Распределение нагрузок по фундаментам

Как собрать нагрузку на ленточный фундамент в каркасном здании

Очень часто встречается ситуация: монолитный дом каркасный, но в подвале наружные стены монолитные, и колонны каркаса опираются на эти стены. Возникает проблема: как сосредоточенные нагрузки от колонн будут передаваться на ленточный фундамент? Нужно ли делать уширения под колоннами или оставить ровную ленту? Ответы на эти вопросы вы найдете в статье.

Прежде всего, рассмотрим ситуацию: что происходит с нагрузкой, если колонны опираются на стену подвала? Остается ли она сосредоточенной? Или превращается в равномерно распределенную?

Запомните, если колонны опираются на сплошную монолитную стену, даже если в стене сделаны пилястры, нагрузка все равно будет распространяться вниз под углом 45 градусов. Ну просто не сможет нагрузка идти строго вниз, не растекаясь по стене. В итоге, у нас получится такая картина, как на рисунке выше: от каждой сосредоточенной силы вниз расходится нагрузка, растекаясь по треугольнику. При высоте стены 3 м основание такого треугольника для средних колонн равно 6 м (это видно по рисунку), а для крайних – 3 м. Причем, обратите внимания, для средних колонн мы берем всю нагрузку, а для крайних – только половину, т.к. вторая половина придется на перпендикулярную стену (как показано на рисунке справа). Если же перпендикулярной стены нет, то вся нагрузка от крайней колонны придется на эту стену и распределится по длине 3 м.

Найдем распределенную нагрузку в уровне основания стены от каждой колонны (слева на право):

q1 = 0.5*15/3 = 2.5 т/м (здесь 0,5 – это та самая половина от нагрузки от крайней колонны);

q3 = q4 = 7/6 = 1,2 т/м;

q5 = 0.5*15/3 = 2.5 т/м.

Но как вы заметили, где-то эти нагрузки пересекаются по длине стены, где-то их просто нет. Суммируем эти нагрузки, чтобы посмотреть, насколько равномерно распределена будет итоговая нагрузка по фундаментной ленте.

В итоге, мы видим нагрузку с перепадами ее величины вдоль ленты. Причем, перепады эти происходят на довольно коротких участках. Естественно, изменять ширину ленты через каждые два метра совсем не рационально.

Давайте присмотримся к этой эпюре суммарных нагрузок. Явно видно, что левая часть все-таки больше правой почти в два раза. Поэтому мы разделим ленту на два участка и для каждого из них найдем усредненную величину равномерно распределенной нагрузки.

На левом участке действует нагрузка от двух колонн, на правом – от трех. Как посчитать эту нагрузку? Нужно просто просуммировать нагрузку от всех колонн на участке (для крайних берется половина нагрузки – об этом мы не забываем) и разделить на длину участка:

q1 = (15/2 + 25)/7.5 = 4.3 т/м – для левого участка;

q2 = (7 + 7 +15/2)/11.5 = 1.9 т/м – для правого участка.

Конечно, мы могли не проводить весь анализ, а сразу найти усредненную нагрузку для всего фундамента (согласитесь, с первого взгляда на схему стены сложно предугадать, что слева нагрузка окажется в два раза больше, чем справа. Тогда бы мы получили следующую усредненную нагрузку для всей стены:

q = (15/2 + 25 + 7 + 7 + 15/2)/19 = 2.84 т/м.

Но будет ли такой результат достоверным? Будет ли он отражать реальную работу фундамента? Думаю, что не особо. Все-таки я рекомендую вам, прежде чем принимать решение, проводить анализ нагрузок и только потом делить стену на участки или принимать одинаковую нагрузку для всей ленты.

Не забудьте о том, что для расчета фундамента необходимо еще собрать нагрузку от собственного веса монолитной стены и от перекрытия (если на эту стену опирается перекрытие).

А теперь давайте кратко рассмотрим вариант, когда конструктор представляет, что нагрузка от колонн по пилястрам передается на фундамент как сосредоточенная, а между колоннами есть только нагрузка от стены. В таком случае следует найти площадь фундамента под каждой колонной (как при расчете столбчатых фундаментов) и объединить эти фундаменты довольно узкой лентой, рассчитанной на нагрузку от стены.

В идеале площадь такого фундамента должна быть примерно равна площади ленточного фундамента, нагрузку для расчета которого мы находили выше. Но давайте теперь рассмотрим подводные камни такого фундамента. Уширения слишком велики, и явно толщины ленты для них будет не достаточно по продавливанию. Значит, нужно выполнить проверку на продавливание и сделать ступени (как в столбчатом фундаменте). Армирование таких уширений тоже будет тем больше, чем больше стороны квадратов под колоннами. В итоге мы имеем значительное превышение трудоемкости и расхода материалов.

Еще один недостаток – это то, что часто стены подвалов сдерживают собой значительное горизонтальное давление, вызванное перепадом грунта между уровнем пола подвала и уровнем земли с улицы. При таком давлении фундаментная лента под стеной получается довольно широкой (этот вопрос рассмотрен в теме «Фундамент для дома с подвалом»). Но при этом у нас остаются наши уширения под колоннами. В итоге мы получаем непонятную картину и неоднозначную работу конструкции.

В общем, вывод один: не стоит усложнять простые работающие решения.

Источник

Сбор нагрузок на фундамент

На стадии проектирования строительства жилого дома для правильного определения геометрических размеров фундамента в обязательном порядке выполняется сбор нагрузок, действующих на конструкции здания. От того, насколько точно будет выполнен расчет, зависит общая несущая способность дома или сооружения, его долговечность и прочность. По результатам расчетных данных подбирается площадь фундамента, его конфигурация, глубина расположения нижней отметки. Существуют нормативные строительные документы (СНиП), в которых четко описан принцип составления сбора нагрузок и их предельно допустимые значения.

Разновидность нагрузок

Конструкция фундамента находится под влиянием постоянных и временных нагрузок, значение которых зависит от многих факторов: климатического района застройки, видов грунтов основания, строительных материалов для основных конструкций стен, крыши, перекрытий.

Постоянные нагрузки

К постоянным видам нагрузок относятся:

• Собственный вес конструкций здания.
• Расчетные показатели давления грунтов на боковую поверхность ленточного фундамента.
• Давление от грунтовых вод.

При выполнении расчетов усилия от постоянного веса считаются самым серьезным видом нагрузки.

Временная нагрузка

Конструкция здания может подвергаться периодическим временным нагрузкам, таким как:

• Снеговая, показатель которой зависит от толщины снежного покрова в каждом конкретном регионе.
• Ветровая, определяемая по таблице усредненных показателей розы ветров в данной местности.
• Сейсмическая (для районов с повышенной сейсмичностью).
• От веса мебели в помещениях и перемещения людей.

Показатели временных нагрузок можно найти в ДБН В.1.2-2 2006 «Нагрузки и воздействия» в разделе 6 по таблице 6.2.

Учет необходимых параметров

Для обеспечения надежности несущего основания необходимо грамотно и правильно произвести подсчет всех нагрузок от усилий и внешних факторов, влияющих на проектируемое здание.

Для успешного выполнения сбора нагрузок необходимо предусмотреть следующие параметры:

1. Климатические условия места под застройку.
2. Тип почвенных грунтов и их структурные особенности.
3. Уровень горизонтальной линии грунтовых вод.
4. Особенности конструкции здания, объема и вида материалов для строительства здания.
5. Вид кровельной конструкции с материалами.

Все эти факторы служат исходными данными составления расчетной несущей способности ленточного фундамента.

Расчет несущего основания

Расчет несущей способности ленточного фундамента можно производить двумя способами. Первый способ с применением сложных формул и точных расчетных показателей используют архитекторы и конструкторы при составлении проектной документации на строительство дома. Второй способ – более простой и понятный, рассчитанный на широкий круг желающих для самостоятельного подбора площади фундаментов. Этот вид расчета основан на использование таблиц с усредненными коэффициентами видов постоянных и временных нагрузок.

Глубина залегания

При проведении расчетов по сбору нагрузок на фундамент рекомендуется найти суммарный вес элементов конструкции и определить глубину залегания подошвы ленточной конструкции. Чтобы вычислить необходимую глубину залегания низа ленточного фундамента необходимо определить глубину промерзания грунта и сделать структурный анализ почвы. Для каждого региона существует свой показатель промерзания почвы, выведенный на основе длительных наблюдений и многолетнего опыта.

В строительстве принято закладывать ленточный фундамент на отметке ниже точки промерзания грунта.

Определение нижней отметки

Чтобы легче было понимать принцип сбора исходных данных, рекомендуется обратить внимание на конкретный примерный расчет сбора нагрузок на несущую фундаментную конструкцию с помощью таблиц усредненных коэффициентов.

Например, требуется найти проектную отметку расположения подошвы фундамента жилого дома, расположенного в городе Курск.

Таблица 2. Уровень промерзания почвы

Таблица помогает вычислить проектную глубину, на которой целесообразно размещать ленточный фундамент. Для выбранного участка строительства с глинистыми грунтами типа «супесь» искомое значение расположения нижней точки ленты фундамента равняет 3/4 табличного значения уровня промерзания грунтов.

Путем несложных арифметических вычислений определяется величина показателя:

120 см х 3/4 =120 см х 0,75 =90 см

Эта цифра показывает минимальную глубину заложения надежного фундамента, которая исключает риски деформации несущих конструкций из-за сезонных циклов замерзания и оттаивания почвы. По желанию застройщика, можно сделать и более заглубленный фундамент. Но и расчетной глубины, равной 90 см, будет вполне достаточно, чтобы получился прочный и надежный жилой дом.

Сбор нагрузок от кровельной конструкции

Кровельная нагрузка от собственного веса равномерно распределяется на несущие стены дома. Например, если жилой дом оборудован стандартной классической двухскатной крышей, в этом случае она будет опираться на две боковые противоположные крайние стены. Для определения кровельной нагрузки такого вида кровли следует произвести необходимый расчет, который удобно представить в табличном виде:

Пример сбора кровельной нагрузки:

№	Наименование	Значение
1	Длина стороны крыши	10 м
2	Площадь кровли	100 м2
3	Материал покрытия	Черепица
4	Коэффициент из таблицы	70 кг/м2
5	Расчет кровельной нагрузки	100м2 /10м х70 кг/м 2 =700 кг/м2

Суммарный вес от крыши на ленточный фундамент составит: 700 кг/м 2.

Усилия от снежной нагрузки

В зимнее время толщина снежного покрова может достигать максимального размера, который составляет 250–450 мм.

Вначале необходимо найти показатель снеговой нагрузки по табличным данным карты среднего снежного покрова.

Таблица 3. Карта для определения показателя снеговой нагрузки

Так как снег равномерно распределяется по всей площади крыши, то показатель снеговой нагрузки напрямую зависит от площади кровли.

В примерном расчете кровля 2-х скатная с уклоном в 45 градусов. Длину одного ската крыши с уклоном 45 градусов определяем по формуле:

Длина cката = (Длина кровли /количество скатов кровли): косинус 45 градусов.
Если подставить в расчет конкретные цифры примера, то получится следующие значения:
Длина cката = (10 м / 2): 0,525 = 9,52 м.

Теперь необходимо вычислить площадь кровли, которая зависит от длины ската, конька кровли и количества скатов крыши:

Площадь кровли = Длина cката х длина конька х количество скатов.

В нашем примере расчетная площадь кровли составляет:

S кровли=9, 52 метра х 10м х 2 =190, 4 м 2.

По справочной таблице 3 снеговой нагрузки находим средний коэффициент снеговой нагрузки для города Курск. Табличное значение составляет 126 кг/м 2.

Чтобы определить нагрузку от веса снега на ленточный фундамент необходимо знать площадь нагруженных стен фундамента: Р снега = (S кровли х коэффициент таблицы): S стен нагруженных фундаментов.

Крыша в нашем примере имеет два ската, значит, снеговую нагрузку воспринимают две стороны ленточного фундамента, длина которых составляет 10 м. Ширина ленточного фундамента 500 мм. Значит, площадь нагружаемых стен фундамента составляет:

(10м +10 м) : 0,5 м=10 м2.

В нашем примере снеговая нагрузка на фундамент составляет:

Р снега = (190,4 м2 х126 кг/м2): 10 м2=2399 кг.

Для удобства и наглядности все расчетные показатели удобно свести в таблицу, в которой видна вся цепочка промежуточных расчетов:

№	Длина ската (уклон 45 град)	9,52 м
1	Площадь крыши	190,4 м 2
2	Снег, коэффициент для Курска	126 кг/м 2
3	Количество скатов	2
4	Площадь нагружаемых стен фундамента	10м 2
5	Снеговая нагрузка	2399 кг

Расчетная снеговая нагрузка на конструкцию ленточного фундамента составляет 2399 кг.

Нагрузки от веса этажного перекрытия

Усилие в виде давления от веса перекрытий дома передается на несущие стены и фундамент, поэтому расчет этажных нагрузок находится в прямой зависимости от их суммарной площади.

Таблица 4. Усредненный вес перекрытия

В нашем примере, в жилом доме имеется два перекрытия – одно из деревянного массива, а второе монолитная железобетонная плита. По табличным данным 4 определяем искомые показатели и производим дальнейшие расчеты.

Нагрузка от перекрытия 1, выполненного из сборных железобетонных элементов:

Площадь перекрытия = 10 м х 10 м = 100 м .

По таблице 4 находится коэффициент веса железобетонных плит перекрытия, равный 500кг/м 2.

Вычисляем нагрузку от веса перекрытия: 100м2 х 500 кг/м 2=50000 кг.

Нагрузку от перекрытия 2 из деревянных конструкций определяем аналогичным путем: Площадь перекрытия=10 м х10 м=100м2.

Коэффициент веса деревянных конструкций по табличным данным равен 150 кг/м2. Расчетная нагрузка от деревянного перекрытия составляет: 100м2 ж150 кг/м 2 =150000 кг

Суммарный вес нагрузок от перекрытия составляет: 50000 кг +150000 кг=65000 кг

Площадь нагружаемых стен фундамента составляет 10м2 (расчет снеговой нагрузки).

Зная это значение, можно найти нагрузку от веса перекрытий на 1 м2 площади фундамента: 65000 кг: 10 м2=6500 кг

Суммарный вес перекрытий 6500 кг на 1 м 2.

Нагрузки от стен дома

Чтобы вычислить показатель от собственного веса стен дома необходимо знать их объем и общий вес, который зависит от вида применяемого материала для кладки стен. Составляется таблица, в которой легко и наглядно можно увидеть весь путь подсчета данных.

Таблица 5. Усреднённый вес стен.

Для расчета нагрузки от собственного веса стен здания необходимо выполнить следующие вычисления. Вначале определяем площадь стен здания. В нашем примере длина каждой стены составляет 10 м, высота 3 м. Находим периметр стен: Р = (10+10+10+10) м х 3 м=120 м2.

Для дальнейших расчетов потребуется значение объема стен здания. При толщине наружных стен 0,4 м объем стен составит:

V= 120 м2 х 0,4 м=48 м3. В качестве материала для стен используется пустотелый кирпич. В таблице усредненных показателей находим значение веса кирпича, равный 1400 кг/м3.Используя значение этого коэффициента и объема стен можно найти общую стеновую нагрузку: 48 м3 х1400 кг/м3=67200 кг.

Ширина ленточного фундамента составляет 500 мм. Периметр стен фундамента составляет 40 м.

Площадь стен фундамента:40 м х0,5 м=20м2.

Определяем стеновую нагрузку на 1 м2 фундамента: 67200 кг: 20 м2=3360 кг.

Результаты вычислений заносим в таблицу:

Сторона здания	10 м
Периметр	40 м	Коэффициент по таблице для кирпича	1400 кг/м3
Высота стен	3 м	Общий вес стен из кирпича	67200 кг
Площадь стен	120 м2	Площадь стен фундамента при ширине 500 мм	20 м2
Объем стен при толщине стен 400 мм	48 м2	Расчетная нагрузка на 1 м2 фундамента	3360 кг

Сбор дополнительных усилий

Этот показатель учитывает собственный вес конструкции фундамента, который в виде равномерных нагрузок передается непосредственно на грунтовое основание. Для определения этого значения, необходимо знать объем фундамента и удельную плотность строительных материалов, из которых он изготовлен.

Таблица 6.Усредненный показатель плотности материалов

Для вычисления нагрузки от собственного веса ленточного фундамента используем значения предыдущих расчетов площади стен фундамента 20 м2 и отметки залегания фундамента 0,9 м. Определяем объем ленточного фундамента: 20 м2 х 0,9 м=18 м3.

По таблице усредненных показателей плотности материалов находим значение плотности фундамента из бетона на гранитном щебне, который равен 2300 кг/м3.Для определения нагрузки от собственного веса фундамента используем полученный объем стен фундамента и табличный коэффициент: 18 м2 х 2300 кг/м3 =41400 кг.

Чтобы узнать расчетную нагрузку на 1 м2 фундамента используется общая нагрузка от веса фундамента и площадь стен фундамента: 41400 кг: 20 м2=2079 кг/м2

Данные заносим в таблицу

№	Площадь фундамента	20 м2
1	Отметка залегания низа фундамента	0,9 м
2	Объем фундамента	18 м3
3	Коэффициент плотности бетона	2300 кг/м3
4	Общая нагрузка на грунт	41300 кг
5	Расчетная нагрузка на 1 м2 фундамента	2065 кг/м2

Общая суммарная нагрузка на грунт составит 2065 кг/кв.м.

Видеопример расчета фундамента:

После учета показателей нагрузок от расчетных усилий на ленточный фундамент, принимается окончательное решение по габаритам конструкции опорной части жилого дома. При этом важно не превышать предельно допустимую суммарную нагрузку, которую способен выдержать фундамент.

Источник