5.6.3. Расчет устойчивости фундамента по схеме плоского сдвига

Фундамент – один из самых важных элементов предстоящей постройки.Если он спроектирован с ошибками, то в будущем могут возникнуть большие проблемы.

Определяем приблизительный вес здания P1

  1. Он включает в себя суммарный вес его составляющих. Всех стен, перекрытий, отделки, окон и дверей, потолка и крыши, лестниц и используемого крепежа, тепло- и гидроизоляционных материалов.

    Если применяются стандартные строительные элементы (блоки фундамента, балки, тепло- и гидроизоляционные покрытия, листы ДВП и т.д.), соответствующие нормативным документам, то вес определяется по их размерам и количеству.

  2. Следует учесть полезную нагрузку, создаваемую мебелью, бытовыми приборами, а также максимальным количеством людей, которые могут одновременно находиться в доме. Для прикидочных расчетов ее величина обычно принимается равной произведению общей площади дома на 0,180 т/м2.
  3. Используя нормативные данные по региону, где планируется строительство, определяем снеговую нагрузку, которую создает слой выпавшего снега на крыше.
  4. Определяем силу воздействующего на строение ветра. Ветровая нагрузка приблизительно равна произведению:
Определяем приблизительный вес здания P1

S х (40 + 15h),

Определяем приблизительный вес здания P1

где S – площадь строения, а – его высота.

Определяем приблизительный вес здания P1

Складывая все полученные величины пунктов 1- 4, и переводя вес в тонны, получим общую примерную нагрузку, действующую на фундамент со стороны здания — P1.

Калькулятор расчета фундамента

Залогом прочности любого строения является фундамент – эта истина неоспорима. Поэтому для создания надежного основания, способного выдержать вес конструкции дома, необходимо произвести расчет фундамента – определить его геометрические параметры и оценить целесообразность использования выбранной разновидности основания с учетом конкретного типа грунта. Услуги профессиональных конструкторов не всегда устраивают застройщиков ввиду их высокой стоимости, да и всегда есть желание проверить результаты расчета. В связи с этим предлагается освоить основные правила и последовательность проведения вычислений.

Расчет нагрузки на фундамент

Надежность и безопасность сооружения зависят от согласованности выбранного фундамента с сопротивляемостью грунта нагрузке. Этот параметр для разных почв варьируется от 1 – 3 кг/см2 (для пластичной глины) до 5 – 6 кг/см2 (для гравия или щебня).

Калькулятор расчета фундамента

Самостоятельно найти общую нагрузку на почву под основанием довольно сложно. Итоговая сумма состоит из нескольких слагаемых.

  • Вес дома. Его находят, суммируя массу всех конструктивных элементов здания: стен, перекрытия, крыши и фундамента. Отправные данные для вычислений: высота и толщина стен, перегородок, облицовочных слоев, отделки; тип кровли; вид перекрытия; габариты лестниц; состав и габариты фундамента (его ширина предварительно принимается равной толщине стен, а потом уточняется). Согласно исходной информации по справочникам находят удельный вес каждого материала (кг/м2, кг/м3) и умножают на соответствующую площадь или объем.
  • Полезная нагрузка. Это приблизительный вес мебели, отопительного оборудования, коммуникаций, бытовой техники, всех жильцов дома. Чтобы упростить вычисления, берут усредненное значение удельной нагрузки 180 кг/м2 и умножают на площадь дома.
  • Сезонная нагрузка. Она представляет собой давление снежного покрова. Показатель удельного веса снега зависит от климатической зоны и варьируется от 190 кг/м2 (для северной зоны) до 50 кг/м2 на юге России. Удельный показатель умножают на общую площадь кровли (удвоенное произведение длины ската на длину карниза). Для более точных расчетов учитывают угол наклона крыши: чем он больше, тем меньше снега скапливается на кровле.

Посчитав суммарную нагрузку, ее делят на площадь фундамента. Полученное значение должно быть меньше несущей способности грунта на участке, иначе дом «поплывет». Если это условие не соблюдается, изменяют размерные параметры основания.

Как рассчитать вес строения и нагрузку на фундамент

Безусловно, что все выполняемые вами расчеты будут лишь приблизительными, однако их с успехом можно применять при выборе типа фундамента под строение. Произведем примерный расчет строения исходя из предложенных параметров:

Жилой дом в один этаж.

Размер 10х6 метров.

Внутри дома расположена одна разделяющая стена.

Высота этажа строения 2,5 метра

Перекрытия чердака, а так же цоколя выполнены по балкам с применением утеплителя, плотность которого составляет до 200 кг/м3.

Кровля покрыта — рубероид + шифер

Дом находится в центральной части России.

Первым делом рассчитаем общую длину стен строения: (10+6)х2+6=38 метров, где последняя 6 — это центральная перегородка внутри дома.

Исходя из полученного, можем узнать общую площадь стен строения: 38х2,5=95 м2.м., где 2,5 — это высота этажа.

Как мы видим, площадь цокольного и перекрытий чердака одинаковы и составляют: 10х6=60 м2.

Площадь кровли считается с расчетом на то, что по всем сторонам сооружения будет произведен напуск как минимум 0,5 метра. Тогда она составит: 11х7=77 м2.

Все расчеты, которые зависят от конкретной постройки, произведены. Далее, необходимо полученные значения сопоставить со значениями, приведенными в специальных таблицах и перевести все это в килограммы. При расчетах, в целях безопасности, необходимо придерживаться верхних величин. Так же необходимо помнить о временных нагрузках. Так, например, для центральной части России, он составляет 100 кг/м2.

Таким образом, сопоставив выполненные нами расчеты с таблицей, получаем:

Масса стен дома: 95х270=25650 килограмм.

Цокольное перекрытие: 60х150=9000 килограмм.

Перекрытия чердачного помещения: 60х100= 6000 килограмм.

Кровельные материалы: (50+50)х77=7700 килограмм.

Нагрузка на крышу от снежной массы: 100х77=7700 килограмм.

Таким образом, общая масса строения получается: 25650+9000+6000+7700+7700=56050 килограмм. Если округлить, то получается, что предполагаемое строение будет иметь вес в 56 тонн.

Исходя из получившегося результата, можно спокойно производить расчеты необходимого фундамента, который идеально подойдет для вашего случая. Таким образом, вы будете на 100% уверены, что ваш фундамент выдержит возложенные на него нагрузки. В то же время, вы сможете сэкономить немало сил, а главное средств, если бы вы затеяли строительство заведомо более мощного основания, чем оно необходимо.

Съемный аналог

Таблица расчета глубины фундамента.

Съемный аналог

Идеальным материалом для нее является дерево. Этот материал тоже не является дешевым, но в дальнейшем его можно использовать для других строительных работ, например, для настила пола или сооружения других конструкций из дерева. В конце концов, ее можно взять в аренду. Помимо этого, если материал используется одинаковый, то он легко подгоняется и достаточно просто соединяется. Требуется минимум инструментов: молоток и пила. Есть и минусы – сложно создать закругления, если таковые нужны. Еще такую конструкцию сложно выровнять и установить строго вертикально, но тут вам в помощь отвес или гидроуровень. Чтобы усилить мощность конструкции, иногда используют распорки.

Тяжесть на грунтовое основание

Таблица рекомендуемых пропорций фундаментов в зависимости от расстояния.

Рассмотрим один пример калькуляции нагрузок на фундамент и того, как выбрать основание. По условию задачи нам дан двухэтажный дом, площадью 6 х 6 м и высотой этажа 2,5 м. Для начала найдем длину внешних и внутренних стен одного этажа. Для этого (6 + 6) х 2 + 6 = 30 м. Умножаем данную сумму на 2 и получаем длину двух этажей. В нашем случае получается 60 м.

Схема расчетов нагрузки, допускаемых на сваю, с учетом допустимых перегрузок.

Следующим шагом станет определение площади стен. Для этого 60 м х 2,5 м = 150 м2. Далее следует вычислить площадь перекрытий чердачного и цокольного уровней (6 х 6 = 36 м2). В большинстве случаев крыша выступает за стены конструкции. Для примера в расчет возьмем длину выступа 50 см и определим площадь. В этом случае длина получится на 1 м больше (7), таким образом, площадь получится 49 м2.

Затем находим дополнение побочных нагрузок на фундамент (мебель, оборудование, люди). К примеру, 100 кг/кв.м (49 кв.м х 100 кг/кв.м = 4900 кг), все суммируем и получаем цифру воздействия на несущее основание. Примерный расчет и сбор нагрузок на фундамент разных типов строения, включая временные осадки.

Вид строения Стеновые конструкции Чердак Цоколь Крыша Временные осадки Полученный результат
Каркасный дом 7 500 кг 3 600 кг 5 400 кг 1 470 кг 4 900 кг 22 870 кг
Кирпичный дом 40 500 кг 3 600 кг 5 400 кг 1 470 кг 4 900 кг 55 870 кг
Строение из железобетона 52 500 кг 18 000 кг 18 000 кг 3 920 кг 4 900 кг 97 320 кг

На непучинистых грунтах самая малая глубина заложения несущего основания должна быть 0,5 м. Если говорить о российских регионах, то придел грунтового промерзания составляет примерно 1,2 м. В этом случае фундамент закладывают на глубину 1,5 м. Жилое строение исключает замерзание грунта под собой, поэтому с учетом нагрузок минимальная глубина должна быть 0,5-0,7 м. Если грунт рыхлый, то его необходимо заменить на более плотный.

Основные виды нагрузки

Перед тем как начинать расчет нагрузок, важно узнать, что есть три основных категории, которые могут составлять эту нагрузку:

  1. Статистическая величина. К данной категории относится вес самой конструкции и каждого отдельного элемента дома.
  2. Второй тип – это воздействия, вызванные погодными условиями. Ветер, дождь и прочие осадки тоже должны участвовать в расчете.
  3. Предметы, которые будут находиться уже внутри дома, тоже оказывают определенное давление, поэтому расчет нагрузки на фундамент обязательно должен включать эти показатели.

Тип основания зависит от вида почвы, на которой оно возводится. Поэтому важным является и расчет нагрузки на грунт. Фундамент также оказывает давление и характеризуется такими показателями, как общая площадь опоры и глубина ее залегания.

Как рассчитать?

Нагрузка на фундамент определяется совокупностью нагрузок всех составных элементов здания. Чтобы правильно высчитать это значение, нужно посчитать нагрузку стен, кровли, перекрытий, воздействие природных факторов, например, снега, сложить все это вместе и сравнить с тем значением, которое считается допустимым.

Не стоит забывать и о типе почвы, который оказывает прямое влияние на то, какой тип фундамента предпочесть и на какую глубину его закладывать. Например, если на участке очень подвижные и неравномерно сжимаемые почвы, можно использовать фундаментную плиту.

Как рассчитать?

Для того чтобы определение нагрузки было максимально точным, необходимо собрать следующую информацию:

  • Какова форма и размер будущего дома.
  • Какой высоты будет цоколь, из каких материалов его планируется делать, какова будет наружная его отделка.
  • Данные по наружным стенам здания. Нужно учесть высоту, площадь, занимаемую в стенах фронтонами, оконными и дверными проемами, из каких материалов они будут сложены, какие материалы будут использоваться при наружной и внутренней отделке.
  • Перегородки внутри здания. Определяют их длину, высоту, площадь, которая будет занята дверными проемами, материал, из которого перегородки будут выполнены, и каким образом будет осуществлена их отделка. Отдельно собираются данные по несущим и не несущим конструкциям.
  • Крыша. Учитывают тип кровли, ее длину, ширину, высоту, материал изготовления.
  • Расположение утеплителя – на перекрытии чердака или в пространстве между стропилами.
  • Перекрытие цоколя (пол на первом этаже). Какого типа оно будет, какую будет иметь стяжку.
  • Перекрытие между первым и вторым этажами – те же данные, что и у цокольного перекрытия.
  • Перекрытие между вторым и третьим этажом (если планируется многоэтажное здание).
  • Перекрытие чердака.

Масса здания и полезная нагрузка

Массой здания понимается вес всех строительных материалов, которые входят его в конструкцию. Но при этом значение имеет и его форма, то есть низкое и длинное здание само по себе более устойчиво, поэтому большая глубина фундамента не потребуется. А вот высоким постройкам малой опорной площади требуется дополнительная опора, поэтому фундамент должен быт глубже, а сама лента – шире.

Широкий фундамент более устойчив, поэтому данное правило должно соблюдаться для всех высоких тяжелых построек.

Несущая нагрузка – это та, которая создается в здании после сдачи его в эксплуатацию. Складывается она из веса мебели, какой-либо дополнительной отделки, конечно же людей, а также различных временных факторов, например, периодическое хранение каких-либо тяжелых материалов.

Нельзя исключать и количество снега, которое скапливается на крыше за зиму, а также убирается он или лежит до весны. Влияет на несущую нагрузку и активность, происходящая внутри здания – если это просто жилой дом, то такое влияние минимально, а вот если это какой-либо производственный цех с офисами на втором этаже, здесь мало учесть только вес оборудования, материалов производства и людей.

Роль будет играть и тип создаваемой производством нагрузки – вибрация, влажность, какие-либо ударные воздействия и подобные факторы.

От всех этих факторов помимо размеров фундамента и его глубины зависит тип заполнения, например, кирпич, бутовый камень или бетон, а также марка цемента и бетона, и количество арматуры, которая требуется для создания армирующего пояса.

Этот пункт является одним из самых расходных, так как ленточный фундамент предполагает надежное армирование в два ряда из прутьев 10-13 мм в два прута каждый ряд и нахлестом до полуметра, в зависимости от индивидуальных требований.

Связывается между собой арматура стальной проволокой (использовать сварку крайне не желательно), поэтому ее тоже потребуется приличное количество.

Все эти факторы являются основными при расчетах, а точные формулы и значения промерзания почвы с уровнем грунтовых вод для каждого региона можно найти в соответствующих СНиПах, касающихся строительства фундаментов.

От каких факторов зависит шаг?

Минимальным расстоянием между двумя соседними винтовыми сваями является двойной диаметр лопасти.

Максимум ограничивается несущей способностью опор и жесткостью ростверка, испытывающего нагрузку от веса дома.

Каждый пролет между опорами можно рассматривать как балку, жестко закрепленную с двух концов.

От каких факторов зависит шаг?

Тогда величину нагрузки необходимо рассчитать таким образом, чтобы балка не была деформирована или разрушена, а прогиб в центральной точке не превышал допустимых значений.

На практике обычно поступают проще — на основании многочисленных расчетов и эксплуатационных наблюдений выведено максимальное расстояние между соседними сваями, равное 3 (иногда — 3,5) м.

Эту величину считают критической, если по несущей способности опор получаются пролеты больше 3 м, то добавляют 1 или несколько свай для уменьшения шага.

Пример расчета нагрузок на фундамент

Для вычисления общей суммы нагрузок на основание дома рассмотрим пример. В качестве объекта, для которого производятся расчеты, возьмем одноэтажное здание с имеющейся мансардой. За главный источник информации примем подробный план жилого дома, на котором указаны все размерности и применяемые стройматериалы.

Для начала определим исходные данные для сбора нагрузок:

  • конструкция дома включает в себя один этаж и мансарду;
  • габариты здания равны 15×15 м;
  • расстояние между перекрытиями — 3 м;
  • стены постройки — бревенчатые, а их толщина — 50 см;
  • здание подлежит облицовке пустотелым кирпичом. Толщина внешнего слоя приравнивается к 15 см;
  • прямо над цокольным этажом располагается перекрытие. В качестве материала используются пустотелые железобетонные плиты;
  • перекрытие для мансарды выполнено из того же материала, что и над цоколем;
  • стропильная крыша отделана шиферной кровлей.

Получаем результаты

Первым делом необходимо произвести подсчет площадей всех частей конструкции. В итоге получаем такие результаты:

  • общая площадь перекрытий будет равна 15*15 м или 225 м²;
  • площадь несущих стен здания — 180 м² (4*15*3 м). Это значение также включает в себя дверные и оконные проемы;
  • мансарда будет иметь площадь 69 м², что вычисляется сложением 1*4*15 и 3*3;
  • суммарная площадь стен равна 294 м²;
  • при расчетах площади кровли получаем 225 м² (1*15*15).

Дальнейшие действия производим приравниванием исходных данных к табличным значениям средних нагрузок на фундамент. Расчеты выполняем следующим образом:

  • вес бревенчатых стен находим в виде произведения несущих стен здания, их толщины и средней массы одного м3 (180*0,5*600=54 т);
  • массу облицовочного кирпича выражаем как суммарную площадь стен, умноженную на толщину кладки и на усредненную плотность кирпича (294*0,15*1400=61,74 т);
  • нагрузка с перекрытий для цоколя и мансарды равна произведению общей площади перекрытий и усредненной плотности железобетонных плит (225*500=112,5 т);
  • расчет веса кровельного материала производим в виде умножения площади кровли на среднюю массу шифера (225*50=11,25 т).

Сложив все полученные данные, мы получаем величину нагрузки всех элементов конструкции дома, равную 239,5 тоннам.

Предусмотрительное отношение и рассудительность — главные составляющие удачного строительства дома. Необходимо помнить, что в данном предприятии сбор нагрузок имеет немаловажное значение, а, значит, он требует особенно внимательного подхода. Чтобы определить воздействия на фундамент, необязательно тратить кучу денег на специалиста или уйму времени на выполнение математических операций. Современные технологии развиваются, и поэтому, если застройщик не имеет возможности воспользоваться вышеуказанными способами, то он может с успехом произвести расчеты на нагрузку при помощи калькулятора.

Этапы строительных работ

Участок, отведенный под застройку, следует защищать от дождевой воды, для чего устраиваются водоотводящие траншеи. Потом приступают к выполнению разметки под рытье котлована.

Этапы строительных работ

Дно должно располагаться строго горизонтально, для чего проводится контроль с помощью нивелира. Глубина нами уже определена. Как правило, плита готового фундамента должна возвышаться над земной поверхностью сантиметров на пятнадцать или больше. Весь плодородный слой почвы удаляется, что тоже оказывает влияние га глубину устройства котлована.

На дне расстилается геотекстиль, насыпается песчаная подушка и слой щебенки. Засыпка выполняется послойно, материал смачивается и утрамбовывается, так как от этого зависит эксплуатационный срок фундамента.

Этапы строительных работ

Заливается слой тощего бетона, чтобы получить ровную поверхность.

После того, как растворная масса застынет, укладывается гидроизоляционный материал. Как правило, для этого применяют рулоны рубероида или жидкий битум. Полоски накладываются с напуском, участки которых обрабатываются газовой горелкой.

Этапы строительных работ

Устанавливается опалубочная конструкция. Высота ее не слишком большая, особых сложностей работа не вызывает. Щиты изготавливаются из досок или фанерного материала. Отдельное внимание уделяется выравниванию верхнего края по одной горизонтали.

В качестве утеплительного материала используют экструдированный пенополистирол, толщина которого достигает пяти – десяти сантиметров. Стыковочные участки проклеиваются скотчем, чтобы здесь не протекало цементное молочко.

Этапы строительных работ

Готовится по площади будущего основания каркас из арматуры, закладывается в опалубку двумя рядами.

Выполняется бетонирование, для чего следует заказать необходимое количество раствора на заводе с доставкой на площадку.

Данные для вычисления характеристик ленты

Примеры расчета оперируют такими данными, как:

Пример расчета бетона на ленточный фундамент.

  • проект здания;
  • снеговая нагрузка;
  • отметка промерзания почвы;
  • уровень грунтовых вод;
  • характеристики грунта.

Ленточный фундамент рассчитывается в четыре этапа:

  • вычисление общей нагрузки на основание: масса конструкций коттеджа, эксплуатационные нагрузки (пользователи, мебель, интерьер), снеговая, ветровая нагрузка;
  • определение удельного давления подошвы основания на почву;
  • вычисление геометрических размеров ленты;
  • корректировка геометрии по результатам предыдущих расчетов.

Пример расчета коттеджа класса эконом оперирует такими конструктивными элементами, как:

  • фундамент;
  • цоколь;
  • перекрытие нулевого уровня;
  • коробка дома;
  • перегородки;
  • облицовки, кровля;
  • лестницы (наружные, внутренние);
  • тепло-, паро-, шумо- и гидроизоляция;
  • прочие конструкции (печь, камин, климатическое оборудование, отопительные котлы, коммуникации)

Ленточный фундамент виды и формы.

На этом этапе расчета ленточного фундамента потребуются чертежи (либо эскизы) с точными размерами. По ним высчитывается объем используемых конструкционных материалов. Для облегчения проектирования в сети существуют бесплатные сервисы для подсчета объемов бетона, количества кирпича, пиломатериала. После получения значений объемов конструкций цифры умножаются на плотность материалов, из которых они изготовлены. Полученный вес фундамента, перегородок, стен, перекрытий, кровли умножается на коэффициенты надежности, различные для отдельных конструкционных материалов:

  • металл — 1,05;
  • дерево, камень, железобетон, бетон — 1,1;
  • заводские ж/б конструкции — 1,2;
  • железобетон, залитый в пятне застройки — 1,3;
  • грунт — 1,1;
  • легкие материалы — 1,3.

Плотность материалов берется из таблиц справочников либо СНиП. Например, бетоны, в зависимости от наполнителя, могут существенно отличаться этой характеристикой (от 1,8 до 2,5 т в кубе объема). Параметры ленты задаются исходя из характеристик грунта, ширины стеновых материалов.

Читайте также:  Бетонная несъемная опалубка: технология и преимущества