Как рассчитать несущую способность фундамента плита

Калькулятор расчета оптимальной толщины монолитной фундаментной плиты

При ведении строительства на загородном участке иногда обстоятельства складываются таким образом, что оптимальным решением становится возведение фундамента в виде монолитной плиты. Это позволяет равномерно распределить нагрузку по большой площади, что особо важно на слабых, неустойчивых грунтах, где ленточная схема фундамента себя не оправдывает.

Калькулятор расчета оптимальной толщины монолитной фундаментной плиты

Даже при невысокой несущей способности грунта нет необходимости углубляться ниже уровня промерзания почвы – при правильном расчете и строительстве основание получается «плавающим», не боящимся сил морозного пучения. Но для этого размеры плиты должны соответствовать реальным условиям строительства – типу преобладающих грунтов на участке застройки и нагрузкам, которые будут выпадать на фундамент. Калькулятор расчета оптимальной толщины монолитной фундаментной плиты поможет определиться с одним их ключевых параметров, а иногда – даже оценить целесообразность применения подобного типа основания.

Работа с калькулятором требует определенных пояснений. Они будут приведены ниже, в соответствующем разделе.

Калькулятор расчета оптимальной толщины монолитной фундаментной плиты

На чем строится и как проводится расчет

Перед началом строительства обязательно проводится анализ грунтов, на которые будет опираться плита, чтобы оценить их несущую способность. Этот параметр выражается в килограммах на квадратный сантиметр, и значения несложно найти в таблицах СНиП.

Казалось бы, можно рассчитать общую нагрузку и убедиться, что она не превышает указанных значений. Однако, такой расчёт не будет достаточно объективным. В данном случае правильнее будет исходить из оптимальной распределенной нагрузки на тот или иной грунт, просчитанной именно для плитных оснований. Теорией и практикой применения плитных фундаментов доказано, что если реальная нагрузка не будет отличаться от оптимальных значений более, чем на 20÷25 процентов, стабильность здания, возведенного на таком основании будет гарантирована. То есть, будут исключены две крайности:

— При слишком тяжёлой системе «плита + дом» (с учетом внешних и эксплуатационных нагрузок) сохраняется вероятность постепенного проседания здания в грунт.

— Слишком маленькая суммарная нагрузка – также недопустима, так как даже незначительные колебания грунта будут отражаться на стабильности постройки.

Расчет, заложенный в калькулятор, строится на том, что для начала определяется нагрузка, создаваемая зданием, без учета фундаментной плиты. Затем это значение сравнивается с оптимальным, и получившаяся разница будет перекрываться за счет массы монолитного основания. Зная плотность железобетона, несложно перевести массу в объем, а затем, с учётом площади плиты – прийти к ее оптимальной толщине.

Цены на цемент

• Все табличные значения, необходимые для расчетов, уже внесены в программу.
• Пользователю будет предложено указать тип грунтов на участке строительства.
• Площадь будущей плиты должна приниматься с таким расчетом, что основание в обязательном порядке выходит за границы периметра здания как минимум на 300÷500 мм.
• Далее, для расчета нагрузки, создаваемой зданием, вносятся его параметры:
• Материал и общая площадь стен и перегородок за вычетом оконных и дверных проемов. Доступны два варианта ввода, например, для внешних несущих стен и для внутренних. Если один из вариантов не используется, площадь стены показывается как «0».
• Материал и площадь перекрытий, также в двух возможных вариантах. Эксплуатационная нагрузка на перекрытия уже учтена алгоритмом расчета.
• Площадь и тип кровельного покрытия. Нагрузка от стропильной системы и утеплителя – уже учтена в программе.
• Крутизна скатов кровли необходима для корректного учета снеговой нагрузки. Кроме того, необходимо по карте схеме (она расположена ниже) определить номер зоны для своего региона.

Карта-схема распределения территории РФ на зоны по степени снеговой нагрузки

Предполагается, что у пользователя уже имеются планы или хотя бы начальные разработки по размерам и материалам будущей постройки. Необходимо будет рассчитать площади – это несложно, особенно если воспользоваться некоторыми советами.

Как быстро и точно рассчитать площадь?

С прямоугольником ни у кого проблем не возникает, но нередко более сложные конфигурации стен, пола или кровли ставят в тупик. Обратитесь к публикации нашего портала, посвященной именно расчётам площадей – там описана методика и приведены удобные калькуляторы.

Результат оптимальной толщины плиты будет выдан в метрах. И вот здесь необходимо сразу оценить его со следующих позиций.

• Оптимальным будет значение от 0,2 до 0,3 метра – такой фундамент полностью оправдан во всех отношениях, то есть он обеспечивает стабильность постройки и выгоден экономически. Как правило, результат округляют до толщины, кратной 50 мм.
• В том случае, если расчет показывает, что требуется плита толщиной более 0,35 м, то не исключено, что для столь легкого здания в имеющихся условиях будет более выгодным ленточный или даже столбчатый фундамент. Следует провести тщательный анализ различных вариантов, не менее надежных, но требующих меньших затрат.
• Если результат меньше 150 мм, а иногда программа может выдать даже отрицательное значение, то планируемый к строительству дом – чрезмерно тяжелый для данных условий в сочетании с плитным фундаментом. Начинать самостоятельное его возведение, без проведения квалифицированных геологических изысканий и профессионального расчета – неблагоразумно, так как это может привести к весьма печальным последствиям.

Плитный фундамент – все «за» и «против»

Более подробно с вопросами, касающимися рекомендуемых случаев применения такого основания, проведения необходимых расчетов и практического строительства монолитного плитного фундамента читатель может познакомиться в специальной публикации нашего портала.

Источник

Порядок действий и формула для расчета монолитной плиты фундамента

В основе строительства любого фундамента заложено исследование участка и подробное проектирование конструктивных элементов.

Ниже представлены основные правила расчета фундамента типа «монолитная плита», которые пригодятся частным застройщикам, решившим заложить силовую конструкцию под дом своими руками, а также детали вычисления с помощью программы SCAD.

Как рассчитать плитное основание под дом?

Расчет плиты фундамента сводится к определению толщины монолита. Чтобы получить искомое значение, нужно выполнять ряд последовательных действий:

1. Определить тип грунта под будущим зданием.
2. Посчитать суммарные нагрузки от сооружения, с учетом веса снежного пласта на крыше и приблизительного веса людей.
3. Рассчитать удельное давление конструкции на грунт.
4. Найти оптимальный объем и определить потребность в количестве бетона.
5. Округлить полученное значение до числа, кратного 50 мм. Сравнить полученные характеристики со справочной информацией (разбег не должен быть больше 25%).
6. Выбрать марку бетона.
7. Проверить условие сохранения устойчивости плиты на опрокидывание.

Все расчеты основаны на грамотном определении типа грунта и суммировании всех нагрузок. Чтобы не ошибиться в геологическом анализе, работу можно доверить узконаправленным специалистам. Расчет нагрузок и проверку на опрокидывание ведут проектировщики, но можно доверить задачу компьютерным программам или самостоятельно выполнить ряд расчетов.

Изучение характеристик грунта

Размер плитного фундамента напрямую связан с несущей способностью грунта относительно давления, которое по проекту будет оказывать на него сооружение. Специалистами изучены и занесены в справочники значения оптимального удельного давления на грунт, поэтому застройщик самостоятельно должен рассчитать толщину плиты и сравнить с оптимальной характеристикой.

Несущая способность почвы, в свою очередь, зависит от ее химического состава, насыщенности влагой, механических свойств и т.д. Для грамотной оценки участка всегда целесообразнее привлекать специалистов в этом направлении.

Как рассчитать толщину?

Правила расчета железобетонных фундаментов регламентированы действующими стандартами СНиП 52-01-2003 и СП 52-103-2007. Расчет ведут, зная все конструктивные особенности проектного сооружения, тип грунта, климатические условия в регионе и т.д.

Вычисление плитного основания по несущей способности

Зная тип грунта на участке, инженеру не составит труда найти справочную информацию о его оптимальном значении давления.

Например, для пластичных грунтов и супесей этот параметр будет равным 0,5 кгс/см²; суглинков и плотных песков – 0,35 кгс/см²; твердой глины и пылеватых песков средней фракции – 0,25 кгс/см².

Удельное давление конструкции на грунт рассчитывается методом деления суммарных нагрузок на опорную площадь основания.

Зная, какой нагрузки не хватает для удовлетворения оптимальных условий, рассчитывают необходимую массу раствора, умножая разницу на площадь основания, переведенную в квадратные сантиметры. Далее, зная площадь и массу плиты, находят высоту монолита по классическим формулам.

Сбор нагрузок

Чтобы собрать все нагрузки, нужно знать:

• параметры дома;
• количество и толщину стен;
• плотность строительных материалов;
• количество пролетов;
• тип крыши;
• среднее количество выпадающего снега в регионе;
• характер эксплуатации сооружения.

Последовательность операций:

• расчет площади всех стен без оконных и дверных проемов;
• определение площади перекрытий без лестничного проема, а также кровли;
• расчет массы стен, перекрытий, крыши;
• определение эксплуатационной нагрузки (вес людей и оборудования – приблизительно 150 кг/м 2 площади первого и каждого межэтажного перекрытия);
• определение массы снежного покрова на квадратный метр кровельного перекрытия (справочная информация).

Полученные массы суммируют и прибавляют к ним запас прочности, равный 15–20%.

Проверка на опрокидывание

Завершающий этап, который позволяет инженеру удостовериться в том, что «плавающая» плита сохранит устойчивость в процессе эксплуатации под действием сил со стороны сейсмической активности и сезонных подвижек грунта.

Проверяют соблюдение условия:

• M_u – момент сил опрокидывания к оси мелкозаглубленного основания;
• M_z – момент сдерживающих сил относительно указанной оси;
• y_c – коэффициент условий работы для различных типов грунта (скальные породы – y_c=0,9, не скальные – y_c=0,8 );
• y_n – коэффициент надежности, равный 1,1 на стадии эксплуатации и единице – на этапе строительства фундамента.

Пример получения данных с помощью SCAD

SCAD – интегрированная система проектирования различных конструкций, которая, в том числе, подходит для фундамента «монолитная плита».

Ресурс работает совместно с различными проектно-аналитическими программами по типу:

Чтобы грамотно рассчитать плиту в компьютерной программе, нужно пройти курсы и иметь опыт работы в данном направлении.

Что нужно, чтобы рассчитать плиту в SCAD:

• задать габариты площадки строительства;
• ввести параметры осей координат;
• ввести контуры существующих зданий;
• задать сведения об уровне грунтовых вод;
• ввести информацию о грунтах;
• ввести внешний контур фундаментной плиты;
• добавить проектную нагрузку.

С помощью программы можно прогнозировать просадку фундамента по методу Федоровского В.Г. и Безволева С.Г. Как правило, расчеты ведутся по формулам, а для и записи необходимо соблюдать определенные правила.

будет записана следующим образом:

Программа также позволяет преобразовывать данные, заданные в различных единицах измерения:

Программой SCAD пользуются узкопрофильные специалисты, а частные попытки самостоятельных вычислений могут привести к грубым ошибкам и нарушению технологии закладки силовой конструкции типа «монолитная плита».

Глубина залегания

Согласно СНиП 23-01-99, глубина заложения зависит от:

1. климатических условий в регионе;
2. конструкционных особенностей сооружения;
3. глубины грунтовых вод,
4. типа почвы под подошвой и т.д.

Таким образом, глубина котлована рассчитывается индивидуально.

Если следовать рекомендациям практикующих строителей, под фундамент в северных регионах нужно рыть котлован не ниже 0,8–1 м от поверхности земли. В теплых и умеренных климатических условиях для плитного основания достаточно 0,3–0,4 м глубины. На стабильных грунтах глубина закладки силовой конструкции может быть минимальной и составлять всего 0,2 м.

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 63.13330.2018. 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.

Как получить данные для буронабивного основания?

Если грунт на участке характеризуется значительной подвижностью, то целесообразно построить плитное основание на буронабивных сваях, которые будут противостоять смещению зыбких слоев почвы.

В данном случае именно опоры будут отвечать за передачу нагрузки от проектного дома на грунт.

Несмотря на экономию за счет отказа от глубокозаглубленного плитного фундамента, тонкую плиту закладывать также нельзя, потому что ее раздавит под весом самого сооружения. Как правило, останавливаются на толщине плиты, равной 0,3–0,4 м. Точное значение находят расчетным путем и принимают условно по типу грунта на участке.

Особенностью вычислений является то, что при определении количества и оптимального диаметра буронабивных свай нужно также к суммарным нагрузкам от дома прибавить вес дома. Этот нюанс также учитывается инженерами при выборе схемы армирования для опорных элементов силовой конструкции.

Пример вычисления

Например, по проекту задан двухэтажный дом и уже рассчитанная его суммарная масса, равная 95 тоннам.

Если площадь основания равна 54 м 2 , то удельное давление будет равным:

95/54=1,7 т/м 2 или 0,17 кг/см 2 .

Если дом стоит на твердой глине, то для соблюдения допустимых условий не хватает:

0,25-0,17=0,08 кг/см 2 давления или 0,08х54х10 000 = 43,2 т железобетона.

Объем плиты через плотность железобетона:

Тогда высота плиты будет равна:

Для заданных условий можно рассмотреть два варианта, когда высота плиты будет равной 0,3 или 0,35 м.

В первом случае ее масса составит 40 000 кг, а, значит, вместе с фундаментом здание будет оказывать давление, равное:

(40 000+95 000)/(54×10 000)=0,25 кг/〖см〗^2

Данный параметр удовлетворяет заданным условиям, поэтому оставляют толщину плиты, равную 0,3 м. Далее рассчитывают количество опорных элементов определенного диаметра, основываясь на их грузоподъемности.

Заключение

Расчет монолитной плиты фундамента ведут, полагаясь на гидрогеологические и проектные условия строительства.

Для сооружений второй и третьей степени ответственности индивидуальный застройщик может спроектировать силовую конструкцию, полагаясь на методику, описанную в текущей статье. Если планируется возведение жилого дома, то проведение расчетов лучше доверить узконаправленным специалистам, которые учтут все факторы и проверят риски.

Источник