Важным моментом в строительстве дома является грамотный расчет фундамента. Надежность фундамента определяет устойчивость и долговечность всей конструкции, а ведь именно этого мы и пытаемся добиться, задумав построить дом своими руками.
Содержание
Основные функции
Фундамент является главной несущей конструкцией дома.
Его главные задачи:
- Выдержать вес всего здания.
- Равномерно распределить нагрузку на грунт.
- Предотвратить подтопление талыми и подземными водами.
Какой выбрать фундамент.
- Ленточный;
Такой тип фундамента прокладывается по всему зданию. Также внутри заданного периметра, по траектории расположения несущих стен. Его характерные особенности – достаточное количество работ по копанию и расхода материалов, при осмотре сверху будет напоминать ленту. Вначале, необходимо вырыть ровные углубления в земле. Сначала бетон заливается в них, затем, создаются опалубки для основы над уровнем земли. Используется, чаще всего, для частных малоэтажных домов.
- Столбчатый (свайный);
Такой тип применяют уже для построек в болотистых или торфяных местностях. Другие здесь неприменимы из-за высокой глубины твердого грунта. Количество земельных работ сокращается, нет необходимости рыть углубления. Используется для глубины от 3 до 12 м. Конец столба/сваи имеет окончание в форме конуса, поэтому его и забивают в грунт. Перед этим обязательно измеряется глубина нетвердого грунта, чтобы определиться с длиной свая.
- Плитный;
Изготавливается из железобетона, имеет другое название – плавающий. Называется он так из-за того, что в случае смещения грунта, плита тоже сместится. Такой тип заливается под всю площадь дома. Имеет популярность при постройке зданий для влажных грунтов и зданий, которые имеют цокольные этажи или подземный паркинг. Стоимость такого типа, конечно, выше, чем остальных.
- Для домов из пеноблоков;
Для них высокий расход на изготовление не оправдается. То есть, делать плитный из свайный нет необходимости. Рекомендован ленточный вариант. Конечно, если позволяет грунт. При глубине грунтовых вод ниже 3 метров, делают мелкозаглубленное основание. В землю под такие дома делается на 50 см и примерно столько же – в высоту.
- Монолитный свайный.
Данный тип похож на совмещение ленточного и свайного. Нижняя часть состоит из свай, которые сверху между собой соединяются горизонтальными балками. Используется на слабой поверхности и в северных районах, так как уровень промерзания достаточно глубок. Может быть металлическим, бетонным, газобетонным или железобетонным.
Расчет опорной площади
При выборе фундамента важно правильно определить минимально допустимую площадь его опоры на грунт. Ее можно вычислить по формуле S= γn · F / (γc · Rо), где:
- γc – коэффициент эксплуатационных условий;
- γn – коэффициент запаса надежности, принимаемый равным 1,2;
- F – полная (суммарная) нагрузка на грунт.
Коэффициент эксплуатационных условий (условий работы) зависит от характера грунта и сооружения. Так, на глинистых почвах для кирпичных конструкций он принимается равным 1,0, а для деревянных – 1,1.
В случае песчаного грунта: γc равен 1,2 при больших и длинных строениях, жестких небольших домах; 1,3 – для любых маленьких построек; 1,4 – для больших не жестких домов.
Сбор нагрузок на грунт (F)
Вес сооружения
Основу расчета составляет нагрузка, возникающая от веса всех элементов сооружения, включая сам фундамент. Конечно, подсчитать точно массу всех конструктивных деталей достаточно сложно, а потому принимаются средние значения удельного веса, отнесенного к единице площади поверхности.
Стеновые конструкции:
- каркасные дома с утеплителем при толщине стены 15 см – 32-55 кг/м²;
- бревенчатый и брусчатый сруб – 72-95 кг/м²;
- кирпичная кладка толщиной 15 см – 210-260 кг/м²;
- стены из железобетонных панелей толщиной 15 см – 305-360 кг/м².
Перекрытия:
- чердак, деревянное перекрытие, пористый утеплитель – 75-100 кг/м²;
- то же, но с плотным утеплителем – 140-190 кг/кв.м;
- напольное перекрытие (цокольное), деревянные балки – 110-280 кг/м²;
- перекрытие бетонными плитами – 500 кг/м².
Крыша:
- металлическая кровля из листа – 22-30 кг/кв.м;
- рубероид, толь – 30-52 кг/кв.м;
- шифер – 40-54 кг/кв.м;
- керамическая черепица – 60-75 кг/кв.м.
Расчет веса сооружения с учетом приведенных удельных весов сводится к определению площади соответствующего элемента и перемножении ее на данный показатель. В частности, для получения площади стен надо знать периметр дома и высоту стен. При расчете кровли необходимо учитывать угол ската.
Вес фундамента и снеговая нагрузка
Площадь опоры сооружения определяется на уровне подошвы, а значит, в суммарной нагрузке на грунт необходимо учитывать еще и вес фундамента. Методика расчета зависит от его типа:
- Ленточный фундамент. Прежде всего, определяется заглубление (Нф), которое должно быть ниже уровня промерзания. Например, при уровне 1,3 м нормальное заглубление составляет 1,7 м. Затем, определяется периметр ленты (Р), как 2(а+в), где а и в – длина и ширина дома, соответственно. Ширина ленты (bл) выбирается с учетом толщины стены. В среднем она составляет 0,5 м. Соответственно, объем ленточного фундамента V=P x bл х Нф. Умножив его на плотность армированного бетона (в среднем 2400 кг/м³), получим расчетный вес ленточного фундамента.
- Столбчатый фундамент. Расчет ведется на каждую опору. Вес одного столба определится, как произведение плотности бетона на объем заливки (V=SxНф, где S – площадь столба). Кроме того, обязательно учитывается вес ростверка, который рассчитывается аналогично ленточному фундаменту.
- Для определения веса монолитной бетонной плиты вычисляется ее объем (V=SxНф, где S – площадь плиты). Заглубление обычно составляет порядка 40-50 см.
В зимнее время нагрузка на грунт может значительно увеличиться за счет скопления снега на кровле. Принято считать, что при скате кровли с углом более 60 градусов, снег не накапливается, и снеговую нагрузку можно не учитывать.
При меньшем угле наклона крыши учитывать ее необходимо. Многолетние наблюдения дают такие параметры этой нагрузки:
- северные районы – 180-195 кг/м²;
- средняя полоса РФ – 95-105 кг/м²;
- южные регионы – до 55 кг/м².
После определения всех указанных весовых параметров можно приступить к расчету минимальной площади подошвы по вышеприведенной формуле. Полная нагрузка на грунт (F) определится, как сумма веса стен, перекрытий, кровли, фундамента и снеговой нагрузки.
При расчете столбного и свайного фундамента суммарная нагрузка делится на количество опор, т.к. ростверк равномерно распределяет ее на опоры.
Принципы расчетов
Расчет фундамента строения включает определение таких важнейших параметров, как заглубление, площадь опоры на грунт, размеры основания. Он должен учитывать все определяющие факторы – геофизические характеристики грунта, климатические особенности, величины и направленность нагрузок, в том числе от веса всех элементов строения и самого фундамента.
Необходимые исходные данные следует брать у организаций, специализирующихся на геологических изысканиях, а также из проверенных источников.
Прежде чем приступить к строительству, необходимо определить потребность в бетоне, армирующих элементах и других материалах. Возведение фундамента нельзя останавливать на середине, а потому расчеты должны помочь правильно закупить нужное их количество.
Следует учитывать, что расчеты несколько различаются для разных типов фундаментов. Свои методики существуют для ленточных, столбчатых, плитных и свайных вариантов оснований. При отсутствии достоверных данных о состоянии грунта в месте закладки дома, придется проводить геологические исследования с привлечением специалистов.
Учет состояния грунта
Несущая способность грунта считается важнейшей характеристикой, определяющей тип и размеры фундамента. Она, прежде всего, зависит от его плотности и структуры. Оценить ее можно по сопротивлению нагрузкам – Rо, указывающей какая нагрузка на единицу площади допустима без его проседания (на поверхностном уровне). Выражается Rо в кг/см² и считается табличной, т.е. справочной, величиной.
Величина сопротивления зависит от пористости (плотности) почвы и ее увлажненности. В таблице ниже приведены значения этого показателя для наиболее типичных почв.
Значения сопротивления нагрузке для некоторых типов грунта:
| Характер грунта | Коэффициент пористости |
Ro , кг/см² |
|
| Сухие | Влажные | ||
| Супеси | 0,5 0,7 |
3,1 2,6 |
3,1 2,0 |
| Суглинки | 0,5 0,7 1,0 |
3,0 2,6 2,0 |
2,4 1,8 1,1 |
| Глины | 0,5 0,6 0,8 1,0 |
6,0 5,0 3,1 2,6 |
4,2 3,0 2,0 1,2 |
Достаточно высоким сопротивлением обладают гравийные и щебневые грунты – 4-5 и 4,4-6 кг/см², соответственно, в зависимости от глинистого или песчаного наполнения. Крупнозернистый песчаник имеет Rо 3,6-4,4 кг/см², песчаник средней зернистости – 2,6-3,4 кг/см², мелкозернистый песчаник – 2-3 кг/см² в зависимости от увлажненности.
С увеличением глубины залегания пласта меняется плотность грунта, а значит, и сопротивление нагрузкам. Его значение на разных глубинах (h) можно определить по формуле R=0,005R0(100+h/3).
При определении заглубления фундамента важную роль играют такие параметры состояния грунта:
- Уровень расположения грунтовых вод. Фундамент не должен доходить до водного пласта. Этот параметр часто становится определяющим для выбора типа основания. В частности, при высоком расположении вод приходится возводить плитный фундамент.
- Глубина зимнего промерзания грунта. Подошва фундамента должна располагаться на 30-50 см ниже уровня промерзания. Дело в том, что при замерзании грунт сильно вспучивается, что создает выталкивающую нагрузку на основание.
- Уровень залегания высокопучинистых пластов. Фундаментную подошву нельзя упирать в такой грунт, а значит, его следует пройти насквозь.
Заглубление фундамента частного дома обычно не рассчитывается, т.к. требует использования сложной методики. Его выбор осуществляется, исходя из указанных практических рекомендаций.
Вычисление нагрузки на грунт
Следующим шагом в расчётах является определение нагрузки на грунт. Чтобы понять, сможет ли грунт выдержать здание, необходимо просчитать вес основания дома.
Для этого вычислим объём основания, воспользовавшись математическими формулами, и умножим его на плотность бетона (средние показатели плотности разных видов бетона можно найти в таблице ниже).
Затем проведём несложные вычисления по формуле:
(ВФ+ВД)/Ппф, где ВФ — вес фундамента, ВД — вес дома, Ппф — площадь подошвы основания.
Таким образом, мы определили, сколько килограмм нагрузки должен нести на себе 1см2 грунта.
Теперь важно соотнести требуемую нагрузку на грунт с допустимыми значениями, указанными в таблице.
Если полученная в ходе вычислений нагрузка больше расчётного сопротивления заданного типа грунта, нужно увеличить опорную площадь дома, а именно:
- Ленточный можно сделать расширенным к основанию (поперечное сечение выглядит как трапеция).
- Увеличить ширину фундамента-параллелепипеда.
- Для столбчатого основания можно увеличить диаметр столбов или их количество.
Важно! При увеличении размеров основания, конструкция дома станет тяжелее. Поэтому обязательно повторно просчитайте нагрузку на грунт!
От чего зависит выбор фундамента
Выбор определенного вида фундамента будет зависеть от типа почвы, типа возводимой конструкции, особенностей самой конструкции дома и финансовых возможностей застройщика.
Тип почвы (грунта) определяется простым тестом, во время которого на участке застройки в нескольких местах роется яма глубиной не менее 2-х метров.
Самой большой несущей способностью обладают скальные и полускальные почвы, однако они встречаются довольно редко и в определенных местностях. Это грунты практически не подверженные силам пучения и позволяют возводить здания на любом типе фундаментов, за исключением свайного.
Однако чаще всего частным застройщикам приходится иметь дело с глинистыми, песчаными, торфяными, илистыми грунтами или суглинком.
Так как эти грунты относятся к пучинистым, то выбор фундамента будет зависеть от некоторых характеристик:
- пучинистый слой,
- промерзание,
- грунтовые вода (наличие и уровень расположения)
Как правило, при рытье котлована или установке свай часть пучинистого слоя грунта заменяется непучинистым – песком. Это добавляет фундаменту устойчивости.
От промерзания зависит степень заглубления фундамента. Оптимальным является углубление фундамента ниже метки промерзания.
Грунтовые воды также влияют на выбор типа фундамента. Так, при достаточно близком нехождении грунтовых вод (1 метр вглубь земли), то лучше всего для дома на таком участке выбирать плитное основание. При более глубоком расположении – возможны и другие варианты, например незаглубленный ленточный фундамент.
Площадь подошвы фундамента
Расчет необходимой толщины подошвы фундамента – важный этап в строительстве дома. Этот этап отпадает, если вы решили устроить под домом плитный фундамент, ведь в данном случае плита-основание располагается по всей площади основания здания.
Однако, если вы остановили свой выбор на ином типе фундамента, расчет подошвы поможет не только устроить фундамент нужной толщины, который будет прочно и надежно держать стены дома, но и позволит избежать лишних затрат на строительство фундамента. Правильный расчет поможет понять, насколько массивным должен быть фундамент для вашего конкретного дома и избавит вас от необходимости потратить лишние средства на устройство основания дома, если в этом нет необходимости.
Приведем формулу для расчета площади подошвы фундамента: S > 1,2 F/(b *R) .
В формулу подставляются следующие переменные:
- S (площадь подошвы, единицы измерения — см2);
- 1,2 ( повышающий коэфф-т надежности);
- F (вес будущего дома, единицы измерения — кг),
- R (используемое для расчетов сопротивление основания, несущая способность, единицы измерения — кг/см2, ).
- b (коэффициент условий работы, берется из таблицы в зависимости от типа грунта на участке).
Вес дома включает в себя полный вес самой конструкции дома, вес фундамента, нагрузку при эксплуатации (примерный вес будущих жильцов, мебели, приборов отопления и т.п.) и сезонные нагрузки (снеговой слой на крыше).
Расчетное сопротивление будет зависеть от типа грунта и глубины заложения фундамента и вычисляется в соответствии с данными таблиц СНиП 2.02.01-83*.
Как мы видим из формулы, немаловажной составляющей для расчета подошвы является вес будущей конструкции ( дома или иного здания).
Общий вес конструкции дома
При расчете общего веса дома в строительстве используются таблицы, в которых приведен примерный вес конструкций дома в зависимости от материала их исполнения.
Данные величины приведены в таблице ниже.
Используя эти данные, вы вычислите общий вес дома. Для этого вычисляем площадь каждой части дома (стен, перекрытий, пола и потолка, кровли и др.) и умножаем полученную величину на приведенное в таблице значение. Не забываем прибавить к полученной величине вес самого фундамента, эксплуатационную и сезонную нагрузки.
Он-лайн калькуляторы
Глубина заложения
Показатель глубины заложения в прямой зависимости от следующих факторов:
- уровень грунтовых вод;
- глубина промерзания грунтов (ниже представлены данные по регионам);
- состояние грунтов, их пучинистость, просадочность и др.;
- высота возводимого здания;
- конструктивные особенности (например, запланированный подвал значительно углубит фундамент);
- наличие в непосредственной близости подземных коммуникаций, зданий и сооружений.
 Загрузка... |
