Расчет плитный фундамент методичка

Расчет плитного фундамента по нагрузке с примером

Существует только два типа фундаментов, которые подходят для строительства практически любых зданий: свайный и плитный. Они позволяют возводить здания на грунтах с плохими характеристиками с минимальными затратами. Монолитную плиту в качестве фундамента стоит выбрать по многим причинам, но чтобы она была прочной и надежной необходимо выполнить ее грамотный расчет.

Преимущества фундаментной плиты

К достоинствам конструкции можно отнести:

• строительство на грунтах с плохими характеристиками;
• возможность возведения крупных объектов;
• возможность самостоятельной заливки;
• высокая несущая способность;
• предотвращение локальных деформаций;
• устойчивость к воздействию сил морозного пучения.

К слабым сторонам такого типа фундаментов относят:

• нецелесообразность использования на участках с уклоном;
• большой расход бетона и арматуры;
• по сравнению с готовыми элементами фундамента, устройство монолитной плиты требует дополнительного времени на набор прочности бетоном;
• сложный расчет.

Изучение характеристик грунта

Перед тем как приступить к расчету любого типа фундамента определяют характеристики основания под него. К основным и наиболее важным моментам относят:

• водонасыщенность;
• несущую способность.

При строительстве крупных объектов перед началом разработки проектной документации выполняют полноценные геологические изыскания, которые включают в себя:

• бурение скважин;
• лабораторные исследования;
• разработку отчета о характеристиках основания.

В отчете предоставляются все значения, полученные в ходе первых двух этапов. Полный комплекс геологических изысканий стоит дорого. При проектировании частного дома в нем чаще всего нет необходимости. Изучение почвы выполняются двумя методами:

Отрывку шурфов выполняют вручную. Для этого лопатой выкапывают яму, глубиной на 50 см ниже предполагаемой отметки подошвы фундамента. Почву изучают по срезу, определяют примерно тип несущего слоя и наличие в нем воды. Если грунт слишком насыщен водой, рекомендуется остановиться на свайных опорах под здание.

Второй вариант изучения характеристик основания под дом выполняют ручным буром. Анализ проводят по кускам почвы на лопастях.

Важно! При проведении мероприятий необходимо выбирать несколько точек для изучения. Они должны располагаться под пятном застройки. Это позволит наиболее тщательно изучить тип почвы.

Определившись с основанием, для него выясняют оптимальное удельное давление на грунт. Величина потребуется в дальнейшем расчете, пример которого представлен далее. Значение принимают по таблице.

Тип исследуемого грунта	Оптимальное удельное давление на грунт, кг/см 2
Песок пылеватый и мелкий	0,35
Песок средней крупности	0,25
Супесь*	0,50
Суглинок	0,35
Пластичная глина	0,25
Твердая глина*	0,50

*При данном типе грунта основания более экономичным может оказаться ленточный вариант, поэтому нужно рассчитать смету на два типа фундамента и выбрать тот, который будет стоить дешевле.

Расчет толщины плиты

Расчет выполняется по СП «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» и по руководству «Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа» в два этапа:

• сбор нагрузок;
• расчет по несущей способности.

Сбор нагрузок включает в себя проведение работ по вычислению общей массы дома с учетом веса снегового покрова, мебели, оборудования и людей. Значения для домов из различных материалов можно взять из таблицы.

Тип нагрузки	Значение	Коэффициент надежности
Стены и перегородки
Кирпич 640 мм	1150 кг/м 2	1,2
Кирпич 510 мм	920 кг/м 2
Кирпич 380 мм с утеплением 150 мм	690 кг/м 2
Брус 200 мм	160 кг/м 2	1,1
Брус 150 мм	120 кг/м 2
Каркасные 150 мм с утеплителем	50 кг/м 2
Перегородки гипсокартонные 80 мм	30-35 кг/м 2	1,2
Перегородки кирпичные 120 мм	220 кг/м 2
Перекрытия
Железобетонные 220 мм с цементно-песчаной стяжкой 30 мм	625 кг/м 2	1,2 — для сборных и 1,3 — для монолита
Деревянные по балкам	150 кг/м 2	1,1
Крыша по деревянным стропилам
С металлическим покрытием	60 кг/м 2	1,1
С керамическим покрытием	120 кг/м 2
С битумным покрытием	70 кг/м 2
Временные нагрузки
Полезная для жилых зданий	150 кг/м 2	1,2
Снеговая	В зависимости от района строительства по п. 10.1 СП «Нагрузки и воздействия». Снеговой район определяется по СНиП «строительная климатология».	1,4

Важно! В таблице уже учитывается толщина конструкций. Для вычисления массы остается лишь умножить на площадь.

Кроме этого, каждую нагрузку необходимо умножить на коэффициент надежности. Он необходим для обеспечения запаса по несущей способности конструкции из бетона и предотвращения проблем при незначительных ошибках строителей или изменениях условий эксплуатации (например, смена назначения здания). Все коэффициенты принимаются по СП «Нагрузки и воздействия».

Для различных нагрузок, коэффициент отличается и находится в пределах 1,05-1,4. Точные значения также приведены в таблице. Для фундамента из бетона по монолитной технологии принимают коэффициент 1,3.

Важно! Если уклон кровли составляет более 60 градусов, снеговую нагрузку в расчете не учитывают, поскольку при такой крутизне ската, снег не скапливается на нем.

Общую площадь всех конструкций умножают на массу, приведенную в таблице и коэффициент, после чего, складывая, получают суммарный вес дома без учета фундаментов.

Основная формула для вычислений имеет следующий вид:

где P1 -удельная нагрузка на грунт без учета фундамента, M1 — суммарная нагрузка от дома, полученная при сборе нагрузок, S — площадь плиты из бетона.

Далее необходимо рассчитать разницу (Δ) между полученным значением и числом, приведенным в таблице выше, в зависимости от типа грунта.

где P — табличное значение несущей способности грунта.

где М2 — требуемая масса фундамента (больше этой массы строить фундамент нельзя), S — площадь плиты из бетона.

где t — толщина заливки бетона, а 2500 кг/м 3 — плотность одного кубического метра железобетонного фундамента.

Далее толщина округляется до ближайшей большей и меньшей величины кратной 5 см. После выполняется проверка, при которой разница между расчетным и оптимальным давлением на грунт не должна превышать 25% в любую сторону.

Совет! Если при расчете получается, что толщина слоя бетона превышает 350 мм, рекомендуется рассмотреть такие типы конструкции как ленточный фундамент, столбчатый или плита с ребрами жесткости.

Помимо толщины потребуется подобрать подходящий диаметр армирования, а также выполнить расчет количества арматуры для бетона.

Важно! Если в результате расчета у вас получится толщина плиты более 35 см, это указывает на то, что плитный фундамент избыточен в данных условиях, нужно посчитать ленточный и свайный фундаменты, возможно они окажутся дешевле. Если же толщина вышла меньше 15 см, значит здание слишком тяжелое для данного грунта и нужен точный расчет и геологические исследования.

Пример расчета

Пример предусматривает следующие исходные данные:

• одноэтажный дом с мансардой размерами в плане 8 м на 10 м;
• стены выполнены из силикатного кирпича толщиной 380 мм, общая площадь стен (4 наружных высотой 4,5 м) равняется 162 м²;
• площадь внутренних перегородок из гипсокартона равняется 100 м²;
• кровля металлическая (четырехскатная, уклон 30ᵒ), площадь равняется 8 м * 10 м/cosα (угол наклона кровли) = 8 м * 10 м/0,87 = 91 м² (также понадобится при вычислении снеговой нагрузки);
• тип грунта — суглинок, несущая способность = 0,32 кг/см² (получено при геологических изысканиях);
• снеговая нагрузка — 180 кг/м²;
• перекрытия деревянные, общей площадью 160 м 2 (также понадобится при вычислении полезной нагрузки).

Сбор нагрузок на фундамент выполняется в табличной форме:

Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка
Стены: 162 м 2 * 690 кг/м 2 = 111780 кг	1,1	122958 кг
Перегородки: 100 м 2 * 30 кг/м 2 = 3000 кг	1,2	3600 кг
Перекрытия: 160 м 2 * 150 кг/м 2 = 24000 кг	1,1	26400 кг
Крыша: 91 м 2 * 60 кг/м 2 = 5460 кг	1,1	6006 кг
Полезная нагрузка: 160 м 2 * 150 кг/м 2 = 24000 кг	1,2	28800 кг
Снеговая: 91 м 2 * 180 кг/м 2 = 16380 кг	1,4	22932 кг
ИТОГО:	210696 кг

Площадь плиты под здание принимается с учетом того, что ширина плиты больше, чем ширина дома на 10 см. S = 810 см * 1010 см = 818100 см² = 81,81 м 2 .

Удельная нагрузка на грунт от дома = 210696 кг/818100 см 2 = 0,26 кг/см 2 .

Δ = 0,32 — 0,26 = 0,06 кг/см 2 .

М = Δ*S = 0,06 кг/см 2 * 818100 см 2 = 49086 кг.

t = (49086 кг/2500 м 3 )/81,81 м 2 = 0,24 м = 24 см.

Толщину плиты можно принять 20 см или 25 см.

Выполняем проверку для 20 см:

1. 0,2 м * 81,81 м 2 =16,36 м 3 — объем плиты;
2. 16,36 м 3 * 2500 кг/м 3 = 40905 кг — масса плиты;
3. 40905 + 210696 = 251601 кг — нагрузка от дома с фундаментом;
4. 251601 кг/ 818100 см 2 = 0,31 кг/см² — фактическое давление на грунт меньше оптимального не более чем на 25 %;
5. (0,32-0,31)*100%/0,32 = 3% Расчет арматуры

Вычисление количества арматуры для рассчитанной выше плиты:

1. плита толщиной 20 см — две рабочих сетки;
2. диаметр стержней — 12 мм, шаг — 150 мм;
3. стержни укладываются так, чтобы обеспечить защитный слой бетона с каждой стороны 0,02-0,03 м. Длина стержней в примере = 8,1 м — 0,02*2 = 8,06 м и 10,06 м;
4. количество стержней в одном направлении = (8,1 м (длина стороны)/0,15 м (шаг) + 1) *2 (два слоя) = 110 шт;
5. количество стержней в другом направлении = (10,1 м (длина стороны)/0,15 м (шаг) + 1)*2 (два слоя) = 136 шт;
6. общая длина стержней = 110*8,06 + 136*10,06 = 886,6 м + 1368,16 = 2254,76 м;
7. общая масса арматуры 2254,76 м * 0,888 кг/м = 2002, 2 кг.

При покупке необходимо предусмотреть запас 3-5%, чтобы избежать необходимости докупать материал. Также потребуется рассчитать объем бетона. В рассматриваемом случае он равен: 8,1м*10,1м*0,2м = 16,36 м³. Это значение потребуется при заказе бетонной смеси.

Упрощенный расчет толщины фундаментной плиты и количества материалов на нее — несложная задача, которая не потребует большого количества времени. Но выполнение этого этапа позволит обеспечить надежность без перерасхода материалов, что сэкономит нервы и деньги будущего владельца дома.

Важно! Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Для точного расчета фундамента необходимо геологическое исследование. Доверяйте расчет только профессионалам.

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

Расчет фундаментной плиты

Расчет фундаментной плиты является достаточно сложным, поскольку выполняется в 3D постановке с учетом совместной работы дома и основания. Фундаментная плита является одним из наиболее распространенных фундаментов в индивидуальном жилищном строительстве (далее ИЖС). В данной статье рассмотрены основные аспекты расчета, проектирования и строительства фундаментной плиты для ИЖС.

Фундаментная плита. Термины и определения

Фундаментная плита (raft foundation) — это фундамент в виде сплошной бетонной или железобетонной плиты, который передает нагрузки на основание от всего сооружения.

Суть работы и особенности фундаментной плиты

Рассмотрим работу фундаментной плиты под нагрузкой. Основная нагрузка на фундаментные плиты передается через несущие стены и колонны. На рисунке 2 показана деформированная схема системы «фундаментная плита – грунтовое основание» (для наглядности деформации увеличены во много раз и показаны в сечении). Как видно из рисунка 2, под стенами осадки плиты имеют максимальные значения, а между стенами осадки значительно меньше, поэтому формируется выгиб в противоположенную сторону.

Суть работы фундаментной плиты заключается в том, что в совестную работу с основанием включается не только та часть фундамента, на которую непосредственно действуют нагрузки, но относительно свободная от нагрузок часть фундамента. Таким образом, действующие на фундамент нагрузки «размазываются» по всей площади фундаментной плиты, вследствие этого появляются следующие преимущества относительно ленточного и столбчатого фундаментов:

• значительно снижается удельная нагрузка на грунт;
• значительно повышаются запасы по несущей способности основания;
• значительно снижаются осадки основания и их неравномерность.

Исходя из особенностей работы фундаментной плиты, вытекают особенности армирования. Между несущими стенами или колоннами, как правило, рабочее армирование требуется в верхней зоне плиты, а под ними – рабочее армирование требуется в нижней зоне.

Изополя армирования фундаментной плиты в верхней зоне по оси Х

Изополя армирования фундаментной плиты в нижней зоне по оси Y

Область применения фундаментных плит

Фундаментные плиты целесообразно использовать:

• при возможности резкого ухудшения деформационно-прочностных характеристик грунтов основания (например, вследствие изменения гидрогеологических условий);
• на площадках, сложенных слабыми грунтами или грунтами с модулем деформации менее 10 МПа;
• при наличии пучинистых грунтов и значительной чувствительности зданий к неравномерным деформациям;
• при строительстве на просадочных грунтах;
• при строительстве на органоминеральных и органических грунтах.

Иными словами, фундаментную плиту нужно применять в сложных инженерно-геологических условиях строительства. Если грунтовые условия достаточно хорошие, то дешевле применить ленточный фундамент с полами по грунту.

В частном строительстве фундаменты делают как правило малозаглубленными или вообще незаглубленными. Исходя из этого, фундаментная плита является предпочтительным вариантом, поскольку в отличие от ленточного фундамента, несущая способность основания будет гарантировано обеспечена даже на слабых грунтах.

Основные типы фундаментных плит для ИЖС

На участке строительства во многих случаях имеется перепад высот. Чтобы с одной стороны нивелировать этот перепад, а с другой – обеспечить требуемую высоту цоколя, разработаны различные варианты фундаментной плиты. На рисунках 5-11 показаны наиболее распространенные варианты фундаментных плит (подготовка под фундаменты условно не показана).

1. Незаглубленная или малозаглубленная фундаментная плита на участке без перепада.

2. Малозаглубленная фундаментная плита со встроенной подпорной стенкой на участке с перепадом

3. Малозаглубленная фундаментная плита ребрами вниз

4. Малозаглубленная фундаментная плита ребрами вверх

5. Заглубленная фундаментная плита (подземный этаж)

6. Фундаментная плита с ребрами или без на насыпи

7. Фундаментная плита на насыпном основании плюс подпорные стенки

Подробно о том, какие бывают подпорные стены, и как выполняется их расчет, написано здесь.

Расчет фундаментной плиты

Фундаментные плиты являются достаточно сложными конструкциями с точки зрения расчета. Дело в том, что простого способа выполнить их расчет не существует. В отличие от ленточного фундамента, фундаментную плиту можно рассчитать только с применением численных методов.

Расчет фундаментной плиты включает следующие основные пункты:

1. расчет грунтового основания по несущей способности;
2. расчет грунтового основания по деформациям;
3. расчет железобетонных конструкций по первой и второй группам предельных состояний с подбором толщины и армирования;
4. расчет фундаментной подушки;
5. расчет теплоизоляции основания и фундамента;
6. расчет устойчивости склона (откоса), если фундаментная плита расположена вблизи склона(откоса).

Наиболее корректный расчет фундаментной плиты предполагает рассмотрение совместной работы сооружения и основания. Такой расчет требует моделирования как минимум первого этажа, а в идеале – несущих конструкций всех этажей. Чем точнее моделируются условия работы фундаментной плиты, тем больше точность и достоверность расчетов, и тем экономичнее фундамент. Ниже рассмотрим пример расчета фундаментной плиты в пространственной 3D постановке с учетом совместной работы дома с основанием.

Моделируется фундаментная плита и несущие конструкции первого этажа.

Моделируются несущие конструкции второго этажа.

Расчетная модель разбивается на конечные элементы, задаются нагрузки.

Создается трехмерная модель грунтового основания.

Осуществляется привязка модели дома к модели основания.

На рисунке 12 показана модель основания в разрезе.

В результате расчета методом конечных элементов определяются усилия, подбирается толщина и армирование фундаментной плиты в соответствии с требованиями СП 63.13330.2018.

Толщину фундаментной плиты рекомендуется назначить из условия восприятия поперечных сил бетоном плиты, без поперечного армирования.

В результате расчета фундаментной плиты по материалу должны быть определены:

• толщина фундаментной плиты;
• требуемые характеристики бетона;
• требуемые характеристики арматуры;
• расположение слоев арматуры;
• требуемое рабочее армирование (диаметр и шаг арматуры).

Подготовка под фундаментные плиты

Состав и объем подготовки под фундаментные плиты сильно разнится в зависимости от условий строительства.

Практически всегда нужно предусматривать бетонную подготовку толщиной 5-10 см из бетона В7,5. В большинстве случаев классическую бетонную подготовку можно заменить профилированной мембраной PLANTER.

Поскольку фундаментные плиты в ИЖС незаглубленные или малозаглубленные, а грунты основания во многих случаях пучинистые, то рекомендуется:

• во-первых, выполнить подушку расчетной толщины из непучинистого грунта (песок гравелистый, крупный или средней крупности и др);
• во-вторых, в фундаментной подушке предусмотреть дренажную систему;
• в-третьих, выполнить теплоизоляцию основания и фундамента в соответствии с СТО 36554501-012-2008.

Пример 1. Подготовка под фундаментную плиту на просадочных грунтах

Пример 2. Подготовка под фундаментную плиту на пучинистых грунтах

Пример 3. Подготовка под фундаментную плиту на насыпных грунтах (непригодных для использования) при высоком уровне подземных вод

В проектах фундаментных плит, если имеется фундаментная подушка, необходимо закладывать контроль качества уплотнения грунтов на каждом квадратном метре. Для этой цели можно использовать динамический плотномер Д-51. Фундаментные подушки необходимо проектировать и устраивать в соответствии с требованиями СП 45.13330.2017.

Пример 4. Подготовка под фундаментную плиту на слабых глинистых грунтах

Помимо бетонной подготовки, в ряде случаев требуется щебеночная подготовка толщиной 10-20 см. Чаще всего используется щебень фракции 20-40 и 5-20 мм (фракция щебня уменьшается по мере приближения к бетонной подготовке).

Конструирование фундаментной плиты (КЖ)

Конструирование фундаментной плиты выполняется в соответствии с требованиями СП 63.13330.2018.

Защитный слой бетона при наличии бетонной подготовки должен быть не менее 40 мм, а при отсутствии подготовки – не менее 70 мм.

Армирование фундаментных плит производится в двух зонах: нижней и верхней. Каждая зона должна иметь рабочую арматуру в двух направлениях.

Армировать фундаментные плиты одной сеткой (совершенно не важно, где она будет расположена) категорически нельзя.

Фундаментные плиты чаще всего армируют отдельными стержнями, значительно реже – готовыми сетками.

Арматурные стержни стыкуются внахлёст. Стыки арматуры внахлестку следует располагать вразбежку. При этом площадь рабочей арматуры, стыкуемой в одном сечении, не должна превышать для периодического профиля — 50%.

Существует два основных подхода к армированию фундаментных плит:

• первый подход, экономный и сложный в исполнении, предполагает установку нижней и верхней арматуры, соответствующей минимальному проценту армирования, по всей площади плиты, а на участках, где действующие усилия превышают усилия, воспринимаемые этой арматурой, — установку дополнительной арматуры, совместно с вышеуказанной арматурой воспринимающей действующие на этих участках усилия;
• второй подход, дорогой и простой в исполнении, предполагает установку нижней и верхней арматуры одинаковой по всей площади в соответствии с максимальными значениями усилий.

В проекте необходимо использовать тот подход к армированию, который смогут правильно реализовать подрядчики заказчика.

На концевых участках фундаментных плит следует устанавливать поперечную арматуру в виде П-образных хомутов, расположенных по краю плиты, обеспечивающих восприятие крутящих моментов у края плиты и необходимую анкеровку концевых участков продольной арматуры.

Толщина фундаментной плиты в ИЖС, как правило, не должна быть менее 25 см.

Шаг стержней продольной арматуры рекомендуется назначать не более 200 мм.

В чертежах КЖ обязательно нужно указать, каким образом будет обеспечиваться проектное положение арматуры. Как правило, проектное положение нижней арматуры обеспечивается при помощи пластиковых фиксаторов, а верхней арматуры – при помощи фиксаторов типа «Лягушка». Размеры «лягушек» подрядчик должен уточнять по месту, в зависимости от способа установки.

В проектах фундаментных плит всегда нужно закладывать гидроизоляцию подошвы и торцов.

По итогам конструирования фундаментной плиты выдаются следующие рабочие чертежи:

• опалубочный план фундаментной плиты с разрезами;
• схема армирования фундаментной плиты;
• спецификация материалов.

Чертежи следует оформлять в соответствии с требованиями ГОСТ 21.501-2018.

Пример 1. Конструирование фундаментной плиты

Пример 2. Конструирование фундаментной плиты

Устройство фундаментной плиты

Рассмотрим ключевые этапы устройства фундаментной плиты на конкретном примере.

1. Выполняется разработка котлована под фундаментную плиту

Перерыв между окончанием разработки котлована и устройством фундамента не допускается. При вынужденных перерывах должны быть приняты меры к сохранению природных свойств грунта.

2. Выполняется разработка котлована под дренажную систему

3. Выполняется монтаж дренажной системы, укладка геотекстиля и устройство фундаментной подушки

Фундаментная подушка устраивается путем послойного уплотнения при толщине слоя не более 10-15 см. Уплотнение производится до достижения проектного коэффициента уплотнения.

4. В процессе работ не забываем про коммуникации, которые будут под фундаментной плитой

5. Под ребрами плиты устраивается подготовка, монтируется опалубка, и продолжаем устройство фундаментной подушки

Работы по возведению монолитных железобетонных конструкций следует производить в соответствии с требованиями СП 70.13330.2012.

6. Устраивается теплоизоляция и гидроизоляция подошвы фундамента, выполняется армирование фундамента

7. Фундаментная плита готова к заливке

8. Выполняется бетонирование фундаментной плиты

9. Фундаментная плита почти готова. Выполняем уход за бетоном и ждем набора прочности

Распалубку фундаментной плиты следует производить при достижении бетоном не менее 80% от проектной прочности.

Загружать фундаментную плиту допускается при достижении 100% от проектной прочности (ждем 28 суток после заливки).

Нагружать фундаментную плиту необходимо по возможности равномерно.

Источник