Особенности проектирования строительных конструкций

Выбор вида фундамента при строительстве дома, особенно двухэтажного – весьма ответственное мероприятие, и выбор верного варианта – многофакторная и сложная задача. Однако, некоторые частные застройщики делают выбор, опираясь исключительно на ценовой фактор. Очевидно, что фаворитом при таком подходе будет ленточный мелкозаглубленный фундамент.

Расчёт фундамента

Фундаменты — подземные конструкции, передающие нагрузки от здания на грунт.

Сборные ленточные фундаменты состоят из плит-подушек, укладываемых в основание фундаментов и стеновых блоков, которые являются стенами подземной части здания.

Фундаментные плиты-подушки укладываются на выровненное основание с песчаной подсыпкой толщиной 10 см. Под подошвой фундамента нельзя оставлять насыпной или разрыхленный грунт. Он удаляется и вместо него насыпается щебень или песок. Углубления в основании более 10 см заполняются бетонной смесью.

Выбор типа фундамента определяется инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями строительной площадки, назначением и конструктивными особенностями здания или сооружения, величиной нагрузки, передаваемой на фундамент, а также производственными возможностями строительной организации. Глубина заложения фундамента здания устанавливается в зависимости от свойств и характера напластований грунтов, уровня грунтовых вод с учётом его колебаний в процессе строительства и эксплуатации сооружения, величины и характера действующих на основание нагрузок, глубины заложения подземных коммуникаций и фундаментов под машины и оборудование, климатических особенностей района строительства. Принятая глубина заложения фундамента должна быть достаточной для обеспечения устойчивости основания и исключения возможности пучения грунта при его промерзании и осадки при оттаивании. В непучинистых грунтах при залегании уровня грунтовых вод на значительном расстоянии от поверхности земли допускается закладывать подошву фундамента выше глубины промерзания грунта. Размеры подошвы фундамента определяют, исходя из условия, чтобы среднее давление на основание не превышало расчётного давления, величина которого зависит от вида и свойств грунта, глубины заложения фундамента, конструктивных особенностей сооружения. При назначении размеров подошвы фундамента учитывают предельные величины вертикальных деформаций- осадок и подъёмов, при которых ещё обеспечивается необходимая прочность надфундаментных конструкций и соответствие здания технологическим или архитектурным требованиям. При действии значительных горизонтальных нагрузок в том числе сейсмических, а также в случае водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов должна быть обеспечена устойчивость основания.

Виды грунтов и уровень грунтовых вод

Грунт можно разделить на несколько типов:

  • Скальные и каменистые. Наиболее стабильны, не вспучиваются;
  • Хрящеватые, состоят из смеси камней, песка и глины;
  • Песчаные, преобладает крупный песок, хорошо утрамбовывается и не задерживает влагу;
  • Глина водянистая, сильно склонна к пучению. При закладке фундамента требуется убирать большой объём земли и закладывать песчаную подушку;
  • Супеси и суглинки. Это смесь глины с песком. Такой грунт имеет все отрицательные свойства глинистого грунта;
  • Торф. Впитывает большое количество воды. Уровень залегания грунтовых вод в местах с торфяниками очень близко к поверхности;
  • Болотистые представляют собой неоднородную смесь из песчаника, глины и торфа. Плотность грунта и его влажность также неоднородна.

Наиболее распространенные в России виды грунта

От степени влажности грунта зависит его несущая способность, то есть, какой вес постройки он может выдержать.

Если взять Московскую область, уровень грунтовых вод может подниматься на высоту до одного метра от поверхности. Учитывая это, наилучшим решением для небольшого одноэтажного дома будет делать мелкозаглубленный ленточный фундамент. От подвального помещения под домом лучше отказаться.

Этап II. Определение примерной массы постройки

И сюда обязательно нужно вписать массу мебели и всех других предметов, что будут находиться в бане, а также снег, который осядет на крыше и который весить может даже тонну.

Если вы хотите сделать мебель своими руками, советуем прочитать статью _interier/

Всего проверка выбранного типа фундамента будет проходить по трем параметрам:

  • Несущая способность грунта – выше удельной нагрузки.

Что такое несущая способность грунтов? Это характеристика выбранного участка, которая показывает, какую именно нагрузку может выдержать единица площади грунта и какой должна быть общая площадь фундамента бани – чем хуже, как оказалось, грунт может выдерживать давление, тем больше должна быть площадь нулевого уровня. Как определить несущую способность грунта? Вот как: на способность грунтов «держать» фундамент оказывает влияние одновременно целый ряд факторов. Это и тип грунта основания, и его плотность, и сезонная влажность, и близость расположения подземных вод. Это – только пример расчета ленточного фундамента, ведь для каждого участка нужно учитывать свои природные и техногенные факторы.

  • Деформация морозного пучения грунта значительно меньше предельно допустимой для данного фундамента и самой конструкции бани.
  • Напряжения на фундамент, которые могут быть, не больше тех напряжений, при которых потеря упругости в арматуре фундамента может оказаться необратимой.

Так, самые хрупкие и склонные к трещинам – это кирпич и блоки без армирования. Для них показатель деформации не может превышать значения 0,0005. То есть при длине фундамента в 15 метров выгиб стены не может быть более 7,5 мм, в зависимости от чего и делается расчет арматуры для ленточного фундамента.

Читайте также:  Сваебойная установка: виды техники и сфера использования

Пример расчета ленточного фундамента по несущей способности грунта для дома из кирпича

Для получения более достоверных и надежных данных рекомендуется использовать прочностные характеристики грунта, полученные в результате испытаний. Это также приводит, как правило, к уменьшению ширины фундамента при его проектировании (при расчете минимальной ширины фундамента).

Рекомендуемый вариант. Если вам известны прочностные характеристики грунта, конструктивная схема здания (сооружения), длина и высота здания (сооружения), то выбираем данный пункт меню.

Также данный пункт меню выбираем при условии, если прочностные характеристики получены не в результате испытаний, а взяты по таблицам приложения Б СП (Актуализированная редакция СНиП *). Для того чтобы подобрать расчетное значение удельного сцепления грунта [cII] и угол внутреннего трения [φII] по данному приложению необходимо знать тип грунта, коэффициент его пористости [e] и показатель текучести [IL].

Расчетное сопротивление грунта в данном калькуляторе определяется для бесподвальных сооружений.

Если вы обладаете минимальными данными о параметрах здания (сооружения) и о грунте основания, то выбираем данный пункт меню.

Расчет сопротивления грунта основания [R] в данном случае будет осуществлен через формулу, где основным параметром будет служить табличное сопротивление грунта [Ro].

Для нахождения расчетного сопротивления грунта [Ro] воспользуемся приложением В СП Чтобы определить нужное [Ro] необходимо знать тип грунта, коэффициент его пористости [e] и показатель текучести [IL]. В отличие от приложения Б из первого пункта меню, показатель текучести имеет всего два значения 0 либо 1 (в приложении Б показатель текучести имеет 3 диапазона: от 0 до ; от до 0.5 и от 0.5 до ), что облегчает нахождения данного параметра самостоятельно «в домашних условиях».

Самостоятельное определение типа грунта

Самостоятельное определение плотности грунта

Самостоятельное определение коэффициента пористости

Самостоятельное определение показателя текучести

  • Общая длина ленты
  • – Длина фундамента по центру ленты с учетом внутренних перегородок.

  • Площадь подошвы ленты
  • – Площадь опоры фундамента на почву. Соответствует размерам необходимой гидроизоляции.

  • Площадь внешней боковой поверхности
  • – Соответствует площади необходимого утеплителя для внешней стороны фундамента.

  • Объем бетона
  • – 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
  • – Распределенная нагрузка на всю площадь опоры.

  • Минимальный диаметр продольных стержней арматуры
  • – Минимальный диаметр по СП 52-101-2003, с учетом относительного содержания арматуры от площади сечения ленты.

  • Минимальное кол-во рядов арматуры 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 СП 52-101-2003.

  • Шаг поперечных стержней арматуры (хомутов)
  • – 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.

Виды и типы фундамента

По глубине заложения он бывает МЗЛФ (мелкозаглубленным) и просто заглубленным. В первом случае бетонный пояс под малоэтажный дом закапывается всего лишь на 200–400 мм в землю, а во втором – заглубляется до полутора метров (ниже уровня промерзания земли).

Если грунты на стройплощадке скалистые, а грунтовые воды залегают глубоко, то лучше выбрать дешевый и небольшой по объему бетона мелкозаглубленный вариант. На пучинистых, с высоким УГВ и песчаных участках для дома делать придется более мощную и дорогую опору. Нередко смета на подобную основу для жилища выходит такой, что приходится вообще выбирать иной тип основания.

Схема стен с МЗЛФ

Конструктивно ленточное ж/б основание бывает:

Первый вид выполняется путем заливки армированного пояса из железобетона. Второй вариант выкладывается из специальных фундаментных блоков заводского изготовления (ФБС) либо кирпича.

Расчет арматуры

Самый простой способ – это использовать соотношение, что площадь сечения ленты и площадь заложенной в нее продольной арматуры находятся в пропорциях 1:0,001. К примеру, если площадь сечения ленты равна 0,4 м² (это 1 м высоты и 40 см ширины), то площадь арматуры равна: 0,4 х 0,001 = 0,0004 м².

Теперь определяется количество стержней в одной решетке. Обычно шаг их установки 20 — 30 см, значит, в одной сетке их должно быть приблизительно 4 ряда. А так как в ленточном фундаменте устанавливается две или три решетки (пусть будет 2), то количество рядов умножаем на 2, получаем восемь рядов. Поэтому площадь арматуры делим на 8: 0,0004:8 = 0,00005 м² — это площадь одного арматурного прута.

По формуле круга, а это S = πD²/4, можно вычислить диаметр арматуры:

D= 4S/π = 4 х 0,00005/3,14 = 0,008 м или 8 мм. Это и есть диаметр арматуры, которую необходимо закладывать в ленточный фундамент.

Что касается длины элементов каркаса, то продольные стержни – это длина ленты, умноженная на количество рядов, в нашем случае «8». Вертикальная и поперечная арматура и проволока определяются:

  • первая из расчета глубины фундамента и шага их установки;
  • вторая из расчета ширины конструкции и шага установки.

Нельзя укладывать армирующий каркас по поверхностям фундамента. Он должен располагаться внутри тела конструкции. Поэтому существуют нормы отступления арматуры от краев основы, которые варьируются в диапазоне 5 — 8 см.

Расчёт ширины фундамента

Процесс расчёта складывается из нескольких этапов:

  • На первом этапе следует определиться с типом грунта, как это сделать говорилось немного выше;
  • Дальше по специальной таблице нужно определить, сколько можно дать нагрузку на один сантиметр квадратный столба, который стоит на разных грунтах.

Дальше следует определить пористость грунта. Для этого нужно аккуратно вырезать десятисантиметровый кубик земли и взвесить его.

Нужно его измельчить и определить объём с помощью мерного стакана. Дальше применяют следующие формулы: А=1-Р1/Р; Р1=П/В0;Р=П/В1.

В этих формулах Р и Р1 – объёмный вес земли в естественном и уплотнённом состоянии, П- вес одной единицы объёма грунта, В0 и В1 – объёмы грунта в естественном и уплотнённом состояниях.

И теперь опять по специальной таблице выбираем сопротивление грунта. Например, супеси имеют сопротивление 3 килограмма на сантиметр квадратный с коэффициентом 0,5.

Третьим этапом нужно рассчитать вес постройки, которая будет располагаться на этом фундаменте.

Далее, учитывая несущую способность того грунта, где стоит постройка, можно рассчитать количество столбов, а точнее шаг, с которым они должны устанавливаться. Так же это поможет вычислить и сечение каждого столба.

Например, из таблицы можно взять следующие данные

Деревянные или каркасно-панельные стены, толщина которых равна 15 сантиметров оказывает давление примерно 40 килограмм силы на метр квадратный.

Важно возводить фундамент по правилам, иначе не успев заселиться в дом, придется осуществлять ремонт основания

Таким образом, рассчитываем полный вес стен и по другой таблице смотрим нагрузку от перекрытия. Например, цокольное железобетонное перекрытие оказывает нагрузку в 300-500 килограмм силы на метр квадратный квадратный метр стены, изготовленной из ячеистых блоков плотностью 600 килограмм на метр кубический, оказывает давление примерно в 120 килограмм силы на метр квадратной.

Опять подсчитываем полную нагрузку от всего перекрытия. Затем вычисляем таким же образом нагрузку от крыши. После этого расчёта необходимо все получившиеся массы сложить и получить суммарную массу всего дома, или постройки.

Когда вес найден, то можно прибавить к нему вес отделки и мебели. Дальше просто делим весь вес на количество столбов и получим массу, которая приходится на один столб. После этого делим массу на площадь опоры одного столба.

Например, пусть получилась масса на один столб около 10000 килограмм. Пусть столб имеет квадратное сечение со стороной примерно 1 метр. Тогда его площадь опоры составит 1 умноженное на 1 – 1 квадратный метр, то есть 10000 квадратных сантиметров.

 Из этих расчётов не трудно вычислить вес на один квадратный сантиметр грунта под столбом, то есть 10000 разделить на 10000, и получим ровно 1 килограмм на сантиметр квадратный.

Затем смотрим из таблицы в первом пункте, какой несущей способностью обладает тот грунт, на котором стоит постройка. Если она меньше этой цифры, то следует увеличить площадь столба или количество столбов, если же она больше, то значит, все данные фундамента выбраны верно.

Расход цемента

При расчётах массы дома допускается не учитывать вес внутренней отделки и мебели, ровно так же, как и людей, находящихся в доме. Это связано не с тем, что этот вес мал, а с тем, что при расчёте массы стен не учитывались проёмы, то есть двери, окна, арки и так далее.

Преимущества мелкозаглубленных фундаментов

Мелкозаглубленный ленточный фундамент для малоэтажных зданий отличается следующими преимуществами:

  • экономичность и более низкая цена в сравнении с монолитными плитными основаниями;
  • возможность строительства на пучинистых, песчаных грунтах;
  • надежность, устойчивость к деформационным, динамическим нагрузкам;
  • меньший расход материалов.

Ленточные мелкозаглубленные фундаменты отличаются простой и надежной конструкцией, но их проектирование и строительство все равно рекомендуется доверять квалифицированным специалистам.

Особенности расчета толщины фундаментной плиты

В расчете толщины плитного фундамента учитываются следующие параметры конструкции:

  • расстояние (зазор) между арматурными сетками;
  • толщина слоя бетона над арматурой сеткой – верхним и нижним поясами;
  • толщина арматурных стержней.

Оптимальной толщиной монолитной плиты фундамента для большинства построек принято считать 200-300 мм. Однако на практике на этот параметр оказывает весьма существенное влияние состав грунта и равномерность залегания пород на участке застройки.

Да и габариты надземной части имеют большое значение. Чем сильнее разнесены несущие стены, тем толще должна быть монолитная плита.

В противном случае величина изгибающего момента приведет к появлению трещин в фундаменте.

Освоить методику проще на примере расчета плитного фундамента.

Определение оптимальной площади плиты

Необходимая площадь монолита зависит от величины суммарной нагрузки и расчетного сопротивления грунта.

Для обеспечения большей надежности в формулу расчета вводится коэффициент надежности по нагрузке.

Имея на руках все необходимые величины, площадь можно рассчитать по формуле:

S > Kн x F/Kp x R, где

Kн – коэффициент надежности фундамента по нагрузке (1,2);

F – полная нагрузка на плиту: включает в себя общий вес здания, оборудования, людей, мебели, а также ветровой и снеговой нагрузок;

Кр – коэффициент условий работ: зависит от типа грунта, служащего основанием для фундамента. Принимается в пределах 0,7-1,05;

R – расчетное сопротивление грунта: зависит от его типа и принимается по таблицам, содержащимся в СНиП или строительных справочниках.

Для примера приведем некоторые величины R, кгс/см 2 :

  • 0,35 – для мелких и пылеватых плотных песков, суглинков – пластичных и твердых;
  • 0,5 – для твердых и пластичных супесей, твердых глин;
  • 0,25 – для песков мелких средней плотности и пластичных глин.

Рассчитав общую нагрузку и площадь, можно приступать к определению давления на 1 кв. см площади плиты. Для этого надо просто поделить первую величину на вторую. Полученный результат сравниваем с табличными данными.

  • планируется построить здание общим весом 250 тонн;
  • тип грунта на строительной площадке – суглинок пластичный (R = 0,35 кгс/кв. см);
  • площадь плиты – 100 кв. м (на основании расчета по формуле, приведенной выше).

На такой площади грунт может выдержать 350 тонн нагрузки. Разница между общей нагрузкой от здания и допустимой составит 100 тонн. Это и есть максимальный вес плиты фундамента которую выдержит грунт .

Особенности расчета толщины фундаментной плиты

Переводим эту разницу в кубы (объем плиты), исходя из того, что один кубометр железобетона весит в среднем 2,5 тонны и получаем 100. 2,5 = 40 куб. м.

Если объем разделить на площадь, то в результате получится искомая максимальная толщина плиты:

40. 100 = 0,4 м или 40 см.

Особенности расчета толщины фундаментной плиты

Можно сказать, что расчет толщины плитного фундамента завершен. Мы получили максимально допустимую толщину монолита, превышать которую не позволят характеристики грунта.

Но затраты на строительство фундамента можно существенно уменьшить, если принять во внимание такой параметр, как прочность на сжатие бетона. Он зависит от марки материала

Например, у бетона В22,5 он составляет 22,5 кг/кв. см. Чтобы узнать, какая площадь бетонной основы сможет выдержать нагрузку в 250 тонн, надо разделить ее на 22,5

Особенности расчета толщины фундаментной плиты

Он зависит от марки материала. Например, у бетона В22,5 он составляет 22,5 кг/кв. см. Чтобы узнать, какая площадь бетонной основы сможет выдержать нагрузку в 250 тонн, надо разделить ее на 22,5.

250/22,5 = 11,1 кв. м.

Особенности расчета толщины фундаментной плиты

Определяем уровень воды

Начинайте копать и исследовать почву. Вооружившись лопатой, выкапываем метровую яму. От того что вы в ней увидите и зависит глубина заложения фундамента. Если на дне не видно воды, значит, почвенная влага залегла глубоко и вам очень повезло! Если на свет показался гравий, песок и камни, можно обойтись стандартным ленточным фундаментом. Если же в яме присутствует вода, нужно углубиться на 1, 5 метра. Только после этого можно будет выбрать тип заложения основы дома. При этом следует учитывать климат региона, силу нагрузки, но главное – уровень грунтовых вод .