Содержание
Как правильно рассчитать нагрузку на фундамент
Перед тем как начать расчет фундамента под дом, необходимо определить, какой тип основания застройщик планирует.
Типы фундаментов.
Различают 4 вида основания:
- ленточное;
- столбчатое;
- плиточное;
- свайное.
Рассмотрим каждый из них подробнее.
Ленточный фундамент. Выглядит как вкопанная в землю лента фундамента. На нее приходится вся нагрузка конструкции. В основании конструкции располагаются бетонные плиты. Применение: основу используют для постройки частных домов на 2 этажа и выше. Внутренняя площадь фундамента (пустота) используется как подвал. Здание может возводиться при помощи кирпича, железобетона и прочих блоков. Из-за долгой службы, удобства конструирования и стойкости данный тип наиболее популярен среди застройщиков.
Столбчатый. Данный тип выглядит как столбы, углубленные в грунт и соединенные специальными балками между собой. Применение: для домов, рассчитанных на 1-2 этажа, сооруженных из легких материалов (таких как сруб или брус). Данный тип фундамента идеален для почвы, которая не подвержена температурным колебаниям. Главной особенностью конструкции является ее дешевизна.
Техническо-экономические показатели фундамента.
Плиточный. Для сооружения данного вида фундамента проводятся предварительные работы по углублению грунта. Любые неровности сглаживаются при помощи гравия, песка и бетона. Для формирования конструкции фундамента используют армированную железобетонную плиту. Его можно использовать на проблемных грунтах. Применение: тяжелые сооружения в 2-3 этажа. По сравнению с другими типами фундамента плиточный вариант обходится недешево.
Свайный фундамент. Это конструкция, сформированная из группы свай, соединенных ж/б плитами и балками. Данный тип фундамента идеален для почвы, которая не выдерживает больших нагрузок или для строительства многоэтажных домов. Для конструирования свайной основы используют большое количество крупногабаритной техники, следовательно, и цена такого основания очень высока.
Геологические изыскания
Не только расчет фундамента важен для возведения устойчивого каркасного дома, важны характеристики грунта и геологические особенности. Специалисты, проектирующие сооружения, проводят сложные геологические изыскания – бурение и изучение материала в лаборатории.
Если каркасное здание будет возводиться самостоятельно, то часто достаточно визуального исследования. С этой целью проводится бурение на глубину ниже подошвы фундамента примерно на 50-100 см. Это поможет определить тип почвы и исключить наличие водонасыщенных слоев. Рекомендуется такую проверку делать в нескольких местах, поскольку неустойчивый грунт может находиться рядом, в пределах постройки.
Полезное: Возводим фундамент для каркасной бани или каркасного гаража
Расчет веса будущего дома
Расчет нагрузки на фундамент можно провести при помощи данных таблицы 1.
На примере одноэтажного дома (5х8 м, высота потолка — 3 м) расчитаем степень возможных нагрузок на фундамент.
Таблица расчета нагрузки на фундамент.
Получим: длина стен равна 13 м (5+8). К этому показателю прибавим длину внутренней стены (5 м) и получим 18 м. Для расчета площади перемножим полученный показатель на высоту потолков: S=18х3=54 м2.
Далее предстоит вычислить S цокольного перекрытия. Для этого перемножим ширину и длину дома (5х8=40 м2). Идентичную площадь будет иметь и чердачное перекрытие.
Вычисляем S кровли. Для этого умножаем длину листа на его ширину. Так, если лист кровельного покрытия имеет размеры 6х2 м (или 12 м2), для покрытия крыши понадобится 8 листов. Следовательно, площадь покрытия будет равна 96 м2 (или 12х8).
Для определения площади лицевой стороны крыши пригодится формула из школьной программы: S=½*а*h (а — ширина, h — высота крыши). Если ширина крыши 5 м, а высота 3 м, то площадь лицевой части крыши с каждой стороны равна 15 м2.
Теперь, имея все необходимые показатели, рассчитать приблизительный диапазон массы конструкции можно, опираясь на данные, которые отражает таблица. Рекомендуется проводить расчеты с запасом.
Алгоритм расчета
Свайный фундамент отлично подходит для слабых грунтов и тяжелых построек.
А теперь покажем на примере ленточного фундамента, как наиболее популярного, порядок его расчета. Цель данного примера – продемонстрировать индивидуальным застройщикам возможность по размерам строения и табличным данным из интернета самостоятельно рассчитать такие параметры (пусть и не с точностью 100%, но близко к этому), как:
- нагрузка на конструкцию ленточного фундамента;
- расчет кубатуры (объема) фундамента. Количество бетона для его заливки.
Расчет веса дома
У нас есть проект одноэтажного дома размером 5 х 7 метров, высотой 2,3 метра, с одной внутренней стеной (длиной 5 м) и чердака с кровлей, выступающей на 0,5 метра с каждой стороны крыши.
- Рассчитать длину всех стен. Четыре внешние стены: (5 + 7) * 2 = 24 м. Прибавляем длину стены внутри дома: 24 + 5 = 29 м.
- Рассчитать площадь стен: S стен = 29 * 2.3 = 66.7 м2.
- Рассчитать площадь цокольного перекрытия: S цоколь = 5 * 7 = 35 м2.
- Рассчитать площадь чердачного перекрытия (для кровли добавляем по 0,5 метра с каждой стороны): 6 * 8 = 48 м2.
- Общая площадь (стены, цоколь, чердак с кровлей): 66,7 + 35 + 48 = 149,7 м2.
Далее, по примерному удельному весу (из таблиц) элементов дома, находим его общий вес, от которого будут зависеть количество и расход материала для фундамента. Берем верхний предел значений для запаса прочности.
Вес стен (каркасные): 66,7 * 50 = 3335 кг. Цоколь (плотностью до 200): 35 * 150 = 5250 кг. Чердачное перекрытие: 48 * 100 = 4800 кг. Кровля (листовая сталь): 48 * 30 = 1440 кг.
Каркасные стены толщиной 150 мм с утеплителем | 30-50 кг/м2 |
Брус и бревна | 70-100 кг/м2 |
Кирпичные стены толщиной 150 мм | 200-270 кг/м2 |
Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м3 | 70-100 кг/м2 |
Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м3 | 150-200 кг/м2 |
Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м3 | 100-150 кг/м2 |
Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м3 | 200-300 кг/м2 |
Кровля из листовой стали | 20-30 кг/м2 |
Рубероидное покрытие | 30-50 кг/м2 |
Кровля из шифера | 40-50 кг/м2 |
Суммарный вес дома: 3335 + 5250 + 4800 + 1440 = 14825 кг. Добавим сезонный вес снежного покрова, примерно 4000 кг (для средней полосы России), и получаем 14825 + 4000 = 18825 кг.
Дом | Стены | Цокольное перекрытие | Чердачное перекрытие | Кровля | Снег | Всего, кг |
Каркасный | 3335 | 5250 | 4800 | 1440 | 4000 | 18825 |
Вычисление площади и веса фундамента
Таблица расчета размеров фундамента.
Для того чтобы верно рассчитать все показатели фундамента под дом, необходимо учитывать возможную деформацию почвы и несущую способность грунта на месте строительства. Для проведения точных измерений понадобится изучение не только свойств строительного материала, но и почвы, на которой будет размещено здание.
Вот почему так важно при проектировании здания учитывать и свойства грунта, на котором будет располагаться конструкция. Дело в том, что почва может просто не выдержать суммарную нагрузку строения, в результате либо перекосится все здание, либо оно деформируется.
Рассмотрим пример расчета для одноэтажного здания (стены 5 и 8 м) с ленточным фундаментом (он считается наиболее тяжелым).
Итак, длина всей ленты составит 31 м (сумма всех внешних стен + внутренняя 5 м), а высота основы — 2 м (цоколь 0,5 м и 1,5 м вглубь грунта). Для получения данных по объему перемножаем длину на ширину и на высоту. Получим 0,5х2х31=31 м3. По данным таблицы можно рассчитать вес железобетонного фундамента: 2400 кг/м3*31 м3 = 74,4 т. При этом опорная площадь составит 0,5 м *31 м = 15500 см2. Далее вес фундамента прибавляют к весу конструкции дома и полученный показатель делят на опорную площадь.
Расчет сопротивления грунта вычисляется в кг/см2. В таблице 2 представлен перечень грунтов с допустимыми показателями. Если по расчетам, проведенным вами, нагрузка превышает показатели в таблице, рекомендуется изменить размеры фундамента, чтобы увеличить опорную площадь. Не забудьте пересчитать все показатели, ведь изменение размеров фундамента повлечет за собой изменение нагрузки в целом.
Виды фундаментов для каркасных домов
Перед тем как определить параметры фундамента, оптимальные для каркасного дома, нужно выбрать тип основания в соответствии с видом почвы участка. Рассмотрим плюсы и минусы каждого.
Ленточный фундамент – классика частного домостроения
Ленточный фундамент выдерживает значительные нагрузки, в том числе и на подвижном грунте. Под каркасный дом лучше всего подойдет монолитный или сборный мелкозагрубленный фундамент, имеющий глубину заложения около 0,5 м и возвышающийся над поверхностью земли около 20-30 см.
Недостатком ленточного фундамента считается невозможность перепланировки дома. Поэтому во время проектирования очень важно правильно произвести все расчеты жилого объекта, поскольку потом исправить ничего не получится.
Дом на сваях
Свайно-винтовой фундамент можно применять для любого участка, при этом чаще всего он актуален на сложных почвах. Несмотря на то что сваи располагаются на большую глубину, необходимости в привлечении спецтехники нет, монтаж возможен в любое время года и не требует много времени и финансовых затрат.
Свайная конструкция имеет хорошие показатели несущей способности и при необходимости позволяет проводить ремонтные работы. Сваи устойчивы к воздействию грунтовых вод и промерзанию почвы. Идеальный вариант для небольшого каркасного дома.
Монолитная плита
Плитный фундамент имеет в основе плоскую железобетонную опору. Возводятся основания такого вида на слабых, пучинистых и неоднородных почвах, где содержатся грунтовые воды.
Фундамент надежный, простой в монтаже, устойчив на скользящей почве. Для каркасного дома его применяют очень редко, поскольку он характеризуется дороговизной и необходимостью установки чернового пола.
Простой столбчатый фундамент
Столбчатый фундамент состоит из отдельно стоящих столбов из бетона. Верхняя часть конструкции называется оголовком, а нижняя – основанием. Столбики располагаются в местах сосредоточения нагрузки, в частности по периметру каркасного дома и под пересечением стен. Высота их обычно равна высоте пола на первом этаже, то есть около 50-60 см над поверхностью земли.
Столбчатый фундамент очень просто и быстро монтировать, он наиболее приемлемый по цене. Однако есть серьезные недостатки: невысокая несущая способность и возможность монтажа только на непучинистых устойчивых грунтах в теплое время года.
Расчет бетона для фундамента
Таблица расчета бетона.
Для расчета необходимого объема бетона при заливке ленточного фундамента понадобятся такие данные, как высота, ширина и длина основания. Средняя ширина фундамента составляет 0,4-0,5 м, хотя на этот показатель могут повлиять параметры опоры. Суммарная длина ленты составляет 31 м (основные стены + внутренняя), высота — 1,5 м. Получаем 0,5х31х1,5=23,25 куб.м.
Для расчета столбчатого фундамента понадобятся значения таких показателей, как высота столба и S поперечного сечения. И если с первым все ясно, то второе рассчитывается по формуле S=πхR2, где π — число, равное 3,14, R — радиус окружности. Итак, если значение высоты столба равно 2 м, а радиус сечения 10 см, то объем одного столба будет рассчитываться следующим образом: 2х3,14х0,102=0,0628 м3.
Плиточный фундамент представляет собой конструкцию из монолита, залитую по всей поверхности дома. Для того чтобы вычислить объем бетона, который понадобится на заливку данного типа фундамента, необходимо перемножить длину на ширину стен. В данном примере это выглядит так: 5х8=40 м2. Минимальная толщина заливки фундамента составляет 10 см, следовательно, для покрытия основы дома понадобится 40 м2х0,10 м=4 м3 бетона.
Столбчатый фундамент считается экономичным вариантом, однако подходит не для всех грунтов и пород.
- Ленточный – самый востребованный вид, особенно в индивидуальном строительстве. Хорошо подходит для домов со стенами из кирпича и бетона, с гаражами и подвалами. Форма ленточного представляет собой контур, замкнутый по периметру. Фундамент проходит под всеми несущими наружными и внутренними стенами. Для цокольного этажа и подвала ленточный фундамент одновременно служит стенами. Толщина подушки под основанием должна гарантировать отсутствие деформаций пучения основания. Количество и расход материалов напрямую зависят от нагрузки на фундамент и его опорной площади.
- Столбчатый – наименее трудоемкий и наиболее экономичный тип. Наиболее оптимально его применение в случаях: легкие (щитовые, каркасные, деревянные) сооружения, пучинистые грунты с глубоким промерзанием. Под столбы (из кирпича, железобетона, камня) фундамента выкапываются отдельные углубления. Затем на столбы укладываются перекрытия, на которых будут возводиться стены. Столбчатые противопоказаны на подвижных, слабонесущих (торфяные, глинистые, водянистые) и просадочных породах.
- Свайный, как и столбчатые, состоит из бетонных, железобетонных, асбоцементных или металлических свай (круглых или квадратных), выдерживающих большие нагрузки. Используется на слабых грунтах, так как “ноги” свай уходят на глубину 5-10 метров и обеспечивают прочный плацдарм для всей постройки. Потребляемый объем бетона определяется площадью сечения и длиной свай. Расчет свайного фундамента лучше производить с помощью профессионалов из-за особенностей его технологического монтажа.
- Монолитный (плитный) – для слабых, разрушенных, насыпных грунтов. Представляет собой ребристую или плоскую плиту, которая монтируется под всей площадью постройки. Сначала под плиту строится арматурный каркас, который затем заливают бетоном. Такой фундамент иногда называют “плавающим”, так как он передвигается горизонтально или вертикально вместе с перемещением грунта. Расчет такого фундамента сводится к вычислению объема бетона, который требуется для заливки плиты.
Расчет нагрузки на фундамент
В нагрузку от кровли входит масса покрытия, например, мауэрлат, деревянные и железобетонные фермы, плиты перекрытия, а также стропила, обрешетка и элементы кровельной конструкции. Дополнительно рассчитывают снеговое и ветровое давление, величина которых зависит от уклона кровли и выражается с помощью табличных коэффициентов. Добавляют вес людей для обслуживания крыши, который приравнивают к 100 кг/м2.
Раздел перекрытия содержит суммированную массу панелей, балок, отделочных материалов. Добавляется нагрузка от домашней мебели, людей, оборудования, временных и постоянных перегородок. Вес дома включает массу сантехнических устройств, а также труб коммуникации.
Вес пола первого уровня строения учитывают при сборе усилий, применяют коэффициенты перехода, для чего берут во внимание принцип его устройства:
- по грунту;
- с опиранием на стены или фундаменты.
В разделе вертикальных элементов учитывают массу несущих стен, колонн, эркеров, балконов и других каркасных структур здания. Чтобы посчитать вес стен, нужно определить их объем и умножить на объемный вес материала изготовления.
Общие усилия переносятся на основание и зависят от грузовой площади. Для стен показатель высчитывается по площади одного погонного метра стены, затем умножается на нагрузку в кг/м² — получается масса, которая передается на фундамент.
Ленточный фундамент
Нагрузка стен и перекрытий на фундамент
Определяется общая нагрузка окончательным суммированием усилий, при этом наибольшее давление испытывают стороны, на которые опирается кровля. По таблицам СНиП 202.01-1983 берут условное допустимое сопротивление почвы (кг/м²) и сравнивают с полученным фактическим значением массы на единицу площади (кг/м²), при этом первый показатель должен быть больше второго.
Площадь подошвы находят по формуле S > a · F / (b · R), где:
- S — расчетный показатель площади подошвы ленточного фундамента, см²;
- a — коэффициент запаса, равен 1,2;
- F — нагрузка на основание от здания;
- b — коэффициент условий обслуживания, зависит одновременно от типа земли и вида строения (в таблицах);
- R — расчетное сопротивление почвы, кг/см².
Последний показатель применяют без изменений, если фундамент заглубляют на 1,5 – 2,0 метра. Для более мелкого погружения табличное значение преобразовывают по формуле Rm = 0.005 R · (100 = h / 3), где h — это глубина заложения, а R берется из таблицы.
Если нагрузка не соответствует типу грунта, проводят корректировку проекта методом замены тяжелых материалов легкими. В другом случае увеличивают ширину подошвы основания. Изменение материала покрытия или стен влечет за собой преобразование ряда параметров и коэффициентов. Чаще прибегают ко второму способу, учитывая трудозатраты на производство нулевого цикла.
Столбчатый фундамент
От нагрузки зависит толщина и количество опорных столбов
Нагрузку от такого основания считают по одной опоре и умножают на число столбов. Объем опоры находят как итог произведения площади подошвы на длину вертикального элемента. Результат умножают на объемный вес материала (чаще, бетона). Добавляют массу металлического каркаса в составе основания.
Общую нагрузку (расчет массы дома) сравнивают с табличным значением сопротивления грунта. Если фундамент не отвечает требованиям, делают больше столбов или увеличивают площадь поперечного сечения опоры.
Используется формула S = 1.3 · P / R для расчета суммарной площади подошвы столбов, где:
- 1,3 — коэффициент запаса прочности;
- P — вес строения вместе с основанием, кг;
- R — расчетное сопротивление почвы, полученное из таблиц СНиП, кг/см².
У поверхности земли несущая способность грунта снижается, а табличное значение показывает величину на глубине 1,5 – 2,0 м, поэтому проводят корректировку. Число столбов и их сечение определяют после окончательного расчета общей площади для всех столбов. Тяжелые здания оказывают непосильную нагрузку на слабые и нестабильные грунты, поэтому сечение подошвы опоры существенно увеличивается.
Для пристройки количество столбов считается отдельно, поэтому площадь подошвы и число элементов отличается от основного сооружения.
Свайный фундамент
Несущая способность винтовой сваи
Объем сваи находят перемножением площади основания на длину элемента. Сечение прямоугольного стержня рассчитывают умножением ширины и длины, а для круглой сваи находят по формуле S = r · 3.14 (r — диаметр круга). Кубатуру одной опоры умножают на число элементов и получают общий объем свайного фундамента. Вес находят произведением кубатуры на объемный вес материала свай.
Стержни могут соединяться ростверком или держать на себе монолитную плиту. Вес указанных элементов высчитывают аналогично и прибавляют к массе свай. Нагрузка на 1 см² почвы определяют делением массы здания (с фундаментами) на опорную площадь сечения основания. Полученное значение сравнивается с нормативным табличным индексом.
Используется формула D = S · R, где:
- S — общая площадь подошвы свай;
- R — проектное сопротивление земли на уровне заложения вертикального стержня.
Определяют способность стержня сопротивляться усилиям и в какой степени его можно нагрузить. Параметр зависит от вида сваи и категории грунта. Типоразмер элементов выдерживается строго, а оценить характеристики почвы значительно сложнее, иногда для этого приглашают технического специалиста.
Расчет нагрузки винтовой сваи для фундамента выражается формулой W = D / k, где:
- W — величина эксплуатационного усилия, которое выдерживает вертикальный элемент;
- D — расчетный показатель способности элемента, берется из таблицы;
- k — коэффициент прочности.
Сечение и протяженность сваи выбирается с учетом стабильности грунта. В некоторых регионах твердое основание лежит глубже трех метров, и основание стержня может до него не дойти. В этом случае используются висячие сваи после геологической разведки земли.
Определение несущей способности грунта
Характеристика влияет на высоту заложения фундамента и площадь его подошвы и определяется свойствами почвы. Влажные земли более неустойчивые и отличаются низкой прочностью. Пески средней и большой фракции не изменяют качеств после увлажнения.
Тип грунта можно определить самому, но его несущая способность регламентирована в справочных таблицах нормативных документов. Земля под домом может состоять из нескольких слоев, поэтому принимают ту категорию, которая превалирует перед остальными пластами.
Влажность определяют на глаз. Если в прорытой скважине или яме не прибывает вода и не скапливается там, грунт относится к категории сухих. Появление влаги на дне говорит о приближении отметки грунтовой жидкости, и земля считается влагонасыщенной.
Плотность почвы меняется в зависимости от глубины, т.к. на нижележащие слои давит грунт и уплотняет их. Земля на глубине 1 м считается плотной при исследовании несущей способности. Если нет данных геологической разведки и табличных показателей, принимают способность выдерживать нагрузки на уровне 2 кг/см².
По имеющимся размерам фундамента в плане, глубине заложения, размеру сечения колонн в плане подбирается конструкция фундамента.
Отметка верхнего обреза фундамента назначается на 0,15 м ниже условной отметки пола первого этажа, принимаемой за — 0,0. Высота фундамента дополнительно корректируется условием заделки колонны в стакан.
Глубина заделки колонны в стакан h3 принимается равной hk для центрально нагруженных квадратных фундаментов, а также для прямоугольных внецентренно нагруженных фундаментов с эксцентриситетом , е≤2hk. Для прямоугольных фундаментов с эксцентриситетом е<2h глубина заделки колонны принимается в интервале hk3≤1.4hk
Глубина заделки колонны в стакан дополнительно должна удовлетворять требованию заделки рабочей арматуры колонны, которая принимается равной:
для колонн прямоугольного сечения с рабочей арматурой класса A-II для проектной марки бетона В15 для бетона класса В15
для колонн с рабочей аркатурой класса А-Ш для бетона класса В15 для класса марки бетона В15
Глубина заделки двухветвевых колонн определяется из условия:
где — расстояние между наружными гранями ветвей колонны (м).
При глубине заделки двухветвевых колонн в фундамент принимается равной 1,2 м.
Под сборные двухветвевые колонны с расстоянием между наружными гранями ветвей колонны рекомендуется выполнять устройство отдельных стаканов под каждую ветвь с заделкой каждой ветви на величину .
Толщина стенок неармированного стакана поверху принимается не менее 0,75 глубины стакана и не менее 200 мм.
Толщина армированной стаканной части принимается по расчету согласно СНиП 2.03.01.-84, но не менее 200 мм.
Зазоры между стенками стакана и колонны должна приниматься равными 75 мм поверху и 50 мм понизу. Бетон для замоноличивания колонны в стакане фундамента принимается класса не менее В15.
Толщина дна стакана принимается по расчету на раскалывание, но не менее 200 мм.
В тех случаях, когда высота фундамента с учетом всех факторов (глубины заложения, отметки верха стакана, глубины стакана, толщины дна стакана) получается большой, то высоту фундамента следует увеличивать за счет подколонника. При этом фундамент по высоте разделяется на плитную часть и подколонник. Если размеры фундамента в плане не превышают соответственно , то фундамент конструируется с повышенной стаканной частью (подколонником). В остальных случаях фундамент выполняется без повышенной стаканной части (рис.3.3).
Рис. 3.3. Схема конструирования фундамента с повышенной стаканной частью (подколонником).
а — жёсткий фундамент; б — фундамент с подколонником.
Требуемая высота отдельно стоящего фундамента или его плитной части для фундаментов с повышенной стаканной частью вычисляется из условия прочности на продавливание по формуле:
а) для прямоугольных фундаментов
б) для квадратных в плане фундаментов
в) для круглых в плане фундаментов
(3.24″.) |
(3.25.) |
Кроме того, высота нижней ступени фундамента должна проверяться из условия прочности на срез по формуле:
Необходимая высота Н0 ленточных фундаментов устанавливается из условия прочности та срез:
В формулах (3.24) — (3.26) приняты обозначения:
— соответственно меньшая и большая сторона сечения колоны или подколонника ( );
— коэффициент, характеризующий отношение расчетного сопротивления бетона растяжению RР (по табл.13 СНиП 2.03.01.-84), к среднему давлению грунта под подошвой фундамента;
— коэффициент, характеризующий отношение ширины фундамента к меньшей стороне колонны (или подколонника );
— то же, площади фундамента F к площади сечения колонны FК
(или подколонника Fn).
За расчетную высоту фундамента или его плитной части, принимают большее значение, из вычисленных, то формулам (3.24.) — (3.26.) и корректируют его с учетом модульных размеров, кратных 300 мм.
Высоту ступеней рекомендуемся назначать равной 300,
450 и при большей высоте плитной части 600 мм (табл.3.3.). Вынос ступеней фундамента назначается из расчета их прочности на срез ина продавливание, рекомендуемся принимать по табл.З.4.
После окончательного подбора размеров фундамента необходимо произвести проверку жесткости фундамента. Проверка жесткости осуществляется по нижним размерам в плане пирамиды продавливания (
или для круглых), . Для жесткого фундамента должно выполняться условие:
где — окончательные размеры подошвы фундамента.
Размеры основания пирамиды продавливания (рис.3.3) определяются по формуле:
,
— размер колонны (сооружения) понизу, м;
— высота фундамента, м;
— угол распределения напряжений в материале фундамента (или угол жесткости), принимаемый равным 450 для железобетонных и неармированных фундаментов при бетоне марки 200 и выше.
Рис. 3.3. Схема работы жесткого и гибкого фундаментов.
Рис. 3.4. Схема расчета фундамента на продавливание.
Если условие (3.27) выполняется, то фундамент является жестким и его армирование выполняется по минимальному проценту армирования (иногда конструктивно). Когда условие (3.27.) не выполняется, то фундамент считается либо фундаментом конечной жесткости, либо гибким, и тогда расчет его конструкции необходимо производить согласно СНиП 2.03.01-84 «Железобетонные конструкции» или по соответствующим учебникам и справочной литературе.
Для ленточных фундаментов вместо условия (3.27) — (3.28.) устанавливают показатель гибкости в продольном и поперечном направлениях, по значениям которого определяют вид фундамента:жесткий, конечной длины или бесконечно длинная полоса.
Показатель гибкости в продольном направлении –tl определяется по формуле:
,
где — модуль деформации грунта основания, кН/м2;
— полудлина ленточного фундамента (балки), м;
— модуль деформации бетона, кН/м2;
— высота плитной части фундамента или балки, м;
Если — полоса или балка считается абсолютно жесткой и относится к категории жестких полос; при полосу рассчитывают как имеющую конечную жесткость и длину и относят к категории коротких; при — полосу считают бесконечно длинной и относят к категории длинных полос.
Для ленточных фундаментов, загруженных равномерно распределенной нагрузкой (стена здания) пределы имеют другие значения: при фундаменты относятся к категорий жестких полос, а при — к категории длинных полос.
Усилия в конструкциях указанных видов балок (полос) определяется методами Горбунова-Посадова (см. И.И.Горбунов-Посадов., Расчет конструкций на упругом основании M-I953 г.; М-1973 г.). По найденным усилиям фундамент рассчитывается по требованиям СНиП 2.03.01-83.
Показатель гибкости в поперечном направлении определяется по формуле:
,
где — модуль деформации грунта основания, кН/м2;
— полудлина ленточного фундамента (балки), м;
— модуль деформации бетона, кН/м2;
— полуширина ленточного фундамента;
При балки относятся к абсолютно жестким, и расчитываются только в продольном направлении.
Высота фундамента проверяется из условия прочности его на продавливание по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение колонны (или сооружения), а грани наклонены под углом жесткости .
Расчет на продавливание центрально и внецентренно нагруженных стаканных фундаментов квадратных и прямоугольных в плане производится на действие расчетной нормальной силы N, действующей в сечении колонны у обреза фундамента.
Проверка фундамента по прочности на действие только нормальной силы N производится:
а) на продавливание фундамента колонной от дна стакана;
б) на раскалывание фундамента колонной.
Проверка фундамента по прочности на продавливание колонной производится от дна стакана (рис. 3.4.) только для монтажных нагрузок по формуле:
,
где — расчетная нормальная сила в сечении колонны у обреза фундамента;
— площади многоугольника abcdeg (см. рис. 3.4.) равная:
— рабочая высота дна стакана, принимаемая от дна стакана до плоскости расположения растянутой арматуры;
— размеры меньшей и большей сторон дна стакана;
— средняя ширина пирамиды продавливания:
Проверка фундамента по прочности на раскалывание от действия нормальной силы N производится из условий
(3.33) |
где — коэффициент трения бетона по бетону, принимаемый равным 0,75;
k — коэффициент условий работы фундамента в грунте, принимаемый и равным 1,3 ;
— площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям сечения колонны, параллельно соответственно сторонам l и b подошвы фундамента за вычетом стакана фундамента (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Схема расчета фундамента по прочности на раскалывание
При расчёт ведётся по формуле (3.33).
При по формуле (3.34).
При расчете по формуле (3.33) величина не должна приниматься менее 0,4, а по формуле (3.34) величина не должна быть более 2,5. По результатам расчетов на продавливание и раскалывание принимается большая величина несущей способности фундамента.
Проверка на продавливание и раскалывание не производится при высоте фундамента от подошвы до дна стакана (рис. 3.6), соответствующей
Рис. 3.6. Схема фундамента при проверке на продавливание и раскалывание.
Высота фундамента без стакана (рис.3.7) проверяется из условия прочности его на продавливание по поверхности усеченной пирамиды, верхним основанием которой является нижнее сечение колонны или сооружения, а грани наклонены под углом жесткости
Расчет на продавливание производится из условия
Отсюда необходимая высота
где F0 — площадь многоугольника a, b, c, d, e, g (рис.3.7), определяемая по формуле:
Рис.3.7. Схема фундамента при определении его высоты без стакана из условия прочности на продавливание.
Высота ступеней (рис.3,8) назначаются в зависимости от полной высоты полной части фундамента в соответствии с табл. 3.3.
Высота ступеней плитной части фундамента
Высота плитной части фундамента h, см | Высота ступени, см | |
h1 | h2 | h3 |
— | _ | |
— | ||
— | ||
— |
Вынос нижней ступени фундамента можно определять по табл.3.4. (из условия прочности ступени на срез).
Вынос нижней ступени фундамента С1
PгкПа | Вынос ступени С1 при классах бетона | |
В12,5 | В15 | В20 |
2,5 h1 | 2,5 h1 | 2,5 h1 |
2,1 h1 | 2,4 h1 | 2,5 h1 |
1,9 h1 | 2,1 h1 | 2,5 h1 |
1,7 h1 | 1,9 h1 | 2,3 h1 |
1,6 h1 | 1,7 h1 | 2,1 h1 |
1,5 h1 | 1,6 h1 | 2.0 h1 |
1,4 h1 | 1,5 h1 | 1,9 h1 |
Минимальные размеры остальных ступеней в плане определяются после установления выноса нижней ступени С1 пересечениями линии АВ (рис.3.8) с линиями, ограничивающими высоты ступеней.
Рис.3.8. Схема фундамента при определении размеров его ступеней.
3.2.5. Определение сечения арматуры по подошве фундамента
Сечение рабочей арматуры по подошве фундамента определяется, но расчета на изгиб консольного выступа фундамента в сечениях по грани колонны и по граням ступеней фундамента. Изгибающий момент возникает от реактивного давления грунта под подошвой фундамента.
Сечение арматуры параллельной стороне фундамента , в сечении по грани колонны 1-1 (рис.3.9) на 1 м ширины фундамента определяется по формуле
где hо — рабочая высота фундамента;
Rа — расчетное сопротивление арматуры;
М1-1 — изгибающий момент в сечении 1-1, определяется по формуле
По граням ступеней в сечениях 2-2 и 3-3 сечение арматуры на 1 м ширины фундамента и расчетные изгибающие моменты определяется по аналогичным формулам:
(3.41.) |
(3.42.) |
(3.43.) |
(3.44.) |
Давление на грунт P2 вычисляется по формуле (3.17).
Давление на грунт P3 определяется по формуле:
где К — коэффициент, вычисляемый для сечения 1-1 как для 2-2 а для сечения 3-3 —
Сечение арматуры, параллельной стороне b, в сечении по граням колоны 4-4 на 1 м длины фундамента определяется по формуле
По граням ступеней в сечениях 5-5 и 6-6 Fb и М определяется по формулам:
Давление на грунт Р1 вычисляется по формуле (3.17).
Количество стержней и их диаметр определяется из условия принимаемого расстояния между стержнями.
Рис.3.9 Схема фундамента при определении сечения арматуры по подошве
Расчет несущей конструкции
Долговечность и качество любого здания напрямую зависит от прочности фундамента. Поэтому на этапе проектирования важной задачей является расчет оптимального значения размеров основы.
Что нужно рассчитать
Несущая способность грунтов и масса дома являются основополагающими показателями для расчетов. Благодаря им имеется возможность определить способность почвы выдержать нагрузку дома с конкретной площадью опоры и массой. Строительство будет возможным только тогда, когда показатели несущей способности почвы больше, чем давление на нее здания, иначе нужно проводить изменения в размерах и увеличивать ширину основания.
Для расчета несущей способности фундамента учитывают площадь основания и глубину его заложения. Эти параметры важны при определении возможной усадки конструкции в течение двух лет после строительства. Если усадка будет неравномерной, то по стенам или фундаменту могут пойти трещины, дом перекосится или вовсе разрушен.
Существует множество факторов, из-за которых фундамент может опускаться неравномерно. Прежде всего, это малая плотность грунта, чрезмерная пучинистость, большая нагрузка, неправильная форма построенного фундамента.
Глубина заложения несущих конструкций: тип грунта
Перед проведением расчетов требуется определить структуру грунта, глубину его промерзания и расположение уровня грунтовых вод. Это позволит установить оптимальную глубину заложения фундамента. Несущая конструкция будет максимально крепкой при заложении на однородный грунт, который усаживается равномерно. В учет также берется тип почвы.
Хрящевой грунт – это сочетание камней и гравия. Минимальная глубина заложения в этом случае составляет 0,5 м. На определение точного показателя здесь влияет только уровень грунтовых вод и вес сооружения. На скальном участке, где преобладают плотные горные породы, фундамент закладывают на небольшую глубину, при этом лишь сняв верхний тонкий слой почвы.
Песчаный грунт хорошо впитывает воду, которая на поверхности не застаивается. За счет этого и незначительного промерзания глубина основания может быть около 50-70 см. Она увеличивается до уровня промерзания в том случае, когда грунт пылевидный или мелкозернистый, а расположение грунтовых вод высокое.
Полезное: Возводим ленточный фундамент для каркасного дома
Особенностью песчаных почв также является риск сильного проседания из-за высоких показателей уплотнения при нагрузке. Поэтому цоколь должен быть высоким, а глубина может быть увеличена до 70-100 см.
Фундамент для глинистого грунта необходимо закладывать ниже точки промерзания. Особенно придерживаться этих рекомендаций нужно при высоком уровне грунтовых вод. Такая почва наиболее опасна, так как сжимается при сильной нагрузке и вспучивается при замерзании. Чтобы избежать трещин, требуется высокопрочный фундамент.
Уровень грунтовых вод
Заложение фундамента на определенную глубину зависит и от уровня грунтовых вод. Факторы влияния:
- Заложение несущей конструкции на глубину от 50 см необходимо, если грунтовые воды залегают глубже замерзания грунта более чем на 100 см.
- В случае нахождения грунтовых вод ниже уровня промерзания менее 100 см, устраивают гравийно-песчаную подушку от дна основания до уровня промерзания грунта, а несущую конструкцию погружают на глубину не менее 50 см.
- При одинаковом уровне промерзания и грунтовых вод или если грунтовые воды протекают высоко, закладку фундамента делают ниже уровня промерзания. Бывает исключение, если здание отапливается круглый год или грунт песчаного типа.
Площадь несущей конструкции
Площадь фундамента рассчитывается на основе того факта, что почва не должна проседать под давлением каркасного дома. Проседание случается, если нагрузка на грунт избыточна из-за большого веса здания. Чтобы ее уменьшить, требуется увеличение площади основы под фундамент. При выборе ленточного типа несущей конструкции нужно увеличить ширину ленты.
Для уменьшения нагрузки на грунт при выборе столбчатого фундамента необходимо увеличить размеры и количество столбов. Расстояние между ними должно быть около 100-250 см. Определяют его индивидуально, в зависимости от несущей способности грунта и веса здания. Обычно расстояние составляет 100-200 см на песчаной почве и супесях, 200-250 см – на глинистом, хрящевом, скальном грунтах. Далее рассмотрим пример расчета размеров фундамента.
Расчет площади основания
При строительстве каркасного дома бывает достаточно столбчатого фундамента. Чтобы определить нагрузку на грунт требуется просуммировать вес фундамента и вес здания. Это позволит понять выдержит ли почва планируемое строение.
Итак, допустим, столбики будут иметь диаметр 20 см и глубину 1,9 м. Опорная площадь равняется 3,14 х 10 см х 10 см = 314 кв. см. Вес столбика будет 143 кг, а объем 0,6 куб. м. Понадобится 30 столбиков, поскольку длина стен составляет 30 м, а расстояние равняется 1 м. Исходя из этого, общий вес равен 30 х 143 кг = 4290 кг, опорная площадь – 30 х 314 кв. см = 9420 кв. см.
Общий вес каркасного дома составит 27000 кг. Для расчета нагрузки на грунт необходимо разделить это число на опорную площадь, получится 2,88 кг/кв. см. Несущую способность сухого грунта можно взять за 2 кг/кв. см. Это значит, что для строительства каркасного дома такой площади фундамента недостаточно и нужно увеличить количество или размер столбов.
Калькулятор ленточного фундамента онлайн
Интерфейс калькулятора расчета ленточного фундамента интуитивно понятен большинству пользователей и выполнен максимально просто.
Основная часть программы подразделяется на несколько крупных элементов:
- Вводный блок с начальными данными (которые необходимо указать) и упрощенной схемой.
- Подробный чертеж, который вырисовывается на основании первого пункта.
- Наглядная 3D модель, которая позволяет посмотреть все элементы конструкции в трехмерном пространстве.
- Результаты расчета (материалы, величины, допустимые значения…).
В дополнение ко всему прочему, в самом низу страницы, вы сможете узнать, как сохранить рассчитанные данные на компьютер, в каких форматах доступно скачивание, как отправить результат на почту, и как добавить расчет в закладки.
Как рассчитать фундамент под дом
Исходя из плана вашего дома, вы начинаете визуализировать устройство монолитного ленточного фундамента. С помощью конфигуратора, задайте необходимое количество лент и их расположение.
Сервис ограничивает максимально возможное количество осей по горизонтали и по вертикали. Вы можете задать не более 2 дополнительных линии по каждому направлению, т.е. в сумме не больше 8 осей.
Для того чтобы добавить параллельные горизонтальные (буквенные) оси, выберите в первом пункте AD0 необходимое количество (1 или 2). Новые прямые расположатся между осями AD и будут называться B и С.
Вертикальные оси (цифровые) добавляются не на всю длину ленточного фундамента, а конкретно к каждой секции AB, BC или CD.
Для того чтобы сместить секцию, заполните поле «Смещение стороны». Подробнее об этом смотрите ниже, где разбирается практический пример.
Источник https://rezkadecor.ru/seti/stroitelnyj-kalkulyator-fundamenta.html
Источник
Источник
Фундамент домаВы не можете скопировать содержимое этой страницы