Как происходит расчет нагрузки на фундамент

Достойное место среди различных видов фундаментов занимают фундаменты из блоков ФБС. Однако этот вид фундаментов, как и любой другой имеет ряд особенностей. В этой статье мы рассмотрим преимущества и недостатки фундаментов из блоков ФБС, а также основные этапы их сооружения. Фундаментные блоки представляют собой монолитные армированные блоки из высококачественного бетона имеющие различную форму и размеры. По форме и назначению разделяют блок ФБС, ФБВ, и ФЛ.

Расчет нагрузки на фундамент

В строительстве достаточно часто применяется фундамент на забивных сваях, представляющих железобетонные столбы квадратного сечения с заостренным концом длиной от 3 до 25 метров, которые способны выдерживать большой вес, независимо от типа почвы. Сечение варьирует от 150 до 500 мм. Главным показателем прочности конструкции является несущая способность каждой сваи. От этого находим необходимое их количество, частоту установки.

Правильно вычисленная нагрузка на фундамент позволяет:

  • рационально использовать участок;
  • исключить проседание грунта, деформацию строения;
  • использовать различные материалы для возведения объекта.

Проводя расчет нагрузки на фундамент необходимо учитывать способность грунта на площадке выдерживать воздействующий на него вес. Рассчитываются следующие критерии:

  • общая нагрузка;
  • несущая способность сваи.

На конструкцию действует вес всех элементов здания от основания до кровли, а также грунт, находящийся над подошвой. Это является постоянной нагрузкой. Также действует временная в виде природных явлений и осадков и имеющихся в здании мебели, оборудования, находящихся людей.

Нагрузка на фундамент в зависимости от материалов

В расчете нагрузок используются усредненные данные удельного веса материалов. Умножая эти величины на объем, получаем необходимый результат.

Стены (в кг/м2)

  • кирпичные (1.5 кирпича) 30-50
  • рубленые, из бруса 70-100
  • ж/б панель 15 см 300-350
  • панели каркасные 15 см 30-50

Перекрытия ( в кг/м2)

  • чердачные в зависимости от плотности утеплителя 70-200
  • цокольные 100-300
  • междуэтажные 500

Кровля (в кг/м2)

  • шиферная 20-30
  • кровельное железо 40-50
  • черепичная 65-80
  • рубероид на изоляционном слое 3-5

Чтобы определить массу здания, объем стен, перегородок, перекрытий, цокольного этажа, площадь крыши, умножается на удельный вес. Приплюсовываем дополнительные воздействия.

Формулы для расчета нагрузки на фундамент

Для определения воздействия осадков, других явлений используется СНИП. Это касается и определения полезной, куда входит вес мебели, оборудования, находящихся в здании людей. Для жилых домов берется средняя величина 150 кг/м2. Для промышленных, производственных объектов существуют соответствующие разделы СНИП.

При вычислении следует применять коэффициент запаса 1.2.

Используется следующая формула:

P=Pl Pf где P – суммарная нагрузка Pl – от строения Pf – фундамента.

Затем следует рассчитать нагрузку самого фундамента, что является произведением объема и удельной плотности Vф x Q. Vф = SxH (умножаем площадь фундаментной конструкции на его высоту).

Расчет свайной конструкции следует начинать с подсчета общей массы дома исходя из материалов, планируемых для строительства. Подсчитав ее, к ней следует добавить 30% запаса. Зная, что железобетонная свая длиной 4 метра способна выдержать нагрузку в 40 тонн, можно рассчитать, сколько их нужно для строительства дома, согласно имеющимся данным.

Несущую способность сваи находим по формуле 0.7 КФ х (Нс х По х Пс х 0.8 Кус х Нсг х Тсг), где:

Кф – однородность почвы Не , Нет – коэффициенты нижнего и бокового сопротивления грунта По – площадь опоры Пе – периметр сваи Куе – условия работы (к) Тсг – высота грунта

Обязательно учитывается плотность грунта по результатам геодезических исследований. Более простой способ заключается в выкапывании шурфа глубиной 50 сантиметров. Следует выбрать наиболее низкий участок площадки. Насколько слои плотные, определяется визуально.

При достаточно плотной породе применяются сваи длиной 2,5 метра. Если она не плотная, шурф углубляется, достигается плотный слой, по фактической глубине подбирается длина сваи. Согласно полученным результатам, выявляются их несущие характеристики. По расчетным данным можно определить необходимое их количество и параметры.

Правильный подбор основания гарантирует устойчивость строения, исключает деформацию конструкций, так как в противном случае возможно проедание здания и разрушение отдельных конструкций. Особенно это важно, если имеются перепады высот.

В этих случаях подобранная согласно плотности грунта свая подойдет для высоких участков, на заниженные потребуются более длинные, соответствующие разности высот. Данная величина определяется при помощи нивелира. Целесообразно для этой работы привлекать специализированные организации. Также учитываются глубина промерзания грунта и места пролегания грунтовых вод.

Пример сбора нагрузок на фундамент

Исходные данные:

Предполагается строительство жилого 2-х этажного дома с холодным чердаком и двухскатной крышей. Опирание крыши производится на две крайних стены и одну стену под коньком. Подвал не предусмотрен.

Читайте также:  Как сделать опалубку для ленточного фундамента своими руками

Место строительства – г. Нижегородская область.

Тип местности – поселок городского типа.

Размеры дома – 9,5х10 м по наружным граням фундамента.

Угол наклона крыши – 35°.

Высота здания – 9,93 м.

Фундамент – железобетонная монолитная лента шириной 500 и 400 мм и высотой 1 900 мм.

Цоколь – керамический кирпич, толщиной 500 и 400 мм и высотой 730 мм.

Наружные стены – газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщина стеной 500 мм и высотой 6 850 мм.

Внутренние несущие стены – газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщиной стены 400 м и высота 6 850 мм.

Пример сбора нагрузок на фундамент

Перекрытия и крыша – деревянные.

Пример сбора нагрузок на фундамент

Конструкции, которые могли бы задержать снег на крыше, не предусмотрены.

Пример сбора нагрузок на фундамент

План фундамента.

Разрез дома, с действующими нагрузками.

Требуется:

Собрать нагрузки на центральную ленту фундамента, расположенную под внутренней несущей стеной, если грузовая площадь от перекрытия 4,05 м 2 , а от крыши – 5,9 м 2 .

Сбор нагрузок на внутреннюю несущую стену.

Определяем нагрузки, действующие на 1 м 2 грузовой площади (кг/м 2 ) всех конструкций, нагрузка которых передается на фундамент.

Порядок вычисления характеристик ленты

Пример расчета для одноэтажного коттеджа 10 х 10 м с единственной перегородкой, высотой потолков 3 м выглядит следующим образом:

Схема ленточного фундамента.

  • площадь S = (10 м х 4 шт) х 3 м + 10 м х 3 м = 150 м2. Ленточный фундамент в случае использования кирпичной кладки в полкирпича будет испытывать нагрузку.
  • 0,75 т/м2 х 150 м2 = 112,5 т. При площади дома в 100 квадратов, с перекрытием чердака из досок по балкам, цоколя ж/б плитой добавится нагрузка.
  • 100 м2 х 150 кг/м2 + 100 х 500 = 65 т. Расчет ленточного фундамента будет неполным без учета кровли, вес которой складывается из материалов стропил, самой кровли. Причем крыша опирается на стены под некоторым углом, поэтому ее площадь больше площади этажа, 120 квадратов при углах наклона скатов 30˚. В данном случае для стропильной системы потребуются:
  • брус 15 х 10 см – 10 шт;
  • доска 20 х 5 см – 32 шт.

Нагрузка от стропильной системы составит:

      • [(32 х 0,06) + (10 х 0,09)] х 500 = 1,41 т;

При использовании легкого ондулина добавляется еще 0,6 т.

Для расчета снеговой нагрузки используются таблицы СНиП, в которых приведены данные по регионам строительства. Для Краснодара это 120 кг на квадрат, поэтому итоговый результат будет равен:

      • 120 х 120 = 14,4 т;

Схема монтажа фундамента.

Аналогично вычисляется снеговая нагрузка, для этого также потребуются нормативы СНиП. В данном случае для расчета потребуется площадь фасадов:

      • 100 м2 х (15 х 7 + 40) = 14,5 т;

Нагрузка от мебели в примере составит 100 м2 х 195 кг/м2 = 19,5 т.

Полный вес дома составил 227,91 т, ленточный фундамент передает нагрузки на почвы с разным сопротивлением грунта, значения которых сведены в таблицы СНиП. Например, для крупного песка это 5 единиц, для гравия с пылевато-глинистым наполнителем – 4 единицы, щебня с песком – 6 единиц. Несущая способность почвы должна быть больше полного веса дома, умноженного на коэффициент 1,3 (в нашем случае – 296,28 т). Исходя из полученных значений расчетного сопротивления, полного веса дома, можно скорректировать ширину фундамента:

      • 296,28/5000 = 59,6 см.

Значение округляется в большую сторону до 60 см. Следует помнить, что ширина ленты всегда больше толщины кладки. Ширина стен зависит от характеристик материала, так как ни один из них не обладает универсальными качествами. Стены должны быть:

      • прочными – для опирания тяжелых стропильных систем, кровли, перекрытий;
      • теплыми – конструкционные материалы обладают высокой теплопроводностью, поэтому требуют дополнительной теплоизоляции;
      • красивыми – фасады должны обладать художественной ценностью.

Поэтому на практике используют композитные стены (наружная облицовка, теплоизолятор, кирпич либо дерево для опирания стропил, пароизоляция, внутренняя отделка), что позволяет снизить толщину стены, фундамента, соответственно.

Глубина траншей для ленточного фундамента может браться из нормативов СНиП:

      • 45-90 см – на суглинках, супесях, песках;
      • 0,75-1 м – на глине;
      • 0,45 м – на камне.

Самыми опасными для ленточного фундамента являются силы пучения, возникающие при расширении насыщенных влагой глин. Поэтому чем выше уровень УГВ, больше в почве глины, глубже отметка промерзания, тем выше сдвигающие, разрывающие либо сжимающие усилия в нем возникают. На практике используют несколько технологий, снижающие силы пучения:

      • утепление прилегающего периметра – теплоизоляция наклеивается на наружные стены ленты, изменяет направление на дне котлована, отходит от него по периметру на 1,5 м, сохраняя зимой тепло недр;
      • замена грунта – пучинистые глины внизу ленты заменяют песком, щебнем, гравием либо их смесями, для чего траншея выкапывается глубже проектной отметки на 0,35 м;
      • сваи – в ответственных местах лента опирается на сваи, заглубленные ниже уровня промерзания.
Читайте также:  Вязка арматуры под ленточный фундамент: тонкости проведения работ

Арматура внутри железобетона предотвращает растрескивание, увеличивает прочность, объединяет периметр ленты в единое целое.

Оцениваем характер грунта

Если расчет столбчатого фундамента осуществляется своими силами, то проведение лабораторных исследований показателей грунта не предполагается. Поэтому пойдем по бюджетному пути – будем проводить оценку на глаз.

Для этого на месте предполагаемого строительства дома выкапываем шурф (яму) глубиной ниже глубины промерзания грунта (ГПГ). ГПГ можно узнать в справочном пособии или в статье, о которой мы говорили в самом начале повествования. Предположим, что ГПГ составляет 1,5 м.

Выкапываем шурф глубиной 1,8 м. и отбираем пробы грунта и пытаемся скатать из него небольшой шарик. Оцениваем характер грунта следующим образом:

    если шарик не скатывается, и вы визуально определили песчаный слой дна шурфа, то в зависимости от крупности песка, расчетное сопротивление грунта (далее – R) принимает значение от 2 (для очень мелкого, пылеватого) до 3 (для среднего) и 4,5 (для крупного песка)*;если шарик рассыпается при сдавливании, велика вероятность, что грунт – супесь (R=3)*;если шарик при сдавливании не рассыпается и по краям лепешки не образуются трещины, то перед нами глина (R=3-6)*;шарик из грунта не рассыпается при сдавливании, но по краям образуются трещины, грунт – суглинок (R=2-4)*

*Значение R зависит также от влажности грунта и коэффициента пористости.

Ориентировочные значения расчетного сопротивления грунта представлены в таблице ниже. Следует учитывать, что представленные значения актуальны при заглублении фундамента на 1,5…2 метра. Если же вы планируете возводить мелкозаглубленный фундамент, то расчетное сопротивление грунта будет уже другим: R=0,005R0(100+h/3), где R0-табличная величина, h – глубина (см), на которую планируется закладывать фундамент.

Метод расчета

  • Метод расчета1
  • Сбор нагрузок на фундамент2
    • Пример расчета массы стены2.1
    • Полезная нагрузка дома2.2
    • Снеговая нагрузка2.3
  • Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы3
    • Расчет нагрузки на фундамент3.1
  • Корректировка параметров4
  • Как рассчитать кубатуру фундамента5

Ленточный фундамент можно рассчитать двумя способами: по несущей способности грунтов под подошвой и по их деформации. Более прост первый способ. Его и рассмотрим.

Мы точно знаем, что первым строится фундамент. Но проектируется он в последнюю очередь. Его задача передать нагрузку от дома. А ее мы будем знать лишь после того, как определимся с типом всех строительных материалов и их объемов. Так что до начала расчета фундамента необходимо:

  • начертить план всего здания со всеми простенками;
  • решить, нужен или нет подвал, и какой он должен быть глубины, если нужен;
  • знать высоту цоколя и материал, из которого он будет сделан;
  • определиться с типом и толщиной используемых материалов для утепления, ветрозащиты, гидроизоляции, отделки как внутри, так и снаружи.

По всем используемым во время стройки материалам нужно найти их удельный вес. Желательно составить таблицу: работать будет проще. Только после этого можно приступать к расчету.

Для расчета ленточного фундамента вам понадобится проект с подробным указанием используемых материалов и их толщины

Ленточный фундамент чаще всего делают монолитным или сборным бетонным. Намного реже сегодня делают кирпичные или бутобетонные ленты: они менее надежны, но при этом для их строительства требуется большее количество материала, хотя стоимость его может быть меньше.

Условно расчет ленточного фундамента можно разбить на несколько этапов:

  • Определение нагрузки на фундамент.
  • Выбор параметров ленты.
  • Корректировка в зависимости от условий.

Теперь обо всех этапах подробнее.

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

При расчете ленточного фундамента необходимо будет определить два его параметра:

Третий — длина — известен. Это сумма длин всех стен, под которыми будет закладываться фундамент.

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

Глубина заложения во многом определяется в зависимости от типа находящихся под подошвой грунтов. Общие рекомендации можно найти в таблице, а описание определения глубины заложения читайте в статье «Какой глубины должен быть фундамент».

Таблица с рекомендуемой глубиной заложения фундамента в зависимости от типа грунта и уровня подземных вод (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

Пусть мы примем, что глубина залегания фундамента для наших условий — ниже уровня промерзания грунта, высота цоколя — 20 см. Грунт промерзает в нашем регионе на 1,4 м. По рекомендациям фундамент должен находится на 15 см ниже уровня промерзания. Получаем общую высоту: 1,4 м + 0,2 м + 0,15 м = 1,75 м.

Теперь нужно рассчитать ширину ленточного фундамента. Она зависит от расстояния, на котором находятся стены и материала, из которого будем его строить. Рекомендованные значения приведены в таблице.

Читайте также:  Из чего сделать опалубку для ленточного фундамента

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

Выбираете ширину фундамента в зависимости от материала и расстояния между стенами (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Расчет нагрузки на фундамент

Теперь нужно найти, с какой силой будет давить дом на фундамент. Для этого общую массу дома (масса всех элементов + полезная нагрузка + снеговая) делим на площадь фундамента.

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

Площадь ленточного фундамента находим умножив ее длину на выбранную в предыдущем пункте ширину. Потом общую нагрузку от дома делим на площадь фундамента в квадратных сантиметрах. Получаем удельную нагрузку на каждый квадратный сантиметр ленточного фундамента.

Пример. Пусть нагрузка от дома 408000 кг, площадь ленточного фундамента (длинна 4400 см, ширина 30 см) — 132000 см 2 . Разделив эти значения, получаем: на каждый сантиметр давит 3,09 кг.

Теперь необходимо узнать, выдержат ли грунты под подошвой фундамента это значение. Любой грунт в состоянии выдержать какое-то давление. Эти значения просчитаны и занесены в таблицу. Находим тип грунта под подошвой фундамента (определяется геологическими исследованиями) и смотрим его удельную несущую способность.

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

Несущая способность грунтов — сравниваем найденную нагрузку от дома с нормативной для вашего грунта

Если несущая способность грунта больше чем нагрузка от дома, все выбрано правильно. Если нет, необходимо вносить корректировки.

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

Частный случай расчета при высоте межэтажного основания свыше м

Предположим, что опалубка монолитного перекрытия на высоту 9 метров устанавливается. В этом случае расчеты будут самыми сложными и трудоемкими. Первоначально разберемся с тем, какая нужна опалубка, расчет на калькуляторе оставим на потом. Если толщина межэтажного пролета составит 45 и более сантиметров, тогда мы рекомендуем применять структурную формирующую систему. Она тоже объемная, но относится к более прочным и масштабным конструкциям, которые выступают и в качестве лесов. Собирается она цельной клеткой, что обеспечивает устойчивость, стабильность системы и надежность. При сборке используются крепежные элементы чашка-замок. Теперь проведем расчет объемной опалубки перекрытия по известным параметрам:

  • замер расстояния от потолка до пола (обозначим Н1);
  • параметр балки (обозначим высоту Н 6 );
  • габариты унивилки-домкрата (Нуд=50.0 см);
  • параметры опоры-домкрата (обозначим Нод=50.0 см);
  • число трехметровых стоек для наращивания нужной высоты (обозначим N ст.3 м ).

Выполнить расчет стоек для опалубки перекрытий по формуле:

N ст.3 м =Н ⁄ 3.0

Частный случай расчета при высоте межэтажного основания свыше м

В этой формуле неизвестная Н рассчитывается по формуле:

Н=Н 1 -Н 6 -Н уд —Н од

Делая расчет опалубки плиты перекрытия, учитывают, что комплектующие (опоры и унивилки домкраты) могут иметь и иную высоту 100-200 см и 75 см (соответственно). Правильный расчет стоек опалубки перекрытия должен учитывать индивидуальный подсчет количества осей. Для этого потребуется знать следующие параметры:

  • ширина площадки (обозначим В);
  • длина площадки (обозначим L);
  • габариты ригеля (располагается в горизонтальной плоскости, примем Lр=150 см);
  • количество осей (обозначим No).

Устройство

ФБС (ГОСТ 13579-78) – это бетонные монолитные блоки, упрочненные металлической арматурой, для изготовления которых используется вибропресс. Несмотря на то, что прямое назначение этих блоков – это постройка стен и невысоких конструкций, они очень хорошо себя зарекомендовали в качестве фундаментального основания для жилого или подсобного строения. Основные недостатки в том, что цемент плохо переносит воздействие влаги, поэтому блочный, как и монолитный фундамент, редко используется во влажных районах.

Из-за их относительно тонкой боковой грани, ФБС блоки преимущественно используются для фундамента деревянного дома, для гаража или под баню, но возможно устройство и более тяжелой конструкции. Во многом это зависит от того, в каком грунте будет производиться установка.

Устройство

Габаритные размеры блоков ФБС для фундамента могут быть:

  1. По высоте, мм: 300, 600;
  2. По ширине, мм: 300, 400, 500 и 60;
  3. По длине, мм: 600, 800, 900, 1200 и 2400.

Для определения этих параметров еще на этапе производства осуществляется маркировка бетонных блоков. Как расшифровывается пометка ФБС 12-4-3 т. Это значит, что длина плиты 1200 мм, ширина 400, а высота 300. Буква «Т» в конце означает, что материал выполнен из тяжелого бетона.

Устройство

Плюсы использования материала:

  1. Доступная стоимость;
  2. Простота установки. Работу можно провести самостоятельно, но понадобится либо подъемная техника, либо помощники;
  3. Быстрый демонтаж. При необходимости можно очень быстро (сравнительно с другими основаниями) разобрать малоэтажные строения;
  4. Долговечность. У бетонных материалов отличная устойчивость к агрессивным внешним факторам, за исключением влаги;
  5. Технические характеристики и стандарты блоков ФБС для фундамента зависят от марки бетона, из которой они отливались. Сейчас есть возможность купить для строительства блоки из тяжелого раствора (до 1800 кг/м³), такая плита выдержит вес как одноэтажного, так и двух этажного дома. Или более легкие – до 1200, они более доступные и могут использоваться для подсобных строений.

Но эти плиты имеют и определенные минусы. Во-первых, для установки нужно использовать специальное оборудование. Во-вторых, потребуется усиленная гидроизоляция основания.

Устройство