Расчет несущей способности плитных фундаментов

Использование типовых методов облегчит планирование и расчет фундаментов, пример расчета фундамента упростит вычисления. На основе приведенных в статье рекомендаций можно избежать ошибок при возведении выбранной конструкции (столбчатого, свайного, ленточного или же плитного типа).

Столбчатое основание

Для примера используется одноэтажное строение с параметрами в плане 6×6 м, а также со стенами из бруса 15×15 см (объёмная масса составляет 789 кг/м³), отделанными с внешней стороны вагонкой по рулонной изоляции. Цоколь здания выполнен из бетона: высота – 800 мм и ширина – 200 мм (объёмная масса бетонных материалов – 2099 кг/м³). Он основан на железобетонной балке сечением 20×15 (объёмные показатели ж/б – 2399). Стены имеют высоту 300 см, а шиферная кровля отличается двумя скатами. Цоколь и чердак выполнены из досок, расположенных на балках сечением 15×5, а также теплоизолированы минеральной ватой (объёмная масса изоляции составляет 299 кг).

Зная нормы нагрузок (по СНиП), можно правильно осуществить расчет фундаментов. Пример расчета фундамента позволит быстро провести вычисления для собственного здания.

Глава РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

§ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Как уже известно, при расчете прочности элементов сооружения допускаемой нагрузкой считается такая, при которой наибольшее напряжение (в опасной точке элемента) равно допускаемому напряжению. При этом допускаемое напряжение принимается равным пределу текучести деленному на нормативный (требуемый) коэффициент запаса прочности

Величина нагрузки [Р], при которой напряжение в опасной точке элемента равно допускаемому, называется допускаемой нагрузкой, а величина при которой напряжение в этой точке равно пределу текучести, — опасной нагрузкой.

Рис.

При напряжениях в материале, не превышающих предела пропорциональности, усилия и напряжения в конструкции прямо пропорциональны действующим на нее нагрузкам. Поэтому коэффициент является коэффициентом запаса не только по напряжениям, но и по нагрузкам:

При нагрузке как правило, еще не происходит полное исчерпание несущей способности конструкции, так как при этой нагрузке напряжения лишь в ограниченной зоне равны пределу текучести; в остальной части конструкции имеются меньшие напряжения. Например, в стальной балке, изображенной на рис. , при опасной нагрузке только в верхних и нижних точках опорного сечения нормальные напряжения равны пределу текучести Во всех остальных точках сечения 1-1 при опасной нагрузке напряжения меньше предела текучести. Следовательно, несущая способность (прочность) конструкции будет полностью исчерпана при некоторой нагрузке превышающей значение величина называется предельной нагрузкой.

Определение опрокидывающего момента

Рис. 3. Схема основания ветрового генератора.

Читайте также:  Какой нужен щебень для фундамента фракция щебня, советы по выбору

На рис. 4 приведена расчетная схема с указанием сил, действующих на фундамент. Основным фактором, создающим опрокидывание, является момент MU, а основным препятствием этому является сила FU. Именно эта составляющая препятствует потере устойчивости.

Равномерно распределенная нагрузка Р представляет собой реакцию грунта на действие силы FU. Сила Qr оказывает влияние на сдвиг в горизонтальной плоскости. При расчете на сдвиг большое значение имеет коэффициент трения кладки по грунту. Для расчета на опрокидывание эту силу не учитывают

Для определения опрокидывающего момента MU необходимо знать скорость ветра и площадь сооружения, на которую он воздействует (парусность). Чтобы обеспечить работу ветрового генератора, необходима минимальная скорость, равная примерно 6-8 м/с. Однако, необходимо учесть, что скорости ветра могут быть значительно больше, поэтому следует рассчитывать на максимально возможную в данном районе скорость. Например, при скорости ветра 10 м/с давление составляет 60 Н/м2, а при скорости 50 м/с это давление составит 1500 Н/м2. В таблице № 1 приведены значения, по которым, зная максимальные скорости ветра, можно определить его давление.

Таблица № 1.

Скорость ветра, м/с
1 5 10 15 20 25 30 40 50
Давление, Н/м2 0,60 15 60 135 240 375 540 960 1500

Зная скорость ветра V и площадь лопастей SЛ, по таблице 1 определяем соответствующее давление и по этой площади вычисляем силу РЛ, приложенную к краю вышки, то есть на расстоянии НВ от поверхности земли. С учетом глубины h, на которой расположена подошва основания, плечо составит:

Н= НВ+h

Ветер будет действовать и на вышку по всей ее длине. Для определения площади, вначале определим среднее значение ширины вышки, LСР

Рис. 4. Схема сил, действующих на фундамент.

LСР= (LВ+LН)/2, где

LВ-ширина вышки в верхней ее части; LН – ширина вышки у основания.

Определим площадь вышки, нормальную к направлению ветра:

SВ= НВ× LСР,

и теперь определим общую нагрузку РВ как произведение площади SВ на значение давления из таблицы 1. Эта сила будет приложена посредине высоты вышки.

Теперь можно определить опрокидывающий момент.

МU= РЛ×H+ РВ×( НВ/2+h)

Расчет осадки фундамента

Рассчитать осадку фундамента можно несколькими способами. Основным и самым проверенным способом определения конечной, полной осадки является метод суммирования осадок отдельных слоев. Для каждого из слоев необходимо определить свое значение степени деформации. Слои следует рассматривать в пределах определенной толщи грунта — в активной зоне, а деформации, которые происходят ниже этого уровня грунта, можно исключить. Метод суммирования осадок отдельных слоев можно использовать для определения любых осадок.

Также рассчитать осадку можно методом эквивалентного слоя, который позволяет определить осадку с учетом ограниченного бокового расширения. Эквивалентный слой — это такая толщина грунта, которая в условиях невозможности бокового расширения (при загруженности всей поверхности сплошной нагрузкой) дает осадку, которая равна по величине осадке фундамента, имеющего ограниченные размеры при нагрузке той же интенсивности. То есть, в этом случае пространственная задача расчета осадок может заменяться одномерной.

Читайте также:  Бутобетонный фундамент, бутовый камень это основа

Что еще можно рассчитать, имея значение толщины?

Некоторые частные застройщики следуют общепринятым рекомендациям по выбору толщины плиты и не проводят самостоятельные расчеты. Такой способ приемлем в индивидуальном домостроении, если собственник сам берет на себя ответственность за надежность возводимой конструкции.

Таким образом, зная толщину монолита, можно узнать:

  • потребность в растворе;
  • выбрать шаг армирования и толщину арматуры;
  • посчитать количество металлопроката для вязания армирующего каркаса.

Необходимый объем бетонного раствора

Объем бетона находят по обратной формуле:

Объем=Площадь сечения основания ×высоту плиты.

При этом нужно учитывать свойства бетона и условия его затвердевания. На практике делают запас в размере 20% от расчетного параметра.

Шаг армирования и толщина прута

Схему армирования выбирают по действующим правилам СП Если толщина плиты не превышает 0,15 м, то армирование ведут в один слой. В противном случае армирующий каркас состоит из двух поясов, расположенных по отношению друг к другу на таком расстоянии, чтобы вокруг металлической конструкции оставался защитный слой бетона толщиной не менее 4 см.

Шаг между прутками будет от 20 до 40 см в зависимости от типа проектного сооружения:

  • 20 см – для фундамента под каркасные и деревянные дома;
  • 30 см – для фундамента под здания из кирпича и других тяжелых строительных материалов.

Под несущими стенами и в местах, где будут увеличена нагрузка на фундамент, шаг между арматурой целенаправленно уменьшают.

Диаметр арматурных прутьев, которые используются для усиления фундаментной плиты, является очень важным параметром. Поэтому необходимо предварительно определить сечение прутьев арматуры.

Чтобы определить минимальный диаметр арматурных прутьев, нужно:

  • найти площадь сечения плиты;
  • найти допустимую площадь сечения прута, которая будет составлять 15% от площади сечения плиты;
  • вычислить суммарную площадь арматуры в одном поясе;
  • используя длину плиты и шаг между прутками, найти минимальное сечение арматуры.

Чаще всего практикующие строители используют для усиления монолитной плиты арматуру диаметром 12–16 мм.

Количество арматуры

Количество арматуры легко рассчитать, имея перед собой схему армирования фундамента. Поочередно складывают продольные и перпендикулярные прутки, учитывают размер вертикальных перемычек и количество точек пересечения металлических стержней.

Если каркас состоит из двух поясов, то полученное значение увеличивают в двое. Как правило, арматуру продают на вес, поэтому количественный показатель нужно увеличить на плотность металла и перевести в тонны.

Пример расчета материалов на строительство ленточного фундамента

Методика определения нужных материалов на примере поможет разобраться в алгоритме вычислений их расхода с помощью калькулятора.

Читайте также:  Какое время застывания у бетона и от чего оно зависит?

Например, проектом предусмотрено строительство дома с размерами в плане 9 х 7 метров. Внутренние стены имеют длину 22 метра. В итоге – общая протяженность фундамента составит:

2 (9 + 7) + 22 =54 метра.

Исходными данными для расчета являются:

  • ширина фундамента, составляющая 30 см;
  • глубина залегания фундамента – 75 см.

Все параметры нужно привести к одной единице измерения.

  1. Расчет объема бетона
      Определяем количество бетона, которое необходимо уложить в основание постройки:
  2. 54 х 0,3 х 0,75 = 11,55 куб. м.
  3. Расчет компонентов
      Проектом предусмотрено использование бетона марки М250. Для этого используем соотношение компонентов 1: 4: 4 (цемент, песок, щебень). Количество воды рассчитывается в зависимости от требуемой пластичности бетона и величины фракций наполнителя.
  4. Получим, что для 1 м³ бетона, изготовленного из цемента марки М400 и щебня со средней величиной зерна 20 мм, нужно:
  5. цемента 336 кг;
  6. щебня 1344 кг;
  7. песка 1344 кг;
  8. воды 205 литров.
  9. Для всего объема бетона 11,55 м³ количество материалов будет равняться: цемента: 11,55 х 0,336 = 3,88 тонны.
  10. щебня: 11,55 х 1,344 = 15,52 тонны.
  11. песка: 11,55 х 1,344 = 15,52 тонны.
  12. воды: 11,55 х 0,205 = 2,36 тонны или 2,36 тыс. литров.
  13. Расчет арматуры Армирующие элементы, располагаются в нашем примере по объему основания в два горизонтальных ряда и вертикально – через каждые 50 см.
  14. Нужное количество арматуры для горизонтальных рядов подсчитываем удвоением периметра ленты: 54 х 2 = 108 метров.
  15. Для вертикальных стержней арматуры длиной по 0,75 м (высота фундамента) потребуется 108 шт.: 54 х 2. Общая длина арматуры равняется: 108 х 0,75 = 81 метр. Ее диаметр заложен в проекте после расчета фундамента на прочность.
  • Расчет пиломатериалов на опалубку
      Предполагается использовать доску 25 мм, длиной 6 метров, шириной 0,2 м. В основе расчета лежит сумма площадей боковых поверхностей надземной части фундамента (ее высота 0,30 м): 2 х 54 х 0,3 = 108 пог. м. х 0,3 м = 32,4 м²
  • Учитывая, что каждая доска имеет площадь 1,2 м² (6 х 0,2), количество досок для опалубки определится: 32,4: 1,2 = 27 штук. С учетом расхода материала для соединения досок между собой и запаса их количество возрастет на 50%, т. е. 27 х 1,5 ≈ 40 шт. досок.
  • Этот искусственный камень используется практически при всех видах работ, будь то возведение новой конструкции или реконструкция (ремонт) уже эксплуатирующейся. Раствор всегда заливается в определенную форму, в которой и происходит его отвердевание. Расчет необходимого количества предотвратит неоправданные траты, так как излишки просто некуда будет деть, учитывая, что время «схватывания» массы может быть достаточно коротким. А нехватка материала только «затормозит» весь процесс. Кроме того, нужно правильно определить и потребное количество компонентов, использующихся для приготовления смеси.

    Рассмотрим данный вопрос применительно к наиболее используемому типу основания – ленточному монолиту. Рассчитывается количество бетона следующим образом.