Расчет основания ленточного фундамента по несущей способности

Рассчитать ленточный фундамент своими руками

Наиболее популярны в частном строительстве ленточные фундаменты. Они могут использоваться под разные дома на различных типах грунтов, расчет их можно сделать своими руками. Для этого не нужны знания высшей математики или сопромата. Есть метод, при котором все просто, правда, громоздко: придется собирать много данных. Этот расчет ленточного фундамента называется «по несущей способности грунта». Но предварительно вам нужно будет собрать нагрузки от дома: рассчитать какая масса будет приходится на каждый квадратный метр (сантиметр) основания. Затем, подбирая ширину подошвы фундамента, выбрать оптимальную ее ширину.

В этой статье описан метод расчета параметров ленточного фундамента (ширины) по несущей способности грунтов

Метод расчета

Ленточный фундамент можно рассчитать двумя способами: по несущей способности грунтов под подошвой и по их деформации. Более прост первый способ. Его и рассмотрим.

Мы точно знаем, что первым строится фундамент. Но проектируется он в последнюю очередь. Его задача передать нагрузку от дома. А ее мы будем знать лишь после того, как определимся с типом всех строительных материалов и их объемов. Так что до начала расчета фундамента необходимо:

• начертить план всего здания со всеми простенками;
• решить, нужен или нет подвал, и какой он должен быть глубины, если нужен;
• знать высоту цоколя и материал, из которого он будет сделан;
• определиться с типом и толщиной используемых материалов для утепления, ветрозащиты, гидроизоляции, отделки как внутри, так и снаружи.

По всем используемым во время стройки материалам нужно найти их удельный вес. Желательно составить таблицу: работать будет проще. Только после этого можно приступать к расчету.

Для расчета ленточного фундамента вам понадобится проект с подробным указанием используемых материалов и их толщины

Ленточный фундамент чаще всего делают монолитным или сборным бетонным. Намного реже сегодня делают кирпичные или бутобетонные ленты: они менее надежны, но при этом для их строительства требуется большее количество материала, хотя стоимость его может быть меньше.

Условно расчет ленточного фундамента можно разбить на несколько этапов:

• Определение нагрузки на фундамент.
• Выбор параметров ленты.
• Корректировка в зависимости от условий.

Теперь обо всех этапах подробнее.

Сбор нагрузок на фундамент

На этом этапе суммируется масса всех строительных материалов, которые используются для строительства:

• стен — внешних и внутренних (берется площадь общая, не учитывая вырезы на двери и окна);
• перекрытий пола и материалов для него;
• потолка и потолочного перекрытия;
• стропильной системы и кровельных материалов;
• лестниц и других внутренних элементов дома;
• наружной тепло- ветро- изоляции и отделки;
• цоколя и фундамента (для начала — ориентировочно);
• крепежа (гвозди, саморезы, шпильки и т.д.)

Таблица усредненных нагрузок от разных типов узлов дома. ее можно использовать на предварительном этапе — когда вы оцениваете примерный уровень затрат

Как уже говорили, к этому моменту уже должен быть готов план здания с более-менее точными размерами. Расчет массы используемых строительных материалов несложен: находите площадь, на которой он будет расположен, умножаете на удельный вес, получаете массу.

Если рассчитываемый элемент прямоугольный, его площадь находите, перемножив длину сторон. Если считаете в метрах, получаете м 2 . Умножив на толщину материала в тех же единицах (в метрах) получаете объем в кубометрах — м 3 . Так работать будет удобнее: большая часть удельной массы стройматериалов дается в килограммах на кубометр (кг/м 3 ). Перемножив найденный объем с удельным весом материала получаете массу материала для этой плоскости.

Пример расчета массы стены

Чтобы стало понятнее, приведем пример. Посчитаем сколько весить будет стена из профилированного соснового бруса 150*150 мм, с обшивкой из липовой вагонки толщиной 14 мм, обрешетка из соснового бруска 50*20 мм. Стена длиной 4 м и высотой 2,8 м.

Удельный вес закупленного соснового бруса (может быть разным) 570 кг/м 3 , вагонки 530 кг/м 3 , бруска 510 кг/м 3 .

Пример расчета нагрузки стены

Площадь стены: 4 м * 2,8 м = 11,2 м 2 .

Объем бруса в стене будет 11,2 м 2 * 0,15 м (толщина бруса) = 1,68 м 3 .

Умножив объем на удельный вес бруса, получим массу стены: 1,68 м 3 * 570 кг/м 3 = 957,6 кг.

Теперь находим объем вагонки на стене: 11,2 м 2 * 0,014 м (толщина вагонки) = 0,16 м 3 .

Сколько весит вагонка узнаем, умножив ее удельный вес на объем: 0,16 м 3 * 530 кг/м 3 = 84,6 кг.

Количество обрешетки считают по-другому: определяем сколько планок прибивается. Мы будем прибивать обрешетку вдоль с шагом 60 см. Получится 5 планок длиной 4 м. Погонных метров всего будет 20. Теперь находим объем: 20 м.п. * 0,05 м * 0,02 м = 0,02 м 3 .

Теперь находим массу обрешетки: 0,02 м 3 * 510 кг/м 3 = 10,2 кг.

Теперь находим массу всех материалов для стены: 957,6 кг + 84,6 кг + 10,2 кг = 1052,4 кг.

Думаем, принцип понятен. Но считать так каждую стену долго. Дальше можно сделать проще: определить, сколько весит один квадратный метр стены, затем найти площадь всех стен, имеющих такую же отделку и получить общую их массу.

Мы рассчитали, что масса стены площадью 11,2 м 2 будет 1052,4 кг. Получается, что один квадрат весит 1052,4 кг / 11,2 м 2 = 93,96 кг/м 2 . Теперь посчитав, площадь всех стен с такой отделкой, можем найти их общую массу. Пусть общая их площадь 42 м 2 . Тогда весить они будут 42 м 2 * 93,96 кг/м 2 = 3946,32 кг.

По такой методике находите массу всех перечисленных элементов. Если они имеют сложную геометрию, разбиваете их на простые фигуры и так определяете площадь. С остальным проблем быть не должно.

Полезная нагрузка дома

Кроме стройматериалов на фундамент будет давить вся обстановка в доме: мебель, техника, люди и т.д. Считать все это очень уж долго, так что при планировании принимают, что на один квадратный метр площади полезная нагрузка составляет 180 кг/м 2 . Чтобы узнать общую полезную нагрузку дома, его площадь (всех этажей) умножаете на эту цифру.

В общую нагрузку от дома необходимо добавить нагрузку от всех предметов интерьера, техники и т.д.

Снеговая нагрузка

В большинстве регионов необходимо еще учитывать нагрузки на фундамент от снега. Снеговые нагрузки определены по регионам (смотрите фото), их значения приведены в таблице.

Но так как кровли разные, а них скапливается разное количество снега. Потому в зависимости от угла ската применяются коэффициенты:

• угол наклона меньше либо равен 25° — коэффициент равен 1 (снеговая нагрузка берется из таблицы без изменений);
• угол наклона больше либо равен 60° — коэффициент равен 0 — снеговая нагрузка не учитывается.

Во всех остальных случаях (угол наклона кровли от 25° до 60°) значения выбирают от 0 до 1 (строят график и по нему определяют коэффициент).

Как рассчитать снеговую нагрузку на кровлю? Вы нашил свой регион, знаете среднюю нагрузку на квадрат кровли, определили коэффициент. Теперь необходимо общую площадь кровли умножить на все эти цифры.

Снеговые нагрузки по Украине (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Пример: пусть снеговая нагрузка в регионе 180 кг/м 2 , общая площадь кровли 65 м 2 , коэффициент учета угла ската кровли 0,82 (угол наклона около 30°). Находим снеговую нагрузку: 65 м 2 * 180 кг/м 2 * 0,82 = 9594 кг.

Эту нагрузку необходимо будет добавить к массе дома и его полезной нагрузке.

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

При расчете ленточного фундамента необходимо будет определить два его параметра:

Третий — длина — известен. Это сумма длин всех стен, под которыми будет закладываться фундамент.

Глубина заложения во многом определяется в зависимости от типа находящихся под подошвой грунтов. Общие рекомендации можно найти в таблице, а описание определения глубины заложения читайте в статье «Какой глубины должен быть фундамент».

Таблица с рекомендуемой глубиной заложения фундамента в зависимости от типа грунта и уровня подземных вод (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Пусть мы примем, что глубина залегания фундамента для наших условий — ниже уровня промерзания грунта, высота цоколя — 20 см. Грунт промерзает в нашем регионе на 1,4 м. По рекомендациям фундамент должен находится на 15 см ниже уровня промерзания. Получаем общую высоту: 1,4 м + 0,2 м + 0,15 м = 1,75 м.

Теперь нужно рассчитать ширину ленточного фундамента. Она зависит от расстояния, на котором находятся стены и материала, из которого будем его строить. Рекомендованные значения приведены в таблице.

Выбираете ширину фундамента в зависимости от материала и расстояния между стенами (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Расчет нагрузки на фундамент

Теперь нужно найти, с какой силой будет давить дом на фундамент. Для этого общую массу дома (масса всех элементов + полезная нагрузка + снеговая) делим на площадь фундамента.

Площадь ленточного фундамента находим умножив ее длину на выбранную в предыдущем пункте ширину. Потом общую нагрузку от дома делим на площадь фундамента в квадратных сантиметрах. Получаем удельную нагрузку на каждый квадратный сантиметр ленточного фундамента.

Пример. Пусть нагрузка от дома 408000 кг, площадь ленточного фундамента (длинна 4400 см, ширина 30 см) — 132000 см 2 . Разделив эти значения, получаем: на каждый сантиметр давит 3,09 кг.

Теперь необходимо узнать, выдержат ли грунты под подошвой фундамента это значение. Любой грунт в состоянии выдержать какое-то давление. Эти значения просчитаны и занесены в таблицу. Находим тип грунта под подошвой фундамента (определяется геологическими исследованиями) и смотрим его удельную несущую способность.

Несущая способность грунтов — сравниваем найденную нагрузку от дома с нормативной для вашего грунта

Если несущая способность грунта больше чем нагрузка от дома, все выбрано правильно. Если нет, необходимо вносить корректировки.

Корректировка параметров

Если нагрузка, передаваемая через ленточный фундамент, для данных грунтов велика, выхода два: использовать при строительстве более легкие материалы или увеличить ширину ленты.

Изменение материала очень трудоемко: часто изменение одного материала тянет за собой цепочку изменений параметров целого ряда других. В результате расчет массы приходится переделывать. Потому чаще увеличивают толщину ленты в фундаменте. Этим увеличивается уменьшается удельная нагрузка. Но слишком широкий ленточный фундамент (шире 60 см), особенно глубокого заложения, невыгоден экономически: большой расход материала и трудозатараты. В этом случае необходимо сравнивать стоимость нескольких типов фундамента.

Ширину монолитно-ленточного фундамента подбирают исходя из рассчитанной нагрузки от дома и несущей способности грунтов

Не забудьте после изменения ширины ленты пересчитать ее массу и соответствующим образом откорректировать массу строения.

Как рассчитать кубатуру фундамента

Учитывать массу фундамента лучше рассчитывая его объем: эта цифра вам пригодится при заливке фундамента: будете знать, сколько заказывать бетона или сколько материалов потребуется закупить.

Все исходные данные уже известны: высота, ширина и длина ленты. Их перемножаете, получаете кубатуру фундамента.

Например, посчитаем объем фундамента для рассчитанной ранее ленты: длинна 44 м, ширина 30 см (0,3 м), высота 1,75 м. Перемножаем: 44 м * 0,3 м * 1,75 м = 23,1 м 3 . Фактически расход, скорее всего, будет немного больше: порядка 25 кубов. На эту цифру и ориентируйтесь при заказе бетона.

Кубатура фундамента рассчитывается исходя из найденных (предполагаемых) размеров ленты: длины, высоты и ширины путем их перемножения

Источник

Расчёт фундамента

Приступая к выбору фундамента, следует определиться с терминами и параметрами, характеризующими сам фундамент и грунт-основание под ним (Рисунок 13, а).

Фундамент – это подземная часть здания, которая предназначена для передачи нагрузки от здания на грунт, залегающий на определенной глубине и являющийся основанием фундамента.

Рисунок 13. Схема фундамента и основания:
А – без подсыпки грунта; Б – с подсыпкой грунта;
1 – фундамент; 2 – граница промерзания грунта; 3 – уровень грунтовых вод; 4 – сжимаемая толща грунта; 5 – насыпной грунт

Глубина заложения фундамента (Hf) – расстояние от подошвы фундамента до поверхности земли.

Подстилающий слой грунта (основание – слой грунта, на который опирается подошва фундамента.

Расчетная глубина промерзания (hi) – положение границы промерзания относительно уровня грунта, принятое в качестве расчетной величины, узаконенной нормативными документами (нормами СНиП).

Если вокруг дома сделана подсыпка, то из чего следует исходить при назначении глубины заложения фундамента?

Разумеется, грунт будет промерзать с учетом подсыпанного грунта. Поэтому и глубину заложения фундамента в этом случае следует определять дт поверхности подсыпки (Рисунок 13, б).

Глубина промерзания в большей степени определяется климатическими условиями данного региона и соответствует наибольшей величине промерзания влажного глинистого грунта без снегового покрова в период наиболее низких возможных температур. В пределах Европейской и Сибирской части России граница промерзания меняется в широком диапазоне (Рисунок 14).

Глубина промерзания по городам России и ближнего зарубежья:

Рисунок 14. Карта расчетной глубины промерзания глинистых и суглинистых грунтов части Российской Федерации.

70 см – Краснодар, Калининград, Львов.
90 см – Ростов-на-Дону, Астрахань, Киев, Минск, Рига.
100 см – Таллинн, Харьков, Вильнюс.
120 см – Великие Луки, Волгоград, Курск, Псков, Смоленск.
140 см – Воронеж, Тверь, Санкт-Петербург, Москва, Новгород.
150 см – Вологда, Нижний Новгород, Кострома, Пенза, Саратов.
170 см – Ижевск, Казань, Котлас, Самара, Вятка, Ульяновск, Ярославль, Иваново.
180 см – Уфа, Караганда, Актюбинск.
190 см – Екатеринбург, Челябинск, Сыктывкар, Пермь.
210 см – Тобольск, Кустанай, Барнаул.
220 см – Омск, Новосибирск.

Это следует учитывать

– при постоянном проживании грунт под домом зимой прогревается и расчетную глубину промерзания можно уменьшить на 15…20%;

– для мелких и пылеватых песков и супесей значение глубины промерзания следует увеличить в 1,2 раза.

Разумеется, реальная глубина промерзания несколько меньше, чем расчетная. Но на то она и расчетная, чтобы избежать возможных разрушений дома при самых неудачных стечениях обстоятельств, предложенных погодой.

Всемирное потепление и глубина промерзания

Застройщики, решившие учесть общее потепление климата и на этом основании смягчить требования к заглублению фундамента и к утеплению стен, не совсем правы.

Крещенские морозы, накрывшие всю территорию России в январе 2006 г., держали температуру на 15…20°С ниже среднестатистической отметки, напрягая энергетиков и владельцев частных домов.

Технология ТИСЭ возведения столбчато-ленточного фундамента и трехслойных стен без «мостков холода» дает возможность сохранить высокие эксплуатационные характеристики индивидуального жилья в подобных климатических условиях.

Уровень грунтовых вод (hw) – положение зеркала грунтовых вод относительно уровня грунта в условно отрытом котловане (скважине).

Сжимаемая толща грунта – деформируемая часть грунта, воспринимающая нагрузку от фундамента.

Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше стоимость строительства. Желание снизить затраты на возведение фундамента ведет к стремлению поднять подошву фундамента к поверхности грунта. Вместе с тем верхние слои грунта не всегда могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к основанию сооружения: они имеют Недостаточную и неравномерную прочность, подвержены пучинистым явлениям, чем способны вызвать разрушение фундамента и самого строения.

Проектирование фундамента связано не только с выбором его конструкции и глубины заложения, но и с определением его геометрических параметров, главным из которых является площадь подошвы фундамента. Именно этот параметр окажет решающее влияние на «поведение» строения в процессе его эксплуатации. Недостаточная площадь опоры приведет к недопустимой просадке сооружения, а неравномерность просадки под ним – к разрушению возведенного строения. Излишне большая площадь подошвы напрямую ведет к увеличению расхода материалов и затрат, расходуемых на возведение фундамента.

Определиться с требуемой площадью подошвы фундамента можно через проведение проектировочных расчетов. В строительной практике предусмотрено выполнение расчетов фундамента по двум группам предельных состояний: по несущей способности основания и по допустимым деформациям сооружений. Если первый расчет позволяет определить площадь подошвы фундамента, то второй даст возможность избежать разрушения самого дома от неравномерности в осадке фундамента.

Расчет фундамента по несущей способности основания (информация для любознательных застройщиков)

Целью расчета оснований по несущей способности является оценка прочности и устойчивости грунта-основания под подошвой фундамента от воздействия эксплуатационных нагрузок.

Восприятие нагрузки фундаментом сопровождается его осадкой, которая обусловлена уплотнением грунта и потерей его устойчивости, характеризуемой деформационными сдвигами слоев. Величина осадки (δ) зависит не только от прочностных характеристик грунта, но и от значения прилагаемого усилия (F) Рисунок 15), как у пружины, величина сжатия которой зависит от её жесткости и от приложенной силы.

График зависимости осадки фундамента от нагрузки

На графике можно выделить типичные участки, характеризующие деформационно-напряженные процессы, проходящие в основании и сопровождающиеся перемещением и уплотнением грунта (Рисунок 16):

ОА – фаза упругих деформаций (Рисунок 16, а);

АБ – фаза уплотнения и местных сдвигов (Рисунок 16, б);

БВ – фаза сдвигов и начало бокового уплотнения (Рисунок 16, в);

ВГ – фаза выпора (Рисунок 16, г);

ГД – фаза преобладающего бокового уплотнения (Рисунок 16, д).

Рисунок 16. Схема развития деформаций и перемещений грунта:
А – фаза упругих деформаций; Б – фаза уплотнения и местных сдвигов; В – фаза развития сдвигов и начало бокового уплотнения; Г – фаза выпора; Д – фаза преобладающего бокового уплотнения;
1 – нагрузка; 2 – фундамент; 3 – зона упругих деформаций; 4 – зона сдвиговых деформаций; 5 – выпор грунта; 6 – ядро уплотненного грунта; 7 – зона бокового уплотнения

Наиболее востребованные фазы работы основания, которые используются в условиях строительства – ОА, АБ и начальная часть фазы БВ, где преобладающими являются упругие деформации основания. Каждому типу фундамента соответствует своя фаза деформаций:

ОА – для фундамента в виде плит, где давление на грунт невелико;
АБ – ленточный мелкозаглубленный фундамент;
АБ (конец) и БВ – столбчатый фундамент.

Остальные фазы работы основания (ГД) реализуются в основном при создании свайных фундаментов, применяемых в индустриальном строительстве (забивные сваи).

При возведении столбчато-ленточного фундамента по технологии ТИСЭ уровень напряжений в основании достаточно высок: задействуются вторая половина фазы АБ, фаза БВ и даже ВГ. Работа основания в широком диапазоне упругих деформаций обеспечивает «мягкое» восприятие нагрузки от веса возведенного строения.

Расчет оснований по несущей способности (для фаз ОА, АБ, начало БВ) выполняют через определение требуемой площади подошвы фундамента по следующей формуле:

S > γ_nF/γ_c R_o , где
S – площадь подошвы фундамента (см²);
F – расчетная нагрузка на основание (общий вес дома, в том числе фундамент, полезная нагрузка, снеговой покров…) (кг);
γ_n = 1,2 – коэффициент надежности;
γ_c – коэффициент условий работы имеет следующие величины:
1.0 – глина пластичная, сооружение жесткой конструкции (каменные стены);
1.1 – глина пластичная, сооружения нежесткой конструкции (деревянные или каркасные стены) и жесткой конструкции длинные, с соотношением длины к высоте больше 4;
1.2 – глина слабопластичная, пески пылеватые маловлажные, строения нежесткие и жесткие короткие с соотношением длины к высоте меньше 1,5;
1.2 — крупный песок, строения жесткие длинные;
1.3 – пески мелкие, сооружения любой жесткости;
1.4 – крупный песок, сооружения нежесткие и жесткие длинные;
R_o – условное расчетное сопротивление грунта основания для фундаментов с глубиной заложения 1,5…2 м (определяется по таблицам 4…8).

Таблица 4. Расчетные сопротивления R_o крупнообломочных грунтов

Крупнообломочные грунты	Ro(кг/см²)
Галька или щебень с заполнителем:
песчаным	6,0
пылевато-глинистым	4,5
Гравий с заполнителем:
песчаным	5,0
пылевато-глинистым	4,0

Таблица 5. Расчетные сопротивления R_o непросадочных глинистых грунтов

Пески	Ro (кг/см²)
плотные пески	средней плотности
Крупные	4,5	3,5
Средней крупности	3,5	2,5
Мелкие
маловлажные	3	2
влажные	2,5	1,5
Пылеватые:
маловлажные	2,5	2
влажные	2,0	1,5

Таблица 6. Расчетные сопротивления R_o песчаных грунтов

Пылевато-глинистые грунты	Коэф.пористости ε	Ro (кг/см²)
		Сухой грунт	Влажный грунт
Супеси	0,3	4	3,5
	0,5	3	2,5
	0,7	2,5	2
Суглинки	0,3	4	3,5
	0,5	3	2,5
	0,7	2,5	1,8
	1	2	1
Глины	0,3	9	6
	0,5	6	4
	0,6…0,8	5…3	3…2
	1,1	2,5	1

Расчетное сопротивление глинистых грунтов и его влажность существенно зависят от пористости грунта ε (отношение объема пор к объему твердых частиц). Для новичка в строительстве этот показатель оценить в реальных условиях достаточно сложно, т.к. извлеченный грунт в свободном состоянии уже не обладает теми показателями, какие он имел на глубине, находясь под давлением.

Автором предложено связать пористость, а следовательно, и несущую способность грунта с глубиной его заложения в зависимости от того, по какую сторону границы промерзания находится подошва фундамента.

Любой грунт при увлажнении проседает и уплотняется. В процессе своего существования пучинистый грунт, расположенный ниже глубины промерзания, уплотняется до состояния «дальше некуда». Ничто не меняет это состояние в течение многих и многих десятков и сотен лет. В то же время грунт, находящийся выше глубины промерзания, постоянно насыщается влагой и при сезонном промораживании увеличивается в объеме. Влага, находящаяся в порах, увеличивает объем этих пор на 10%. Таким образом, грунт, находящийся выше границы промерзания, ежегодно «встряхивается», становясь пористым. Глинистый грунт, находящийся ниже глубины промерзания, обладает минимальной ( ε = 0,3) пористостью и максимальной прочностью.

Просадочные глинистые грунты в сухом состоянии имеют повышенную пористость и вместе с тем обладают высокой механической прочностью, обусловленной сильными структурными связями (табл. 7).

Таблица 7. Расчетные сопротивления R_o просадочных глинистых грунтов природного сложения

Просадочные грунты	Плотность грунта в сухом состоянии (кг/л)	Ro (кг/см²)
		плотные пески	средней плотности
Супеси	1,35	3,0	1,5
	1,55	3,5	1,8
Суглинки	1,35	3,5	1,8
	1,55	4,0	2,0

Таблица 8. Расчетные сопротивления R_o насыпных грунтов

Насыпные грунты	Ro (кг/см²)
	слабой влажности	повышенной влажности
Насыпи, возведенные планомерно и с послойным уплотнением	2,5… 1,8	2,0.. .1,5
Отвалы грунтов и отходов производства:
– с уплотнением	2,5…1,8	2,0… 1,5
– без уплотнения	1,8…1,2	1,5…1,0
Свалка грунтов и отходов производства:
– с уплотнением	1,5…1,2	1,2…1,0
– без уплотнения	1,2…1,0	1,0…0,8

После механического уплотнения просадочных грунтов природного сложения (трамбование) происходит разрушение жесткого каркаса и потеря прочности:

– прочность сухой супеси – 2,0…2,5 кг/см²;

– прочность сухого суглинка – 2,5…3,0 кг/см².

Большему значению расчетного сопротивления насыпных грунтов соответствуют крупные, средние и мелкие пески, шлаки…

Меньшему значению – пески пылеватые, супеси, суглинки, глины и золы.

Пример расчета фундамента по несущей способности грунта

Жилой каменный дом 7×8 м в два этажа имеет одну внутреннюю несущую стену. Вес дома с учетом снегового покрова и полезной нагрузки – около 180 т. Фундамент – заглубленный. Грунт – суглинок увлажненный (несущая способность 3,5 кг/см²)

Площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

При общей длине фундамента – около 35 м ширина подошвы фундамента должна быть не менее 6,18 / 35 = 0,18 м.

Влияние сейсмичности на несущую способность грунта

Задаваясь той или иной величиной расчетного сопротивления грунта, следует учитывать, что при одновременном воздействии статической нагрузки и вибраций прочность грунта снижается. Грунт, как говорят специалисты, приобретает свойства псевдожидкого состояния.

Индивидуальные застройщики, решившие возводить сейсмостойкий фундамент своими силами, должны учитывать уменьшение несущей способности грунта при сейсмических вибрациях. Ориентировочно табличную величину расчетного сопротивления грунта необходимо уменьшить в 1,5 раза, т.е увеличить площадь подошвы фундамента тоже в 1,5 раза.

Расчетное сопротивление грунта на разной глубине

Величины расчетного сопротивления грунтов ( R_o), приведенные в таблицах 4…8, даны для глубины заложения фундамента 1,5…2 м.

Если глубина заложения фундамента меньше чем 1.5 м, то расчетное сопротивление грунта ( Rh) определяется по формуле:

Rh = 0,005 · R_o · (100 + h/3), где
h – глубина заложения фундамента в см.

Глинистый грунт на глубине 0,5 м при R_o = 4 кг/см² будет иметь расчетное сопротивление грунта Rh = 2,33 кг/см².

Если глубина заложения фундамента больше чем 2 м. то расчетное сопротивление грунта ( Rh) определяется по формуле:

Rh = R_o + k · g · (h – 200), где

h – глубина заложения фундамента в см,

g – вес столба грунта, расположенного выше глубины заложения фундамента (кг/см²);

k – коэффициент грунта (для песка – 0,25; для супеси и суглинка – 0,20; для глины – 0,15).

Глинистый грунт на глубине 3 м при R_o = 4 кг/см² будет иметь расчетное сопротивление Rh = 10,3 кг/см². Удельный вес глины – 1,4 кг/см², а вес столба глины высотой 300 см – 0,42 кг/см².

Максимальные величины расчетного сопротивления грунтов

Для того чтобы глубже понять работу оснований, полезно было бы узнать максимальные величины расчетного сопротивления грунтов, которые встречаются в реальной жизни. Такие экстремальные параметры грунта могут возникнуть только при максимальном его уплотнении, например, под нижним концом забивных свай.

Значения расчетного сопротивления сильно уплотненных грунтов R_o (пески гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые, пылевато-глинистые грунты) зависят от глубины погружения нижнего конца свай [3]:
– на глубине 3 м увеличение – в 10 раз;
– на глубине 20 м увеличение – в 15 раз;
– на глубине 35 м увеличение – в 20 раз.

Такое внушительное увеличение несущей способности грунта связано с уплотнение грунта не только непосредственно под сваей, но и вокруг неё (Рисунок 16, д).

Эти данные приведены не для того, чтобы их напрямую использовать при расчете фундамента, т.к. такое значительное увеличение расчетного сопротивления грунтов связано с их сильным уплотнением и значительными деформациями основания. Но вместе с тем, это дает застройщику определенную уверенность в том, что созданный им фундамент выдержит вес задуманного сооружения: грунт не подведет. Главное в этом – сделать грамотно все остальное: фундамент и стены.

На заметку застройщику

Фундамент, возводимый по технологии ТИСЭ, дает возможность просесть дому на 8…10 см. В реальной жизни просадка фундамента – не более 1 см. Если это учитывать, то величину расчетного сопротивления грунта можно несколько увеличить (предположительно в 1,5 раза) или использовать этот довод для создания определенного запаса по несущей способности основания.

Расчет фундамента по допустимым деформациям сооружения

Целью расчета фундамента по этой методике является оценка соответствия действующего и допустимого уровней деформаций сооружения от воздействия эксплуатационных нагрузок.

В гибких и жестких конструкциях неравномерность осадки вызывает деформации строений или ведет к изменению их положения (Рисунок 17), что может вызвать ухудшение условий эксплуатации здания или его оборудования. Кроме этого, при больших деформациях конструкция сооружения может испытывать закритические напряжения, ведущие к его разрушению.

Правильно спроектированный фундамент предполагает осадки и деформации строения, но величина их не должна превышать строительные нормы, гарантирующие полноценную эксплуатацию здания.

Рисунок 17. Формы деформации сооружений
А – прогиб; Б – выгиб; В – сдвиг; Г – крен; Д – перекос; Е – горизонтальное смещение

Виды деформаций сооружений.

Прогиб и выгиб (Рисунок 17, а, б) зданий возникает из-за неравномерной осадки основания. Наиболее опасная растянутая зона строений при прогибе находится у фундамента, при выгибе – у кровли.

Сдвиг (Рисунок 17, в) зданий возникает при увеличенной просадке основания с одной из сторон. Наиболее опасная зона строения – стена в средней зоне, где возникает большой сдвиг.

Крен (Рисунок 17, г) здания возникает при относительно большой его высоте (многоэтажный дом, башня, дымовая труба…), при высокой изгибной жесткости строения. Опасен дальнейший рост крена и последующее разрушение здания.

Перекос (Рисунок 17, д) возникает при неравномерных осадках, приходящихся на небольшой участок длинного сооружения.

Горизонтальное смещение (Рисунок 17, е) возникает в фундаментах, в стенах подвалов или в подпорных стенках, загруженных горизонтальными усилиями.

Допускаемая величина осадки и крена сооружений

Допускаемая величина осадки, неравномерности в осадке и крена зависят от типа здания, его силовой схемы и используемых материалов.

Величина допустимых деформаций приведена в таблице 9.

Таблица 9. Предельные деформации оснований

Наименование сооружения	Относительная неравномерность осадок ( σ/L)	Крен	Средняя осадка (см)	Макс. осадка (см)
1. Производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные с полным каркасом:
– железобетонным	0,002	–	–	8
– стальным	0,004	–	–	12
2. Здания и сооружения, в конструкции которых не возникают усилия от неравномерных осадок (деревянные, щитовые…)	0,006	–	15
3. Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из:
– крупных панелей	0,0016	0,005	10
– крупных блоков или кирпичей без армирования	0,002	0,005	10
– то же, но с армированием или с арматурными поясами	0,0024	0,005	15
4. Жесткие сооружения высотой до 100 м	0,004	20

Относительная неравномерность осадки ( σ/L) – максимальное отношение разности в осадке двух участков фундамёнта к расстоянию между этими участками. По- другому: относительный прогиб (выгиб) характеризуется отношением стрелы прогиба к длине изгибаемого участка.

Из таблицы видно, что допустимые неравномерности в осадке дома тем больше, чем менее жесткий дом. Каркасные или деревянные дома допускают относительно большую неравномерность в осадке фундамента. Каменные, более жесткие дома – нет.

Кирпичный двухэтажный дом просел в середине на 1 см (Рисунок 17, а). Расстояние по длине фундамента между точками замера – 600 см (длина дома – 12 м). Относительная неравномерность осадки – 1/600=0,0017. Допустимая неравномерность осадки для такого дома – 0,002. Поэтому осадка в 1 см для такого дома допускается.

Причины неравномерных осадок:

– неоднородность основания, сложенного из пластов различной толщины или плотности;

– переувлажнение какой-либо части основания или сложение части основания из насыпного грунта;

– неравномерное давление на основание, вызванное несоответствием площади подошвы с действующей вертикальной нагрузкой (давление на фундамент в средней части здания больше, чем под внешними стенами, т.к. на внутреннюю стену опираются перекрытия с двух сторон);

– неодновременное возведение отдельных частей здания;

– механическая суффозия – перемещение водяными потоками частиц грунта – ведет к увеличению пористости и к уменьшению прочности грунта;

– наличие в толще грунта материалов, подверженных гниению (корни деревьев, отходы древесины…);

– воздействие механизмов – удаление лишнего грунта при рытье котлованов и траншей под фундамент – наиболее распространенная ошибка строителей, т.к. уложенная выравнивающая подсыпка под фундаментом не обладает прочностью нетронутого грунта;

– уплотнение грунта в процессе эксплуатации сооружения, связанное со значительным увеличением веса (складские помещения, элеваторы…);

– изменение уровня подземных вод (грунтовых или производственных);

– подземные выработки (рытье туннелей метро, канализационных коллекторов и др.);

– разрушение подземных магистралей систем водоснабжения, отопления, канализации и отвода дождевой воды часто приводит к вымыванию большого объема грунта из-под строений.

Из городской жизни

Прорывы трубы систем водоснабжения, центрального отопления или канализации, разрушенная отмостка вокруг зданий, под которую затекают ливневые осадки, могут привести строения в аварийное состояние и даже к разрушению. Происходит это не только из-за снижения несущей способности влажного грунта. Иногда возникает ситуация, когда под землей стихийно возникают большие и малые водяные потоки, уносящие грунт в магистральные ливнеотводящие коллекторы или в водоносные слои грунта. Подобные потоки при благоприятных условиях могут образовывать ручейки, способные создать в толще грунта полости достаточно внушительных размеров , способные поглотить не один грузовик или разрушить целое здание (Рисунок 18).

Из практики ТИСЭ

Фундамент и стены трехэтажного дома 9 х 12 м возводили по технологии ТИСЭ. В процессе возведения стен первого этажа в одном месте стены возникла трещина. Внизу у ростверка её ширина была около 1 мм. Полностью она исчезала на высоте около 1 м от ростверка. Сам ростверк, имеющий высоту около 20 см, не треснул (Рисунок 19). Стали разбираться, в чём причина.

Основная ошибка строителей заключалась в том, что песчаная подсыпка, играющая роль нижней части опалубки, из-под ленты своевременно не была удалена. Но сути стены возводили на ленточном незаглубленном фундаменте, которым являлся ростверк.

Перед тем, как возникла трещина, в этом месте стены был брошен шланг, из которого постоянно текла вода, используемая при возведении стен. От переизбытка влаги несущая способность верхних слоев грунта в этом месте снизилась. Тонкая лента проармированного ростверка просела, не треснув. Бетонный массив в нижней части стены, испытывающий растяжение, лопнул, отчего и появилась эта трещина.

Правильная последовательность удаления песчаной подсыпки из-под ростверка всего дома и горизонтальное армирование стен позволили решить эту проблему. После нанесения шпаклевки эта трещина больше не проявлялась.

Рисунок 19. Появление трещины при местном переувлажнении грунта:
1 – опора; 2 – песчаная подсыпка; 3 – ростверк; 4 – стена; 5 – трещина; 6 – переувлажнённый грунт

Причиной возникновения подобных трещин в стене часто становится разрушенная система ливнеотвода. Толстый слой снега на крыше и массивные сосульки становятся причиной поломки желобов и стояков системы. Если у хозяина руки не доходят до их восстановления, то после сильных дождей земля вокруг дома неравномерно увлажняется, как в предыдущем примере, что вызывает неравномерную осадку незаглубленного или мелкозаглубленного фундамента. В стенах возникают трещины, здание приходит в аварийное состояние, выйти из которого достаточно сложно.

Это было в Санкт-Петербурге

В Шипкинском пер. 17-этажный дом на плитном фундаменте накренился на 0,5%. Причина – ненормативное расположение траншеи ливневой канализации относительно фундаментной плиты (на расстоянии менее 2 м и ниже подошвы плиты на 1 м) и некачественное её выполнение. Это привело к замачиванию грунтов основания и к их утечке в ливнеотводящую систему. Осадка одной стороны здания приблизилась к предельно допустимой величине 24 см.

Восстановление вертикальности здания свелось к сознательному ухудшению несущей способности грунта под той частью плиты, которая не просела. Процесс возвращения дома в вертикальное положение занял почти три месяца. Когда дом начал приближаться к вертикальному положению, началось закрепление грунтов основания под всей плитой инъекцией твердеющих растворов под высоким давлением. После восстановительных работ дом оказался ниже исходной проектной отметки на 30 см.

Мероприятия по устранению неравномерных осадок

Устранение неравномерности осадки фундамента сводится к определенным конструктивным проработкам и к проведению некоторых профилактических мероприятий:

– выбор площади подошвы фундамента, отвечающей величине предполагаемых нагружений;

– рациональная компоновка зданий и сооружений, обеспечивающая более равномерную передачу нагрузки от веса здания на основание;

– уменьшение чувствительности здания через увеличение его изгибной жесткости, если оно короткое, и через уменьшение изгибной жесткости здания, если оно длинное;

– горизонтальное армирование стен и устройство сейсмопоясов;

– устройство деформационных или осадочных швов между секциями сооружения;

– устройство компенсирующего фундамента (столбчато-ленточный фундамент по технологии ТИСЭ);

– придание сооружению или отдельным его частям строительного подъема, соответствующего величине прогнозируемой осадки;

– проработка систем отвода ливневых осадков, систем водоснабжения и канализации с профилактическими мероприятиями по их обслуживанию, не допускающими неравномерного увлажнения грунта и возникновения подземных потоков.

Как можно уменьшить изгибную жесткость дома

У застройщика с большой семьей, но с ограниченными финансовыми возможностями было желание построить двухэтажный дом 11 х 8 м с мансардой. Грунт был слабый и внушал определенные опасения: могли появиться трещины в стенах каменного дома. Было предложено разбить возведение дома на несколько этапов и ввести компенсационную вставку. Для этого дом разделили на три секции: две внешние – каменные, фундамент и стены которых возводились по ТИСЭ; и среднюю деревянную секцию, которая объединяла их в целый дом. У застройщика появилась возможность растянуть строительство, возвести и обживать сначала одну секцию (жилую и гараж…), а затем – и все остальные (Рисунок 20). Одновременно с этим деревянная секция дома могла скомпенсировать неравномерности в просадке грунта без каких-либо разрушений.

Рисунок 20. Этапы возведения здания с уменьшенной изгибной жесткостью:
А – возведение первой каменной секции; Б – возведение второй каменной секции; В – соединение каменных секций балками и стропилами; Г – дом построен

Источник