Пример расчета прочности фундамента

Расчет несущей способности ленточного фундамента

Ленточный фундамент получил распространение в строительстве благодаря своей универсальности. Конструкция может быть изготовлена как из сборного, так и из монолитного бетона. Такой тип фундамента может с одинаковой успешностью применяться в индивидуальном и в массовом строительстве. Чтобы гарантировать прочность конструкции, ее долговечность и устойчивость, перед началом работ требуется выполнить расчет по несущей способности.

Порядок расчета

При проведении подготовительных конструкторских работ необходимо определиться со следующими значениями:

Ширина подошвы и ленты будут различаться при строительстве дома на фундаменте т-образного типа. При применении прямоугольного сечения опорной конструкции, эти значения равны. Т-образные ленты применяются для возведения массивных зданий из кирпича, широкая подошва фундамента снижает давление на единицу площади от здания на грунт. Если дом строится по каркасной технологии или из бруса, достаточно прямоугольного фундамента. Расчет подошвы для монолитного и сборного фундамента не отличаются.

Чтобы найти или рассчитать нужные значения, работы проводятся в несколько этапов:

1. изучение характеристик грунта;
2. назначение глубины заложения;
3. сбор нагрузок;
4. расчет по несущей способности.

Каждый из этих этапов имеет свои особенности, поэтому требует отдельного рассмотрения.

Геологические условия участка

Для частного дома проводить дорогостоящие геологические исследования нецелесообразно. Все, что необходимо узнать это:

• тип грунта;
• уровень нахождения грунтовых вод;
• наличие линз слабого грунта.

Это можно определить двумя способами:

Исследование почвы необходимо проводить на 50 см ниже предполагаемой отметки ленточного фундамента, которая на данном этапе принимается в зависимости от наличия подвала и величины промерзания (подробнее в следующем пункте).

Шурфы представляют собой ямы прямоугольного сечения, земляные работы можно проводить с помощью обычной лопаты. Грунт анализируется по стенкам откопанного шурфа. Бурение в условиях самостоятельного возведения дома можно проводить ручным буром. Анализ проводят по почве на лопастях инструмента.

Необходимо выбрать несколько точек для исследования, все они располагаются под пятном застройки дома. Одну скважину или шурф делают в самой низкой точке участка. Чем больше точек для исследования взять, тем точнее будут результаты, но главное не переусердствовать.

Если грунтовые воды не найдены, можно принимать фундаменты глубокого заложения и обустраивать в доме подвальные помещения. Если УГВ располагается на глубине 1 м от поверхности земли и ниже, самым простым решением станет устройство мелкозаглубленных опор (50-60 см). Более сложным для выполнения вариантом будет устройство заглубленной ленты с дренажом и надежной гидроизоляцией подвала (снаружи и изнутри).

По типу найденных грунтов определяют их несущую способность, которая потребуется в дальнейшем расчете.

Тип грунта	Несущая способность, кг/см 2
Галечный с глиной	4,5
Гравий	4,0
Крупнозернистый песчаный	6,0
Среднезернистый песчаный	5,0
Мелкозернистый песчаный	4,0
Пылеватый песчаный*	2,0
Супеси и суглинки	3,5
Глины	6,0
Просадочные грунты*	1,5
Насыпной уплотненный*	1,5
Насыпной неуплотненный*	1,0

* грунт не подходит в качестве основания. Требуется полная его замена на песок крупной или средней фракции. В данном случае лучше остановиться на применении свайного фундамента или монолитной плиты.

Назначение глубины заложения

Как уже говорилось ранее, отметка подошвы зависит от уровня грунтовых вод. Изучив характеристики основания и обозначив допустимые границы, рассматривают другие факторы.

При наличии подвала, отметку подошвы выбирают не менее чем на 20-30 см ниже пола по подвала. Промерзание почвы также влияет. Лучше опирать конструкции дома на незамерзающий слой почвы. Для различных регионов он отличается. Самые точные значения приведены в СП «Строительная климатология». Значения для некоторых городов приведены в таблице.

Город	Промерзание почвы, м
Москва	1,4
Санкт-Петербург	1,4
Ростов-на-Дону	1,0
Волгоград	1,2
Архангельск	1,8
Нижний Новгород	1,6
Уфа	1,8
Екатеринбург	1,9
Челябинск	2,0
Омск	2,2
Новосибирск,	2,2
Воркута	2,9
Иркутск	2,3
Владивосток	1,6

Сбор нагрузок

Нагрузки разделяют на два типа: временные и постоянные. Постоянные — масса конструкций здания, временные — людей, мебели, оборудования, снега.

Чтобы рассчитать все значения достаточно воспользоваться таблицей.

Тип нагрузки	Величина
Кирпичные стены толщиной 510 мм	920 кг/м 2
Кирпичные стены толщиной 640 мм	1150 кг/м 2
Стены из бруса толщиной 150 мм	120 кг/м 2
Стены из бруса толщиной 200 мм	160 кг/м 2
Утепленные каркасные стены толщиной 150 мм	30-50 кг/м 2
Гипсокартонные перегородки 80 мм без утеплителя	27,2 кг/м 2
Гипсокартонные перегородки 80 мм с утеплителем для шумоизоляции	33,4 кг/м 2
Железобетонное перекрытие сборными плитами толщиной 220 мм и цементно-песчаной стяжкой толщиной 30 мм	625 кг/м 2
Деревянное перекрытие по балкам с утеплителем плотностью до 200 кг/м 3	100-150 кг/м 2
Фундамент железобетонный	2500 кг/м 3
Кровельный пирог в зависимости от типа покрытия, кг/м 2
Металлическая черепица	40-60
Керамическая черепица	80-120
Гибкая черепица	50-70
Временные нагрузки
Полезная (мебель и оборудование)	150 кг/м 2
Снег	См. в табл. 10.1 СП «Нагрузки и воздействия» в зависимости от климатического района

Каждое значение, перед тем как взять в расчет, требуется умножить на коэффициент надежности по нагрузке. Для металлических элементов он составляет 1,05, для деревянных — 1,1, для железобетонных заводского изготовления — 1,2, для железобетонных, изготавливаемых на стройплощадке — 1,3. Полезная нагрузка умножается на 1,2, а снеговая на 1,4. При уклоне кровли свыше 60 градусов нагрузку от снега в расчет принимают равной нулю.

Расчет ширины подошвы

Фундамент — это конструкция передающая нагрузку от дома на грунт, т.е. при расчете фундамента по несущей способности главным параметром является несущая способность грунта под ним. По сути расчет несущей способности сводится к расчету минимальной площади опирания фундамента на грунт, при которых его пространственные характеристики останутся в заданных пределах в течение всего времени эксплуатации здания, при заданной массе строения (считается из учета проекта). Варьируя ширину фундамента можно изменять удельное давление (давление на единицу площади кг/см²) здания на грунт. Т.к. периметр строения известен из проекта, нужно определить минимально возможную ширину ленточного фундамента.

Рассчитать фундамент можно по формуле:

где В — значение требуемой ширины подошвы фундамента, L — общая длина всей ленты по периметру дома и внутренних несущих стен, R — несущая способность грунта (по таблице выше), P — масса дома с учетом всех нагрузок, умноженных на коэффициенты запаса по несущей способности.

Пример расчета

Для более точного представления, приведем пример для двухэтажного дома из бруса размерами 6 на 6 м и высотой этажа 3 м. Наружные сены на втором этаже(мансардном) имеют высоту 1,5м. Кровля из битумной черепицы, фундамент ленточный мелкого заглубления (60 см). Пример предусматривает район строительства — г.Москва. Опирание выше глубины заложения обусловлено высоким УГВ, для защиты от сил морозного пучения предусмотрено утепление ленты фундамента пенопластом (в расчет не учитывается). Геологические исследования показали, что на выбранной глубине опирания находятся суглинки.

Рассчитать нагрузки можно в табличной форме.

Нагрузка	Величина, кг
Наружные стены из бруса толщиной 200 мм	6 м (длина) * 4 шт * 4,5 м (высота) * 160 кг * 1,1 = 19000 кг
Внутренняя стена из бруса толщиной 150 мм	6 м (длина) * 6 м (высота) * 120 кг * 1,1 = 4750 кг
Перегородки из гипсокартона без шумоизоляции	20 м (длина) * 2,7 м (высота) * 27,2 кг * 1,2 = 1770 кг
Перекрытия по балкам толщиной 300 мм	2 шт * 6 м (ширина) * 6 м (длина) * 150 кг * 1,1 = 11880 кг
Кровля	6 м * 6 м * 70 кг * 1,2/соs45ᵒ(угол наклона кровли) = 4260 кг
Полезная нагрузка на перекрытия	2 шт * 6 м * 6 м * 150 кг * 1,2 = 12960 кг
Снег	6 м * 6 м * 180 кг * 1,4 = 9080 кг

Итого с учетом всех коэффициентов — 63700 кг.

В примере ленточный фундамент закладывается под наружные стены и под внутреннюю. Подбираем ширину в зависимости от толщины стен. Предварительно значение ширины равно 25 см. Высота цоколя равна 40 см, глубина заложения 60 см, общая высота фундамента -100 см.

Предварительная масса ленточного монолитного фундамента = (6 м * 4 шт + 6 м * 1 шт) * 1 м (высота) * 0,25 м (ширина) * 2500 кг * 1,2 (коэффициент надежности по нагрузке) = 18750 кг .

Общая нагрузка от дома — 82450 кг. Периметр фундамента L=5 шт * 600 см = 3000 см.

В = Р/(L) * R = 82450/(3000 см * 3,5 кг/см²) = 7,85 см.

Такое небольшое значение в примере получено из-за небольшого веса здания из бруса и достаточно высокой несущей способности ленточного фундамента. Принять число меньше ширины стен возможно только при кирпичном здании (допускается свесы кладки до 10 см), но в тоже время принимать значение ширины фундамента меньше 30 см для частного дома не рекомендуется, поэтому остается величина 30 см (под внутреннюю стену можно сделать 25 см). Пример предусматривает прямоугольное сечение ленточного фундамента.

Если предварительная ширина фундамента отличается от конечной в меньшую сторону или в большую менее, чем на 5 см, перерасчет конструкции не требуется. При получении значения отличающегося от предварительного более чем на 5 см в большую сторону расчет проводят еще раз с полученной шириной. В данном случае нужно провести расчет веса фундамента заново, но мы не будем этого делать, так как и так понятно что запас просто огромный.

Рассчитать ленточный фундамент по примеру с учетом несущей способности для дома из бруса просто. Действие не отнимет большого количества времени, но обеспечит высокую надежность.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Источник

Пример расчета прочности ленточного фундамента

Пример расчета ленточного фундамента позволит индивидуальному застройщику произвести вычисления для собственного коттеджа, надворной постройки, заложив в конструкцию необходимый для максимального срока эксплуатации запас прочности. Для ленточного фундамента используют два вычисления:

• определение несущей способности почвы;
• допустимая деформация грунта.

Расчет ленточного фундамента.

Пример упрощенных вычислений доступен каждому застройщику – потребуется вспомнить школьный курс физики, математики. При этом из равенства:

• N_r – расчетное сопротивление почвы;
• L, S – длина, ширина фундамента;
• M_z, M_m – вес здания, мебели соответственно;
• N_s, N_v – нагрузка снеговая, ветровая соответственно;
• потребуется вычислить параметр S (ширину ленты).

Глубина заложения не вычисляется, а берется из соответствующих таблиц, составленных с учетом многолетней практики эксплуатации на различных грунтах.

После чего составляется смета для планирования бюджета строительства, экономичной транспортировки.

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.

Порядок вычисления характеристик ленты

Пример расчета для одноэтажного коттеджа 10 х 10 м с единственной перегородкой, высотой потолков 3 м выглядит следующим образом:

Схема ленточного фундамента.

• площадь S = (10 м х 4 шт) х 3 м + 10 м х 3 м = 150 м 2 . Ленточный фундамент в случае использования кирпичной кладки в полкирпича будет испытывать нагрузку.
• 0,75 т/м 2 х 150 м 2 = 112,5 т. При площади дома в 100 квадратов, с перекрытием чердака из досок по балкам, цоколя ж/б плитой добавится нагрузка.
• 100 м 2 х 150 кг/м 2 + 100 х 500 = 65 т. Расчет ленточного фундамента будет неполным без учета кровли, вес которой складывается из материалов стропил, самой кровли. Причем крыша опирается на стены под некоторым углом, поэтому ее площадь больше площади этажа, 120 квадратов при углах наклона скатов 30˚. В данном случае для стропильной системы потребуются:

• брус 15 х 10 см – 10 шт;
• доска 20 х 5 см – 32 шт.

Нагрузка от стропильной системы составит:

При использовании легкого ондулина добавляется еще 0,6 т.

Для расчета снеговой нагрузки используются таблицы СНиП, в которых приведены данные по регионам строительства. Для Краснодара это 120 кг на квадрат, поэтому итоговый результат будет равен:

Схема монтажа фундамента.

Аналогично вычисляется снеговая нагрузка, для этого также потребуются нормативы СНиП. В данном случае для расчета потребуется площадь фасадов:

Нагрузка от мебели в примере составит 100 м 2 х 195 кг/м 2 = 19,5 т.

Полный вес дома составил 227,91 т, ленточный фундамент передает нагрузки на почвы с разным сопротивлением грунта, значения которых сведены в таблицы СНиП. Например, для крупного песка это 5 единиц, для гравия с пылевато-глинистым наполнителем – 4 единицы, щебня с песком – 6 единиц. Несущая способность почвы должна быть больше полного веса дома, умноженного на коэффициент 1,3 (в нашем случае – 296,28 т). Исходя из полученных значений расчетного сопротивления, полного веса дома, можно скорректировать ширину фундамента:

Значение округляется в большую сторону до 60 см. Следует помнить, что ширина ленты всегда больше толщины кладки. Ширина стен зависит от характеристик материала, так как ни один из них не обладает универсальными качествами. Стены должны быть:

• • • прочными – для опирания тяжелых стропильных систем, кровли, перекрытий;
    • теплыми – конструкционные материалы обладают высокой теплопроводностью, поэтому требуют дополнительной теплоизоляции;
    • красивыми – фасады должны обладать художественной ценностью.

Поэтому на практике используют композитные стены (наружная облицовка, теплоизолятор, кирпич либо дерево для опирания стропил, пароизоляция, внутренняя отделка), что позволяет снизить толщину стены, фундамента, соответственно.

Глубина траншей для ленточного фундамента может браться из нормативов СНиП:

Самыми опасными для ленточного фундамента являются силы пучения, возникающие при расширении насыщенных влагой глин. Поэтому чем выше уровень УГВ, больше в почве глины, глубже отметка промерзания, тем выше сдвигающие, разрывающие либо сжимающие усилия в нем возникают. На практике используют несколько технологий, снижающие силы пучения:

• • • утепление прилегающего периметра – теплоизоляция наклеивается на наружные стены ленты, изменяет направление на дне котлована, отходит от него по периметру на 1,5 м, сохраняя зимой тепло недр;
    • замена грунта – пучинистые глины внизу ленты заменяют песком, щебнем, гравием либо их смесями, для чего траншея выкапывается глубже проектной отметки на 0,35 м;
    • сваи – в ответственных местах лента опирается на сваи, заглубленные ниже уровня промерзания.

Арматура внутри железобетона предотвращает растрескивание, увеличивает прочность, объединяет периметр ленты в единое целое.

Необходимое количество арматуры для фундамента

Пример расчета будет неполным без вычислений количества арматуры, используемой в армопоясе ленты. Обычно в лентах используют два пояса из двух продольных стержней, периодически (через 0,5 м) соединенных горизонтальными, вертикальными перемычками. Все элементы, расположенные в силовой объемной конструкции горизонтально, используют арматуру периодического сечения (рифленка), вертикальные стойки делают из гладкой арматуры.

Расчет может производиться в специальной онлайн программе, при самостоятельных вычислениях придется учесть:

• • • нахлест горизонтальных стержней 10 см (+0,2 м в каждом стыке);
    • специфику расположения прутков в углах (загибы заходят на сопряженную стену на 0,5 м, считая от угла внутренней опалубки);
    • вертикальные стойки заходят за нижний/верхний горизонтальные пояса на 5 см.

Рекомендуемый специалистами запас составляет 5-10% в зависимости от конфигурации стен. При покупке следует учесть, что арматура продается на вес, а не метражом. В каждой торговой точке имеется таблица перевода метража в массу. Прутки связываются проволокой, на каждый стык уходит 25 см материала. При вязке пистолетом расход меньше, однако придется приобрести сам инструмент, чаще всего, для разовых работ.

Расчет фундамента МЗЛФ для коттеджа 6х5 м

Выбран проект шале с размерами ленты:

• • • наружный периметр 6х5 м;
    • ось 5,5х4,5 м;
    • ширина ленты 0,5 м, высота 0,7 м;
    • перегородка по ширине;
    • стандартные стержни арматуры 11,7 м.

На выходе получится лента длиной 25 м с площадью подошвы 12,5 квадратов, внешней поверхностью 17,5 м 2 . Для нее понадобится 9,625 куба бетона (учтен 10% запас), который весит 22,62 т, создает на грунт нагрузку 0,18 кг/см 2 .

Минимальные характеристики арматуры в этом случае получатся:

• • • диаметр – 12 мм с поперечными стержнями 6 мм;
    • пояса – два по три стержня;
    • шаг поперечных стержней 0,35 м;
    • нахлест – 0,56 м;
    • количество продольного прутка – 140 кг либо 157,2 м;
    • количество поперечной арматуры – 38 кг либо 171,4 м;
    • опалубка – 42 шестиметровых доски шириной 15 см, опоры через 1 м в количестве 44 шт.

В калькуляторах бесплатных сервисов подставляются необходимые значения, на выходе получается подобие сметы, которую можно распечатать здесь же. Это снижает транспортные расходы, избавляет от большого запаса, который не пригодится в дальнейшем. На этапе заливки ленты важно не забыть о вентиляционных, технологических отверстиях. Первые необходимы для увеличения ресурса основания, цоколя, перекрытия нулевого цикла. Сквозь гильзы, установленные в технологических отверстиях, позже будут подводиться системы жизнеобеспечения. Выдалбливание/высверливание отверстий в застывшем бетоне чревато микротрещинами вокруг отверстий.

Источник