Как правильно рассчитать шаг
Расчет шага производится в зависимости от схемы размещения свай и от конфигурации постройки.
Если известно общее количество, опоры расставляются по выбранной схеме — сначала по углам, затем заполняются наиболее нагруженные линии, расположенные под несущими стенами, после чего расставляют оставшиеся сваи по площади комнат для поддержки лаг перекрытий.
Задаче проектировщика является обеспечение максимальной жесткости ростверка, установка опор в точках максимальных нагрузок и равномерное распределение веса дома между остальными стволами.
Для построек обычного типа распределение свай проблемы не вызывает, намного сложнее расстановка опор на сооружениях сложной конфигурации с неравномерным распределением массы элементов.
В таких ситуациях сначала размещают кусты свай под наиболее нагруженными точками, после чего размещают остальные опоры.
ВАЖНО!
В любом случае, необходимо соблюдать минимальные расстояния между соседними опорами, чтобы не снизить удельное сопротивление грунта. В противном случае несущая способность фундамента в данных точках окажется значительно ниже расчетной, что приведет к деформациям или разрушению ростверка и стен постройки.
Расчет общей нагрузки на 1 м2 грунта
Результаты предыдущих расчетов суммируются, при этом вычисляется максимальная нагрузка на фундамент, которая будет больше для тех его сторон, на которые опирается крыша.
Условное расчетное сопротивление грунта R определяют по таблицам СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений».
- Суммируем вес крыши, снеговую нагрузку, вес перекрытий и стен, а также фундамента на грунт: 300+1386+7000+5400+2525=16 611 кг/м2=17 т/м2.
- Определяем условное расчетное сопротивление грунта по таблицам СНиП 2.02.01—83. Для влажных суглинков с коэффициентом пористости 0,5 R составляет 2,5 кг/см2, или 25 т/м2.
Из расчета видно, что нагрузка на грунт находится в пределах допустимой.
Расчет осадки свай
В СП предусматривается несколько расчетных схем, учитывающих размещение свай относительно друг друга. При этом все они основываются на линейно-деформируемой модели грунта, но при надлежащем обосновании могут применяться и другие варианты. Основным условием расчета на осадки любого типа свайных фундаментов является определение значения его возможных деформаций, не превышающих предельных показателей.
где S– общая осадка;
Su – предельная деформация.
По СНиП висячие сваи рассчитываются на осадки как условный фундамент, границы которого на уровне пяты выходят за пределы общей площади реально расположенных лент или кустов свай. В актуализированной версии СП предусмотрен несколько иной алгоритм расчета.
Одиночные сваи
Существует ряд формул, определяющих осадку:
висячие сваи, не имеющие уширения в зоне пяты
где N – принимаемая сваей вертикально направленная нагрузка, МН;
l – линейный размер сваи, а именно – ее длина, м;
здесь, d – наружный диаметр сваи, м.
Если поперечное сечение является не круглым, а квадратным, прямоугольным, тавровым или двутавровым, то для определения условного диаметра применяется формула:
здесь А – соответствует табличному значению площади поперечного сечения.
υ – коэффициент Пуассона;
параметр, учитывающий увеличение расчетной осадки, возникающее по причине сжатия ствола –
стоячие сваи и висячие с уширением в зоне пяты
Значения модуля сдвига и коэффициента Пуассона зависят от характеристик грунтовых пластов. Они принимаются путем послойного суммирования и осреднения в результате деления полученной цифры на количество присутствующих слоев в пределах глубины погружения сваи.
Свайный куст
Расчет свайной группы на осадки основывается на взаимодействии подземных опор между собой. В этом случае определяется дополнительная деформация сваи, расположенной на определенном расстоянии (ɑ) от нагружаемой сваи.
Если распределение нагрузок между сваями в одном кусте известно, то при вычислении осадки каждой из них используется формула:
где s(N) – определяемая по вышеприведенной формуле осадка (для одиночно расположенной сваи);
Свайное поле
Расчет, в данном случае, рекомендуется выполнять иначе, нежели в двух предыдущих вариантах. Для этого существует формула:
На размещенном ниже рисунке показано, что такое границы условного фундамента относительно крайних рядов свай:
а) вертикально расположенных;
б) наклонно расположенных.
Осадка свайного поля вычисляется методом послойного суммирования. В этом случае в зоне условного фундамента масса грунта в учет не принимается, а в качестве нагрузки учитывается лишь прямое воздействие расчетных усилий на свайный фундамент.
При расчетах методом послойного суммирования для свайного поля, берут во внимание то, что общая величина осадки находится в зависимости от шага свайных опор в пределах площади поля. Но здесь возникает определенная сложность, так как шаг может иметь переменную величину. В этом случае вариант послойного суммирования усложняют методом ячейки, используя при расчетах другие схемы и формулы, детально указанные в СП
В этом случае вариант послойного суммирования усложняют методом ячейки, используя при расчетах другие схемы и формулы, детально указанные в СП.
Принцип метода послойного суммирования
Его суть описана в СП , являющихся актуализированной редакцией СНиП *. Она состоит в следующем. Вертикальные усилия на фундамент расчленяют на несколько участков, соответствующих толщине грунтовых слоев, которые характеризуются однородным составом и свойствами. На расчетной схеме криволинейная эпюра изменяется на ступенчатую. В каждом слое определяют работу на сжатие без бокового расширения. При этом общую осадку вычисляют методом послойного суммирования.
В процессе расчета строят схему распределения напряжений, а при расчетах пользуются специальными формулами, указанными в СП, и размещенными там же таблицами. Пример схемы показан на рисунке ниже.
Комбинированный фундамент
Свайно-плитная конструкция подземной части дома применяется в целях снижения осадок и более равномерного распределения нагрузок. Такой фундамент эффективно работает в сложных грунтовых условиях, сочетая сопротивление нагрузкам как свай, так и плиты. Расчет осадки, в данном случае, включает в себя определение:
- усилий в сваях и плите;
- деформаций и перемещений комбинированного фундамента в целом, а также его отдельных составляющих;
- нагрузок в процентном отношении на каждую из свай и определенные участки плиты.
Решение
Эксцентриситет приложения нагрузки:
e = M/Fv = 60/260 = 0,23 м.
Приведенная ширина фундамента по формуле:
b’ = b — 2eb = 1,8 — 2× 0,23 = 1,34 м.
Приведенная длина фундамента по формуле: l’ = l = 0,9 м.
Отношение приведенной длины фундамента к его проведенной ширине:
η = l’/ b’ = 0,9 / 1,34 = 0,67.
при η < 1 для расчета коэффициент принимается η = 1.
Коэффициент ξγ по формуле: ξγ = 1 — 0,25/η = 1 — 0,25/1,0 = 0,75.
Коэффициент ξq по формуле: ξq = 1 + 1,5/η = 1 + 1,5/1,0 = 2,5.
Коэффициент ξc по формуле: ξc = 1 + 0,3/η = 1 + 0,3/1,0 = 1,3.
Проверка условия: tg δ < sim φ1; 0,27 < 0,34 — условие выполнено, следовательно, возможно вести дальнейший расчет по формуле.
Коэффициент Nγ = 0,82.
Коэффициент Nq = 3,64.
Коэффициент Nc = 7,26.
Как получить данные для буронабивного основания?
Если грунт на участке характеризуется значительной подвижностью
В данном случае именно опоры будут отвечать за передачу нагрузки от проектного дома на грунт.
Несмотря на экономию за счет отказа от глубокозаглубленного плитного фундамента, тонкую плиту закладывать также нельзя, потому что ее раздавит под весом самого сооружения. Как правило, останавливаются на толщине плиты, равной 0,3–0,4 м. Точное значение находят расчетным путем и принимают условно по типу грунта на участке.
Пример вычисления
Например, по проекту задан двухэтажный дом и уже рассчитанная его суммарная масса, равная 95 тоннам.
Если площадь основания равна 54 м2, то удельное давление будет равным:
95/54=1,7 т/м2 или 0,17 кг/см2.
Если дом стоит на твердой глине, то для соблюдения допустимых условий не хватает:
0,25-0,17=0,08 кг/см2 давления или 0,08х54х10 000 = 43,2 т железобетона.
Объем плиты через плотность железобетона:
43200/2500=17,28 м3.
Тогда высота плиты будет равна:
17,28/54=0,32 м
Для заданных условий можно рассмотреть два варианта, когда высота плиты будет равной 0,3 или 0,35 м.
В первом случае ее масса составит 40 000 кг, а, значит, вместе с фундаментом здание будет оказывать давление, равное:
(40 000+95 000)/(54×10 000)=0,25 кг/〖см〗^2
Данный параметр удовлетворяет заданным условиям, поэтому оставляют толщину плиты, равную 0,3 м. Далее рассчитывают количество опорных элементов определенного диаметра, основываясь на их грузоподъемности.
Расчет стройматериалов
На следующем этапе необходимо оценить объем строительных материалов, который потребуется для возведения основы дома: количество бетонной смеси, арматуры, опалубки – в отдельных случаях даже необходимо провести расчет кирпича на фундамент. Грамотный подход позволит избежать лишних транспортных расходов и существенно сэкономит время на возведение фундамента.
Арматура
Специфику расчета арматуры на фундамент мы описывали в соответствующей статье. Там же вы найдете подробное описание расчетов для разных типов железобетонных оснований. Для ленточного фундамента обычно используют каркас из двух поясов продольной арматуры по 2 прутка в каждом с шагом поперечной (горизонтальной и вертикальной) арматуры 0,3-0,5 м. В качестве примера расчета фундамента рассмотрим все то же основание дома 6×9 м с одной внутренней стеной, примем высоту ленты равной 1,5 м, ширину – 0,4 м.
Поперечное сечение ленты имеет площадь: 0,4×1,5=0,6 м2=6000 см2. Из них 0,001% должна занимать арматура, а это 6 см2. По таблице ниже определяем нужный диаметр прутков – 14 мм.
Количество метров такой арматуры примерно равно: (6×3+9×2)×4=144 м
Гладкой арматуры, которая, по сути, играет лишь роль связующего звена для продольных прутков, при шаге в 0,5 м потребуется: (36/0,5)×(0,4×2+1,5×2)=273,6 м, где (36/0,5)- количество соединений гладкой арматуры, (0,4×2+1,5×2) – периметр элемента прямоугольной формы, образованного гладкой арматурой.
Бетон
Неважно, планируете ли вы заказывать бетонную смесь на заводе-изготовителе, либо думаете над его самостоятельным приготовлением – прикинуть объем бетона просто необходимо! Сделать это очень легко, воспользовавшись простейшими математическими формулами и учитывая геометрию фундамента. О том, как рассчитать объем бетонной смеси, мы говорили в одной из статей, но на всякий случай приведем пример расчета для нашего случая: дом 6×9 с одной внутренней стеной, ширина ленты – 0,4 м, высота – 1,5 м.
Объем нашего фундамента, он же – объем бетона, составит: (9×0,4×2+(6-0,8)×0,4×3)×1,5=20,16 м3 или 21 куб раствора
О том, как рассчитать объем бетонной смеси, мы говорили в одной из статей, но на всякий случай приведем пример расчета для нашего случая: дом 6×9 с одной внутренней стеной, ширина ленты – 0,4 м, высота – 1,5 м.
Объем нашего фундамента, он же – объем бетона, составит: (9×0,4×2+(6-0,8)×0,4×3)×1,5=20,16 м3 или 21 куб раствора.
То же самое касается ситуаций, в которых вы решили своими силами готовить бетон. В этом случае вам поможет информация по характеристикам бетонной смеси для фундамента, а также статья о том, как рассчитать количество цемента на бетон. В них просто и доступно описан порядок работ и представлены все необходимые вычисления.
Расчет опалубки для фундамента
Конечно, если вы собираетесь заливать бетон в трубы – использовать буронабивной свайный фундамент, то вопрос с опалубкой решится сам собой. А вот при возведении ленточного или плитного железобетонного фундамента без опалубки обойтись проблематично. Можно арендовать строительные комплекты опалубки, но это дорого, особенно при непонятных сроках строительства. Поэтому в ряде случаев приходится делать опалубку самостоятельно – из пиломатериалов. Причем делать нужно таким образом, чтобы доски после распалубки можно было использовать, например, для чернового пола или строительных лесов. Дешевле всего обойдется покупка обычных дюймовых досок, которые можно сбить в достаточно надежные щиты. В статье, посвященной расчетам опалубки на фундамент, мы описали несколько примеров того, как можно подобрать опалубку: исходя из толщины досок и расстояния между раскосами – так, чтобы она была устойчива к нагрузкам со стороны бетонной смеси.
Надеемся, что представленная информация поможет вам решить непростые задачи строительства!
Методы
Подготовка к проектированию начинается с геологических изысканий на участке. Результаты исследований дают возможность оценить несущую способность почвы и определить, какие пласты будут несущими.
Затем собираются суммарные нагрузки проектного сооружения. При этом учитываются не только вес стен, перекрытий и крови, но также масса снегового настила и эксплуатационные нагрузки (вес людей, мебели, оборудования). Полученные сведения позволяют определить несущую способность одного опорного элемента, а также выбрать тип и количество свай.
Определение осадки силовой конструкции послойным суммированием
Метод заключается в суммировании показателей на сжатие всех пластов грунта, на которые оказывает давление опорная конструкция. Для этого необходимо определить осадку каждого слоя по формуле:
где:
- Р – усредненное уплотняющее давление (берется из нормативной документации);
- m – коэффициент, отражающий степень сжимаемости почвенных масс (определяется в результате компрессионных испытаний);
- р – толщина исследуемого пласта.
Соответственно, суммарный показатель будет равен:
где:
- Е – модуль деформации пласта;
- β – коэффициент (принимается равным 0,8 согласно СНиП).
Полученные значения деформаций и осадок для свайного фундамента не должны превышать предельное значение совместной деформации основания и сооружения, установленные в СНиП 2.02.01-83.
| Тип сооружения | Максимальная осадка, см |
| Производственные и гражданские дома с монолитными перекрытиями | 10 |
| Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из бетонных перекрытий | 12–18 |
| Конструкции, в которых не возникают деформации от осадок | 20 |
Расчет основания по деформациям
Методика основана на проверке условия:
где:
- p — среднее давление под подошвой фундамента; – равномерно распределенная нагрузка на пол нулевого этажа (для промышленных зданий , для жилых помещений – 1,5 кПа, бытовых – 2,0 кПа);
- q – расчетное сопротивление грунта (берется из нормативной документации).
где:
- N – суммарные проектные нагрузки с учетом веса фундамента и грунта, лежащего на его уступах;
- Aф – площадь подошвы фундамента.
Для каких домов подходит плитный фундамент
Самый массивный и прочный фундамент, а так же самый дорогой. Его можно использовать для любого типа строений, однако не целесообразно.
Эффективным будет, вложится в прочный монолит при строительстве тяжелого каменного дома, а также в случае многоэтажной застройки. Все дома из шлакоблока, кирпича, железобетонных конструкций и других, тяжелых материалов рекомендуется строить на монолитном фундаменте. И не целесообразно возводить легкие каркасные дома, дома из пеноблоков или газоблоков. В последнем случае, “строится” в несколько раз дешевле на легком свайном или ленточном фундаментах.
Остановится на монолитной плите рекомендуется и при наличие проблемных, неустойчивых грунтов на участке (суглинки, торфяники, песчаные почвы) . Как отмечалось выше, это сохранит целостность несущих стен и всего строения, при изменении плотности и уровня почвы во время сезонных изменений температуры и влажности.
В заключении:
О важности фундамента для любого дома говорится много
Этому ключевому элементу в строительстве уделяется особое внимание, ведь устойчивый фундамент – это залог долговечности, будущего капитального строения, надежная опора на многие десятилетия для всего конструктивна здания. При сохранении целостности фундамента, в случае любых катаклизмов природного или искусственного характера ( пожаров, оползней, наводнений) дом всегда можно восстановить, а вот фундамент можно только поставить новый, в крайнем случае отремонтировать. Однако, любые ремонты уже не обеспечат былой прочности. Потому выбрав пусть и не дешевый, но надежный и прочный монолитный ж/б фундамент, Вы с высокой вероятностью, избежите любых проблем связанных основанием своего дома. плитный фундамент хорошо подходит для каменных тяжелых домов
плитный фундамент хорошо подходит для каменных тяжелых домов
Сбор нагрузок
Сбор нагрузок осуществляется суммированием их каждого вида (постоянные, длительные, кратковременные) с умножением на грузовую площадь. При этом учитываются коэффициенты надежности по нагрузке.
Значения коэффициентов надежности по нагрузке согласно СП 20.13330.2011.
Нормативные значения полезных нагрузок в зависимости от назначения помещения согласно СП 20.13330.2011.
К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкций. К длительным – вес не несущих перегородок (применительно к частному строительству). Кратковременными нагрузками является мебель, люди, снег. Ветровыми нагрузками можно пренебречь, если речь не идет о строительстве высокого дома с узкими габаритами в плане. Разделение нагрузок на постоянные/временные необходимо для работы с сочетаниями, которыми для простых частных строений можно пренебречь, суммируя все нагрузки без понижающих коэффициентов сочетания.
По своей сути сбор нагрузок представляет собой ряд арифметических действий. Габариты конструкций умножаются на объемный вес (плотность), коэффициент надежности по нагрузке. Равномерно распределенные нагрузки (полезная, снеговая, вес горизонтальных конструкций) формируют опорные реакции на нижележащих конструкциях пропорционально грузовой площади.
Сбор нагрузок разберем на примере частного дома 10х10, один этаж с мансардой, стены из газоблока D400 толщиной 400мм, кровля симметричная двускатная, перекрытие из сборных железобетонных плит.
Схема грузовых площадей для несущих стен в уровне перекрытия первого этажа (в плане.
Схема грузовых площадей для несущих стен в уровне кровли (в разрезе.
Некоторую сложность представляет собой сбор снеговой нагрузки. Даже для простой кровли согласно СП 20.13330.2011 следует рассматривать три варианта загружения:
Схема снеговых нагрузок на кровлю.
Вариант 1 рассматривает равномерное выпадение снега, вариант 2 – не симметричное, вариант 3 – образование снегового мешка. Для упрощения расчёта и для формирования некоторого запаса несущей способности фундаментов (особенно он необходим для примерного расчёта) можно принять максимальный коэффициент 1,4 для всей кровли.
Конечным результатом для сбора нагрузок на ленточный фундамент должна быть линейно распределенная (погонная вдоль стен) нагрузка, действующая в уровне подошвы фундамента на грунт.
Таблица сбора равномерно распределенных нагрузок
| Наименование нагрузки | Нормативное значение, кг/м2 | Коэффициент надежности по нагрузке | Расчётное значение нагрузки, кг/м2 |
|---|---|---|---|
| Собственный вес плит перекрытия | 275 | 1,05 | 290 |
| Собственный вес напольного покрытия | 100 | 1,2 | 120 |
| Собственный вес гипсокартонных перегородок | 50 | 1,3 | 65 |
| Полезная нагрузка | 200 | 1,2 | 240 |
| Собственный вес стропил и кровли | 150 | 1,1 | 165 |
| Снеговая нагрузка | 100*1,4 (мешок) | 1,4 | 196 |
Всего: 1076 кг/м2
Нормативное значение снеговой нагрузки зависит от региона строительства. Его можно определить по приложению «Ж» СП 20.13330.2011. Собственные веса кровли, стропил, напольного перекрытия и перегородок взяты ориентировочно, для примера. Эти значения должны определяться непосредственным вычислением веса того или иного конструктива, или приближенным определением по справочной литературе (или в любой поисковой системе по запросу «собственный вес ххх», где ххх – наименование материала/конструкции).
Рассмотрим стену по оси «Б». Ширина грузовой площади составляет 5200мм, то есть 5,2м. Умножаем 1076кг/м2*5,2м=5595кг/м.
Но это ещё не вся нагрузка. Нужно добавить собственный вес стены (надземной и подземной части), подошвы фундамента (ориентировочно можно принять её ширину 60см) и вес грунта на обрезах фундамента.
Для примера возьмем высоту подземной части стены из бетона в 1м, толщина 0,4м. Объемный вес неармированного бетона 2400кг/м3, коэффициент надежности по нагрузке 1,1: 0,4м*2400кг/м3*1м*1,1=1056кг/м.
Верхнюю часть стены примем в примере равной 2,7м из газобетона D400 (400кг/м3) той же толщины: 0,4м*400кг/м3*2,7м*1,1=475кг/м.
Ширина подошвы условно принята 600мм, за вычетом стены в 400мм получаем свесы общей суммой 200мм. Плотность грунта обратной засыпки принимается равной 1650кг/м3 при коэффициенте 1,15 (высота толща определится как 1м подземной части стены минус толщина конструкции пола первого этажа, пусть будет в итоге 0,8м): 0,2м**1650кг/м3*0,8м*1,15=304кг/м.
Осталось определить вес самой подошвы при её обычной высоте (толщине) в 300мм и весе армированного бетона 2500кг/м3: 0,3м*0,6м*2500кг/м3*1,1=495кг/м.
Суммируем все эти нагрузки: 5595+1056+475+304+495=7925кг/м.
Более подробная информация о нагрузках, коэффициентах и других тонкостях изложена в СП 20.13330.2011.
Как подобрать оптимальный тип фундамента?
Как отмечалось, срок службы и устойчивость постройки будет находиться в прямой зависимости от фундамента, вот почему стоит внимательно и ответственно относиться к избранию его вида.
Факторы, требующие внимания:
Стоит обратить внимание на все эти факторы, так как позже могут появиться проблемы. К примеру, дом может проседать или напротив, если поставить небольшую постройку на массивный базис, пружинистые почвы могут «выдавить» здание в период сезонной непогоды
Типы грунтов на площадке для постройки
Помимо оснований, так же важно с точностью просчитать глубину траншеи
Здесь нужно принимать во внимание разновидность грунтов и их коэффициент пучинистости на площадке для постройки
Пучинистый грунт – это грунт, имеющий свойства пучинистости во время промерзания. Коэффициент морозной пучинистости показывает насколько почва склонна к пучению. Этот показатель выводится из данных по уровню влажности и глубины нахождения подземных вод в период обморожения.
Бывают непучинистые виды грунтов. Если на вашем участке именно такой, вы можете не беспокоиться о различных проблемах, что появляются из-за промерзания грунтов.
Для других типов грунтов нужно возводить основания с глубиной ниже глубины промерзания. Для очень пучинистых почв величина глубины промерзания может быть не более одного метра в зависимости от типа грунтов. Для среднепучинистых величина промерзания может быть до 2 метров. Для слабо пучинистого грунта показатель промерзания будет больше, но не превысит 3 метров.
Также выделяют условно непучинистые грунты, здесь величина промерзания может быть более 3 метров. Строения на данной почве требуют глубоких котлованов для базиса или полную замену земли на непучинистую.
Рельеф участка под строительство
Не последним моментом при организации фундамента считают поверхностный рельеф участка. Незначительные перепады на площадке можно разровнять, засыпав дополнительный грунт. Если нет возможности выравнивания уклона на участке, тогда расчеты основания принято начинать с наивысшей точки рельефа. Высота цоколя в самой низкой его точке не должна превышать четырёх значений его ширины.
Если на площадке есть частые резкие перепады, возвести основание будет довольно сложно, в этом случае лучше выбрать смешанный или свайный тип фундамента.
