Формула для определения ширины ленточного фундамента

Как рассчитать ширину фундамента

Застройщика всегда волнует, какой ширины должен быть фундамент ленточной конструкции. Чем больше ширина фундамента, тем больше надо вложить в его возведение трудозатрат и материалов. Любое излишество в расходовании строительных материалов увеличивает затраты на строительство объекта. Чтобы этого не происходило, нужно точно рассчитать ширину и высоту ленточного фундамента. Расчёт основания здания определяет глубину заложения, высоту стенок и ширину фундамента. Также необходимо определить количество арматуры и её диаметр.

Почему выбирают ленточный фундамент

По сравнению с другими конструкциями фундаментных оснований ленточная опора позволяет наиболее равномерно передать нагрузку от здания на грунт, поэтому, если результаты исследования прочности грунтового основания позволяют, выбирают ленточный фундамент.

Делать ленточный фундамент нужно по всему периметру дома и под внутренними несущими стенами. Если внутри дома устанавливают тяжёлое технологическое оборудование (котёл), то под него тоже подводят фундаментную ленту.

Виды ленточного фундамента

Среди оснований разной конструкции, застройщик для своего дома зачастую выбирает ленточный фундамент. Ленточное основание строения в основном бывает двух видов:

• ленточный фундамент из сборного железобетона;
• монолитная железобетонная лента.

Железобетонные фундаментные блоки

Сборный железобетон

При установке железобетонных блоков в проектное положение не нужно устраивать опалубку. Технология изготовления блоков включает в себя вибрирование и пропаривание бетона, что гарантирует их прочность.

При возведении ленточного фундамента из сборного железобетона на слабых грунтах блоки опирают на бетонные подушки (широкие плиты). Подушки увеличивают площадь опоры основания дома, тем самым снижают давление на почву.

Фундаментные блоки монолитного железобетона имеют буквенную маркировку – ФБС. Основные габариты ФБС указаны в таблице:

Длина, см	Ширина, см	Высота, см
238	30, 40, 50, 60	58
118	40, 50, 60	58
88	30, 40, 50, 60	58

Кроме того, промышленность выпускает блоки ФБП. Блоки представляют собой облегчённый вариант ФБС аналогичной высоты и ширины с квадратными пустотами. Длина ФБП 238 см. Блоки применяют для опирания внутренних несущих ограждений и стен подвала.

Недостатки и преимущества блочного фундамента

Расчёт фундамента из сборного железобетона не может быть экономически точным. Причиной этому является стандартизация размеров железобетонных блоков. Например, если расчёт определил толщину ленточного фундамента 550 мм, а высоту стенки 500 мм, то размер применяемых блоков будет соответственно 600 мм и 580 мм.

Наряду с этим, блочное основание обладает рядом преимуществ перед монолитной лентой:

• значительное сокращение объёмов мокрых процессов;
• отсутствие затрат на опалубочные работы, армирование, приготовление и заливку бетонного раствора;
• всесезонность монтажных работ;
• возведение основания дома производится в короткие сроки и не зависит от времени застывания бетона.

Ленточный фундамент из железобетонных блоков

Монолитная железобетонная лента

Расчёт монолитной ленты должен гарантировать возведение прочного и надёжного основания здания.

Если глубина заложения ленты зависит от уровня грунтовых вод, несущей способности грунтового основания, толщины промерзания почвы, то ширина ленточного фундамента определяется исходя из общей нагрузки от строения и толщины наружных стен.

Делать ленточный фундамент нужно такой ширины, чтобы общая площадь подошвы основания здания соответствовала сопротивлению грунтового основания.

Расчёт площади подошвы ленточного фундамента

Расчёт площади основания здания должен быть таким, чтобы под действием суммарной нагрузки дом не продавливал землю и не выталкивался наверх промёрзшей вспученной почвой. В нормативной документации можно найти формулу, как рассчитать площадь основания дома.

S – площадь подошвы фундамента;

k – коэффициент надёжности равный 1,2, то есть закладывается запас площади в 20%;

F – общая нагрузка на грунт;

k(c) – коэффициент состава грунта (пластичная глина – 1, песок – 1,4 и т.д.);

R – расчётное сопротивление грунта (берётся из таблицы СНиП).

Все элементы формулы имеют справочный характер, кроме суммарной нагрузки F. Суммарную нагрузку рассчитывают, используя справочные таблицы нормативной документации. Для этого применяют показатели среднего удельного веса конструкций кровли, стен и перекрытий.

Также в расчёт принимают такие данные, как снеговая нагрузка. В средней полосе России это составляет – 100 кг/м 2 , на севере страны – 190 кг/м 2 , на юге – 50 кг/м 2 .

В общей сумме учитывается вес самого фундамента и полезная нагрузка (техническое оборудование, заполнение помещений мебелью и прочее).

Видео «Самостоятельный расчёт опорной площади фундамента»:

Пример самостоятельного расчёта ширины ленточного фундамента

Чтобы лучше понять, как рассчитать ширину монолитной ленты, нужно рассмотреть это на примере. Первоначально нужно систематизировать исходные данные необходимые для расчёта.

• размер дома в плане – 10 м х 10 м. Площадь застройки – 100 м 2 ;
• внутри дома посередине расположена несущая стена;
• стены кирпичные, толщиной в 1 кирпич – 250 мм и высотой 2,7 м. Удельный вес кирпичной кладки – 1600 кг/м 3 ;
• кровля из шифера – 40 кг/м 2 ;
• перекрытие из железобетонных плит – 500 кг/м 2 ;
• глубина промерзания почвы – 700 мм;
• уровень грунтовых вод – 2,2 м;
• грунтовое основание – сухой суглинок средней плотности с расчётным сопротивлением 2 кг/см 2 ;
• снеговая нагрузка – 50 кг/м 2;
• полезная нагрузка – 20 кг/м 2 .

Все величины нормативных нагрузок взяты на основе справочных данных. Величина снеговой нагрузки определена из соответствующего раздела СНиП для южных районов России.

Определение суммарной нагрузки от дома на ленточный монолитный фундамент

На основе имеющихся исходных данных делают расчёт суммарной нагрузки на фундамент. Также определяют габариты монолитной ленты. Необходимо, чтобы застройщики сделали расчёт в следующем порядке:

Кровля

Крыша из шифера двускатная. С учётом уклона кровли и её свесов применяют коэффициент 1,1. Нагрузка от кровли составит: 100 м 2 х1,1х40 кг/м 2 = 4000 кг.

Кирпичные стены

Чтобы определить нагрузку от стен, зная их толщину, нужно подсчитать их длину. Длина стен по периметру составит: (10 х 4) – (0,25 х 4) = 39 м. Вычет удвоенной толщины кирпичной кладки сделан потому, что оси плана дома проведены посередине толщины стен. Длина внутренней несущей стены составит 10 – 0,25 = 9,75 м. Общая длина несущих стен будет равна 48,75 п.м.

Объём кирпичной кладки составит: 48,75 х 0,25 х 2,7 = 32,9 м 3 . Полная нагрузка от кирпичных стен равна: 32,9 х 1600 = 52 670 кг.

Перекрытие из железобетонных плит

Одноэтажный дом имеет перекрытия в двух уровнях. Это перекрытие цоколя и потолок в доме. Площадь перекрытий равняется: 100 х 2 = 200 м 2 . Соответственно нагрузка от плит перекрытий будет равна: 200 м 2 х 500 кг/м 2 = 100000 кг.

Снеговая нагрузка

Для расчёта снеговой нагрузки берут общую площадь кровли дома – 100 х 1,1 = 110 м 2 . Снеговая нагрузка составит: 110 м 2 х 50 кг/м 2 = 5 500 кг.

Полезная нагрузка

Норма этой нагрузки рассчитана на основе усреднённых величин веса технического оборудования, внутренних коммуникаций, отделки помещений, мебели и прочего. Удельный вес полезной нагрузки колеблется в пределах 18 – 22 кг/м 2 .

Расчёт полезной нагрузки производят на основе среднего показателя – 20 кг/м 2 . Вес составит: 100 м 2 х 20 кг/м 2 = 2000 кг.

Итого суммарная нагрузка на фундамент будет равна: 4 000 + 52670 + 100 000 +2 000 = 159 000кг.

Расчёт ширины монолитной ленты

Согласно вышеуказанной формуле определяют минимальную площадь подошвы фундамента:

(1,2 х 159 000 кг) : 2 кг/см 2 = 95 400 см 2 . То есть минимальная допустимая площадь подошвы основания дома будет равняться 10 м 2 .

Общая опорная площадь кирпичных стен определяется произведением длины в плане несущих стен на их толщину: 48,75 м х 0,25 м= 12,18 м 2 .

Из общепринятой практики минимальную ширину ленточного фундамента делают на 100 мм больше толщины стен.

В результате видно, что расчётная опорная площадь меньше минимальной опорной площади стен. Следовательно, ширина ленточного фундамента должна быть равна 250 мм + 100 мм = 350 мм.

Потребность в материалах для устройства монолитной ленты

Учитывая толщину промерзания грунта (0,7 м) и глубину уровня грунтовых вод (2,2 м), монолитную ленту делают мелко заглублённой – 1 м.

Для заливки опалубки используют бетон М 300. Объём потребности в бетонном растворе равен: 0,35 м х 1 м х 48,75 м= 17 м 3. . С учётом непредвиденных потерь потребность в бетоне составит 17,3 м 3 .

Арматурный каркас состоит из 4-х продольных арматурных стержней периодического профиля диаметром 12 мм. Так как поперечные стержни каркаса делают из тех же стержней, то общая потребность в арматуре составит: 50 м х 4 = 200 м.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что высчитать ширину, высоту и длину ленточного фундамента для своего дома вполне под силу мало-мальски сведущим в строительном деле людям.

Источник

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 1)

Основные размеры фундаментов мелкого заложения (глубина и размеры подошвы) в большинстве случаев определяются исходя из расчета оснований по деформациям, который включает:

• – подсчет нагрузок на фундамент;
• – оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; определение нормативных и расчетных значений характеристик грунтов;
• – выбор глубины заложения фундамента;
• – назначение предварительных размеров подошвы по конструктивным соображениям или исходя из условия, чтобы среднее давление на основание равнялось расчетному сопротивлению грунта, приведенному в табл. 5.13;
• – вычисление расчетного сопротивления грунта основания R по формуле (5.29), изменение в случае необходимости размеров фундамента с тем, чтобы обеспечивалось условие p ≤ R ; в случае внецентренной нагрузки на фундамент, кроме того, проверку краевых давлений;
• – при наличии слабого подстилающего слоя проверку соблюдения условия (5.35);
• – вычисление осадок основания и проверку соблюдения неравенства (5.28); при необходимости корректировку размеров фундаментов.

В случаях, оговоренных в п. 5.1, выполняется расчет основания по несущей способности. После этого производятся расчет и конструирование самого фундамента.

А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Определение размеров подошвы фундамента по заданному значению расчетного сопротивления грунта основания. Обычно вертикальная нагрузка на фундамент N₀ задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента будет:

где — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое обычно равным 20 кН/м 3 ; d и А — глубина заложения и площадь подошвы фундамента.

Если принять p = R , получим следующую формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:

Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b , получим:

Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес N_f , а также вес грунта на его обрезах N_g и проверяют давление по подошве:

Определение размеров подошвы фундамента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания. Как видно из формулы (5.29), расчетное сопротивление грунта основания зависит от неизвестных при проектировании размеров фундамента (глубины его заложения d и размеров в плане b×l ), поэтому обычно эти размеры определяются методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимают размеры фундамента по конструктивным соображениям или из условия (5.41), т.е. принимая R = R₀ .

Однако необходимые размеры подошвы фундамента можно определить за один прием. Из формулы (5.41)

ηb 2 (R – d) – N₀ = 0 ,

а с учетом формулы (5.29) при b k_z = 1)

Уравнение (5.43) приводится к виду:

для ленточного фундамента

для прямоугольного фундамента

;

;

Решение квадратного уравнения (5.44) производится обычным способом, а уравнения (5.45) — методом последовательного приближения или по стандартной программе.

После вычисления значения b с учетом модульности и унификации конструкций принимают размеры фундамента и проверяют давление по его подошве по формуле (5.42).

Пример 5.7. Определить ширину ленточного фундамента здания жесткой конструктивной схемы без подвала ( d_b = 0). Отношение L/H = 1,5. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Нагрузка на фундамент на уровне планировки n₀ = 900 кН/м. Грунт — глина с характеристиками, полученными при непосредственных испытаниях: φ_II = 18°, c_II = 40 кПа, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , I_L = 0,45.

Решение. по табл. 5.10 имеем: γ_с1 = 1,2 и γ_с2 = 1,1; по табл. 5.11 при φ_II = 18°; М_γ = 0,43; М_q = 2,73; М_c = 5,31. Поскольку характеристики грунта приняты по испытаниям, k = 1.

Для определения ширины фундамента b предварительно вычисляем:

;

a₁ = 1,2·1,1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2 = 370,1.

Подставляя эти значения в формулу (5.44), получаем 10,22 b 2 + 370,1 b – 900 = 0, откуда

м.

Принимаем b = 2,4 м.

Пример 5.8. Определить размеры столбчатого фундамента здания гибкой конструктивной схемы ( γ_с2 = 1). Соотношение сторон фундамента η = l/b = 1,5, нагрузка на него составляет: N₀ = 4 МН = 4000 кН. Грунтовые условия и глубина заложения те же, что и в предыдущем примере.

a₀η = 1,2 · 1 · 0,43 · 18 · 1,5 = 13,93;

a₁η = [1,2 · 1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2] 1,5 = 499,22.

Затем, подставляя в уравнение (5.45) полученные величины (13,93 b 3 + 499,22 b 2 – 4000 = 0) и решая его по стандартной программе, находим b = 2,46 м, тогда l = 1,5 b = 3,7 м.

Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,5×3,7 м.

Определение размеров подошвы фундамента при наличии слабого подстилающего слоя. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания (на глубине z от подошвы фундамента) слоя грунта с худшими прочностными свойствами, чем у лежащего выше грунта, размеры фундамента необходимо назначать такими, чтобы обеспечивалось условие (5.35). Это условие сводится к определению суммарного вертикального напряжения от внешней нагрузки и от собственного веса лежащих выше слоев грунта ( σ_z = σ_zp + σ_zg ) и сравнению этого напряжения с расчетным сопротивлением слабого подстилающего грунта R применительно к условному фундаменту, подошва которого расположена на кровле слабого грунта.

Пример 5.9. Определить размеры столбчатого фундамента при следующих инженерно-геологических условиях (см. рис. 5.24). На площадке от поверхности до глубины 3,8 м залегают песни крупные средней плотности маловлажные, подстилаемые суглинками. Характеристики грунтов по данным испытаний: для песка φ_II = 38°, с_II = 0, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , E = 40 МПа; для суглинков φ_II = 19°, с_II = 11 кПа, γ_II = 17 кН/м 3 , E = 17 МПа. Здание — с гибкой конструктивной схемой без подвала ( d_b = 0). Вертикальная нагрузка на фундамент на уровне поверхности грунта N₀ = 4,7 MH. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Предварительные размеры подошвы фундамента примяты исходя из R = 300 кПа (табл. 5.13) равными 3×3 м.

Решение. по формуле (5.29) с учетом табл. 5.11 и 5.12 получаем;

кПа.

Для определения дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки на кровле слабого грунта предварительно находим:

среднее давление под подошвой

p = N₀/b 2 + d = 4,7 · 10 3 /3 2 + 20 · 2 = 520 + 40 = 560 кПа;

дополнительное давление на уровне подошвы

По табл. 5.4 при ζ = 2z/b = 2 · 1,8/3 = 1,2 коэффициент α = 0,606. Тогда дополнительное вертикальное напряжение па кровле слабого слоя от нагрузки на фундамент будет:

Ширина условного фундамента составит:

м.

Для условного фундамента на глубине z = 1,8 м при γ_c1 = γ_c2 = k = 1 расчетное сопротивление суглинков по формуле (5.29) будет:

R_z = 0,47 · 4 · 17 + 2,88 · 3,8 · 18 + 5,48 · 11 = 30 + 196 + 60 = 286 кПа.

Вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z = 3,8 м

Проверяем условие (5.35):

315 + 62 = 377 > R_z = 286 кПа,

т.е. условие (5.35) не удовлетворяется и требуется увеличить размеры фундамента. Расчет показал, что в данном случае необходимо принять b = 3,9 м.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник