Столбчатый фундамент примеры расчета

Для чего необходим и как грамотно произвести расчет столбчатого фундамента?

Столбчатый фундамент является экономичным и надёжным основанием для построек.

Чтобы создать конструкцию, нужно провести ряд предварительных мероприятий, включающих выявление характеристик грунта и исходных данных.

Как правильно осуществить расчет столбчатого фундамента, какие программы могут в этом помочь, подскажет информация ниже.

Основные параметры

Расчет столбчатого фундамента заключается в определении нужного количества опор. В учёт берутся следующие параметры:

• инженерно-геологический отчёт с данными о глубине залегания грунтовых вод и структуре почвы;
• информация об удельном весе строительных материалов;
• уровень промерзания грунта и толщина снегового покрова.

Работы по изучению структуры почвы проводятся специалистами, в противном случае владелец строительного объекта должен провести необходимые мероприятия самостоятельно.

Чтобы определить возможность выполнения столбчатого фундамента, на участке выкапывают 2-3 шурфа, их глубина должна быть 0.5 м или больше от опорной подушки фундамента.

Если грунтовые воды залегают в этом промежутке, столбчатую конструкцию применять нельзя. Ее следует заменить на более устойчивую, что обойдется дороже.

Указанные значения характерны для слоя заложения более 1,5 м. При повышении на 50 см следует умножить величину на 1.4.

При расчете конструкции, основными факторами являются:

• вес снежного покрова;
• вес постройки;
• вес бытовых коммуникаций.

По желанию, можно рассчитать каждый параметр, исходя из удельного веса конструктивных блоков. Это трудоемкий процесс, поэтому можно воспользоваться уже имеющимися данными в справочнике. В источниках есть следующая информация.

Таблица нагрузки материалов на фундамент:

Материал стены	Толщина, мм	Нагрузка, кг/м2
Бревна	240	135
Брус	150	120
Каркас с утеплителем	150	50
Пенобетон	D600300	180
Перекрытие между этажами по балкам из дерева	100
Чердачное перекрытие	150
Нагрузка перекрытий при эксплуатации	200
Плиты из бетона	350
Кровельная металлочерепица	30
Керамическая кровля	80
Шифер	50
Снежный покров	100

При расчете нужно учитывать и вес столбчатого фундамента. При этом необходимо его объем умножить на усреднённое значение массы железобетона. Оно составляет 2500 кг/м2. Наклон крыши влияет на указанный параметр.

Как рассчитать?

Столбчатая конструкция определяется сложением площадей сечений всех колонн.

Выражение представляет собой зависимость веса постройки от установленного значения сопротивления почвы: S = 1.4 x P/Ro, где:

• 1.4 — это коэффициент резерва устойчивости;
• P — вес постройки;
• Ro — сопротивление почвы.

Чтобы произвести расчет, следует спроектировать расположение основных колонн и определить минимально необходимое количество. В результате можно вычислить размер сечения каждого участка под столб, разделив общую площадь поверхности на количество колонн.

Если в итоге значение составило до 40 см, оно остаётся неизменным. В случае необходимости сечения колонн 60 см и более, их число увеличивают по схеме. При этом промежутки между столбами нужно рассчитать с учётом равномерного распределения нагрузки на фундамент.

Если толщина составляет 40 см, допустимая площадь опорной конструкции должна быть больше сечения колонны в 1.5 раза. Основание опоры выполняется из железобетона в опалубке.

При этом обязательно оснастить его арматурой в 2 ряда и обеспечить слой щебня толщиной 10 см и более. Основание опоры должно размещаться в плоскости ниже отметки промерзания почвы на 40 см.

Примеры

Рассчитаем основание для конкретных построек.

Для каркасного дома

Исходные данные:

1. Столбчатый фундамент представлен опорами из бетонных блоков, в сечении которых квадрат.
2. Почва на участке постройки — суглинок (плотность 3.5 кг/см2).
3. Уровень промерзания грунта 1,2 м.

Определение отметки промерзания почвы необходимо, чтобы рассчитать на какой глубине должна находиться часть колонны под землёй.

В нормативных документах указано, что нижнюю часть столба нужно погружать в грунт не меньше 40 см ниже отметки промерзания. Поэтому, если уровень промерзания составляет 1,2 м, колонну нужно вкопать в почву на 1,6 м.

Площадь основания возьмём минимальную — 40*40 см=1600 см2. При плотности почвы 3.5 кг/см2 каждая колонна будет испытывать предельную нагрузку: 1600*3.5 = 5.6 т

Общая нагрузка определяется как сумма веса следующих элементов:

• наружных и внутренних стен;
• основания с ростверком;
• стропильной структуры;
• цокольной и чердачной основы;
• кровли;
• снегового покрова;
• нагрузки при эксплуатации на этаже.

Каждая постройка имеет индивидуальные значения приведенных параметров, поэтому расписывать их нет смысла. К примеру, общий вес дома составляет 70 т. Количество столбов = вес дома(кг): предельную нагрузку от каждой колонны (кг) = 70000:5600 = 12.5.

Округлив результат, получим: 13 колонн необходимо для возведения столбчатого фундамента. Учитывая необходимость резерва устойчивости: 13*1.4=18 колонн.

Для бани

Для бани столбчатый фундамент из железобетона рассчитывается следующим образом. Баня будет иметь размеры 3*4 м. Нормативы требуют установки колонн не менее чем через 1,5 и не более чем через 3 м. Для примера возьмем среднее значение – через 2 м.

Для каждой стены нужно 3 опоры — по 2 в углах и 1 посередине. К примеру, размеры верхнего сечения — 40*40 см, нижнего — 80*80 см. Вес опорной конструкции 1035 кг, нагрузка 2977 кг.

Чтобы вычислить общую нагрузку на грунт, надо отнять вес опорной конструкции от нагрузки: 2977-1035 = 1942 кг. Нагрузка между колоннами: 1942*2 = 3884 кг, где 2 — расстояние между опорами.

К полученной величине следует прибавить массу одной колонны. Объем колонны составляет 0.25 м3, а плотность материала указана в источнике (2500). Тогда вес столба будет равен: 0.25*2500 = 625 кг. Он создаст нагрузку на грунт: 3884+625 = 4509 кг.

Опорное сечение каждой колонны составляет 80*80 = 6400 см2. Предельные нагрузки на грунт зависят от значения устойчивости, равного 1.5 кг/см2, тогда: 6400*1.5 = 9600 кг. Это значительно больше величины рассчитанной нагрузки.

Следовательно, столбчатая конструкция при таких условиях будет устойчива к нагрузкам, полученным от бани размером 3*4 м. Если владелец участка посчитает нужным, он может уменьшить размеры опор, с учётом того, что вычисленные нагрузки не превысят допустимых параметров.

Как рассчитать столбчатый фундамент под баню, подскажет видео:

Специальные программы и сервисы

Ускорить расчет столбчатого фундамента можно с помощью специальных программ. Сервисы имеют достаточно возможностей, чтобы определить правильную нагрузку с учётом типа основания и структуры почвы.

Для работы в программе нужно указать размеры фундамента постройки, характеристики почвы. Сервис рассчитает тип и величину ростверка, объемы армирования. В итоге пользователь получит нужные параметры основания и информацию, на основе которой производились вычисления с указанием нормативных источников.

1. Civil Engineering. Для работы в программе нужны базовые значения. Расчет может быть проверочным или проектировочным. В результате пользователь быстро вычислит необходимое армирование, давление основания и величину осадок.
2. Фундамент. Сервис позволяет получить достаточно точные результаты при использовании данных геологических исследований грунта. Можно проверить собственные вычисления или подобрать основание с использованием имеющихся данных. Интерфейс понятный для простого пользователя и имеет минимум настроек.
3. Масса дома, нагрузка на фундамент. Это полностью русифицированный сервис, не требующий специальных навыков и знаний. Функции стандартные — проверка ручного расчета или получение результата на основе введенных данных.

Кроме программ, есть масса онлайн-калькуляторов для вычислений параметров столбчатого фундамента. Они не менее удобны, потребуется лишь ввести базовые значения для расчета.

Много важной и полезной информации о столбчатом фундаменте найдете здесь.

Заключение

Расчет столбчатого фундамента — обязательная процедура. От этого будет зависеть срок эксплуатации постройки. Важно провести все необходимые процедуры перед расчетом, чтобы осуществить вычисления с максимальной точностью.

Источник

Пример расчета столбчатого фундамента

Фундамент — одна из основных несущих конструкций дома. Качество выполнения работ влияет на срок службы здания и его нормальную эксплуатацию (отсутствие трещин, кренов). Чтобы обеспечить надежность и устойчивость, необходим не только тщательный контроль на стадии строительства, но и грамотный расчет столбчатого фундамента.

Принцип работы и требования

Столбчатый фундамент представляет собой несколько столбов, объединенных с помощью ростверка (горизонтальная обвязка). Ростверк необходим для совместной работы отдельно стоящих конструкций. Чтобы обеспечить устойчивость и предотвратить опрокидывание, столбы заглубляют в землю. Глубина заложения зависит от нагрузки от здания и характеристик грунта.

Несущая способность обеспечивается за счет опирания на грунт и поверхностного трения. В случае с фундаментом небольшой глубины трение возникает незначительное. Лучше всего данный тип конструкции подходит для возведения деревянного или каркасного дома с высотой два и более этажа. Возведение тяжелых каменных домов на таких фундаментах невозможно. Удельная масса стен здания не должна превышать 1000 кг на метр кубический.

Из-за небольшой несущей способности требуется, чтобы уровень грунтовых вод находился глубже подошвы фундамента минимум на 50 см. При наличии на участке слоя насыпных грунтов, их необходимо удалить и заменить песком средней крупности с послойным виброуплотнением (максимальный слой уплотнения 20 см).

Плюсы и минусы конструкции

К основным достоинствам можно отнести невысокую стоимость, которая обеспечивается за счет:

• снижение объема земляных работ при возведении каркасного здания;
• снижение количества необходимых материалов (по сравнению с ленточным фундаментом);
• небольшое количество вынимаемого грунта не требует наличия крупной техники (самосвалы, экскаваторы).

К недостаткам можно отнести достаточно непредсказуемое поведение столбов при нарушении технологии возведения и ошибок на стадии проектирования. Еще одним минусом стала ограниченная область применения из-за невысокой несущей способности.

Подготовка к расчету
На стадии предварительной подготовки необходимо выяснить все исходные данные для расчета:

• размеры здания в плане;
• несущая способность основания (грунта);
• нагрузка на фундамент от собственного веса и вышележащих конструкций.

Геологические изыскания

Многие при самостоятельном возведении каркасного дома пренебрегают изучением характеристик грунта. Важно изучить геологические условия площадки. При проектировании здания специалистами проводятся достаточно затратные геологические изыскания, которые включают в себя бурение и изучение полученного материала в лаборатории. Результатом проведения всех работ становятся точные значения всех характеристик, необходимых для расчета.

В условиях самостоятельного возведения каркасного здания можно выполнить визуальное исследование. Для этого проводят бурение или выкапывают яму на 50 см ниже предполагаемой подошвы фундамента дома. Важно определить тип грунта и убедится в отсутствии водонасыщенных слоев. Тип грунта понадобится при дальнейших расчетах.

Иногда необходимо выполнить проверку несколько раз в разных местах. Даже при условии хорошего качества основания в одной скважине, в почве может располагаться линза неустойчивого грунта. При небольшом ее размере можно попробовать ее обойти, но если она достаточно велика, придется остановиться на другом типе фундамента.

Сбор нагрузок

Нагрузки на здание могут быть временными и постоянными. Постоянные включают в себя вес всех элементов здания, а временные по СП «Нагрузки и воздействия» делятся на два вида: длительные и кратковременные. К длительным относится вес мебели и оборудования, а к кратковременным вес людей и осадки. При расчете в общем случае учитываются такие осадки как снег и ветер. Для фундаментов необходимо знать только вес снегового покрова.

Чтобы собрать постоянную нагрузку от всего здания требуется сосчитать:

• вес стен;
• вес перекрытий;
• вес кровли;
• собственный вес фундамента.

Массу конструкций можно свести в одну небольшую таблицу.

Тип конструкции	Вес
Каркасные стены толщиной 150 мм с утеплителем	30-50 кг/м 2
Перекрытие по деревянным балкам утепленное материалом плотностью до 200 кг/м 3	100-150 кг/м 2
Собственный вес фундамента из железобетона	2500 кг/м 3
Кровля с несущими конструкциями
Металлическая	40-60 кг/м 2
Керамическая	80-120 кг/м 2
Из гибкой черепицы	50-70 кг/м 2

Важно! Необходимо не перепутать единицы измерения в таблице. Для всех конструкций, кроме фундаментов значения приведены для квадратного метра (толщина уже учтена).

Эти значения являются нормативными, для получения расчетных понадобится умножить их на специальный коэффициент надежности по нагрузке. Этот коэффициент приводится в СП «Нагрузки и воздействия». Для каркасного дома все значения представлены в таблице.

Тип конструкции	Коэффициент надежности по нагрузке
Деревянные	1,1
Железобетонные плотностью более 1600 кг/м 3	1,3
Изоляционные слои, засыпки, стяжки изготавливаемые в заводских условиях	1,2
Изоляционные слои, засыпки, стяжки изготавливаемые на строительной площадке	1,3

По нормативным документам для жилых зданий нормативная полезная нагрузка (длительная временная) принимается равной 150 кг/м2. Для данного значения коэффициент надежности составляет 1,2. Отсюда получаем расчетное значение 180 кг/м2 площади пола.

Далее приступаем к нахождению нагрузки от снегового покрова. Для этого потребуется уже знакомый СП «Нагрузки и воздействия», в котором в таблице 10.1 указаны значения в зависимости от климатического района. Снеговой район определяется по картам, представленным в СП «Строительная климатология». Коэффициент надежности для снеговой нагрузки принимается 1,4.

Важно! При угле наклона кровли более 60 градусов снеговая нагрузка принимается равной нулю, поскольку при таком скате снег на крыше задерживаться не будет.

Порядок расчета

В первую очередь определяют минимальную площадь основания для всех столбов в сумме. Расчет проводят по формуле:

где Р — общий вес конструкций дома, найденный на этапе подготовки в килограммах;

Rо — расчетное сопротивление несущего слоя грунта (на который опирается фундамент) в килограммах на квадратный сантиметр.

Значение расчетного сопротивления можно свести в одну таблицу:

Тип грунта основания	Rо на глубине 1,5 м и более, кг/см 2	Rо у поверхности земли, кг/см 2
Галечный с глиной	4,5	3
Гравийный с глиной	4,0	2,7
Крупнозернистый песок	6,0	4,0
Песок средней крупности	5,0	3,33
Мелкозернистый песок	4,0	2,7
Пылеватый песок	2,0	1,33
Супесь или суглинок	3,5	2,33
Глина	6,0	4,0
Насыпной грунт с уплотнением или просадочный	1,5	1,0
Насыпной грунт без уплотнения	1,0	0,67

Важно! Строить на насыпном грунте крайне не рекомендуется. При нахождении его в геологии участка чаще всего выполняют полную замену на крупный или средний песок.

Вычислив значение суммарной площади столбов для каркасного дома, находят требуемые размеры подошвы для одного фундамента и их необходимое количество. В обязательном порядке опоры располагают по углам и примыканиям стен, по периметру распределяют равномерно.

Пример расчета

Для наглядного объяснения рассмотрен расчет столбчатого фундамента для двухэтажного каркасного дома размерами 6 на 6 метров.

Пример представлен на основе следующих исходных данных:

• стены толщиной 150 мм, площадь — 100 м2;
• кровля металлическая по деревянным стропилам с уклоном 25 градусов площадью 40 м2;
• площадь перекрытий по деревянным балкам 72 м2;
• снеговой район lV;
• грунт основания — гравийный с глиной.

Рассчитываем нагрузки с учетом коэффициентов:

• от стен = 100м 2*50 кг/м2*1,1 = 5500 кг;
• от перекрытий = 72м2*150кг*1,1 = 11800 кг;
• от кровли = 40м2*60кг/м2*1,1 = 2640 кг.

Чтобы рассчитать собственный вес фундаментов принимаем его ширину 400 мм. Предварительно принимается 1 столб на каждые 2 метра периметра здания. Для данного примера 24/2 = 12 шт. Глубина промерзания грунта для выбранного климатического района (по СП «строительная климатология») 1,8 м. Столб должен опираться на 0,2 м ниже глубины промерзания и выходить из земли на 0,5 м. Такое заглубление необходимо, чтобы предотвратить опрокидывание или выпирание при воздействии сил морозного пучения. Получаем значение 2,5 м.

• масса всех столбов равна 1,3 *2,5м*0,4м*0,4м*12шт*2500кг/м3 = 15600 кг;
• полезная долговременная нагрузка 150кг/м2*72м2*1,2 = 12960 кг;
• снеговая нагрузка = 240кг/м2*1,4*40м2 = 13440 кг.

Сумма всех значений составляет 61940 кг.

S = 61940кг/4,0 кг/см2 = 15485см2 на все столбы.

Площадь одного столба = 40см*40см = 1600 см2.

Количество столбов в этом примере на весь фундамент = 15485/1600 = 9,67 шт. Принимаем 10 шт.

В данном случае 4 столба будут располагаться по углам, а остальные 6 необходимо расположить по периметру. Части здания, сильно различающиеся по весу необходимо рассчитывать отдельно и располагать на независимых друг от друга фундаментах (например, основная часть дома и летняя веранда).

Увидев пример, можно понять, что выполнить необходимые расчеты может даже не специалист. Это не займет большого количества времени, но позволит избежать большого количества проблем при эксплуатации. Важно учитывать климатический район строительства и массу основных конструкций. При недостаточной несущей способности фундаментов может происходить растрескивание стен или опрокидывание всего дома.

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