Столбчатый фундамент круглого сечения

Как рассчитать столбчатый фундамент?

Фундаментное основание столбчатого типа представляет собой бетонную или металлическую раму (ростверк), опирающуюся на вертикальные столбы, заглубленные в грунт на определенную глубину.

Материалом для устройства столбов может служить железобетон, полнотелый глиняный кирпич, блоки, металлические трубы или бутовый камень. В нижней части каждой опорной колонны может быть предусмотрена более широкая подошва для увеличения площади опоры. Поперечное сечение вертикальных опор может быть круглым или квадратным.

Варианты столбчатых оснований.

Надежность фундаментной конструкции в значительной мере зависит от расчета столбчатого фундамента и правильного расположения опорных столбов, которые должны быть установлены:

• под всеми углами здания;
• в местах примыкания и пересечения стен;
• на прямых участках ростверка не далее двух метров друг от друга.

Конструкция рамы ростверка должна служить опорой для всех несущих стен и перегородок. При большой длине здания следует предусмотреть дополнительные поперечные перемычки для обеспечения более надежной связи между продольными балками.

Требования к применению столбчатых оснований

Низкая стоимость конструкции с опорой на вертикальные столбы делает ее весьма привлекательной для частных застройщиков. Однако этот тип фундаментов имеет ряд ограничений по применению.

К неблагоприятным условиям для применения столбчатых оснований относят:

• вероятность горизонтальной подвижности грунтов и боковые внешние нагрузки;
• склонную к просадке или пучинистости почву;
• высокий уровень грунтовых вод, которые не должны подходить к подошве ближе 500 мм;
• глубина промерзания грунта более 1,5 м;
• перепады высот на участке застройки больше 2-х метров;

Уменьшенная несущая способность позволяет использовать его только для каркасных домов, строительства легких жилых зданий из щитовых и деревянных материалов, а так же небольших бань, веранд, пристроек, хозяйственных сооружений и под каркасный гараж.

Удельный вес стенового материала для одноэтажных зданий не должен превышать 1000 кг/м 3 , а толщина стен — менее 400 мм. Применение тяжелых железобетонных перекрытий, балок и перемычек не допускается.

Для таких помещений как веранды, пристройки и флигеля, рекомендуется делать собственный фундамент. Вес их конструкций намного меньше самого жилого дома. Поэтому можно использовать более простую и дешевую конструкцию. Кроме того, такое отделение может значительно уменьшить общую площадь дома и приведет к другим расчетным результатам.

Исходные данные для проведения расчета

Для того, чтобы правильно выполнить расчет количества опор столбчатого фундамента, необходимо обладать информацией. К таким исходным данным для расчета относится:

• отчет об инженерно-геологических изысканиях, включающий структуру поперечных разрезов почвы и данные о залегании грунтовых вод;
• несущая способность грунта;
• глубина промерзания и величина снегового покрова в данной местности, взятые из СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»;
• данные об удельном весе строительных конструкций, из которых будет построено здание, взятые из СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

Если вы решили не привлекать специалистов для проведения изыскательских работ, а сведений о геологии участка у вас нет, то потребуется выполнить изучение грунтов самостоятельно.

Для этого на участке застройки необходимо выкопать 2-3 шурфа на глубину не менее чем 0,5 метра ниже опорной подушки фундамента. Если при этом будет обнаружен влагосодержащий слой, то использовать для постройки столбчатый фундамент нельзя. Придется выбрать более дорогое основание.

Оценка несущей способности грунта

Природный состав грунта определяет его несущую способность и поэтому, после изучения геологических данных, необходимо выбрать из табл. 1-5 на стр.6 СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» данные о расчетном сопротивлении грунтов, соответствующих реальной ситуации. При этом следует учитывать, что приведенные числовые значения относятся к глубине заложения более 1,5 метра. Подъем на каждые 500 мм вверх увеличивает это значение в 1,4 раза.

Таблица сопротивлений грунта (R).

Определение весовых нагрузок на фундаментное основание

Вес строительных конструкций здания, снегового покрова в зимнее время, инженерного оборудования и бытового оснащения является важнейшим определяющим фактором для расчета фундамента. Можно попытаться выполнить расчет каждой отдельной конструкции по удельному весу составляющих ее элементов, но это очень большая и сложная задача. В справочной литературе уже приводятся средние обобщенные данные, которые можно взять за основу. Вот некоторые из них:

• стена из бруса при толщине 150 мм – 120 кг/м 2 ;
• бревенчатые стены 240 мм – 135 кг/м 2 ;
• каркасные стены с утеплителем толщиной 150 мм – 50 кг/м 2 ;
• пенобетонные блоки марки D600300 мм – 180 кг/м 2 ;
• междуэтажное перекрытие по деревянным балкам с утеплителем – 100 кг/м 2 ;
• такое же чердачное перекрытие с учетом утеплителя – 150 кг/м 2 ;
• бетонные пустотные плиты – 350 кг/м 2 ;
• эксплуатационная нагрузка перекрытий – 200 кг/м 2 ;
• кровля с покрытием из металлочерепицы – 30 кг/м 2 ;
• крыша с шифером – 50 кг/м 2 ;
• кровля с керамической черепицей – 80 кг/м 2 ;
• снеговая нагрузка для средней полосы России – 100 кг/м 2 ;
• для южных регионов – кг/м 2 .

При проведении расчетов так же следует учесть массу самого фундамента. Для этого следует определить его объем и умножить на средний удельный вес железобетона – 2500 кг/м2. Угол скатной крыши может уменьшить или увеличить указанную здесь величину при его изменении.

Вес строительных конструкций.

Общий расчет столбчатого фундамента

Выполнение расчета фундаментной конструкции основано на определении суммарной площади сечения всех опорных столбов фундамента (S). Она определяется как отношение общей массы здания (Р) к расчетному сопротивлению грунта (Ro) по формуле:

S = 1.4 x P/Ro, где 1,4 — это коэффициент запаса прочности.

При составлении предварительной схемы расположения фундаментных столбов была определена их расстановка и минимально возможное количество. Поэтому, разделив общую площадь сечения на число опор, можно получить размеры сечения каждого отдельного столбчатого фундамента под колонну.

Если размер колонн получился менее 400 мм, то следует принять этот минимальный размер. При необходимом сечении столбов более 600 мм, требуется увеличить их количество на схеме, изменяя расстояния между опорами на прямых участках таким образом, чтобы весовая нагрузка распределялась более равномерно.

Минимальная площадь опорной подушки должна превышать сечение столба в полтора раза при толщине 400 мм.

Подошва столба изготавливается из железобетона в опалубке с обязательным двухрядным армированием и подстилающим слоем из щебня толщиной не менее 100 мм.

Опирающаяся плоскость нижней части опоры должна находиться на 30-40 см глубже уровня промерзания грунта.

Карта глубин промерзания грунта в России.

Пример расчета количества столбов

Задача – рассчитать фундамент для небольшого каркасного дома в средней климатической полосе России размером 5 х 6 метров при высоте этажа 3,0 метра и кровле из металлочерепицы. Пример расчета столбчатого фундамента включает несколько пунктов.

• принимаем в качестве опоры фундамент на круглых железобетонных столбах;
• основной грунт на участке застройки суглинок (Ro – 3,5 кг/см 2 );
• глубина промерзания 1,1 метра;
• при бурении контрольного шурфа грунтовые воды не обнаружены.

Определение весовой нагрузки:

1. общая площадь наружных стен и перегородок составляет 76 м 2 и тогда их общий вес составит 76 х 50 = 3800 кг;
2. масса цокольного перекрытия площадью 30 м 2 составляет 30 х 100 = 6000 кг., а вес чердачного перекрытия – 9000 кг;
3. площадь крыши составляет 52 м 2 , а значит весит такая кровля 30 х 52 = 1560 кг;
4. снеговая нагрузка составит 20% от нормативной при скате 46˚, что составит 100 х 52 х 0,2 = 1040 кг;
5. эксплуатационная нагрузка на одном этаже составляет 30 х 210 = 6300 кг;
6. для оценки массы фундамента возьмем количество столбов из предварительно составленной схемы и примем их диаметр равным 400 мм, тогда масса 10 столбов высотой 1,5 метра составит 540 кг;
7. вес ростверка — это масса железобетонных балок сечением 400х400 м, которая будет равна 980 кг.

Условный вес деревянного и кирпичного дома.

Суммируя полученные данные, получаем общий вес дома равным 29110 кг. Для определения суммарной площади сечения столбов делим 29110/3,5 = 8317 см 2 .

Тогда площадь сечения каждого из 10-ти столбов будет равна 832 мм 2 , что соответствует диаметру 326 мм. Принимаем диаметр равным 400 мм и определяем, что для данного здания необходимо минимальное количество столбов составляет 9 штук.

Однако, учитывая необходимость прочностного запаса 40%, к установке должно быть принято 13 столбов диаметром 400 мм.

Источник

Столбчатый фундамент — расчет и строительство своими руками.

Название «столбчатый фундамент» говорит само за себя. Это фундамент представляющий собой несколько столбов заглубленных в грунт в определённом порядке и связанных в единую раму посредством деревянной (иногда металлической) обвязки или железобетонного ростверка.

Столбчатые фундаменты в основном применяются для возведения на них деревянных (брус, бревно) или каркасных домов (не более 2-х этажей), бань, веранд и других хозяйственных построек, а также заборов и каменных ограждений. Реже на них возводят стены одноэтажных домов из облегчённых каменных материалов (ячеистый бетон и т.п.), удельная масса которых не превышает 1000 кг/м³. Более тяжёлые дома на таких фундаментах строить не целесообразно, в связи с относительно не высокой прочностью столбов и недостаточно большой суммарной площадью подошвы.

Самым главным противопоказанием для выбора столбчатого фундамента является высокий уровень грунтовых вод. Нельзя допускать, чтобы он подходил ближе чем на 50 см к подошве столбов. Кроме того столбы обязательно должны быть заложены глубже слоя плодородных неустойчивых органических грунтов.

Достоинствами столбчатого фундамента являются экономия денежных средств и трудовых затрат за счёт уменьшения объёма земляных и бетонных работ, а также высокая скорость строительства нулевого цикла. Основным недостатком является непредсказуемое поведение отдельных столбов фундамента при легкомысленном отношении застройщика к исследованию свойств грунта на участке. Особенно это касается фундаментов без монолитного ростверка.

Самой распространённой ошибкой частных застройщиков при возведении столбчатого фундамента является отсутствие хоть какого, даже приближённого расчёта. Количество столбов, также как и площадь их оснований, берутся «с потолка». Практически на всех строительных сайтах написано одно и тоже — ставьте столбы по углам и на пересечении стен, при необходимости на длинных стенах добавляйте ещё, чтобы расстояние между ними было от 1,5 до 2,5 метров. Нормальный такой разброс! К тому же про площадь основания практически нигде ни слова. А ведь именно от этих показателей зависит, будет ли Ваш дом стоять на месте или со временем начнёт перекашиваться и садиться.

Расчёт столбчатого фундамента

I) В-первую очередь необходимо исследовать место под будущее строительство. Подробно об этом говорится в статье «Определяем свойства грунтов на участке застройки.» В дополнение к изложенному там необходимо отметить следующее: приняв решение строить столбчатый фундамент, в обязательном порядке необходимо делать пробное бурение на 0,5-0,6 метров ниже предполагаемой глубины заложения столбов. Если под несущим грунтом Вы наткнётесь на слой водонасыщенных слабых грунтов (плывун), то от столбчатого фундамента лучше отказаться, т.к. столбы под нагрузкой могут просто прорезать несущий грунт и провалиться.

II) Вторым шагом будет определение нагрузки, которую дом с фундаментом будут оказывать на несущий грунт, проще говоря, расчёт веса дома. Приближенные значения удельного веса для отдельных элементов конструкции приведены в следующей таблице:

Примечания:

1)При угле наклона скатов крыши больше 60º снеговая нагрузка принимается равной нулю.

2) При расчёте фундамента к весу дома прибавляется и ориентировочный вес самого фундамента. Высчитывается его примерный объём и умножается на удельный вес железобетона, равный 2500 кг/м³.

III) После определения веса дома рассчитываем минимально необходимую суммарную площадь (S) оснований всех столбов фундамента:

S = 1,3×P/Rо ,

где 1,3 — коэффициент запаса надёжности;

Р — общий вес дома вместе с фундаментом, кг;

Rо — расчётное сопротивление несущего грунта, кг/см².

Значение Rо, называемое ещё несущей способностью грунта, ориентировочно можно принять по таблице ниже:

Примечание:

Значения расчётных сопротивлений даны для грунтов расположенных на глубине около 1,5 метров. У поверхности несущая способность почти в полтора раза ниже.

Рассчитав значение суммарной площади оснований всех столбов, мы теперь можем определить их необходимое число в зависимости от диаметра или размеров сечения. Для большей наглядности рассмотрим простой пример.

Пример упрощённого расчёта столбчатого фундамента

Рассчитаем столбчатый фундамент (на круглых столбах) для небольшого каркасно-щитового дома (см.рис. слева) размером 5х6 метров. Высота 1-го этажа 2,7 м, высота фронтона — 2,5 м. Кровля шиферная. Несущий грунт — суглинок (Rо = 3,5 кг/см²). Глубина промерзания 1,3 метра.

Итак, необходимо рассчитать вес дома.

1) Площадь всех стен, включая фронтоны, в нашем случае получится равной 72 м², а масса их 72 × 50 = 3600 кг

2) В доме имеется цокольное (пол 1-го этажа) и межэтажное (между 1-м и мансардным этажами) перекрытия. Их общая площадь 60 м², а масса 60 × 100 = 6000 кг

3) Эксплуатационная нагрузка имеется также и на 1-м и на мансардном этаже. Значение её будет равно 60 × 210 = 12600 кг

4) Площадь крыши составляет в нашем примере около 46 м². Масса её при шиферной кровле 46 × 50 = 2300 кг

5) Снеговую нагрузку принимаем равной нулю, т.к. угол наклона скатов крыши больше 60º.

6) Определим предварительную массу фундамента. Для этого нужно условно выбрать диаметр будущих столбов и их количество. Допустим у нас есть бур диаметром 400 мм, его и возьмём. Число столбов предварительно берётся исходя из условия — один столб на 2 метра периметра фундамента. У нас получится 22/2 = 11 штук.

Объём одного столба высотой 2 метра (заглубляем на 0,2 м ниже глубины промерзания + 0,5 метра возвышается над землёй): π × 0,2² × 2 = 0,24 м³, а масса его 0,24 × 2500 = 600 кг.

Масса всего фундамента 600 × 11 = 6600 кг.

7) Суммируем все полученные значения и определяем общий вес дома: Р = 31100кг

8) Минимальная необходимая суммарная площадь оснований всех столбов будет равна:

S = 1,3×31100/3,5 = 11550 см²

9) Площадь основания одного столба диаметром 400 мм будет равна 1250 см². Следовательно в нашем фундаменте должно быть минимум 11550/1250 = 10 столбов.

При уменьшении диаметра столбов их число будет увеличиваться и наоборот. Например, если мы возьмём бур 300 мм, то нужно будет сделать минимум 16 столбов.

Определив минимально допустимое число столбов фундамента, делают их разбивку по периметру. В-первую очередь их устанавливают в наиболее нагруженных местах — это углы дома и соединения наружных и внутренних стен. Остальные столбы равномерно распределяют по периметру, при необходимости добавляя к полученному минимальному числу ещё несколько штук для симметрии. Главное правило здесь — больше можно, меньше нельзя.

Важное замечание: если дом имеет какую либо более лёгкую пристройку, например, веранду, минимально допустимое количество столбов для неё считается отдельно от дома. Очевидно, что оно будет меньше.

Часто при строительстве более тяжёлых домов на грунтах с малой несущей способностью число столбов получается очень большим, и чтобы его уменьшить, нужно существенно увеличивать диаметр подошвы. Простые земляные буры для этого не подходят. Здесь на помощь приходит технология «ТИСЭ». Она рассмотрена в статье «Фундамент ТИСЭ — технология, достоинства и недостатки» .

Рассмотрим теперь наиболее распространённые конструктивные схемы столбчатых фундаментов

Буронабивной фундамент

Столбы создаются путём заливки бетона в предварительно пробуренные скважины. Работы по устройству буронабивного фундамента производятся в следующей последовательности:

1) На основании расчёта производится разметка фундамента на участке.

2) С помощью ручного (механизированного) бура или специальной буровой машины делаются скважины на 20-30 см ниже глубины промерзания.

Примечание: в рамках данной статьи мы не рассматриваем мелкозаглубленные столбчатые фундаменты, которые используются практически только для небольших деревянных хозяйственных построек.

3) Из обычного рубероида сворачиваются цилиндры (по диаметру скважин) и обматываются скотчем. Они выполняют две роли: во-первых, это несъёмная опалубка для столбов, а во-вторых — их гидроизоляция.

Если у Вас рубероид с посыпкой, сворачивайте гладкой стороной наружу. Чем хуже грунт при замерзании будет прилипать к поверхности столбов, тем меньшие касательные силы, стремящиеся вытащить столбы зимой из грунта, будут на них действовать.

4) Цилиндры из рубероида вставляются в скважины. На рисунке выше видно, что до самого основания рубероид не доходит, остаётся около 20 см. Делается это не просто так. Через незакрытую часть сваи при заливке бетона цементное молоко просачивается в грунт и дополнительно связывает его. При этом в зависимости от типа грунта несущая способность столба может увеличиться до 2-х раз. Это увеличение при расчёте не учитывается. Оно дополнительно повышает запас надёжности фундамента. Кроме того столбы лучше заякорятся в земле.

5) В скважину заливается немного бетона (20-30 см), после небольшой паузы вставляется арматурный каркас, чтобы он под своим весом не опустился до соприкосновения с грунтом. Затем заливается весь столб до верха. Касание арматуры с грунтом не желательно, т.к. это приводит к её более быстрой коррозии.

Обычно каркас делается из трёх-четырёх прутков рабочей арматуры А-III ∅10-12 мм, обвязанных между собой вспомогательной арматурой Вр-I ∅4-5 мм. Желательно, чтобы арматура находилась от наружной поверхности столба не ближе чем на 5 см.

Если после заливки столбов на них будет сооружаться монолитный ростверк, рабочую арматуру выпускают из столбов на высоту этого ростверка. Если же на столбах будет делаться обвязка из деревянных балок, то для её крепления при заливке бетона в верхнюю часть вкладывается резьбовая шпилька (напр., М16).

Примечание: столбчатые фундаменты с железобетонным монолитным ростверком описаны в статье «Столбчатый фундамент с ростверком (свайно-ростверковый)» .

При температуре воздуха 15-20ºС нагружать столбчатый фундамент можно начинать уже через 4-5 дней. Связано это с тем, что по прошествии данного периода несущая способность фундамента определяется уже не прочностью столбов, а прочностью грунта под ними. К тому же дать полную расчётную нагрузку на фундамент (стены, перекрытия, крыша, эксплуатационные нагрузки) быстро Вы не сможете. Пока идёт строительство, бетон «дозреет».

ВАЖНО: Нельзя оставлять столбчатый фундамент не нагруженным на зиму. Касательные силы морозного пучения могут поднять и перекосить столбы, причём все по разному.

Столбчатые фундаменты из асбестовых, пластмассовых или металлических труб

Столбы создаются путём заливки бетона в предварительно установленные в скважины асбестовые, пластмассовые или металлические трубы. Работы производятся в следующей последовательности:

1) На основании расчёта производится разметка фундамента на участке.

2) С помощью ручного (механизированного) бура или специальной буровой машины делаются скважины на 20-30 см ниже глубины промерзания. Диаметр скважин на 10 см больше диаметра выбранных труб. При отсутствии бура можно выкопать ямы и лопатой.

3) В скважину заливается около 20 см бетона для увеличения несущей способности столбов, как уже говорилось выше. После небольшой паузы в скважину вставляется сначала свёрнутый рулон рубероидной рубашки, которая защитит песчаную засыпку от заиливания, затем асбестовая, пластиковая или металлическая труба и арматурный каркас.

4) Производится обратная засыпка промежутка между трубой и рубероидной рубашкой песком и в трубу заливается бетон. Песок предотвращает примерзание грунта к трубам зимой и их подъём касательными силами морозного пучения.

Примечание: Асбестовые трубы имеют не очень высокую морозостойкость, поэтому довольно часто в месте их входа в грунт из-за насыщения влагой они разрушаются. Чтобы этого избежать, желательно опасное место покрыть обмазочной гидроизоляцией.

Прямоугольные (квадратные) столбы из бетона, кирпича, блоков

Прямоугольные или квадратные столбы делают, когда под рукой нет бура подходящего диаметра. Ямы копают вручную лопатой. Работа эта более трудоёмкая и объём вырабатываемого грунта, по сравнению с бурением, тоже больше.

Последовательность выполнения работ практически такая же, как и в случае с трубами. Отличие в том, что вместо труб в ямы вставляется предварительно изготовленная деревянная опалубка, либо столбы выкладываются из кирпича (блоков).

Обратная засыпка производится после съёма опалубки через 2-3 дня. Кирпичные столбы можно засыпать на следующий день.

Примечание: Как уже говорилось выше, обратная засыпка песком (непучинистым материалом) делается для предотвращения подъёма столбов зимой. Но у неё есть один недостаток. При попадании в яму воды (напр. дождевой), песок номокает и теряет свои несущие свойства. Столбы при этом становятся неустойчивыми в горизонтальном направлении. Чтобы этого избежать, необходимо тщательно отнестись к отводу воды от фундамента: сделать нужные уклоны, отмостку и ливнёвки.

Часто столбы делаются комбинированные, т.е. в грунте они бетонные, а выше уровня земли выкладываются из кирпича или блоков. Этот вариант не подходит для последующего сооружения ростверка. Теряется его смысл, заключающийся в изготовлении одной жёсткой рамы.

Существует ещё один вид столбов — деревянные, на заострять на них своё внимание мы не будем, т.к. используются они в настоящее время очень редко. Заметим лишь, что для таких столбов нужно использовать влагостойкие породы древесины (дуб, лиственница и т.п) и перед установкой их необходимо защитить от влаги (обмазать гидроизоляцией или завернуть в рубероид, а лучше сделать и то и другое).

В комментариях к данной статье Вы можете обсудить с читателями свой опыт в строительстве и эксплуатации столбчатых фундаментов либо задать интересующие Вас вопросы.

Источник