Фундаменты и основания проектируют так, чтобы они были устойчивыми и прочными. Расчет фундамента делается с учетом несущей способности и деформации грунта для определения оптимальной конструкции и размеров. Опора под действием нагрузок несколько смещается, что недопустимо по нормам эксплуатации строения. Из-за этого фундаменты рассчитываются методом предельных состояний, так, что малое увеличение усилий приводит к разрушению.
Влияние грунта на глубину заложения фундамента
При расчете фундамента необходимо знать характеристики грунта и будущие нагрузки
Углубленность в грунт зависит от типа строения и его конструкции. Для расчета собираются нагрузки, действующие на основание. Геологические условия, степень пучения почвы, осаждение и промерзание являются важными показателями для расчета фундамента. Глубина заложения принимается не меньше 0,5 м (исключая скальные породы).
В каждом случае углубление рассчитывается по индивидуальным правилам так, чтобы принять минимальную величину для снижения объема выемки грунта, уменьшить работы по реструктурированию почвы ниже подошвы котлована. Упрощается водоотведение с участка при выборе оптимальной степени заглубления основания в грунт.
Правила определения глубины заложения:
- подошва опускается в толщу несущего слоя на 10 – 15 см,
- не допускается присутствие под подошвой основания грунта небольшой толщины, если его технические характеристики уступают свойствам подкладываемого слоя,
- закладку делают выше отметки подъема грунтовой жидкости для исключения работ по водопонижению при строительстве.
Величина углубления оснований назначается без учета степени промерзания под внутренними стенами в строениях с отоплением, если грунты предохраняются от увлажнения с начала строительства и до ввода в работу.
Что включает в себя расчет фундамента
Виды фундаментов
Проектировщик собирает нагрузки с наземного строения и подбирает конструкцию основания. Подземная часть здания работает совместно с грунтом, поэтому характеристики почвы также учитываются, например, ее возможность выдерживать предельные усилия.
Расчет фундамента состоит из таких частей:
- расчет по сопротивлению нагрузкам (несущая способность),
- расчет по деформации почвы.
Проектирование проходит отдельной фазой или в составе проекта «под ключ». Используются следующие конструкции фундаментов:
- ленточная (монолитная или сборная железобетонная),
- столбчатая с балками или без,
- свайная,
- из плит,
- другие виды.
До начала расчета у конструктора должны быть строительные условия возведения, геодезические и инженерные характеристики объектной площадки, климатические показатели в районе. Специалист работает с архитектурными чертежами и детальными разрезами узлов, использует сведения о технологических и конструктивных особенностях строения.
Конструктор приводит перечень нагрузок, воспринимаемых фундаментом, и в письменной форме предлагает варианты при выборе его типа. В составе проекта прилагаются общие и деталировочные чертежи с описанием основания, отметками заглубления, габаритными размерами. Приводится спецификация материалов, расчет бетона на фундамент, требования к арматуре и проект опоры.
Расчет по несущей способности грунта
В процессе рассчитывается ширина, высота, давление на подошву и другие критерии. Основание считается надежным, если произведение нижней площади на несущую способность будет больше, чем нагрузки от веса здания.
Формула S · H >, P, где:
- S — площадь подошвы, м²,
- H — несущая способность, кг/м²,
- P — масса строения со всеми нагрузками, кг.
Расчет фундамента для дома ведется по следующей методике:
- определяется показатель сопротивления грунта нагрузкам,
- высчитывается общий вес строения,
- находится величина давления на почву,
- сравнивается нагрузка и несущая способность земли, вносятся исправления в размерные параметры.
Снеговую массу на кровле можно высчитать по удельному весу покрова. Например, в средней полосе показатель составляет 100 кг/м². Если в здании есть нестандартный объект, например, бассейн, его вес прибавляется к общей массе.
Вес людей для загородного дома, квартиры в городе и коттеджа считается по формуле Рл. = 400 кг/м² · Sп., где:
- Рл. — вес людей, кг,
- Sп. — площадь дома, м².
В результате выбирается правильное равновесие показателей для обеспечения устойчивости и прочности дома. Расчет исключает сдвиг подошвы и опрокидывание конструкции.
В проекте учитывается направление нагрузок, например, наклонные, вертикальные или горизонтальные. Для этого применяются коэффициенты, которые есть в справочниках конструктора и проектировщика.
Расчет на деформацию грунта
При расчете учитывается проектное сопротивление почвы на уровне размещения фундаментной подошвы. При заглублении на 1,5 метра и ниже показатель грунта берется из таблиц.
Некоторые значения:
- гравий с песчаным или глинисто-пылеватым заполнителем — 4 5 кг/см²,
- щебень с аналогичным наполнителем — 4,5 – 6 кг/см²,
- крупные и средние пески средней и высокой плотности — 2,5 – 4,5 кг/см²,
- пылеватые и мелкие пески маловлажные и влажные — 1,5 – 2 кг/см².
- супеси (пористость 0,3 – 0,7) — 2 – 4 кг/см²,
- суглинки — 1 – 4 кг/см²,
- глины — 1 – 9 кг/см².
Если фундамент углубляется меньше 1,5 м, плотность под нижней границей будет отличаться. Для расчета применяется формула R = 0.005 · Ro · (100 + h / 3), где:
- Rо — значение из таблицы для глубины 1,5 м,
- H — расчетная глубина.
Деформации опор строений бывают осадочными и просадочными. Первый вид включает понятия: полное, среднее или дополнительное оседание под нагрузкой, что определяется количеством измененных участков. Дополнительные деформации бывают от увлажнения дождем и талым снегом, при неправильно выполненной отмостке вокруг дома. Основания осаждаются из-за динамического действия оборудования, протечек канализации, водопровода.
Просадки – провальные деформации, при которых грунт изменятся коренным образом. Для их предупреждения лессовидные и рыхлые песчаные почвы уплотняются, мерзлые грунты оттаиваются.
Основные этапы расчета
Карта глубины промерзания грунта
При проектировании подразумевается, что нагрузка от веса строения распределяется равномерно по площади опоры. Во влажных суглинистых и глинистых почвах жидкость замерзает быстро, грунт вспучивается. Такая особенность этих типов негативно сказывается на несущей способности.
Аналогично действует высокая отметка почвенных вод, если глубина замерзания находится значительно ниже. Неравномерность такого процесса ведет к перекосу фундамента и появлению трещин, в результате дом требует ремонта уже через 2 – 3 года.
Расчет ленточного фундамента предполагает проведение этапов:
- нахождение массы строения путем сбора полезных и вредных нагрузок на конструктивные элементы дома,
- выбор размеров опоры,
- корректировка габаритов после окончательного расчета и проверки параметров.
Ошибки проектирования заключаются в том, что глубина примыкающего основания делается больше, чем подошва существующей опоры строения. Прочность фундамента страдает, если он делается на мелкой глубине (50 см) от уровня пола из газобетона, что часто встречается в гараже или подобных строениях. Нельзя допускать, чтобы на основание дома перераспределялись усилия, которые больше, чем несущая характеристика опорной части.
Определение веса конструкций дома
Нагрузка стен и перекрытий на фундамент
Для начала определяется вид грунта и высота стояния почвенных вод для региона строительства. Учитываются материалы, которые применяются для конструкции каркаса здания, кровли, наружной и внутренней отделки. Планировка строения, его этажность и вид крыши берется из архитектурных и строительных чертежей.
Приблизительная масса дома складывается из постоянной и временной нагрузки. К постоянной относится собственный вес стен, кровли, перекрытий. Учитывается давление земли и почвенных вод на боковые стенки основания.
Временная нагрузка бывает:
- длительная,
- кратковременная,
- особый вид.
К длительному давлению относится усилие, передаваемое от оборудования, воздействие веса материалов, хранящихся на складе, мебели. Кратковременное усилие возникает при нахождении людей, нагрузка включает вес подъемных механизмов в производственных цехах, действие снега и ветра на крышу.
Особый вид включает аварийные ситуации, сейсмические воздействия, изменение усилий при просадках грунта от горных выработок. Правильно рассчитать ленточный фундамент можно только после сбора нагрузок в наиболее неблагоприятных сочетаниях, которые показывают максимально опасные позиции.
Определение размеров фундамента
Площадь основания определяется так, чтобы в процессе эксплуатации не наблюдалась осадка грунта. Нагрузка на почву уменьшается, если квадратура и периметр подошвы увеличивается. Для ленточного типа делают больше ширину по всей протяженности, а для столбчатого повышают число опор, увеличивая их габариты (до 500 мм по ширине и длине).
Размер фундамента принимается стандартный (500 мм) для двухэтажных или одноэтажных дачных строений, т.к. нагрузка от здания небольшая и грунт не осаживается со временем. Специалисты рекомендуют столбчатые опоры без существенного увеличения горизонтальных размеров. Если требуется увеличить несущую способность, расширяется нижняя часть опоры и столб приобретает вид перевернутого стакана.
В остальных случаях габариты основания зависят от толщины стен дома и глубины замерзания почвы в зимний период. Под тяжелое здание из кирпичных стен (500 мм) и железобетонного перекрытия делают ленточный монолитный фундамент с армированием или применяют сборные блоки. В строении с подвалом также делается ленточный тип, но основание заглубляется ниже подполья. Толщина ленты делается аналогично размеру стены.
Корректировка размеров фундамента
Исправление и подгонка размеров делается для выбора наиболее выгодного варианта, чтобы правильно рассчитать бетон на фундамент по выбранным габаритам основания. Если полученная несущая способность превышает расчетную нагрузку от строения на 15 – 20%, в целях экономии габариты опоры можно уменьшить.
Откорректированные размеры по ширине и длине проверяются новым расчетом. Учитывается обстоятельство, что при сборе нагрузок следует брать изменившуюся кубатуру фундамента и его уменьшенный вес.
Окончательный подсчет ведется по формуле Н >, к · Р / (d · R), где:
- Н — несущая способность, зависит от размеров основания,
- к — коэффициент расчета надежности, постоянно равен 1,2,
- Р — нагрузка дома, посчитанная сбором усилий,
- d — табличный коэффициент, зависит от вида почвы и типа строения,
- R — сопротивление грунта, принимается по таблице.
Площадь подошвы ленточного основания считается умножением ширины полосы на общую протяженность конструкции. При корректировке длину опорной ленты уменьшить не удастся, поэтому работают с размером по ширине. Корректировка столбчатого типа означает подбор числа стаканов и изменение их габаритов.
Как самому определить тип грунта на участке
Классификация почвы – сравнение механических и физических параметров искомого грунта с характеристиками, используемыми в нормативах. Самостоятельная оценка является ориентировочной и приблизительной, поэтому при расчете несущая способность берется с некоторым запасом.
Визуальный метод определения:
- Глинистая почва при растирании в сухом состоянии дает ощущение порошка, комья трудно раздавливаются. Увлажненная глина остается мягкой и пластичной, мажется на пальцы, скатывается в колбаску. Лепешка при сдавливании получается без краевых трещин.
- Суглинки в сухом виде дают ощущение песчаных крупинок, комья легко рассыпаются при ударе. Влажная масса скатывается в колбаску, но при сгибании дает трещины, а лепешка получается с разломами по краям.
- Супесчаный грунт в сухом состоянии напоминает муку или пыль. Влажная масса образует комья малой прочности, которые рассыпаются. У влажной массы отсутствует пластичность, она не скатывается в кольцо, не расплющивается в лепешку.
Песок представляет собой рыхлую массу без связи между мелкими частицами. В сухом состоянии просыпается между пальцами, а во влажном виде отсутствует пластичность, липкость и связность.
Пример расчета ленточного фундамента
Для расчета выбирается участок протяженностью 1 м. Определяются усилия, действующие на этот кусок путем деления общей нагрузки от здания на требуемую площадь. В результате расчета получится ширина основания, проверится соотношение удельного давления на почву под участком ленты и сопротивления земли.
Пример: Рассчитывается нагрузка здания сбором усилий. Показатель расчетного сопротивления содержится в таблице ДБН В.1.2. – 10 2009. Общая масса строения 238 т делится на площадь основания участка ленты 21,4 м2 и находится давление под подошвой, равное 11,12 т/м2. Из таблицы видно, что аналогичный расчетный показатель грунта составляет 20,0 т/м2, значит фундамент с выбранными габаритами будет надежно работать и не осядет под нагрузкой, при этом задается необходимый запас прочности.