Аналитические и численные решения для свайных фундаментов. Кандидатская диссертация, Департамент гражданской и экологической инженерии, Перт, Австралия, Университет Западной Австралии
Guo WD (2010) Прогнозирование нелинейной реакции групп свай, нагруженных сбоку, с помощью простых решений. В: Материалы конференции GeoFlorida 2010 в Уэст-Палм-Бич, Флорида, GSP 199, ASCE: 1442–9
Guo WD (2012) Теория и практика свайных фундаментов. CRC Press, Лондон
Google Scholar
Hamderi M (2018) Формула комплексной осадки групповых свай на основе трехмерного анализа методом конечных элементов. Найденные почвы 58 (1): 1–15
Google Scholar
Справочник CRSI (2008) Институт железобетонной стали, 10-е изд. Иллинойс, Шаумбург, p 840
Google Scholar
Хетеньи М. (1946) Балки на упругих основаниях. University of Michigan Press, Ann Arbor
Google Scholar
Ильяс Л., Леунг К.Ф., Чоу Ю.К., Буди С.С. (2004) Исследование на центрифуге групп свай с боковой нагрузкой в глине. J Geotech Geoenviron Eng ASCE 130 (3): 274–283
Google Scholar
IRC 112 (2014) Свод правил для бетонных автодорожных мостов, Бюро индийских стандартов, Нью-Дели
IS: 2911-2010 (2010) Свод правил проектирования и строительства свайного фундамента, BIS, Нью-Дели
IS456-2000 (2000) Индийский стандарт норм и правил для железобетона, 4-я редакция, Бюро стандартов Индии, Нью-Дели
Дженк О., Диас Д., Кастнер Р. (2009) Трехмерное численное моделирование насыпной насыпи.Int J Geomech 9 (3): 102–112
Google Scholar
Хари М., Кассим К.А., Аднан А. (2013) Экспериментальное исследование эффектов расстояния между сваями при боковой нагрузке в песке. Sci World J. https://doi.org/10.1155/2013/734292
Статья Google Scholar
Lee J, Do J (2017) Экспериментальное исследование горизонтального сопротивления групповых всасывающих свай с различным шагом свай.Geotech Front GSP 2017, vol 279
Lee SH, Chung CK (2005) Экспериментальное исследование взаимодействия вертикально нагруженных групп свай в песке. Может Geotech J 42: 1485–1493
Google Scholar
Leu LJ, Huang CW, Chen CS, Liao YP (2006) Методология расчета распорок и стяжек для трехмерных железобетонных конструкций. J Struct Eng 132 (6): 929–938
Google Scholar
Линь Л., Синха А., Ханна А. (2018) Влияние жесткости цоколя на характеристики свайного фундамента. Международный конгресс и выставка «Устойчивая гражданская инфраструктура: инновационные геотехнологии инфраструктуры. Springer, Cham, pp. 104–115
Google Scholar
Magade SB, Ingle RK (2017) Метод определения глубины изолированного квадратного фундамента при статической концентрической нагрузке. В: Материалы конференции по численному моделированию в геомеханике, ИИТ Рурки, Индия
Magade SB, Ingle RK (2018) Сравнительное исследование моментов с пластинчатыми и твердотельными элементами для изолированного основания при осевой нагрузке. В: «Достижения в строительных материалах и конструкциях» (ACMS-2018), IIT Roorkee, Индия, 7–8 марта 2018 г., стр. 61–66
Magade SB, Ingle RK (2019) Влияние расстояния до кромки и зазора сваи при обрыве сваи. Iran J Sci Technol Trans Civ Eng 2019: 1–17
Google Scholar
Magade SB, Ingle RK (2019) Численный метод расчета и расчета изолированного квадратного фундамента при концентрической нагрузке. Int J Adv Struct Eng 11 (1): 9–20
Google Scholar
Magade SB, Ingle RK (2020) Влияние расстояния до кромки на разрушение сваи. ACI Struct J117 (3): 131–140
Google Scholar
Magade SB, Ingle RK (2020) Сравнение моментов для конструкции сваи-заглушки.Soil Mech Found Eng 56 (6): 414–419
Google Scholar
Махарадж Д.К. (2003) Отклик на отклонение нагрузки от бокового нагружения одиночной сваи посредством нелинейного анализа методом конечных элементов. Electron J Geotech Eng 8 (Номер статьи 342)
Marti P (1985) Детализация моделей ферм. Concr Mt 7 (12): 66–73
Google Scholar
Matlock H, Reese LC (1960) Обобщенные решения для свай с боковой нагрузкой.J Soil Mech Found Eng ASCE 86 (5): 63–91
Google Scholar
Matlock H, Reese LC (1962) Обобщенные решения для свай с боковой нагрузкой. Trans Am Soc Civ Eng 127 (1): 1220–1247
Google Scholar
McVay M, Zhang L, Molnit T, Lai P (1998) Центрифужные испытания больших групп свай с боковой нагрузкой в песке. J Geotech Geoenviron Eng ASCE 132 (10): 1272–1283
Google Scholar
Mendonça AV, De Paiva JB (2000) Метод граничных элементов для статического анализа фундаментов на сваях. Eng Anal Bound Elem 24 (3): 237–247
Google Scholar
Muttoni A (2008) Пробивная прочность железобетонных плит без поперечного армирования на сдвиг. ACI Struct J 105: 440–450
Google Scholar
Нори В.В., Тарвал М.С. (2007) Расчет свайных колпаков — метод распорок и стяжек.Индийский концерн J 81 (4): 13
Google Scholar
Poulos HG (1971) Поведение свай с боковой нагрузкой: I — одиночные сваи. В: Proceedings of the American Society of Civil Engineers, vol. 97, нет. SM5, май 1971 г., Elastic Continuum Concept, стр. 711–731
Poulos HG (1971) Поведение свай с боковой нагрузкой: II группы свай. J Soil Mech Found Eng ASCE 97 (5): 733–751
Google Scholar
Poulos HG (1971) Поведение свай с боковой нагрузкой: II группы свай. J Soil Mech и Found Engrg, ASCE 97 (5): 733–751
Google Scholar
Poulos HG (2005) Поведение свай — последствия геологических и строительных недостатков. J Geotech Geoenviron Eng 131 (5): 538–563
Google Scholar
Поулос Х.Г., Дэвис Э.Х. (1980) Расчет и проектирование свайного фундамента (№монография)
Prakoso WA, Kulhawy FH (2001) Вклад в проектирование фундаментов свайных плотов. J Geotech Geoenviron Eng 127 (1): 17–24
Google Scholar
Randolph MF (1981) Реакция гибких свай на боковую нагрузку. Геотехника 31 (2): 247–259
Google Scholar
Reynolds CE, Steedman JC, Threlfall AJ (2007) Справочник проектировщика железобетона, 11-е изд.CRC Press, Лондон
Google Scholar
Риттер В. (1899) Die bauweise hennebique (метод строительства Hennebiques). Schweiz Bauztg 33: 59–61
Google Scholar
Роллинз К.М., Олсен Р.Дж., Эгберт Дж.Дж., Дженсен Д.Х., Олсен К.Г., Гарретт Б.Х. (2006) Влияние расстояния между сваями на поведение боковой группы свай: испытания под нагрузкой.
J Geotech Geoenviron Eng 132 (10): 1262–1271
Google Scholar
Роллинз К.М., Петерсон К.Т., Уивер Т.Дж. (1998) Поведение при поперечной нагрузке полноразмерной группы свай в глине. J Geotech Geoenviron Eng 124 (6): 468–478
Google Scholar
Сабнис Г.М., Гогейт А.Б. (1984) Исследование поведения толстой плиты (сваи). ACI J 81 (1): 35–39
Google Scholar
Sanctis D, Russo LG, Viggiani C (2002) Свайный плот на слоистых почвах.В: Материалы девятой международной конференции по свайным и глубоким фундаментам, Ницца, стр. 279–286
Schlaich J, Shafer K, Jennewein M (1987) На пути к согласованному проектированию конструкционного бетона. J Presiresseci Concr Inst 32 (3): 74–150
Google Scholar
Sharma M (2019) Влияние расположения свай и толщины сваи на распределение нагрузки в сваях. Последние достижения в строительной инженерии, том 1.Спрингер, Сингапур, стр. 35–48
Google Scholar
Соуза Р., Кучма Д., Парк Дж., Биттенкур Т. (2009) Адаптивная модель стойки и стяжки для проектирования и проверки четырехслойных крышек. ACI Struct J 106 (2)
Suzuki K, Otsuki K (2002) Экспериментальное исследование разрушения крышек свай при сдвиге в углах. Jpn Trans Concr Inst 23
Suzuki K, Otsuki K, Tsubata T (1998) Влияние расположения стержней на предел прочности четырехслойных крышек.Jpn Trans Concr Inst 20: 195–202
Google Scholar
Suzuki K, Otsuki K, Tsubata T (1999) Экспериментальное исследование четырехслойных крышек с конусом. Jpn Trans Concr Inst 21: 327–334
Google Scholar
Suzuki K, Otsuki K, Tsuhiya T (2000) Влияние краевого расстояния на механизм разрушения свайных заглушек. Jpn Trans Concr Inst 22: 361–367
Google Scholar
Васкес Л.Г., Ван С.Т., Изенхауэр В.М. (2006) Оценка способности свайно-плотного фундамента с помощью трехмерного нелинейного анализа методом конечных элементов. В: Гео Конгресс, т. 211, ASCE. https://doi.org/10.1061/40803 (187)
Вишвакарма Р.Дж., Ингл Р.К. (2017) Упрощенный подход к оценке критических напряжений в бетонном покрытии. Struct Eng Mech 61 (3): 389–396
Google Scholar
Вишвакарма Р.Дж., Ингл Р.К. (2018) Влияние размера панели и радиуса относительной жесткости на критические напряжения в бетонном покрытии.Arab J Sci Eng 43 (10): 5677–5687
Google Scholar
Вишвакарма Р.Дж., Ингл Р.К. (2019) Наблюдения по оценке изгибных напряжений в жестком покрытии. Indian Highways 46 (4)
Вишвакарма Р.Дж., Ингл Р.К. (2020) Влияние неоднородного грунтового основания на критические напряжения в бетонном покрытии. Транспортные исследования. Спрингер, Сингапур, стр. 805–817
Google Scholar
Yoo C (2010) Эффективность каменных колонн с геосинтетическим покрытием при строительстве насыпи: численное исследование. J Geotech Geoenviron Eng. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000316
Статья Google Scholar
Ю К., Ким С.Б. (2009) Численное моделирование геосинтетического каменного грунта, армированного колоннами. Geosynth Int 16 (3): 116–126
Google Scholar
Чжуан Г.М., Ли И.К. (1994) Анализ распределения нагрузки для систем свай-плот. Finite Elem Anal Des 18 (1–3): 259–272
Google Scholar
Zhuang Y, Wang KY (2015) Трехмерное поведение двухосной георешетки в насыпной насыпи: численное исследование. Can Geotech J
Краткое руководство по проектированию свайного фундамента
Глубокий фундамент, такой как сваи, представляет собой конструктивный элемент, передающий нагрузки от надстройки на скалу или более прочный слой почвы.Сваи могут быть стальными, бетонными или деревянными. По стоимости свайный фундамент стоит дороже, чем фундамент мелкого заложения. Несмотря на свою стоимость, сваи часто необходимы для обеспечения безопасности конструкций.
Рисунок 1: Свайный фундамент Когда можно использовать сваи?Слабые почвы
Если верхние слои грунта слишком слабы или сильно сжимаются, чтобы выдерживать нагрузки, передаваемые надстройкой, используются сваи для передачи этих нагрузок на более прочный слой грунта или на коренную породу.Сваи, которые передают нагрузки в основание, называются сваями с торцевыми опорами. Этот тип сваи зависит исключительно от несущей способности нижележащего материала на вершине сваи. С другой стороны, когда коренная порода слишком глубокая, сваи могут постепенно передавать нагрузки через окружающую почву за счет трения. Этот тип сваи называется сваей трения.
Горизонтальные силы
Сваи — более подходящий фундамент для конструкций, подверженных горизонтальным нагрузкам. Сваи могут противостоять горизонтальным воздействиям за счет изгиба, передавая вертикальные силы от надстройки.Это типичная ситуация для проектирования земляных подпорных сооружений и высоких сооружений, подверженных сильному ветру или сейсмическим силам.
Грунты расширяющиеся или просадочные
Набухание или усадка грунта может оказать значительное давление на фундамент. Возникает на расширяющихся или просадочных почвах из-за увеличения или уменьшения влажности. Это также может привести к большему ущербу для фундаментов мелкого заложения; в этом случае сваи могут использоваться для расширения фундамента за пределы активной зоны или там, где может произойти набухание и усадка.
Подъемные силы
Подъемные силы возникают в результате гидростатического давления, сейсмической активности, опрокидывающих моментов или любых сил, которые могут вызвать отрыв фундамента от земли. Это обычное явление для таких конструкций, как опоры электропередачи, морские платформы и подвалы. В этой ситуации считается, что свайный фундамент выдерживает эти подъемные силы.
Эрозия почвы
Эрозия почвы на поверхности земли может вызвать потерю несущей способности почвы.Это может серьезно повредить конструкции с неглубоким фундаментом.
Как определить длину стопки?Исследование грунта играет важную роль в выборе типа сваи и оценке необходимой длины сваи. Оценка длины сваи требует хорошей технической оценки геотехнических данных площадки. В зависимости от механизма передачи нагрузки от конструкции к грунту их можно классифицировать: а) концевые сваи. (б) фрикционные сваи и (в) уплотняющие сваи.
Сваи концевые
Предел несущей способности концевой сваи зависит от несущей способности нижележащего материала на вершине сваи. Необходимую длину сваи этого типа можно легко оценить, определив расположение коренной породы или прочного слоя почвы, если он находится на разумной глубине. В случаях, когда присутствует твердый пласт, а не коренная порода, длина сваи может быть увеличена еще на несколько метров в слой почвы, как показано на Рисунке 2b.
Сваи фрикционные
Фрикционные сваи (рис. 2c) используются, когда слой коренной породы или твердый пласт не существует или находится на необоснованной глубине. В этом случае использование торцевых свай становится очень долгим и неэкономичным. Предельная несущая способность фрикционных свай определяется поверхностным трением, возникающим по длине сваи и окружающей почвы. Длина фрикционных свай зависит от прочности грунта на сдвиг, приложенной нагрузки и размера сваи.
Сваи уплотнительные
Уплотняющие сваи — это тип свай, которые забиваются в сыпучий грунт для обеспечения надлежащего уплотнения грунта у поверхности земли.
Длина уплотняющих свай в основном зависит от относительной плотности до и после уплотнения, а также от необходимой глубины уплотнения. Сваи уплотнения обычно короче других типов свай.
Рассмотрим нагруженную сваю длиной L и диаметром D, как показано на рисунке 2. Нагрузке Q на сваю должен выдерживать в основном грунт на дне сваи Q p ., и частично за счет поверхностного трения, развиваемого вдоль вала Q s . Как правило, предельная несущая способность (Qu) сваи может быть представлена суммой нагрузки, оказываемой на вершине сваи, и нагрузки, оказываемой за счет поверхностного трения, или как показано в уравнении 1.
Q u = Q p + Q s (1)
Q u = Максимальная грузоподъемность
Q p = Допустимая нагрузка на концевую опору
Q с = Сопротивление поверхностному трению
Однако для свай с торцевыми опорами нагрузке Q в основном противостоит грунт под вершиной сваи, и сопротивление поверхностному трению минимально.С другой стороны, нагрузке Q на фрикционные сваи в основном противостоит только поверхностное трение, а не несущая способность конца Q p . Максимальные допустимые нагрузки для концевых опор и фрикционных свай находятся в уравнениях 2 и 3 соответственно.
Q u ≈ Q p (2)
Q u ≈ Q s (3)
Как проектировать сваи? Проектирование и анализ глубоких фундаментов, таких как сваи, в некотором роде является искусством из-за всех неопределенностей, связанных с интерпретацией геотехнических данных.Несмотря на многочисленные теоретические и экспериментальные подходы к анализу поведения и оценке несущей способности свай в различных типах грунтов, тем не менее, нам еще предстоит многое понять в механизме свайного фундамента.
К счастью, с развитием структурной инженерии появилось различное программное обеспечение, которое мы можем использовать, чтобы минимизировать эти неопределенности и сократить время расчета.
Ниже приведены некоторые из процессов, которым мы можем следовать при проектировании свайного фундамента:
Данные геотехнического отчета
Как обсуждалось ранее, проектные данные перед фундаментом, такие как тип, длина и размер сваи, предварительно определяются на основе данных геотехнического отчета.Некоторыми из критических параметров, которые необходимы для дальнейшего проектирования и анализа свайного фундамента, являются типы грунта, удельный вес, прочность на сдвиг, модуль реакции земляного полотна и данные о грунтовых водах
Структурный анализ
Последние разработки в области проектирования конструкций включают программное обеспечение для проектирования конструкций, которое направлено на повышение наших навыков как инженеров-строителей и создание безопасных проектов, особенно со сложными конструкциями. Существует различное программное обеспечение FEA, которое мы можем использовать для моделирования наших конструкций и создания реакций, поперечных сил и изгибающих моментов опор надстройки.Полученные данные затем следует использовать для проектирования и анализа фундамента.
Проект фундамента
Подобно программному обеспечению FEA, которое мы использовали для анализа и создания опорных реакций надстройки, существует также множество программ для проектирования фундаментов, которые мы можем использовать для проектирования свайных фундаментов в соответствии с различными проектными нормами. (примечание: для упрощения калькулятора попробуйте наш бесплатный калькулятор бетонного основания).
Программное обеспечение для проектирования фундаментов свай требует различных входных данных для выполнения проектных проверок.Он включает в себя геометрические данные, профили грунта, свойства материалов для бетона и стальной арматуры, схемы армирования, параметры проектирования, указанные в кодах проектирования, и данные реакции, экспортированные из программного обеспечения для расчета конструкций.
Некоторые стандартные проверки проекта, которые выполняются при проектировании свайного фундамента:
Проверка геотехнической способности завершается, когда конечная несущая способность грунта определяется путем деления приложенных вертикальных нагрузок на несущую способность грунта.Коэффициент не должен превышать 1,0. Поперечно нагруженные сваи также проверяются путем оценки значений предельных и допустимых поперечных нагрузок.
Проверка несущей способности конструкции выполняется путем определения осевой, сдвиговой и изгибной способности в соответствии с выбранным кодом проектирования. Хотя для свайного фундамента вероятность возникновения геотехнического разрушения выше, чем разрушения конструкции, все же необходимо выполнить эту проверку для принятия мер безопасности.
Оптимизация
Инженер-строитель всегда должен отдавать приоритет безопасности при проектировании любых типов конструкций.Однако инженеры могут также оптимизировать свою конструкцию, экспериментируя с различными размерами свай, схемами армирования, что приводит к уменьшению общего количества материалов и общей стоимости конструкции без ущерба для безопасности и при сохранении минимальных стандартов, требуемых кодексом.
РезюмеПроцесс проектирования свайного фундамента обычно включает в себя хорошую интерпретацию геотехнических данных площадки, моделирование и анализ надстройки с помощью программного обеспечения FEA, создание опорных реакций, проверки конструкции фундамента и оптимизацию для разработки безопасного и экономичного проекта.
Pile Foundation (Экспертный курс) | Udemy
Могу я помочь вам освоить новый навык?
С 2015 года я учу таких, как вы, всему, что знаю. В рамках своего бизнеса по онлайн-обучению я создаю курсы, которые научат вас применять полученные знания в практическом мире гражданского строительства.
Не верьте мне на слово
Более тысячи студентов записались на мои курсы и приобрели новые навыки.Я горжусь тем, что создаю качественные курсы по гражданскому строительству. Я всегда стараюсь расширять библиотеку курсов и предоставляю студентам премиальную поддержку, когда они в ней нуждаются.
Наша гарантия счастья
Нет никакого риска записаться на какой-либо из наших курсов. Если вам не нравится, у вас есть 30-дневная гарантия возврата денег. И я всегда совершенствую свои курсы, чтобы они оставались в курсе последних событий и были как можно лучше.
Ознакомьтесь с нашей библиотекой курсов и запишитесь сегодня
Об инструкторе | Випин Джоши | Генеральный директор — Консультанты AX.
У меня обширный опыт студентов-гидов / преподавателей — U.G & P.G (гражданские) студентов. Могу выполнять задания механиков грунтов и фундаментостроителей. Я работал с консультантами из Индия / за рубежом , и помимо этого, я активно занимаюсь исследовательской деятельностью . Я читал лекции по «Механика грунта», «Предварительное проектирование фундаментов», «Армированные грунтовые конструкции», «Стабилизация грунта», «Динамика грунта» и «Подпорные конструкции грунта». У меня есть страсть к обучению и отдыху, вы узнаете, когда пообщаетесь со мной во время секции Q и A . Если у вас есть какие-либо вопросы по курсам, задавайте мне вопросы в разделах Q и A . Я был бы рад ответить на ваши вопросы, приложив все усилия с моей стороны.
Краткая информация об инструкторе
Випин Чандра Джоши родился 22 марта 1991 года и проживает в Баралу, округ Питорагарх (Великобритания), Индия. Он учился в армейской школе, Меерут, Уттар-Прадеш, Индия.В июле 2013 года он получил степень бакалавра технологий в области гражданского строительства в Институте инженерии и технологий Бунделькханда, Джханси (США).
Он поступил на факультет гражданского строительства Национального технологического института Хамирпура (Химачал-Прадеш), Индия ( 2013), чтобы получить степень магистра технологий в области геотехники и подземных сооружений (). В 2015 году он успешно получил степень магистра в области геотехники и подземных сооружений. В 2015 году он поступил на работу в качестве доцента и взял на себя обязательство работать с кафедрой гражданского строительства Университета Тиртханкера Махавира, Морадабад для 1.5 лет и позже перешел в IMS Engineering College, Ghaziabad (2017) и Gautam Buddha University, Greater Noida (2017). В 2018 году он присоединился к Geo Spar Infra — специализированной индийской геоинженерной компании в качестве инженера-геотехника и Maccaferri Environmental Solution Pvt. Ltd. в качестве старшего инженера по геотехническому проектированию — MNC / итальянская компания , имеющая дочерний концерн и головной офис в Гургаоне. В настоящее время он является доцентом в THDC Институт гидроэнергетики и технологий , Техри Гарвал, Утраханд, Индия.Он является активным профессиональным членом из Института инженерных исследований и публикаций . Он является членом редколлегии Международного журнала последних достижений науки и технологий .
Он очень увлечен вопросами, задаваемыми студентами по всему миру, и с нетерпением ждет нескольких заданий, поставленных студентами на разных уровнях (UG и PG) по всему миру в области сложностей, возникающих при выполнении их заданий в анкете, тезисов и рекомендаций по проектам. , Задания по программному обеспечению, онлайн-классы, исследовательское предложение и т. Д.
Зарегистрируйтесь и узнайте, почему так много людей посещают курсы и рекомендуют их. Я искренне верю, что это лучший продукт на рынке, и если вы не согласны, я с радостью верну вам деньги.
Запишитесь на мои курсы и присоединитесь ко мне в этом удивительном приключении сегодня.
Испытания и оптимизация забивных свайных фундаментов — RRC Companies
«Правильный выбор» забивных свайных фундаментов является ключом к достижению минимальной общей стоимости проекта при сохранении соответствия применимым строительным нормам и факторам безопасности.Стальные сваи могут быть значительными затратами для проекта, а отказ может привести к наклону массивов, привязке систем слежения или даже столбам, которые поднимаются или поднимаются из земли.
Традиционный метод заключается в использовании общего инженерно-геологического исследования площадки, испытании выбранных случайных свай для подтверждения свойств грунта и вычислении глубины заделки с учетом общих сил, требуемых изготовителем стеллажей. Часто каждый этап выполняется другой компанией, и на каждом этапе применяются коэффициенты безопасности.Проблемы возникли из-за неполного учета множества факторов, таких как снеговая нагрузка, изменчивость почвы, грунтовые воды, наледи, коррозионная активность почвы и морозное пучение. Чрезмерно консервативные конструкции могут стоить проекту миллионы дополнительных затрат, в то время как недостаточная длина стойки может привести к увеличению затрат на эксплуатацию и техобслуживание, сокращению производства и отказу массива.
RRC применяет исчерпывающий междисциплинарный подход, начиная с тщательного отбора и анализа геотехнических проб, чтобы понять не только тип и свойства почвы, но и изменчивость на участке.Затем результаты обсуждаются с группой инженеров по проектированию конструкций, и разрабатываются несколько решений по фундаменту, а также предполагаемое окно проектирования для использования при испытании свай под нагрузкой на месте. При этом учитывается широкий спектр переменных. Затем мы стратегически выбираем тестовые площадки, уделяя особое внимание разработке данных, которые будут наиболее репрезентативными.
Рассмотрена возможность использования различных конструкций для разных территорий и почвенных условий. По мере забивки и испытаний свай собирается значительный объем данных для сопоставления типов грунта и испытанных параметров с фактической нагрузочной способностью, что приводит к оптимальному размеру и глубине заделки массива.Данные забивки также можно использовать для разработки соответствующего окна контроля качества для использования во время производственной установки, что дополнительно гарантирует, что окончательно установленные сваи будут соответствовать требуемой грузоподъемности. Полученные в результате конструкции минимизируют излишки стали, соблюдая нормы и требования к фундаменту.
Традиционный подход обычно осуществляется поэтапно. При выполнении разными компаниями каждая из них ожидает окончательного отчета с предыдущего шага, чтобы начать работу. Поскольку RRC отвечает за все фазы, параллельное проектирование часто может сэкономить недели в графике проекта по сравнению с традиционным линейным подходом.Благодаря нашим услугам по оптимизации фундамента забивные свайные фундаменты нужного размера минимизируют общую стоимость проекта и снижают риски проекта.
Оптимальное проектирование свайного фундамента с помощью генетических алгоритмов автоматической группировки
В данной статье исследуется оптимальный концептуальный дизайн свайного фундамента на начальном этапе проектирования. Предлагается модульный метод, при котором фундамент делится на модули, и каждый модуль идентифицируется по своим характеристикам — длине, диаметру, количеству и расположению свай.Модули с одинаковыми характеристиками могут быть упакованы и представлены переменной конструкции. Модель оптимизации с минимальными затратами и множественными конструктивными ограничениями, основанная на китайском коде и ограничении количества элементов, построена для достижения одновременной оптимизации размера и компоновки стопки.
Модель решается с помощью улучшенных генетических алгоритмов автоматической группировки для получения плана с оптимальными переменными и оптимальной группировкой переменных. Практический пример демонстрирует эффективность предложенного подхода.
1. Введение
Свайные фундаменты, широко используемые в высотных зданиях, часто размещают одинаковые сваи по равномерной сетке с постоянным интервалом между ними. Такой дизайн очень консервативен и неэкономичен. Несколько стратегий проектирования свайных фундаментов [1–3] представлены для достижения экономичного проектирования.
Оптимизация конструкции свай может быть определена как минимальная стоимость фундамента при сохранении удовлетворительных характеристик. По сравнению с широким изучением и применением техники оптимизации в области проектирования конструкций, разработка оптимизации свайных фундаментов происходит относительно поздно из-за трех основных трудностей.Во-первых, точное прогнозирование характеристик свайного фундамента практически невозможно из-за неопределенности параметров грунта, сложности взаимодействия сваи-грунт-плот и неточного основного закона слоистого грунта. Даже с учетом множества имеющихся исследований, основанных на теории упруго-пластической деформации [4–6], нелинейный анализ требует различных упрощений и допущений, которые могут не соответствовать реальной ситуации. Как указал Поулос, «инженерная теория должна изначально основываться на опыте и расширяться или модифицироваться в свете дальнейшего опыта» [7], результаты теоретического анализа свайных фундаментов следует модифицировать в соответствии с опытом практического проектирования.Во-вторых, из-за дискретного характера характеристик сваи (количества, диаметра и длины) оптимизация сваи является дискретной задачей. Кроме того, целевая функция и условия ограничения могут быть прерывистыми, недифференцируемыми или даже трудно выражаемыми математически в терминах проектных переменных [8]. В результате оптимизация сваи должна решаться эффективным методом.
В-третьих, сваи практичной конструкции должны быть сгруппированы, потому что конструкции со слишком большим количеством разных свай значительно увеличивают стоимость строительства и управления.Предварительно заданная конфигурация группирования свай, основанная на опыте, приводит к другой проблеме оптимизации с потенциально существенно другим оптимальным решением [9]. Следовательно, характеристики свай и группировка свай должны быть оптимизированы одновременно. Оптимизация группирования является дискретной, и ее следует решать с помощью методов дискретной оптимизации.
Некоторые исследователи [10–15] представили концепцию и теорию структурной оптимизации в процессе проектирования свай и использовали градиентные методы с предпосылкой дифференцируемости и непрерывности ограничений / целей для решения задачи оптимизации.Кроме того, другие попытки [8, 16] были сделаны на основе генетических алгоритмов (ГА), которые не имеют предпосылок для дифференцируемости и непрерывности.
В данной статье изучается проблема оптимизации свай на начальном этапе проектирования с использованием улучшенного генетического алгоритма автоматической группировки (AGGA). Характеристики сваи (количество, длина и диаметр) и расположение свай учитываются с помощью предлагаемого модульного метода для достижения одновременной оптимизации размера и компоновки свай. Основным вкладом в статью является предложение нового представления для задачи оптимизации конструкции свай на основе модульного метода, а также использование улучшенного AGGA для решения проблемы.Модель оптимизации сваи с минимальными затратами с практическими конструктивными ограничениями и ограничением мощности представлена в разделе 2. Конструктивные ограничения оцениваются китайским стандартом JGJ 94-2008 [17], который объединяет теоретические исследования и инженерный опыт и обеспечивает стандарт для Практическое проектирование свайного фундамента в Китае. В разделе 3 применяется AGGA с улучшением функции штрафа и оператора кроссовера для обработки ограничения мощности, представляющего требование группировки стопок.
В разделе 4 представлена подробная схема применения улучшенного AGGA для оптимизации свайного фундамента. Практический пример в разделе 5 демонстрирует эффективность предложенного подхода. В конце обсуждаются некоторые выводы.
2. Формулировка оптимизации свайного фундамента
Оптимизация свайного фундамента может быть сформулирована как при условии Физическое значение (1) — (9) дано в следующих разделах.
2.1. Расчетные параметры
Оптимизация свайного фундамента включает оптимизацию длины, диаметра, количества и расположения свай. Чтобы рассматривать такие факторы одновременно, в настоящем исследовании вводятся концепции модуля и пакета. Во-первых, свайный фундамент делится на несколько модулей по определенному правилу. Характеристики модуля включают как атрибуты сваи (количество, диаметр и длина), так и расположение свай. Затем, исходя из инженерного опыта, модули с одинаковыми характеристиками могут быть упакованы, и каждая упаковка соответствует переменной конструкции.Например, для свайного фундамента с симметричной надстройкой или симметричными приложенными нагрузками часто используется симметричная конструкция. Затем модули, соответствующие свайному фундаменту, можно укладывать симметрично. Ссылаясь на два шаблона упаковки, предложенные в [14], то есть шаблон изменения строки и шаблон изменения в квадрате, последний используется в этой статье. В качестве иллюстрации рассмотрим свайный фундамент симметричной конструкции каркас-опорная стена на Рисунке 1. Фундамент, содержащий 43 модуля, подвергается только вертикальным нагрузкам.Нагрузки, действующие на фундамент под несущей стенкой, распределяются равномерно, а нагрузки, действующие на фундамент под каждой колонной, отличаются друг от друга. Таким образом, основание под несущей стенкой может иметь симметричную конструкцию, и 25 соответствующих модулей упакованы снаружи внутрь по очереди, причем самые крайние 16 модулей принадлежат первому пакету, 8 модулей во втором внешнем круге назначаются как второй пакет.
см. заштрихованную часть рисунка 1, а один самый внутренний модуль является третьим пакетом.Каждая колонна рамы на периферии фундамента соответствует модулю, входящему в состав пакета. В результате все 43 модуля закреплены за 21 пакетом.
Поскольку модули в каждом пакете обладают одинаковыми характеристиками, то есть имеют одинаковое количество свай, длину сваи, диаметр сваи и расположение свай, th пакет определяется как th проектной переменной. Здесь не скаляр, а вектор с. , — длина и диаметр ворса в й упаковке. см. номер стопки и расположение в каждом модуле th пакета.Более того, определяется графически. Таким образом, три пакета ниже corewall могут быть представлены тремя проектными переменными, и, соответственно. Другие 18 пакетов под колоннами каркаса представлены проектными переменными -, показанными на Рисунке 1. Для крупномасштабного свайного фундамента многие пакеты, то есть многие проектные переменные, включенные в проект, должны быть дополнительно сгруппированы, чтобы сэкономить на стоимости строительства. . Подробное обсуждение метода группировки будет дано в разделе 3.1.
В модуле может быть много стопок, здесь рассматриваются только модули с номерами стопок от 1 до 4.Основываясь на практике, когда сваи часто располагаются в виде правильного треугольника или квадрата, рассматриваются только четыре варианта расположения на Рисунке 2. Ссылаясь на пункты 3.3.3 и 5.5.6 JGJ 94-2008, расстояние между сваями и диаметр сваи должны соответствовать, чтобы уменьшить неблагоприятное влияние взаимодействия сваи на несущую способность свайной группы и обеспечить соответствие аналитическому подходу. Исходя из неравенства, диапазон соответствующих четырех схем размещения свай указан в Таблице 1 для указанной длины модуля.Кроме того, из-за ограниченности оборудования для забивки сваи и условий площадки, длинам и диаметрам сваи можно было присвоить только дискретные значения.
| |||||||||||||||||||||||||
2.
2. Целевая функцияОбщая стоимость свайного фундамента включает стоимость установки, стоимость материалов и так далее. Такие факторы, как расположение площадки (вибрация и шум), геотехнические и гидрогеологические характеристики, сейсмическая зона, планы погрузки и имеющееся оборудование, определяют подходящий метод забивки свай. Каждый метод имеет определенную стоимость установки и может иметь глобальные ограничения по длине и / или диаметру сваи. Например, метод непрерывного шнека ограничивает максимальную длину сваи 20 м и диаметр сваи 1.2 м, то надоедает метод свай с использованием стабилизирующих жидкости и временный или окончательный корпуса ограничивает диаметр сваи ниже 0,5 м, а надоедают метод сваи с неподдерживаемым котлованом ограничивает диаметр сваи ниже 1,5 м [18]. Для упрощения в этой статье предполагается, что общая стоимость фундамента выражается как (2) где — общий объем свай сплошного круглого сечения, — количество модулей в th упаковке, — общее количество пакетов. Стоимость единицы объема зависит от длины и диаметра сваи и может включать стоимость забивки свай в грунт в дополнение к стоимости материала.может быть определен в дискретной форме на основе местного индекса цен или инженерного опыта. Для удобства изучения в данной статье определяется как константа. Однако более сложная функция даже в дискретной форме может быть легко реализована с помощью настоящего способа.
2.3. Ограничивающие условия
Как было указано в [19], при проектировании свайного фундамента необходимо учитывать пять важных моментов. Для концептуального проектирования на начальном этапе проектирования мы в основном рассматриваем четыре из них, которые включают в себя предельную несущую способность сваи по вертикали (3), вертикальную нагрузку для расчета конструкции сваи (4), а также максимальную и дифференциальную осадки ( 5) и (6).Предел несущей способности сваи по поперечным и моментным нагрузкам, сдвиг и момент для расчета конструкции плота не принимаются во внимание для упрощения анализа.
Кроме того, учитывается эксцентриситет между центром тяжести надстройки и центром жесткости свай (7). То же самое и с проверкой более мягких сжимаемых пластов, лежащих под основанием сваи (8), и ограничения мощности (9), которое описывает группировку проектных переменных.
In (3), — вертикальная нагрузка с номинальной комбинацией, применяемая в одной стопке th пакета.Здесь мы предполагаем, что сваи в пакете имеют одинаковую вертикальную нагрузку. — характерное значение предельной несущей способности одиночной сваи в пакете по вертикали. Для свайного фундамента-плота несущая способность плота учитывается в соответствии с пунктом 5.2.5 JGJ 94-2008. Такой вклад является произведением предельной несущей способности плота и понижающего коэффициента, который описывает эффект взаимодействия сваи-грунт-плот.
In (4) — вертикальная нагрузка с основной комбинацией, применяемой в одной стопке th пакета, и стопки внутри пакета имеют одинаковую вертикальную нагрузку.- коэффициент надежности, отражающий влияние способов установки свай на их прочность. — прочность бетона на осевое сжатие, — площадь поперечного сечения одной сваи в пакете.
В (5) — расчет th по пакету и верхняя граница расчета. в (6) — максимальная осадка свайного фундамента. Для конструкции каркас-опорная стена группа свай под основной стенкой несет наибольшие приложенные нагрузки, и максимальная осадка появляется в центре группы свай, что можно оценить следующим образом:
Приведенное выше уравнение отличается от метода эквивалентных опор [7], в котором группа свай заменяется опорой, содержащей сваи и грунт между ними.Вместо того, чтобы рассматривать группу свай как глубокий фундамент для расчета осадки, (10) оценивает осадку на основе уравнения Миндлина [20] и использует эквивалентный коэффициент осадки, который представляет собой коэффициент осадки группы свай на основе Миндлина. уравнение [20] к уравнению, основанному на методе эквивалентного пирса. учитывает влияние взаимодействия сваи-грунт-плот на осадку свайного фундамента.
Его значение зависит от количества свай, отношения диаметра сваи к расстоянию между сваями, диаметра сваи к длине сваи и длины плота к ширине плота и может быть непосредственно получено JGJ 94-2008 для удобства использования.Чтобы уменьшить ошибку между практической осадкой и расчетной осадкой, основанной на теории упругости, в (10) используется коэффициент опыта, который описывает отношение измеренной осадки к вычисленной осадке по отношению к различным грунтам. Кроме того, — среднее значение дополнительного давления плота при квазипостоянной комбинации нагрузок. Для остальных символов — расстояние от уровня основания сваи до подошвы первого слоя почвы. полученный из JGJ 94-2008 — коэффициент среднего дополнительного напряжения, соответствующий слою почвы.- модуль ограниченного сжатия-го слоя грунта, — общее количество слоев грунта, использованных для оценки осадки. Как и другие методы оценки осадки группы свай, например, метод коэффициента взаимодействия [21] или аналитический подход [22], (10) позволяет анализировать только сваи одинаковой длины. Следовательно, в процессе оптимизации сваи в группе свай должны иметь одинаковую длину.
Периферийная рама воспринимает небольшую часть приложенных нагрузок. Осадка свай под колоннами оценивается по формуле (11), которая основана на уравнении Миндлина [20] и используется JGJ 94-2008 для расчета осадки одиночной сваи.В (11) на сваю действует система однородных вертикальных касательных напряжений по периферии и однородных вертикальных напряжений в основании. состоит из трех частей: деформации сжатия грунта под свайным основанием, вызванной давлением плота; деформация сжатия грунта под основанием сваи, вызванная этой сваей и другими сваями в пределах 0,6 длины сваи; деформация сжатия сваи. В (11) дополнительное напряжение, вызванное плотом, и сумма дополнительных напряжений, вызванных активными сваями в середине i-го слоя грунта, соответствуют первой и второй части соответственно.Кроме того, это толщина слоя почвы. « и имеют то же значение, что и (10):
В этой статье мы предполагаем, что осадка модуля под рамой равна максимальной осадке сваи в модуле.
Модули, соответствующие группе свай под несущей стенкой, отделены от других модулей под каркасом. Также модули под рамой отделены друг от друга. В результате каждый модуль может иметь независимую осадку, и дифференциальная осадка оценивается, исходя из минимальной осадки периферийных модулей под рамой () и осадки центра группы свай ().В (6) — расстояние между центром периферийного модуля с минимальной осадкой и центром группы свай. — верхняя граница масштабной дифференциальной осадки. Следует отметить, что практическая дифференциальная осадка может быть меньше, чем результат из (6), из-за пренебрежения соединениями модулей и жесткостью надстройки.
В (7),, — центр тяжести надстройки и центр жесткости свай. — верхняя граница эксцентриситета. Это ограничение ограничивает эксцентриситет нагрузки.
Уравнение (8) проверяет несущую способность более мягких сжимаемых слоев под основанием сваи в соответствии с JGJ 94-2008. — дополнительное напряжение, действующее на верхнюю часть более мягких пластов. , — средний вес и толщина слоев почвы, перекрывающих более мягкие слои. — характерное значение несущей способности более мягких пластов.
Уравнение (9) является ограничением мощности, в котором Ca является верхней границей группировки и может быть определено инженером.Модули в пакетах с одинаковым групповым индексом идентичны, то есть имеют одинаковую длину стопки, диаметр стопки, номер стопки и расположение стопки.
3. Автоматические группирующие генетические алгоритмы (AGGA) и два улучшения
GA — это процедура стохастического поиска, основанная на механике дарвиновской эволюционной теории выживания наиболее приспособленных и естественных генетиков. ГА моделируют эволюционный процесс живых организмов и начинаются с оператора кодирования, который кодирует человека, то есть проектную точку в пространстве поиска, в виде хромосомной строки.Затем определяется функция пригодности, относящаяся к целевой функции, чтобы описать индивидуальное качество, которое является мерой адаптации к окружающей среде.
Наконец, генетические операторы (например, воспроизводство, кроссовер и мутация в классических ГА) выполняются для генерации последовательных поколений. Критическими параметрами в ГА являются размеры популяции, длина хромосомных цепочек и вероятностные параметры генетических операторов, см. [23]. В отличие от других методов, работающих из одной точки, GA работают из популяции, где процесс оптимизации одновременно обновляет набор точек.Характеристики отклика из различных частей пространства поиска учитываются в схеме обновления, тем самым повышая вероятность обнаружения глобального оптимума. Кроме того, ГА не ограничены в предположениях пространства поиска, таких как непрерывность, выпуклость, существование производных и унимодальность, что делает его надежным для решения дискретных инженерных задач [24].
Чтобы соответствовать ограничению количества элементов (9), группировка может быть предварительно определена на основе опыта инженера. Поскольку качество группировки напрямую влияет на конечные результаты, тривиальная группировка приведет к решению, которое может быть далеко от оптимального.Идеальным решением было бы предоставить проектировщику возможность определить только верхнюю границу группировки Ca, и позволить программе оптимизации искать также оптимальную конфигурацию группировки в дополнение к оптимальным значениям проектных переменных. Таким образом, оптимизационная модель (1) — (9) может быть описана как: для данного Ca мы оптимизируем как значения проектных переменных, так и группировку проектных переменных. Эта проблема носит дискретный характер и может быть решена с помощью AGGA [25]. В разделе 3.1 подробно описан метод кодирования AGGA.В разделе 3.2 кратко описывается фитнес-функция. Поскольку стандартное воспроизведение с сохранением элитарности и операторы мутации приняты, см. [23], они здесь не детализируются. Для повышения вычислительной эффективности внесены некоторые улучшения, связанные с адаптивной функцией штрафа в разделе 3.2 и оператором кроссовера в разделе 3.
3. Эффективность обоих улучшений проиллюстрирована некоторыми примерами в разделе 3.4.
3.1. Кодировка
Сохраним доступные характеристики модуля в таблице.Для решения задачи оптимизации, описанной в предыдущем абзаце, конструкция свайного фундамента описывается пакетными переменными pack (1: Нм ) и групповыми переменными группа (1: Ca), где Нм — это количество упаковок. Обе переменные являются целыми числами и играют роль указателя. Переменная пакета pack ( i ) -го пакета является указателем на одну из групп Ca. Групповая переменная group ( j ) -й группы является указателем на одну характеристику модуля, которую можно выбрать из таблицы доступных характеристик модуля.Таким образом, характеристика модуля для th пакета может быть получена с помощью характеристики ( i ) = таблицы ( группа ( pack ( i ))). Следует отметить, что характеристика модуля, включая номер сваи, длину и диаметр, здесь является вектором. В соответствии с групповыми и пакетными переменными хромосома каждого индивидуума в AGGA состоит из двух частей: групповой и пакетной хромосомы. Поскольку используется двоичный код для групповой хромосомы, длина строки каждой групповой переменной контролируется верхней границей доступных модулей.Для хромосомы пакета длина строки каждой переменной пакета контролируется верхней границей групп. Обе хромосомы участвуют в генетической операции.
Метод кодирования AGGA проиллюстрирован примером свайного фундамента из 21 пакета на рисунке 1. В этом примере доступно 16 модулей, характеристики которых перечислены в таблице 2. Верхняя граница группировки равна 4. Тогда Задача оптимизации имеет 4 групповых переменных и 21 пакетную переменную. На основе 16 доступных модулей каждая групповая переменная кодируется четырехбитовой двоичной строкой, показанной на рисунке 3 как групповая хромосома .Поскольку верхняя граница группировки составляет всего четыре, каждая переменная пакета кодируется двухбитовой двоичной строкой, показанной на рисунке 3 как хромосома пакета .
Рис. 3 и таблица 2 вместе представляют возможную конструкцию свайного фундамента из 21 пакета, который удовлетворяет ограничению мощности с верхней границей Ca = 4. Переменная двоичного пакета указывает на групповой индекс. Точно так же групповая переменная указывает на характеристику модуля в таблице 2. Например, 1-я строка 10 хромосомы пакета на рисунке 3 с декодированным значением 2 принадлежит к 3-й группе, то есть pack (1) = 3 (здесь строка 00 с декодированным значением 0 указывает на 1-ю группу).Кроме того, 3-я строка 1001 групповой хромосомы с декодированным значением 9 указывает на 10-ю доступную характеристику модуля в таблице 2, то есть группа (3) = 10 (здесь строка 00000 с декодированным значением 0 указывает на 1-я доступная характеристика модуля из таблицы 2). По характеристике (1) = стол ( группа ( упаковка (1))) = {2, 15, 1.0}, 1-я упаковка P 1 имеет 2 стопки длиной 15 м и диаметром 1.0 м. Аналогично, 2-й пакет P 2 указывает на 2-ю группу и имеет 2 сваи длиной 10 м и диаметром 1.5 м и так далее. В результате можно декодировать на основе одной хромосомы характеристики модуля: P 1, P 7, P 9, P 13, P 16, P 17 и P 20 имеют модуль с двумя сваями длиной 15 м и диаметром 1,0 м. Модели P 2, P 5, P 8, P 14, P 18 и P 21 имеют модуль с двумя сваями длиной 10 м и диаметром 1,5 м. Модели P 3, P 10, P 11 и P 15 имеют модуль с 1 сваей длиной 10 м и диаметром 1.0 мин. Модели P 4, P 6, P 12 и P 19 имеют модуль с 4 сваями длиной 15 м и диаметром 1,0 м.
3.2. Фитнес-функция и улучшенная адаптивная штрафная функция
Пригодность измеряет качество людей в популяции в GA и обеспечивает основу для операции воспроизводства. Для оптимизации с неограниченной максимизацией функция пригодности часто идентична целевой функции или пропорциональна ей.
Для задач оптимизации с ограничениями требуется модификация, чтобы учесть удовлетворительную степень условий ограничения.Модифицированная функция приспособленности задачи оптимизации в (1) — (9) определяется как где, и — функции пригодности, цели и штрафа для th дизайна в популяции, соответственно. является самым большим среди нынешнего населения.
Хотя было предложено много штрафных методов (см. Введение в [26]), [26] разрабатывает адаптивную штрафную функцию где — среднее значение сверх текущего населения, которое определяется как (14).согласно (15) — это нарушение th ограничения th проекта, это нарушение th ограничения, усредненное по текущей совокупности, это коэффициент нарушения th ограничения, который учитывает различные трудности ограничений, которые должны быть удовлетворены в текущем поколения, — это размер популяции, и — это количество общих ограничений: Предлагаемая фитнес-функция [26] имеет вид где Как указано в [26], штраф по (13) имеет три особенности, а именно: возможность адаптивного штрафа; не требует никаких параметров; автоматическое определение различных штрафных коэффициентов, которые изменяются в ходе выполнения в соответствии с обратной связью, полученной от эволюционного процесса для каждого ограничения.Такие функции освобождают пользователя от бремени определения чувствительных параметров при решении каждой новой задачи оптимизации с ограничениями. Численные сравнения в [26] показывают, что (13) равно или более эффективен, чем многие другие методы штрафов.
Здесь мы предлагаем альтернативную функцию штрафа, основанную на наших численных исследованиях, которая также имеет три особенности (13): где представляет процент нарушения ограничения th над текущей совокупностью.По сравнению с (13), уравнение штрафной функции (20) сохраняет эти планы, близкие к оптимальным, с незначительным нарушением ограничений в совокупности и увеличивает вероятность достижения оптимума.
3.3. Кроссовер
Кроссовер является основным генетическим оператором, который позволяет обмениваться характеристиками дизайна между спаривающимися особями для создания новых дизайнов в процессе оптимизации.
Стандартный двухточечный оператор кроссовера в [25] включает три шага: во-первых, два родителя, называемые Родитель 1 и Родитель 2, выбираются из пула спаривания случайным образом.Во-вторых, генерируется случайное число от 0 до 1. В-третьих, если случайное число меньше определенной вероятности кроссовера, выполняется кроссовер. Два сайта вдоль хромосомной строки выбираются случайным образом между 1 и длиной строки меньше 1. И две новые строки с именами Child 1 и Child 2 создаются путем обмена символами между двумя выбранными сайтами между родителями, как показано на рисунке 4 (а).
При групповом подходе группа и хромосома пакета, соответствующие группе и переменным пакета, соответственно, играют разные роли.Групповая переменная представляет все пакеты, которые принадлежат к этой группе, и сильно влияет на целевую функцию. Переменная пакета, напротив, представляет только конкретный пакет и имеет относительно небольшое влияние на целевую функцию. В вышеупомянутом операторе двухточечного кроссовера два сайта выбираются случайным образом по всей хромосоме (сумма групповой и пакетной хромосомы), а биты между ними меняются местами. Очевидно, что этот кроссовер не учитывает разницу между групповыми и хромосомными хромосомами и может оставить два сайта либо в сегменте групповой хромосомы (рисунок 4 (b)), либо в сегменте упаковки хромосомы (рисунок 4 (c)).Чтобы устранить такое ограничение, используется оператор кроссовера, позволяющий одновременно скрещиваться и группе, и хромосомам пакета. Сначала выбираются две пары сайтов кроссовера, которые расположены в хромосомах группы и пакета соответственно. Этот процесс отличается от многоточечного кроссовера, поскольку последний выбирает несколько точек по всей хромосоме случайным образом, так что такие точки могут быть расположены только в группе или в хромосоме пакета. Затем спаривающиеся родители меняют биты между каждой парой сайтов, как показано на рисунке 4 (d).Предлагаемый оператор кроссовера управляет как групповыми, так и пакетными переменными, так что эффективность поиска повышается.
Кроме того, разнообразие внутри популяции также важно для эффективности поиска, когда размер популяции фиксирован. Чтобы сохранить разнообразие популяции, мы дополнительно модифицируем оператор кроссовера для получения двух потомков, отличных от обоих родителей и элитарности в их родительской популяции. Эта модификация достигается путем добавления двух шагов, которые представляют собой проверку родительской пары и дочерней пары, ко всей операции кроссовера.
Таким образом, новый оператор кроссовера работает в четыре этапа: сначала два родительских особи в пуле спаривания спариваются случайным образом при условии, что пары разные. Этот шаг гарантирует, что кроссовер исследует новую схему. Во-вторых, генерируется случайное число. В-третьих, если случайное число меньше определенной вероятности кроссовера, выполняется кроссовер. Две пары сайтов кроссовера выбираются случайным образом из групповой и хромосомной хромосомы, соответственно, и оба родительских индивидуума скрещиваются для создания двух дочерних индивидуумов способом, описанным выше.Наконец, проверяются оба вновь созданных потомка, и второй шаг повторяется, если какой-либо из них идентичен элитарности родительского поколения или их родителей.
3.4. Эффективность улучшенного AGGA
Для изучаемых нами задач предложенное уравнение штрафной функции (20) вместе с предложенным оператором кроссовера улучшает численную эффективность AGGA. Для сравнения, три контрольных примера из литературы [27] были протестированы с использованием различных подходов, а другие сравнения контрольных примеров представлены в [28].В подходе 1 используется исходный AGGA с уравнением штрафной функции (13) и стандартный двухточечный оператор кроссовера, который в результатах сравнения упоминается как OAGGA. В подходе 2 или 3 используется AGGA только с улучшением уравнения штрафной функции (20) или в предложенном операторе кроссовера, который упоминается как AGGA-P или AGGA-C. В подходе 4 используется AGGA с улучшением как функции штрафа, так и оператора кроссовера, который называется IAGGA.
Все подходы используют одни и те же параметры: размер популяции 100, коэффициент кроссовера 0.7 и частота мутаций 0,002. Используются двоичный код, ранговое воспроизведение с сохранением элитарности и стандартная мутация в [23].
Эти тестовые примеры неоднократно использовались в качестве испытательного стенда в литературе по эволюционным вычислениям. Здесь для каждого случая включено дополнительное ограничение мощности, представленное в таблице 3. Каждая переменная из трех случаев кодируется 20 двоичными битами. OAGGA, AGGA-C, AGGA-P и IAGGA используются с максимальным количеством поколений, установленным на 200 и 500.Каждый подход выполняет 50 независимых прогонов для каждого случая. Результаты выполнения расположены в порядке возрастания и показаны на рисунке 5.
900 03 Для выполнения оптимизационного проектирования фундамент сначала разбивается на модули.Принимая во внимание пункт 3.3.3 JGJ 94-2008 о том, что сваи должны располагаться непосредственно под колоннами или стенами, здесь мы располагаем модули, как показано на Рисунке 7. Кроме того, модули под несущей стенкой упакованы в квадрате вариации рисунка, в то время как каждый модуль под столбцом соответствует пакету. Для каждого пакета, который является переменной дизайна, есть две переменные, лежащие в основе corewall, и двадцать переменных, лежащих в основе столбцов. Такие переменные представлены как — и показаны на рисунке 7. По характеристикам модуля номера свай от 1 до 4 с интервалом 1, длины свай от 20 до 52 м с интервалом 1 м, диаметры свай от 1,0 до 2,0 м с интервалом 1 м. Для такой задачи оптимизации с дискретными проектными переменными, дискретной доступной секционной библиотекой и ограничением группировки общее количество альтернативных планов, которые можно оценить с помощью классической теории вероятностей, превышает. При каждом запуске AGGA находит оптимальное решение только на основе оценок функций (200 поколений, с популяцией 100 для каждого поколения), которые просматриваются меньше, чем место в проекте. Выполняется 30 независимых запусков, и каждый запуск занимает около 30 минут на рабочей станции (процессор четырехъядерного процессора AMD 2.6 ГБ и 4 ГБ ОЗУ). Оптимальная конструкция среди 30 трасс с тремя различными модулями, показана на рисунке 8. 16 модулей в соответствии с corewall имеют те же характеристики, то есть, каждый включает в себя 3 сваи с диаметром 1,2 м и длиной 52 м. Однако 20 модулей под рамой классифицируются как два типа: Каркасный модуль 1 и Каркасный модуль 2. Каждый Каркасный модуль 1 имеет четыре сваи диаметром 1,0 м и длиной 37 м, а каждая Каркасный модуль 2 имеет четыре сваи диаметром 1.1 м и длиной 37 м. Эти Рамный модуль 2 в основном расположены на верхней стороне фундамента, чтобы эксцентрическое расстояние (0,46 м) между центром тяжести и центром жесткости было меньше верхней границы 0,5 м. Оптимальная конструкция имеет такое же количество свай — 128, что и исходная, но другая компоновка свай. По сравнению с исходной конструкцией, оптимальная конструкция предусматривает размещение меньшего количества свай под несущей стеной и большее количество свай под каркасом. Все свайные основания расположены в 5-м слое, то есть рок-б.Несущая способность трех различных свай, показанных на Рисунке 8, соответствует ограничениям несущей способности. 5.2. Оптимизация свайного фундамента 32-этажного зданияВо втором примере оптимизирован свайный плотный фундамент с многоугольной формой в плане, показанной на рисунке 9. Плот имеет постоянную толщину 3,0 м и подвергается действию вертикальных нагрузок, передаваемых через стену. Грунт под плотом состоит из пяти слоев, представленных в Таблице 5. 30 свай одинакового диаметра 1,2 м и длины 14 м расположены в первоначальной конструкции, как показано на Рисунке 9.Все они имеют свои базовые местоположения в 3-м слое почвы, то есть в скале-а.
 10 затененных модулей, показанных на рисунке 10, назначены 5 пакетам и представлены переменными -, в то время как каждый из других модулей назначен пакету и представлен переменной дизайна. Все 22 модуля рассматриваются как фундамент свайной группы и имеют одинаковую длину свай, чтобы состоять из требований (10). Дифференциальное оседание выбирает максимальное значение, возникающее между центром и любым углом плота. Для характеристик модуля номера свай от 1 до 4 с интервалом 1, длины свай от 10 до 34 м с интервалом 1 м, диаметры свай от 0.От 9 до 1,7 м с интервалом 0,1 м. Расположение свай в модуле с разными номерами соответствует критериям, описанным на Рисунке 2 и Таблице 1. В результате доступно 390 модулей. В процессе оптимизации используются размеры рафта оригинальной конструкции. Выполняется 30 независимых запусков, и каждый запуск занимает около 25 минут на рабочей станции (процессор четырехъядерного процессора AMD 2,6 ГБ и 4 ГБ ОЗУ). Оптимальный проект из 30 прогонов включает два разных модуля и показан на рисунке 11.Пять модулей, обозначенных,, и имеют одинаковые характеристики, то есть каждый включает две сваи диаметром 0,9 м и длиной 13 м. Однако каждый из остальных 17 модулей имеет по одной свае диаметром 0,9 м и длиной 13 м. Общее количество свай уменьшится с 30 в исходном проекте до 27, диаметр сваи с 1,2 м до 0,9 м, длина сваи с 14 м до 13 м. В результате используется всего 223 м 3 бетона и 251,6 м 3 бетона, то есть 53.Сохранено 0% от исходных 474,7 м 3 . Несущая способность сваи, показанная на Рисунке 11, соответствует ограничениям несущей способности. Максимальная осадка, расположенная в центре фундамента, составляет 0,056 м, что меньше верхней границы 0,2 м. Минимальная осадка со значением 0,018 м находится в левом нижнем углу фундамента. Максимальный масштабированный дифференциал осадки 0,00196 также меньше верхней границы 0,002. Оптимальная схема расположения сваи с центром жесткости при этом равна 0. 6. Выводы В статье предложен модульный подход для работы с множеством проектных переменных при оптимизации свайного фундамента. Улучшенный AGGA используется для решения задачи дискретной оптимизации. На основе модульного метода и усовершенствованной AGGA прорабатывается оптимальное концептуальное проектирование свайных фундаментов на начальном этапе проектирования. Цель состоит в том, чтобы минимизировать стоимость свайного фундамента, а проектные требования к несущей способности, максимальной осадке, дифференциальной осадке, эксцентриситету и более мягким сжимаемым слоям, лежащим в основе свайного основания, учитываются с помощью методов JGJ 94-2008.Кроме того, в предлагаемой модели оптимизации также учтено требование группировки свай. Это исследование является новым для проблемы оптимизации конструкции сваи, потому что комбинация модульного метода и улучшенного AGGA обеспечивает оптимизацию размера сваи, компоновки и группировки. Некоторые выводы, полученные в ходе исследования, резюмируются следующим образом: (1) Модульный подход обрабатывает количество, диаметр, длину и расположение сваи одновременно для достижения одновременной оптимизации размера и компоновки сваи.(2) Методы расчета, указанные в JGJ 94-2008, позволяют избежать больших вычислительных затрат, связанных с численными методами. Следовательно, возможна крупномасштабная практическая оптимизация свайного фундамента. (3) Генетический алгоритм автоматической группировки (AGGA) обеспечивает оптимизацию свайного фундамента и группировку проектных переменных с помощью исключительно эффективного метода поиска. Усовершенствования с функцией кроссовера и штрафов увеличивают эффективность AGGA. (4) Эффективность предложенного подхода иллюстрируется двумя практическими проектами, и получены инновационные и экономичные концептуальные конструкции, которые удовлетворяют всем ограничениям и минимизируют затраты. БлагодарностиЭто исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая ( 025). | Свайный фундамент — проектирование и строительство свайного фундамента и факторы, влияющие наСвайный фундаментСвая — это, по сути, длинный цилиндр из прочного материала, такого как бетон, который вдавливается в землю и служит устойчивой опорой для построенных на ней конструкций.Свайный фундамент имеет множество применений, о чем будет сказано ниже. В фундаментных технологиях основной проблемой является несущая способность грунта. Несущую способность можно определить как максимальную нагрузку, которую может выдержать слой почвы. Когда почва достаточно прочная, чтобы выдержать всю приходящую на нее нагрузку, мы используем неглубокий фундамент. Неглубокие фундаменты обычно используются там, где слои твердого грунта доступны на такой глубине, что строительство фундамента обходится не слишком дорого. Если твердая почва доступна на более глубоких уровнях земли, то существует потребность в каком-либо источнике, который мог бы передать нагрузку конструкций на глубокие слои твердой почвы. Этот источник можно назвать глубоким фундаментом. Свайный фундамент — это тип фундамента, в котором сваи обычно используются в качестве источника для передачи нагрузки на глубокие уровни почвы. Сваи — это длинные и тонкие элементы, которые переносят нагрузку на твердый грунт, игнорируя грунт с низкой несущей способностью. Передача нагрузки зависит от вместимости сваи.Необходимо, чтобы свая была достаточно прочной, чтобы переносить всю приходящую на нее нагрузку на нижележащие твердые пласты. С этой целью обычно уделяется большое внимание конструкции свай. Сваи различных типов обычно изготавливаются из следующих материалов:
Расчет с учетом свайного фундамента:Подразумевается, что сваи являются основой конструкции глубокого фундамента.Самым первым шагом при проектировании свайного фундамента является выбор правильного типа сваи. Выбор типа, длины и вместимости сваи зависит от следующих параметров:
Устройство свайного фундаментаВ реальном строительстве первое испытание свайной нагрузки выполняется на грунте, чтобы проверить прочность грунта, может ли он выдержать нагрузку сваи или нет. Факторы, влияющие на выбор свайФакторы, влияющие на выбор сваи:
Геотехнический проект свайного фундамента:Под геотехническим проектированием мы понимаем две вещи:
Полная нагрузка, воспринимаемая сваей и ее элементами, считается предельной нагрузкой.Обычно обозначается как «Qu». Нагрузка, которую может выдержать свая, обусловлена ее осевым сопротивлением и сопротивлением подшипнику. Где QS — сопротивление вала, а Qb — сопротивление подшипника Несущая способность свайОбычно для расчета вместимости сваи используются три метода:
Еще два важных момента при проектировании свайного фундамента :
Слишком близкое расстояние между сваями вызывает перекрытие баллона давления. Сваи следует располагать таким образом, чтобы несущая способность группы была не меньше несущей способности отдельных свай в группе.Заливка над исходным грунтом, в которой устанавливается свайная группа, обычно располагается под собственным весом. Это вызовет сопротивление свае в дополнение к трению между сваей и почвой. Это увеличивает нагрузку на сваю, а не сопротивляется ей. Это называется отрицательным трением кожи. Поскольку она является дополнительной нагрузкой, ее необходимо учитывать при проектировании свайного фундамента. Сообщите нам в комментариях, что вы думаете о концепциях в этой статье! Что такое свайный фундамент? Его виды, использование, дизайн.В этой статье вы подробно узнаете о Pile Foundation; его типы, использование и дизайн. Итак, приступим. Что такое свайный фундамент?Свайные фундаменты используются, когда слои грунта непосредственно под конструкцией не способны выдерживать нагрузку с допустимой осадкой или адекватной защитой от разрушения при сдвиге. Свайный фундамент — это одна из форм глубокого фундамента. Сваи — это относительно длинные тонкие элементы, которые забиваются в землю или забиваются на месте. Сваи использовались с доисторических времен. Сегодня свайный фундамент встречается чаще, чем любой другой тип глубокого фундамента, особенно там, где почвенные условия неблагоприятны для использования фундаментов мелкого заложения. Виды свайных фундаментов.Сваи можно классифицировать по разным критериям: 1. 2. состав и материал, а 3. установка. 1. Классификация сваи по функции или действию.Следующая классификация основана на функции или действии. (i). Концевые опорные сваи.В концевых несущих сваях нагрузка передается через вершину сваи на подходящий несущий слой. (ii). Сваи трения.В сваях трения нагрузка передается по глубине за счет поверхностного трения по поверхности сваи. (iv). Натяжные или подъемные сваи.Этот тип свайного фундамента используется для анкеровки конструкций, подверженных поднятию из-за гидростатического давления или опрокидывающего момента из-за горизонтальных сил. (в). Уплотнение свай.Сваи уплотняющие используются для уплотнения рыхлых сыпучих грунтов с целью увеличения несущей способности грунта; куча песка используется для формирования этого типа сваи, так как она не должна нести никакой нагрузки. (vi). Анкерные сваи.Эти сваи используются для защиты от горизонтального натяжения. (vii). Крыло сваи.Сваи этого типа используются для защиты прибрежных сооружений от ударов кораблей или других плавучих объектов. (viii). Шпунтовые сваи.Шпунтовые сваиобычно используются в качестве переборок или отсекателей для уменьшения просачивания и подъема в гидротехнических сооружениях. (ix). Тесто сваи.Batter Pile используется для противодействия горизонтальным и наклонным силам, особенно в прибрежных сооружениях. (х). Боковые сваи.Эти типы свай используются для поддержки подпорных стен, мостов и плотин, а также в качестве отбойных устройств в доках и гаванях. 2. Виды свайных оснований по составу и материалу.Сваи также можно классифицировать по материалу и составу следующим образом. (i). Деревянные сваи. Используется древесина качества звука. Деревянные сваи хорошо работают как в полностью сухом, так и в погруженном состоянии. (ii). Стальные сваи.Обычно это двутавровые сваи, трубные сваи или шпунтовые сваи (прокатные профили правильной формы). (iii). Бетонные сваи.Они могут быть сборными или монолитными. Сборные сваи обязательно армируются. Забивные сваи устанавливаются методом предварительной выемки грунта; распространенными типами являются свая Раймонда , свая Макартура, и свая Франки. (iv). Композитные сваи.Они бывают либо из бетона и дерева, либо из бетона и стали. Применяются при погружении части сваи под воду. 3. Типы свай по монтажу.Сваи также можно классифицировать по способу их установки. (i). Забивные сваи.Сваи из древесины, стали или сборного железобетона забиваются на место с помощью сваебойного оборудования. (ii). Монолитные сваи.Монтировать можно только бетонные сваи. Сваи буронабивные и заливаются бетоном. Подкрепления могут быть добавлены в соответствии с требованиями. (iii). Забивные и монолитные сваи.Это комбинация забивных и монолитных свай. Можно использовать кожух или оболочку. К этой категории относится свая Franki . Использование свай.Сваи используются для: (i) несут вертикальные сжимающие нагрузки, (ii) переносят подъемные или растягивающие силы, и (iii) выдерживают горизонтальные или наклонные нагрузки. Несущие сваи используются для поддержки вертикальных нагрузок от фундаментов зданий и мостов. Сваи точечные и фрикционные относятся к этой категории. Натяжные сваи используются для сопротивления восходящим силам, таким как подъем в зданиях с подвалами ниже уровня грунтовых вод, выступами плотин и т. Сваи с боковой нагрузкой поддерживают горизонтальные или наклонные силы, такие как основания подпорных стен, мостов и плотин. Большим боковым нагрузкам лучше противостоят сваи. Они показаны на рисунке выше. Посмотрите видео ниже, чтобы лучше понять Pile Foundation. Несущая способность свайного фундамента.Предел несущей способности свайного фундамента — это максимальная нагрузка, которую он может нести без разрушения при сдвиге или чрезмерной осадки. Допустимая нагрузка на сваю — это нагрузка, которая может быть приложена к ней с достаточным запасом прочности; это может быть предельная нагрузка, разделенная на подходящий коэффициент безопасности. Или нагрузка, при которой оседание достигает допустимого значения, в зависимости от того, что меньше. Несущая способность свайного фундамента зависит в первую очередь от типа грунта, через который он проходит и / или на который опирается, а также от способа установки. Это также зависит от поперечного сечения и длины сваи. Ствол сваи представляет собой конструктивную колонну, которая фиксируется в точке (внизу) и обычно удерживается вверху. Упругая устойчивость свай или их сопротивление продольному изгибу была исследована как теоретически, так и с помощью нагрузочных испытаний ( Bjerrum, 1957, ). Как теория, так и опыт показывают, что коробление редко возникает из-за боковой поддержки грунта. Это может происходить только в тонких кучах в мягкой глине или в кучах, которые проходят через открытый воздух или воду. Следовательно, обычная свая в песке или глине может быть сконструирована так, как если бы она была короткой колонной. Свая передает нагрузку в почву двумя способами. Во-первых, через наконечник при сжатии, называемый острием или концевой опорой , и, во-вторых, за счет сопротивления сдвигу по поверхности, называемого поверхностным трением . Если слои, через которые забивается сваи, являются слабыми, наконечник, опираясь на твердый слой, переносит большую часть нагрузки; в таком случае сваю называется «сваей с концевой опорой » . Сваи в однородных грунтах переносят большую часть нагрузки за счет поверхностного трения и называются «сваями трения ». Однако почти все сваи обладают сопротивлением как торцевому, так и поверхностному трению. Методы определения несущей способности сваи: (i) статический анализ, (ii) динамический анализ, (iii) нагрузочные испытания сваи, и (iv) тестов на проникновение. Первые два теста являются аналитическими, а два других теста являются полевыми или практическими методами. Аспекты проектирования свайного фундамента.При проектировании свайного фундамента учитываются размеры сваи, глубина забивки и другие важные детали. Затем проверка предложенной конструкции на предмет безопасности и, при необходимости, ее пересмотр до тех пор, пока она не будет признана удовлетворительной. Экономичность и скорость строительства — критерии выбора любой из доступных альтернатив. Ниже приведены важные аспекты дизайна. 1. Длина свай.Выбор длины сваи производится на основании изучения профиля почвы, а также прочности и сжимаемости слоев почвы. Концевые опорные сваи должны доходить до слоя, способного выдержать всю нагрузку на фундамент без разрушения или чрезмерной осадки. Фрикционные сваи должны быть достаточно длинными, чтобы распределять нагрузки по массе грунта, чтобы минимизировать оседание и обеспечить адекватную безопасность. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для тестового примера и результаты 50 прогонов как OAGGA, так и AGGA-C не представлены на рисунках 5 (b) и 5 (c) из-за множества недопустимых решений в них. Однако все результаты AGGA-P и IAGGA достижимы и показаны на рисунках 5 (b) и 5 (c). Опять же, результаты IAGGA лучше, чем результаты AGGA-P, который не выполняет предложенный оператор кроссовера, особенно при сравнении 200 поколений.
Второй с системой конструкции стен со сдвигом имеет многоугольный план фундамента и включает 3 этажа (9,3 м) под землей и 32 этажа (100 м) над землей. В обоих примерах все структурные нагрузки передаются на фундамент колоннами и стенами. Среди различных комбинаций нагрузок в исследовании рассматривается только доминирующая гравитационная нагрузка. Границы нескольких условий ограничения установлены одинаковыми в обоих примерах, то есть верхние границы максимальной осадки и масштабированной дифференциальной осадки равны 0.2 м и 0,002 в соответствии с JGJ 94-2008; верхняя граница эксцентрического расстояния 0,5 м. Однако ограничения мощности Ca равны 3 и 2 в первом и втором примерах. В обоих примерах используются одни и те же настройки моделирования: размер популяции 100, коэффициент кроссовера 0,7 и коэффициент мутации 0,002. Итерация завершается, когда номер поколения достигает 200. Два оптимизированных проекта получены в 5.1 и 5.2, которые обеспечивают превосходные начальные проекты для инженеров.
5
интервал 0,1 м. Кроме того, сваи с разными номерами расположены в модуле, как показано на Рисунке 2. Ссылаясь на Таблицу 1, доступно 792 модуля. Сваи под несущей стенкой имеют одинаковую длину, чтобы удовлетворять требованиям (10). В процессе оптимизации используются размеры рафта оригинальной конструкции.
Максимальный осадок, расположенный в центре несущей стены, составляет 0,111 м, что меньше верхней границы 0,2 м. Минимальная осадка со значением 0,065 м находится в правом верхнем углу фундамента. Максимально масштабируемое дифференциальное оседание 0,0016 также меньше верхней границы 0,002. Общий объем свай оптимальной конструкции составляет 5259 м 3 , что экономит бетон 2021 м 3 , что составляет 27.8% от первоначального проекта (7280 м 3 ).
Расстояние от центра тяжести до 079 м для соответствия ограничениям эксцентрика.
(5) Следует отметить, что в практическом проекте может быть принята функция разумных затрат для учета стоимости строительства.
В зависимости от нагрузки для свай обычно выбирают тип материала.
Если она устойчива, то сваю считают исправной. Этот тест довольно дорогой и требует много времени. Загрузить приложение в этом тесте тоже очень сложно)
функция или действие,
Д.
