§ 34. Общие положения расчета оснований и фундаментов по предельным состояниям
Общие сведения. Основания и фундаменты надлежит проектировать так, чтобы была надежно обеспечена возможность нормальной эксплуатации сооружений. Для этого они должны быть прочными и устойчивыми, т. е. обладать достаточной несущей способностью. Если это условие не выполнено, то несущая способность основания и фундамента может оказаться исчерпанной, в результате чего расположенное на них сооружение будет разрушено или деформировано в такой степени, что нормальная эксплуатация сооружения будет невозможна или значительно затруднена. Различают пять форм исчерпания несущей способности оснований и фундаментов:
1) исчерпание прочности фундамента (прочности материала фундамента), приводящее к его разрушению;
2) исчерпание устойчивости фундамента, приводящее к его опрокидыванию;
3) исчерпание устойчивости фундамента, вызывающее его сдвиг;
4) исчерпание прочности основания, приводящее к большим просадкам;
5) исчерпание устойчивости основания, сопровождающееся сдвигом массы грунта совместно с фундаментом по некоторой поверхности скольжения — глубокий сдвиг.
Наиболее характерные схемы потери устойчивости фундаментов: опрокидывание с поворотом; плоский сдвиг; глубокий сдвиг.
Расчеты, выполняемые с целью не допустить исчерпания несущей способности оснований и фундаментов, называют расчетами их на прочность и устойчивость.
Основания и фундаменты могут обладать достаточной несущей способностью, но под воздействием нагрузок получать значительные перемещения, недопустимые по условиям нормальной эксплуатации сооружений. Расчеты оснований и фундаментов, имеющие целью не допустить таких перемещений, называются расчетами по деформациям.
Железобетонные конструкции фундаментов рассчитывают также на трещиностойкость. Такие расчеты должны исключить возможность чрезмерного раскрытия трещин, при котором возникает опасность коррозии (ржавления) арматуры. На трещиностойкость фундаменты рассчитывают обычными методами расчета железобетонных конструкций, которые в настоящем курсе не рассматриваются.
Расчеты оснований и фундаментов на прочность, устойчивость по деформациям и на трещиностойкость, как и других строительных конструкций, выполняют по методу предельных состояний. Под предельным состоянием подразумевается такое напряженное состояние конструкций или оснований, когда при самом незначительном увеличении нагрузок они перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям: наступает их разрушение, возникают недопустимые деформации, происходит потеря устойчивости и т. п.
Основания и фундаменты мостов и труб под насыпями рассчитывают по двум группам предельных состояний:
по первой группе — по несущей способности оснований, устойчивости фундаментов против опрокидывания и сдвига, устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкций фундаментов;
по второй группе — по деформациям оснований и фундаментов (осадкам, кренам, горизонтальным перемещениям), трещиностойкости железобетонных конструкций фундаментов.
Расчет по первой группе предельных состояний выполняют с целью не допустить исчерпания несущей способности и устойчивости оснований и фундаментов. Расчет производят исходя из условия
F≤Fu, (6.1)
где F — силовое воздействие (нагрузка) на основание или на фундамент; Fu — несущая способность (сила предельного сопротивления) основания или фундамента.
Цель расчета по второй группе предельных состояний — исключить возможность возникновения недопустимых по условиям нормальной эксплуатации сооружения деформаций (осадок, кренов, сдвигов) оснований и фундаментов. Расчет производят, исходя из соблюдения условия s ✖
Источник
Расчет несущей способности ленточного фундамента
Ленточный фундамент получил распространение в строительстве благодаря своей универсальности. Конструкция может быть изготовлена как из сборного, так и из монолитного бетона. Такой тип фундамента может с одинаковой успешностью применяться в индивидуальном и в массовом строительстве. Чтобы гарантировать прочность конструкции, ее долговечность и устойчивость, перед началом работ требуется выполнить расчет по несущей способности.
Порядок расчета
При проведении подготовительных конструкторских работ необходимо определиться со следующими значениями:
Ширина подошвы и ленты будут различаться при строительстве дома на фундаменте т-образного типа. При применении прямоугольного сечения опорной конструкции, эти значения равны. Т-образные ленты применяются для возведения массивных зданий из кирпича, широкая подошва фундамента снижает давление на единицу площади от здания на грунт. Если дом строится по каркасной технологии или из бруса, достаточно прямоугольного фундамента. Расчет подошвы для монолитного и сборного фундамента не отличаются.
Чтобы найти или рассчитать нужные значения, работы проводятся в несколько этапов:
- изучение характеристик грунта;
- назначение глубины заложения;
- сбор нагрузок;
- расчет по несущей способности.
Каждый из этих этапов имеет свои особенности, поэтому требует отдельного рассмотрения.
Геологические условия участка
Для частного дома проводить дорогостоящие геологические исследования нецелесообразно. Все, что необходимо узнать это:
- тип грунта;
- уровень нахождения грунтовых вод;
- наличие линз слабого грунта.
Это можно определить двумя способами:
Исследование почвы необходимо проводить на 50 см ниже предполагаемой отметки ленточного фундамента, которая на данном этапе принимается в зависимости от наличия подвала и величины промерзания (подробнее в следующем пункте).
Шурфы представляют собой ямы прямоугольного сечения, земляные работы можно проводить с помощью обычной лопаты. Грунт анализируется по стенкам откопанного шурфа. Бурение в условиях самостоятельного возведения дома можно проводить ручным буром. Анализ проводят по почве на лопастях инструмента.
Необходимо выбрать несколько точек для исследования, все они располагаются под пятном застройки дома. Одну скважину или шурф делают в самой низкой точке участка. Чем больше точек для исследования взять, тем точнее будут результаты, но главное не переусердствовать.
Если грунтовые воды не найдены, можно принимать фундаменты глубокого заложения и обустраивать в доме подвальные помещения. Если УГВ располагается на глубине 1 м от поверхности земли и ниже, самым простым решением станет устройство мелкозаглубленных опор (50-60 см). Более сложным для выполнения вариантом будет устройство заглубленной ленты с дренажом и надежной гидроизоляцией подвала (снаружи и изнутри).
По типу найденных грунтов определяют их несущую способность, которая потребуется в дальнейшем расчете.
| Тип грунта | Несущая способность, кг/см 2 |
| Галечный с глиной | 4,5 |
| Гравий | 4,0 |
| Крупнозернистый песчаный | 6,0 |
| Среднезернистый песчаный | 5,0 |
| Мелкозернистый песчаный | 4,0 |
| Пылеватый песчаный* | 2,0 |
| Супеси и суглинки | 3,5 |
| Глины | 6,0 |
| Просадочные грунты* | 1,5 |
| Насыпной уплотненный* | 1,5 |
| Насыпной неуплотненный* | 1,0 |
* грунт не подходит в качестве основания. Требуется полная его замена на песок крупной или средней фракции. В данном случае лучше остановиться на применении свайного фундамента или монолитной плиты.
Назначение глубины заложения
Как уже говорилось ранее, отметка подошвы зависит от уровня грунтовых вод. Изучив характеристики основания и обозначив допустимые границы, рассматривают другие факторы.
При наличии подвала, отметку подошвы выбирают не менее чем на 20-30 см ниже пола по подвала. Промерзание почвы также влияет. Лучше опирать конструкции дома на незамерзающий слой почвы. Для различных регионов он отличается. Самые точные значения приведены в СП «Строительная климатология». Значения для некоторых городов приведены в таблице.
| Город | Промерзание почвы, м |
| Москва | 1,4 |
| Санкт-Петербург | 1,4 |
| Ростов-на-Дону | 1,0 |
| Волгоград | 1,2 |
| Архангельск | 1,8 |
| Нижний Новгород | 1,6 |
| Уфа | 1,8 |
| Екатеринбург | 1,9 |
| Челябинск | 2,0 |
| Омск | 2,2 |
| Новосибирск, | 2,2 |
| Воркута | 2,9 |
| Иркутск | 2,3 |
| Владивосток | 1,6 |
Сбор нагрузок
Нагрузки разделяют на два типа: временные и постоянные. Постоянные — масса конструкций здания, временные — людей, мебели, оборудования, снега.
Чтобы рассчитать все значения достаточно воспользоваться таблицей.
| Тип нагрузки | Величина |
| Кирпичные стены толщиной 510 мм | 920 кг/м 2 |
| Кирпичные стены толщиной 640 мм | 1150 кг/м 2 |
| Стены из бруса толщиной 150 мм | 120 кг/м 2 |
| Стены из бруса толщиной 200 мм | 160 кг/м 2 |
| Утепленные каркасные стены толщиной 150 мм | 30-50 кг/м 2 |
| Гипсокартонные перегородки 80 мм без утеплителя | 27,2 кг/м 2 |
| Гипсокартонные перегородки 80 мм с утеплителем для шумоизоляции | 33,4 кг/м 2 |
| Железобетонное перекрытие сборными плитами толщиной 220 мм и цементно-песчаной стяжкой толщиной 30 мм | 625 кг/м 2 |
| Деревянное перекрытие по балкам с утеплителем плотностью до 200 кг/м 3 | 100-150 кг/м 2 |
| Фундамент железобетонный | 2500 кг/м 3 |
| Кровельный пирог в зависимости от типа покрытия, кг/м 2 | |
| Металлическая черепица | 40-60 |
| Керамическая черепица | 80-120 |
| Гибкая черепица | 50-70 |
| Временные нагрузки | |
| Полезная (мебель и оборудование) | 150 кг/м 2 |
| Снег | См. в табл. 10.1 СП «Нагрузки и воздействия» в зависимости от климатического района |
Каждое значение, перед тем как взять в расчет, требуется умножить на коэффициент надежности по нагрузке. Для металлических элементов он составляет 1,05, для деревянных — 1,1, для железобетонных заводского изготовления — 1,2, для железобетонных, изготавливаемых на стройплощадке — 1,3. Полезная нагрузка умножается на 1,2, а снеговая на 1,4. При уклоне кровли свыше 60 градусов нагрузку от снега в расчет принимают равной нулю.
Расчет ширины подошвы
Фундамент — это конструкция передающая нагрузку от дома на грунт, т.е. при расчете фундамента по несущей способности главным параметром является несущая способность грунта под ним. По сути расчет несущей способности сводится к расчету минимальной площади опирания фундамента на грунт, при которых его пространственные характеристики останутся в заданных пределах в течение всего времени эксплуатации здания, при заданной массе строения (считается из учета проекта). Варьируя ширину фундамента можно изменять удельное давление (давление на единицу площади кг/см²) здания на грунт. Т.к. периметр строения известен из проекта, нужно определить минимально возможную ширину ленточного фундамента.
Рассчитать фундамент можно по формуле:
где В — значение требуемой ширины подошвы фундамента, L — общая длина всей ленты по периметру дома и внутренних несущих стен, R — несущая способность грунта (по таблице выше), P — масса дома с учетом всех нагрузок, умноженных на коэффициенты запаса по несущей способности.
Пример расчета
Для более точного представления, приведем пример для двухэтажного дома из бруса размерами 6 на 6 м и высотой этажа 3 м. Наружные сены на втором этаже(мансардном) имеют высоту 1,5м. Кровля из битумной черепицы, фундамент ленточный мелкого заглубления (60 см). Пример предусматривает район строительства — г.Москва. Опирание выше глубины заложения обусловлено высоким УГВ, для защиты от сил морозного пучения предусмотрено утепление ленты фундамента пенопластом (в расчет не учитывается). Геологические исследования показали, что на выбранной глубине опирания находятся суглинки.
Рассчитать нагрузки можно в табличной форме.
| Нагрузка | Величина, кг |
| Наружные стены из бруса толщиной 200 мм | 6 м (длина) * 4 шт * 4,5 м (высота) * 160 кг * 1,1 = 19000 кг |
| Внутренняя стена из бруса толщиной 150 мм | 6 м (длина) * 6 м (высота) * 120 кг * 1,1 = 4750 кг |
| Перегородки из гипсокартона без шумоизоляции | 20 м (длина) * 2,7 м (высота) * 27,2 кг * 1,2 = 1770 кг |
| Перекрытия по балкам толщиной 300 мм | 2 шт * 6 м (ширина) * 6 м (длина) * 150 кг * 1,1 = 11880 кг |
| Кровля | 6 м * 6 м * 70 кг * 1,2/соs45ᵒ(угол наклона кровли) = 4260 кг |
| Полезная нагрузка на перекрытия | 2 шт * 6 м * 6 м * 150 кг * 1,2 = 12960 кг |
| Снег | 6 м * 6 м * 180 кг * 1,4 = 9080 кг |
Итого с учетом всех коэффициентов — 63700 кг.
В примере ленточный фундамент закладывается под наружные стены и под внутреннюю. Подбираем ширину в зависимости от толщины стен. Предварительно значение ширины равно 25 см. Высота цоколя равна 40 см, глубина заложения 60 см, общая высота фундамента -100 см.
Предварительная масса ленточного монолитного фундамента = (6 м * 4 шт + 6 м * 1 шт) * 1 м (высота) * 0,25 м (ширина) * 2500 кг * 1,2 (коэффициент надежности по нагрузке) = 18750 кг .
Общая нагрузка от дома — 82450 кг. Периметр фундамента L=5 шт * 600 см = 3000 см.
В = Р/(L) * R = 82450/(3000 см * 3,5 кг/см²) = 7,85 см.
Такое небольшое значение в примере получено из-за небольшого веса здания из бруса и достаточно высокой несущей способности ленточного фундамента. Принять число меньше ширины стен возможно только при кирпичном здании (допускается свесы кладки до 10 см), но в тоже время принимать значение ширины фундамента меньше 30 см для частного дома не рекомендуется, поэтому остается величина 30 см (под внутреннюю стену можно сделать 25 см). Пример предусматривает прямоугольное сечение ленточного фундамента.
Если предварительная ширина фундамента отличается от конечной в меньшую сторону или в большую менее, чем на 5 см, перерасчет конструкции не требуется. При получении значения отличающегося от предварительного более чем на 5 см в большую сторону расчет проводят еще раз с полученной шириной. В данном случае нужно провести расчет веса фундамента заново, но мы не будем этого делать, так как и так понятно что запас просто огромный.
Рассчитать ленточный фундамент по примеру с учетом несущей способности для дома из бруса просто. Действие не отнимет большого количества времени, но обеспечит высокую надежность.
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