Схема нагрузок на фундаменты пример. Пример выполнения сбора нагрузок на фундамент крайней стены

Калькулятор Вес-Дома-Онлайн v.1.0

Расчет веса дома с учетом снеговой и эксплуатационной нагрузки на перекрытия (расчет вертикальных нагрузок на фундамент). Калькулятор реализован на основе СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия (актуал. версия СНиП 2.01.07-85).

Пример расчета

Дом из газобетона размерами 10х12м одноэтажный с жилой мансардой.

Входные данные

• Конструктивная схема здания: пятистенок (с одной внутренней несущей стеной по длинной стороне дома)
• Размер дома: 10х12м
• Количество этажей: 1 этаж + мансарда
• Снеговой район РФ (для определения снеговой нагрузки): г.Санкт-Петербург – 3 район
• Материал кровли: металлочерепица
• Угол наклона крыши: 30⁰
• Конструктивная схема: схема 1 (мансарда)
• Высота стен мансарды: 1.2м
• Отделка фасадов мансарды: кирпич лицевой фактурный 250х60х65
• Материал наружных стен мансарды: газобетон D500, 400мм
• Материал внутренних стен мансарды: не участвует (конек подпирают колоны, которые в расчете не участвуют из-за малого веса)
• Эксплуатационная нагрузка на перекрытия: 195кг/м2 – жилая мансарда
• Высота первого этажа: 3м
• Отделка фасадов 1 этажа: кирпич лицевой фактурный 250х60х65
• Материал наружных стен 1 этажа: газобетон D500, 400мм
• Материал внутренних стен этажа: газобетон D500, 300мм
• Высота цоколя: 0.4м
• Материал цоколя: кирпич полнотелый (кладка в 2 кирпича), 510мм

Размеры дома

Длина наружных стен: 2 * (10 + 12) = 44 м

Длина внутренней стены: 12 м

Общая длина стен: 44 + 12 = 56 м

Высота дома с учетом цоколя = Высота стен цоколя + Высота стен 1-го этажа + Высота стен мансарды + Высота фронтонов = 0.4 + 3 + 1.2 + 2.9 = 7.5 м

Для нахождения высоты фронтонов и площади кровли воспользуемся формулами из тригонометрии.

АВС – равнобедренный треугольник

АВ=ВС – неизвестно

АС = 10 м (в калькуляторе расстояние между осями АГ)

Угол ВАС = Угол ВСА = 30⁰

ВС = AC * ½ * 1/ cos(30⁰) = 10 * 1/2 * 1/0.87 = 5.7 м

BD = BC * sin(30⁰) = 5.7 * 0.5 = 2.9 м (высота фронтона)

Площадь треугольника АВС (площадь фронтона) = ½ * BC * AC * sin(30⁰) = ½ * 5.7 * 10 * 0.5 = 14

Площадь кровли = 2 * BC * 12 (в калькуляторе расстояние между осями 12) = 2 * 5.7 * 12 = 139 м2

Площадь наружных стен = (Высота цоколя + Высота 1-го этажа + Высота стен мансарды) * Длину наружных стен + Площадь двух фронтонов = (0.4 + 3 + 1.2) * 44 + 2 * 14 = 230 м2

Площадь внутренних стен = (Высота цоколя + Высота 1-го этажа) * Длина внутренних стен = (0.4 + 3) * 12 = 41м2 (Мансарда без внутренней несущей стены. Конек подпирают колоны, которые в расчете не участвуют из-за малого веса).

Общая площадь перекрытий = Длина дома * Ширина дома * (Кол-во этажей + 1) = 10 * 12 * (1 + 1) = 240 м2

Расчет нагрузок

Крыша

Город застройки: Санкт-Петербург

По карте снеговых районов РФ город Санкт-Петербург относится к 3 району. Расчетная снеговая нагрузка для данного района составляет 180 кг/м2.

Снеговая нагрузка на крышу = Расчетная снеговая нагрузка * Площадь кровли * Коэффициент (зависит от угла наклона крыши) = 180 * 139 * 1 = 25 020 кг = 25 т

(коэффициент, зависящий от уклона кровли. При 60 градусов снеговая нагрузка не учитывается. До 30 градусов коэфф = 1, от 31-59 градусов коэфф. рассчитывается интерполяцией)

Масса кровли = Площадь кровли * Масса материала кровли = 139 * 30 = 4 170 кг = 4 т

Общая нагрузка на стены чердака = Снеговая нагрузка на крышу + Масса кровли = 25 + 4 = 29 т

Важно! Удельные нагрузки материалов показаны в конце данного примера.

Мансарда (чердак)

Масса наружных стен = (Площадь стен мансарды + Площадь стен фронтонов) * (Масса материала наружных стен + Масса материала фасада) = (1.2 * 44 + 28) * (210 + 130) = 27 472 кг = 27 т

Масса внутренних стен = 0

Масса чердачного перекрытия = Площадь чердачного перекрытия * Масса материала перекрытия = 10 * 12 * 350 = 42 000 кг = 42 т

Общая нагрузка на стены 1-го этажа = Общая нагрузка на стены чердака + Масса наружных стен мансарды + Масса чердачного перекрытия + Эксплуатационная нагрузка перекрытия = 29 + 27 + 42 + 23 = 121 т

1 этаж

Масса наружных стен 1-го этажа = Площадь наружных стен * (Масса материала наружных стен + Масса материала фасада) = 3 *44 * (210 + 130) = 44 880 кг = 45 т

Масса внутренних стен 1-го этажа = Площадь внутренних стен * Масса материала внутренних стен = 3 * 12 * 160 = 5 760кг = 6 т

Масса перекрытия цоколя = Площадь перекрытия * Масса материала перекрытия = 10 * 12 * 350 = 42 000 кг = 42 т

Эксплуатационная нагрузка перекрытия = Расчетная эксплуатационная нагрузка * Площадь перекрытия = 195 * 120 = 23 400 кг = 23 т

Общая нагрузка на стены 1-го этажа = Общая нагрузка на стены 1-го этажа + Масса наружных стен 1-го этажа + Масса внутренних стен 1-го этажа + Масса перекрытия цоколя + Эксплуатационная нагрузка перекрытия = 121 + 45 + 6 + 42 + 23 = 237 т

Цоколь

Масса цоколя = Площадь цоколя * Масса материала цоколя = 0.4 * (44 + 12) * 1330 = 29 792 кг = 30 т

Общая нагрузка на фундамент = Общая нагрузка на стены 1-го этажа + Масса цоколя = 237 + 30 = 267 т

Вес дома с учетом нагрузок

Общая нагрузка на фундамент с учетом коэффициента запаса = 267 *1.3 = 347 т

Погонный вес дома при равномерно распределенной нагрузке на фундамент = Общая нагрузка на фундамент с учетом коэффициента запаса / Общая длина стен = 347 / 56 = 6,2 т/м.п. = 62 кН/м

При выборе расчета нагрузок по несущим стенам (пятистенок – 2 наружных несущих + 1 внутренняя несущая) получились следующие результаты:

Погонный вес наружных несущих стен (оси А и Г в калькуляторе) = Площадь 1-ой наружной несущей стены цоколя * Масса материал стены цоколя + Площадь 1-ой наружной несущей стены * (Масса материала стены + Масса материала фасада) + ¼ * Общая нагрузка на стены чердака + ¼ * (Масса материала чердачного перекрытия + Эксплуатационная нагрузка чердачного перекрытия) + ¼ * Общая нагрузка на стены чердака + ¼ * (Масса материала перекрытия цоколя + Эксплуатационная нагрузка перекрытия цоколя) = (0.4 * 12 * 1.33) + (3 + 1.2) * 12 * (0.210 + 0.130) + ¼ * 29 + ¼ * (42 + 23) + + ¼ * (42 + 23) = 6.4 + 17.2 + 7.25 + 16.25 + 16.25 = 63т = 5.2 т/м.п. = 52 кН

Представьте себе ситуацию, которая иногда встречается в наше время. Приходит человек в строительную компанию и говорит: "Я хочу заказать у вас строительство кирпичного двухэтажного дома с гаражом. Только у меня одно условие. Так как я располагаю небольшим бюджетом, не могли бы вы построить дом без фундамента, его все равно ведь не видно?" Как вы думаете, что ему могут ответить? С вероятностью в 99% ответ будет звучать так: "Извините, но это не возможно, ведь фундамент - это основа любого дома , без которой он просто развалится".

Действительно, фундаменты являются главными конструкциями практически для любого сооружения. И поэтому к ним должны предъявляться особые требования. В частности их подбор нужно производить исключительно по расчету, в котором учитывается будущий вес конструкций, опирающиеся на фундамент. Другими словами, необходимо произвести сбор нагрузок на фундамент .

Данная процедура выполняется согласно СНиП 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) "Актуализированная редакция" .

Общая нагрузка на фундамент складывается из следующих нагрузок:

1. Крыша и кровля.

Сюда входят вес конструкций крыши (стропила, обрешетка, железобетонная плита покрытия и т.д.), вес кровельного "пирога" (утеплитель, профнастил, металлочерепица, ондулин и т.д.), а также снеговая и ветровая нагрузки.

3. Покрытие.

В том случае, если, например, ваш дом имеет холодный чердак, т.е. комнат для проживания там не предусматривается и утеплитель располагается не в крыше, а над последним этажом, то это нужно учесть в отдельной категории.

Обычно здесь учитывается вес несущих элементов перекрытия и теплоизоляционного материала (минплита, пенополистирол, керамзит и т.д.). Редко к ним прибавляется цементно-песчаная стяжка.

Временная нагрузка для чердачного помещения - 70 кг/м 2 .

4. Подвальное перекрытие.

Если пол первого этажа опирается на стены, то его необходимо учитывать при сборе нагрузок на фундамент. В том случае, если пол устроен по грунту, то он передает нагрузку непосредственно на грунт, а не на фундамент. И, следовательно, его учитывать не нужно.

Данная нагрузка получается суммированием следующих масс: конструкции перекрытия (ж/б плита, балки и т.д.), "пирог" пола (ламинат, паркет, Ц/П стяжка, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы), временные нагрузки (перегородки, люди, мебель и т.д.).

Примечание: для того, чтобы перенести перечисленные выше нагрузки на фундамент необходимо знать грузовую площадь. Грузовая площадь - это нагрузка, которая воспринимается несущими конструкциями. Например, для здания с двумя несущими стенами, расположенными на расстоянии 5 метров друг от друга и, на которые опирается перекрытие, грузовая площадь для каждой стены будет равна 2,5м · 1м = 2,5м 2 . Потом эта цифра умножается на нагрузку, выраженную в кг/м 2 для того, чтобы получить кг или, другими словами, получить тот вес, который должен восприниматься фундаментом. Если же вы хотите получить равномерно распределенную нагрузку (кг/м), то просто разделите эту величину на 1м.

В том же случае, если у вас 4 несущих стены при тех же условиях, то грузовая площадь на стены собирается следующим образом.

Ну, а если дом снабжен внутренними несущими стенами, то необходимо сложить 2 грузовых площади с каждого полупролета. Но об этом в примере ниже.

5. Вертикальные конструкции.

К таким конструкциям относятся несущие стены и колонны, а также, собственно, фундамент.

Пример сбора нагрузок на фундамент

Исходные данные:

Предполагается строительство жилого 2-х этажного дома с холодным чердаком и двухскатной крышей. Опирание крыши производится на две крайних стены и одну стену под коньком. Подвал не предусмотрен.

Место строительства - г. Нижегородская область.

Тип местности - поселок городского типа.

Размеры дома - 9,5х10 м по наружным граням фундамента.

Угол наклона крыши - 35°.

Высота здания - 9,93 м.

Фундамент - железобетонная монолитная лента шириной 500 и 400 мм и высотой 1 900 мм.

Цоколь - керамический кирпич, толщиной 500 и 400 мм и высотой 730 мм.

Наружные стены - газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщина стеной 500 мм и высотой 6 850 мм.

Внутренние несущие стены - газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщиной стены 400 м и высота 6 850 мм.

Перекрытия и крыша - деревянные.

Конструкции, которые могли бы задержать снег на крыше, не предусмотрены.

План фундамента.

Требуется:

Собрать нагрузки на центральную ленту фундамента, расположенную под внутренней несущей стеной, если грузовая площадь от перекрытия 4,05 м 2 , а от крыши - 5,9 м 2 .

Сбор нагрузок на внутреннюю несущую стену.

Определяем нагрузки, действующие на 1 м 2 грузовой площади (кг/м 2) всех конструкций, нагрузка которых передается на фундамент.

Определяем нормативную и расчетную нагрузки на фундамент:

q норм = 183,8кг/м 2 · 4,05м + 173,4кг/м 2 · 4,05м + 100,6кг/м 2 · 4,05м + 120,9кг/м 2 · 5,9м + 1000кг/м 2 · 1,9м + 640кг/м 2 · 0,73м + 200кг/м 2 · 6,85м + 140кг/м 2 · 5,9м + 15кг/м 2 · 2,95м = 7174,85 кг/м .

q расч = 232,9кг/м 2 · 4,05м + 220,7кг/м 2 · 4,05м + 126,5кг/м 2 · 4,05м + 154,3кг/м 2 · 5,9м + 1100кг/м 2 · 1,9м + 704кг/м 2 · 0,73м + 220кг/м 2 · 6,85м + 196кг/м 2 · 5,9м + 21кг/м 2 · 2,95м = 8589,05 кг/м .

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.

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 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:

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.

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.

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:

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.

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.

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:

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.

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

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.

Расчет ленточного фундамента состоит из двух основных этапов – сбора нагрузок и определения несущей способности грунта. Соотношение нагрузки на фундамент к несущей способности грунта определит требуемую ширину ленты.

Толщина стеновой части принимается в зависимости от конструктива наружных стен. Армирование обычно назначается конструктивно (от четырех стержней Ф10мм для одноэтажных газоблочных/каркасных и до шести продольных стержней Ф12мм для кирпичных зданий в два этажа с мансардой). Расчет диаметров и количества арматурных стержней выполняется только для сложных геологических условий.

Абсолютное большинство он-лайновых калькуляторов фундаментов позволяют всего лишь определить требуемое количество бетона, арматуры и опалубки при заранее известных габаритных параметрах фундамента. Немногие калькуляторы могут похвастаться сбором нагрузок и/или определением несущей способности грунта. К сожалению, алгоритмы работы таких калькуляторов не всегда известны, а интерфейсы зачастую непонятны.

Точный результат можно получить с помощью методики расчёта, изложенный в строительных нормах и правилах. Например, СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия», СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений». С помощью первого документа будем собирать нагрузки, второго – определять несущую способность грунта. Эти своды правил представляют собой актуализированные (обновленные) редакции старых советских СНиПов.

Сбор нагрузок

Сбор нагрузок осуществляется суммированием их каждого вида (постоянные, длительные, кратковременные) с умножением на грузовую площадь. При этом учитываются коэффициенты надежности по нагрузке.

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:

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

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.

Расчёт несущей способности грунта

Для расчёта несущей способности грунта понадобятся физико-механические характеристики инженерно-геологических элементов (ИГЭ), формирующих грунтовый массив участка строительства. Эти данные берутся из отчета об инженерно-геологических изысканиях. Оплата такого отчёта зачастую окупается сторицей, особенно это касается неблагоприятных грунтовых условий.

Среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчётное сопротивление основания, определяемого по формуле:

Для этой формулы существует ряд ограничений по глубине заложения фундаментов, их размеров и т.д. Более подробная информация изложена в разделе 5 СП 22.13330.2011. Ещё раз подчеркнем, что для применения данной расчётной методики необходим отчет об инженерно-геологических изысканиях.

В остальных случаях с некоторой степенью приближенности можно воспользоваться усредненными значениями в зависимости от типов ИГЭ (супеси, суглинки, глины и т.п.), приведенными в СП 22.133330.2011:

В рамках примера зададимся суглинистым грунтом с коэффициентом пористости 0,7 при значении числа пластичности 0,5 – при интерполяции это даст значение R=215кПа или 2,15кг/см2. Самостоятельно определить пористость и число пластичности очень сложно, для приблизительной оценки стоит оплатить взятие хотя бы одного образца грунта со дна траншеи специалистом лаборатории, выполняющей изыскания. В общем и целом для суглинистых грунтов (самый распространенный тип) чем выше влажность, тем выше значение числа пластичности. Чем легче грунт уплотняется, тем выше коэффициент пористости.

Определение требуемой ширины подошвы («подушки») ленточного фундамента

Требуемая ширина подошвы определяется отношением расчетного сопротивления основания к линейно распределенной нагрузке.

Ранее мы определили погонную нагрузку, действующую в уровне подошвы фундамента – 7925кг/м. Принятое сопротивление грунта у нас составило 2,15кг/см2. Приведём нагрузку в те же единицы измерения (метры в сантиметры): 7925кг/м=79,25кг/см.

Ширина подошвы ленточного фундамента составит: (79,25кг/см) / (2,15 кг/см2)=36,86см.

Ширину фундамента обычно принимают кратной 10см, то есть округляем в большую сторону до 40см. Полученная ширина фундамента характерна для легких домов, возводимых на достаточно плотных суглинистых грунтах. Однако по конструктивным соображениям в некоторых случаях фундамент делают шире. Например, стена будет облицовываться фасадным кирпичом с утеплением толщиной 50мм. Требуемая толщина цокольной части стены составит 40см газобетона + 12см облицовки + 5см утеплителя = 57см. Газобетонную кладку на 3-5см можно «свесить» по внутренней грани стены, что позволит уменьшить толщину цокольной части стены. Ширина подошвы должна быть не менее этой толщины.

Осадка фундамента

Ещё одной жестко нормируемой величиной при расчёте ленточного фундамента является его осадка. Её определяют методом элементарного суммирования, для которого вновь понадобятся данные из отчета об инженерно-геологических изысканиях.

Исходя из опыта строительства и проектирования известно, что для инженерно-геологических условий, характерных отсутствием грунтов с модулем деформации менее 10МПа, слабых подстилающих слоев, макропористых ИГЭ, ряда специфичных грунтов, то есть при относительно благоприятных условиях расчёт осадки не приводит к необходимости увеличения ширины подошвы фундамента после расчёта по несущей способности. Запас по расчётной осадке по отношению к максимально допустимой обычно получается в несколько раз. Для более сложных геологических условий расчёт и проектирование фундаментов должен выполняться квалифицированным специалистом после проведения инженерных изысканий.

Заключение

Расчёт ленточного фундамента выполняется согласно действующим строительным нормам и правилам, в первую очередь СП 22.13330.2011. Точный расчёт фундамента по несущей способности и его осадки невозможен без отчета об инженерно-геологических изысканиях.

Приближенным образом требуемая ширина ленточного фундамента может быть определена на основании усредненных показателей несущей способности тех или иных видов грунтов, приведенных в СП 22.13330.2011. Расчёт осадки обычно не показателен для простых, однородных геологических условий в рамках «частного» строительства (легких строений малой этажности).

Принятие решения о самостоятельном, приближенном, неквалифицированном расчёте ширины подошвы ленточного фундамента владельцем будущего строения неоспоримым образом возлагает всю возможную ответственность на него же.

Целесообразность применения он-лайн калькуляторов вызывает обоснованные сомнения. Правильный результат можно получить, используя методики расчёта, приведенные в нормах и справочной литературе. Готовые калькуляторы лучше применять для подсчета требуемого количества материалов, а не для определения ширины подошвы фундамента.

Точный расчет ленточного фундамент не так уж прост и требует наличия данных по грунтам, на которые он опирается, в виде отчета по инженерно-геологическим изысканиям. Заказ и оплата изысканий, а также кропотливый расчет окупятся сторицей правильно рассчитанным фундаментом, на который не будут потрачены лишние деньги, но который выдержит соответствующие нагрузки и не приведет к развитию недопустимых деформаций здания.

Мероприятия, предшествующие определению нагрузки на фундамент

При строительстве дома вначале закладывается фундамент, через который на грунт передаются нагрузки от всего строения. Нагрузка на фундамент определяет стабильность, надежность и долговечность всего здания, поэтому, приступая к устройству фундамента, нужно соблюсти все технологические процессы. Правильный расчет нагрузки на фундамент позволяет избежать трещин и разрушений и обеспечить равномерную осадку зданий.

В основе всех домов лежит фундамент. От качества его строительства зависит стабильность, надежность и долговечность всего здания в целом.

Перед началом строительства дома нельзя обойтись без геологических работ на месте планируемого строительства, исследования грунт. К важным показателям относится показатель глубины залегания грунтовых вод и сезонного промерзания почвы. Эти показатели меняются в зависимости от регионов строительства. В московском регионе грунт промерзает на глубину 1,6 метра, на Юге России может быть менее 1 метра.

Показатели грунта, важные для прочности фундамента

Основанием фундамента служит грунт. Самыми прочными считаются скальные породы.

Для грунта, который является основанием под строение, наиболее важны два показателя - прочность и несжимаемость.

Самые прочные - полускальные и скальные породы. Поэтому при устройстве фундамента деревянных домов котлованов не делают, а ограничиваются тем, что снимают просадочный верхний слой грунта.

Если дом закладывается в условиях непучинистых грунтов при их промерзании до 2 и более метров, следует рассчитать глубину котлована под фундамент в соответствии с расчетной глубиной промерзания почвы. Исключение - дома, которые эксплуатируются постоянно, но и при этом под фундамент роют котлован с глубиной не менее 0,5 метров.

С позиций промерзания следует учесть, что грунт бывает непучинистый и пучинистый (дисперсный).

Таблица видов грунтов и нагрузки на них.

Дисперсный грунт промерзает в морозные зимние месяцы, что вызывает деформации и изменения основания фундамента из-за нагрузок.

Поэтому основание котлована делают на уровне, который располагается ниже, чем глубина промерзания.

Если грунт непучинистый, деформация не происходит, но тем не менее можно несколько уменьшить осадку с помощью практически не сжимаемого материала (крупного строительного песка, в который вмешивается рыхлая горная порода - гравий) под основание.

Определение несущей способности грунта

Около 15-20 % затрат от строительства дома занимает обустройство фундамента.

Устройство фундамента любого дома составляет от 15 до 20% затрат на общую стоимость строительства. Причем чем глубже фундамент закладывается в грунт, тем выше стоимость проводимых строительных работ. Эта причина довольно часто заставляет большинство застройщиков поднимать подошву фундамента ближе к поверхности грунта. В таком случае необходимо правильно рассчитать возможности несущей способности грунтов. Расчет начинается после сбора и анализа информации о пористости грунта, которая обусловлена его сопротивлением и степенью влажности.

Важный показатель, который стоит брать в расчет - сейсмичность.

Одновременно возникающее давление вследствие статической нагрузки и вибрации снижает прочность грунта, вызывает псевдожидкое состояние. Расчетное сопротивление грунтов в зоне сейсмичности обычно увеличивают в 1,5 раза, что влечет за собой соответствующее увеличение площади фундамента строения.

Классификация нагрузок на фундамент здания

Схема классификации нагрузок на фундамент.

Все нагрузки условно делят на постоянные и временные.

• вес всего здания, включая массу фундамента дома;
• эксплуатационные нагрузки (вес людей, мебели, оборудования).

Временные нагрузки чаще всего возникают сезонно:

• снеговая нагрузка, определяемая углом ската кровли и регионом строительства дома;
• ветровая нагрузка, зависящая от месторасположения строения: лесная или открытая местность, городская черта.

Расчет временных нагрузок проводится с учетом района строительства.

Расчет нагрузки с учетом площади основания

Таблица значений удельного сопротивления для различных грунтов.

Главное условие - нагрузка на 1 см грунта не должна быть выше критического значения сопротивления. Расчет сопротивления производят в зависимости от вида грунта:

• для гравелистых или крупных песков он составляет от 3,5 до 4, 5 кг/см 2 ;
• для песков средней крупности - от 2,5 до 3,5 кг/см 2 ;
• твердой глинистой почвы - от 3,0 до 6,0 кг/см 2 ;
• мелких влажных песков - в пределах 2,0 - 3,0 кг/см 2 ;
• пластичной глинистой почвы - от 1,0 до 3,0 кг/см 2 ;
• мелких очень влажных песков - 2,0 -2,5 кг/см 2 ;
• гальки, гравия, щебня - от 5,0 до 6,0 кг/см 2 .

Давление на грунт под воздействием постоянных и временных нагрузок приводит к его сжатию. В результате этого начинается опускание фундамента, зачастую неравномерное, что приводит к появлению трещин и деформаций. Часто это следствие того, что было неправильно рассчитано давление нагрузок строительных конструкций.

Поэтому уже на стадии планирования строительства и калькуляции расходов нужно правильно подбирать материалы, в частности, учитывать удельный вес материалов, определяющих нагрузку.

Для бутового камня этот показатель определяется в пределах от 1600 до 1800 кг/м 3 , бутобетона и кирпича - в пределах 1800-2200 кг/м 3 , железобетона - кг/м 3 .

Таблица удельного веса стен из разных материалов.

Важно учитывать удельный вес стен, тоже определяемый материалами. Для деревянных каркасно-панельных стен удельный вес составляет от 30 до 50 кг/м 2 , для брусчатых, бревенчатых - от 70 до кг/м 2 .

При расчете чердачных перекрытий учитывают, что они могут оказывать давление в пределах 150-200 кг/м 2 . Цокольные перекрытия могут иметь различный удельный вес, в зависимости от материалов он колеблется от 100 до 300 кг/м 2 . Для железобетонных монолитных перекрытий показатель еще выше - до 500 кг/м 2 .

Допустимые деформации строений и их превышение

Таблица показателей деформации зданий и сооружений.

Допустимые деформации жилого дома учитываются заранее, когда производится расчет общей нагрузки на основание.

Осадки, деформации фундаментов - неизбежное явление, величина которого регламентируется предельными значениями деформаций Приложением 4 СНиП 2.02.01-8.

Нарушение строительных норм наряду с неравномерной осадкой дома приводит к изменению положения дома или деформациям строения.

К распространенным деформациям дома относятся:

Прогиб и выгиб, возникающие при неравномерности осадки строения. При прогибе опасной зоной считается фундамент, при выгибе самой опасной становится кровля сооружения.

Сдвиг может быть результатом существенной просадки основания с одной стороны. Самый опасный участок - стена, располагающаяся в средней зоне.

Формы деформаций сооружений.

Крен происходит у зданий достаточно большой высоты, для которых характерна высокая степень изгибной жесткости. С ростом крена возрастает опасность разрушения здания.

Перекос возникает как следствие неравномерной осадки дома, которая приходится на определенный участок длинной стороны здания.

Горизонтальное смещение возникает, как правило, в районе фундамента или стен подвала чрезмерной горизонтальной загруженности.

При правильном расчете допустимых деформаций основания для гражданских многоэтажных и одноэтажных зданий максимальная осадка оснований должна находиться в пределах 8-12 см в зависимости от материалов каркаса.

Причины и способы устранения неравномерных осадок оснований

Схема причин деформации зданий.

Сложная деформация сооружения может наступить вследствие следующих причин:

• нарушение систем отопления, канализации, в том числе ливневой, водоснабжения, вызывающее вымывание грунта из-под основания дома;
• неоднородное основание, представленное пластами разной толщины или плотности;
• наличие подземных выработок;
• изменение уровня производственных или грунтовых подземных вод;
• повышение пористости грунта из-за перемещения его частиц при подмывании водяными потоками;
• избыточное увлажнение какой-либо части основания;
• излишнее удаление грунта при устройстве фундамента (выравнивающая подсыпка, заменяющая его, имеет более низкую прочность);
• наличие неравномерной нагрузки на основание;
• постройка отдельных частей здания в разные периоды времени;
• наличие в основании материалов, которые поддаются гниению (древесина, корни деревьев);
• уплотнение грунта, связанное с возрастанием веса в течение процесса эксплуатации дома;

Не допустить неравномерные осадки возможно с помощью следующих изменений:

• придать дому, отдельным частям строительный подъем, соответствующий величине возможной осадки;
• увеличить изгибную жесткость короткого дома, а также уменьшить изгибную жесткость длинного дома;
• построить компенсирующий фундамент;
• провести горизонтальное армирование всех стен;
• при проектировании дома следует предусмотреть необходимость равномерной передачи всей нагрузки здания на основание;
• устроить осадочные и деформационные швы;
• проводить профилактику систем канализации, водоснабжения, а также осуществляющих отвод дождевой воды.

Принятые меры позволят увеличить прочность и долговечность дома.

Технологические особенности столбчатого фундамента

Столбчатый фундамент устраивается по принципу свайного. Столбчатый фундамент придает всему каркасу устойчивость и повышает способность противостоять разрушительным воздействиям.

Схема устройства столбчатого фундамента.

Главная особенность конструкции - установка системы столбов в точках строения, которые наиболее подвержены нагрузке, например, в его углах, местах соединения стеновых панелей. Это позволяет стабилизировать все здание.

Располагают столбы в местах, требующих особого внимания из-за возможных проблем с устойчивостью и безопасностью конструкции. При расчете фундамента столбчатого типа включается установка ростверка - армированного пояса и элементов монтажа (обвязочных балок и рандбалок). Благодаря ростверку предотвращается смещение фундамента в горизонтальной плоскости, давление равномерно распределяется по системе столбов.

В качестве материала для столбчатого фундамента чаще всего используют монолитный железобетон.

Пример расчета нагрузок на столбчатый фундамент

При определении несущей способности фундамента учитываются следующие показатели:

• периметр стен - 12,0х6,0 м;
• два этажа;
• стены из газоблоков плотностью D600 и толщиной 40 см;
• полы на 1-ом этаже по грунту, насыпные;
• перекрытие между этажами - железобетонные плиты;
• крыша черепичная, скатная (угол 45°), по деревянным лагам;
• грунт - пластичная глина;
• сечение верхней части столба - 40х40 сантиметров;
• сечение нижней части (подошвы) столба - 80х80 сантиметров;
• промежуток между двумя столбами - 2,0 м.

Чтобы конструкция фундамента противостояла морозному пучению, ей придают наружную наклонную поверхность. В верхней части фундамент будет шириной 0,4 метра, а к подошве расширяется до 0,5 метров.

При расчете общей нагрузки на 1 м длины подошвы фундамента учитывают нормативную нагрузку от снега, перекрытий, стен дома, кровли и строительного материала.

Если допустить, что общая нагрузка составила 4380 кгс, следует умножить ее на 2 метра (расстояние между устанавливаемыми столбами), получится 8760 кгс. К полученному результату следует добавить массу одного столба.

Столбчатый фундамент будут иметь объем для данной конструкции 0,25 м 3 . По таблице определяется плотность для железобетона - 2500 кг/м 3 . Вес фундамента будет равен 625 кгс (0,25 м 3 х2500 кг/м 3).

Опорная поверхность каждого из столбов - 80 см х 80 см = 6400 см 2 . Зная показатель, определяющий несущую способность грунта (в нашем случае - 1,5 гкс/ м 2) , можно рассчитать предельные нагрузки всего фундамента на нижележащий грунт: 6400 см 2 х 1,5 гкс/ м 2 = 9600 кгс. Этот показатель больше 9385 кгс - расчетных нагрузок, поэтому рассчитанный столбчатый фундамент будет надежной опорой всей конструкции дома.

Расчет нагрузки на фундамент: показатели грунта, удельный вес материалов