Как правильно произвести расчет фундамента на опрокидывание

Существует только два типа фундаментов, которые подходят для строительства практически любых зданий: свайный и плитный. Они позволяют возводить здания на грунтах с плохими характеристиками с минимальными затратами. Монолитную плиту в качестве фундамента стоит выбрать по многим причинам, но чтобы она была прочной и надежной необходимо выполнить ее грамотный расчет.

Что такое фундамент и для чего он нужен

Фундамент принято называть ногами здания. Вероятно, это самое точное образное определение. Действительно, первоочередная задача фундамента – обеспечить устойчивость всему сооружению. Следовательно, он должен принимать и равномерно перераспределять нагрузки от всего дома и передавать их на основание — плотные и устойчивые материковые слои.

В свою очередь, он должен сдерживать нагрузки от почвы и не передавать их на стены дома. То есть через фундамент на дом не должны влиять влажность почвы, пучинистость грунта при сезонном промерзании и так далее. Фундамент обеспечивает стабильность дому.

Определяем приблизительный вес здания P1

  1. Он включает в себя суммарный вес его составляющих. Всех стен, перекрытий, отделки, окон и дверей, потолка и крыши, лестниц и используемого крепежа, тепло- и гидроизоляционных материалов.

    Если применяются стандартные строительные элементы (блоки фундамента, балки, тепло- и гидроизоляционные покрытия, листы ДВП и т.д.), соответствующие нормативным документам, то вес определяется по их размерам и количеству.

  2. Следует учесть полезную нагрузку, создаваемую мебелью, бытовыми приборами, а также максимальным количеством людей, которые могут одновременно находиться в доме. Для прикидочных расчетов ее величина обычно принимается равной произведению общей площади дома на 0,180 т/м2.
  3. Используя нормативные данные по региону, где планируется строительство, определяем снеговую нагрузку, которую создает слой выпавшего снега на крыше.
  4. Определяем силу воздействующего на строение ветра. Ветровая нагрузка приблизительно равна произведению:
Определяем приблизительный вес здания P1

S х (40 + 15h),

Определяем приблизительный вес здания P1

где S – площадь строения, а – его высота.

Определяем приблизительный вес здания P1

Складывая все полученные величины пунктов 1- 4, и переводя вес в тонны, получим общую примерную нагрузку, действующую на фундамент со стороны здания — P1.

Нормативные ссылки

В методических указаниях использованы следующие нормативные документы:

ГОСТ Р требования к проектной и рабочей документации

ГОСТ ЕСКД. Общие требования к текстовым документам

ГОСТ ЕСКД. Форматы

ГОСТ ЕСКД. Масштабы

ГОСТ ЕСКД. Шрифты чертежные

ГОСТ ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений

ГОСТ Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования

ГОСТ ГСИ. Единицы величин

ГОСТ СПДС. Условные графические обозначения и изображения элементов

ГОСТ СПДС. Правила выполнения архитектурно-строительных чертежей

ОК 015-94 Общероссийский классификатор единиц измерения.

Расчет оснований

Основополагающим в расчетах является условие, что несущая способность грунтов вычисляется вместе со всеми элементами сооружения.

Расчет оснований

Разработкой должна быть решена задача обеспечение их устойчивости в любых проявлениях неблагоприятных вариантов нагрузок и воздействий. Ведь потеря устойчивости оснований соответственно повлечет деформацию, а, возможно, и разрушение всего или части здания.

Последствия сдвига фундамента

Расчет оснований

Проверке подвергаются такие вероятные потери устойчивости:

  1. сдвиг грунтов основания вместе с фундаментом;
  2. плоский сдвиг сооружения по соприкосновению: подошва сооружения – поверхность грунта;
  3. смещение фундамента по какой-либо из его осей.
Расчет оснований

Помимо нагрузок и других сил, действующих на конструкции, устойчивость здания зависит от глубины заложения, формы, размера подошвы фундамента.

Применение метода предельных состояний

Расчет оснований

Расчетная схема определения нагрузок достаточно разнообразна и специфична для каждого объекта. На разных этапах до 1955 г. существовали разные методы расчета конструкций: а) допускаемых напряжений; б) разрушающих нагрузок. С момента указанной даты расчеты ведутся по методу предельных состояний. Его особенностью является наличие целого ряда коэффициентов, учитывающих предельную прочность конструкций. Когда такие конструкции перестают отвечать требованиям эксплуатации, их состояние называется предельным.

Упомянутыми СП и СНиП устанавливаются следующие предельные состояния оснований:

Расчет оснований
  • по несущей способности;
  • по деформациям.

Деформация фундамента здания из-за смещения

Расчет оснований

По несущей способности входят состояния, при которых основание и сооружение не соответствуют эксплуатационным нормам. Это может быть лишение ими устойчивого положения, обрушение, разного рода колебания, избыточные деформации, как пример: оседание.

Вторая группа объединяет состояния, которые затрудняют эксплуатацию конструкций или снижают ее срок. Здесь могут иметь место опасные смещения – осадка, крен, прогибы, появление трещин и т. п. Расчет по деформациям выполняется всегда.

Расчет оснований

Основания рассчитываются по первой группе в таких ситуациях:

  1. при наличии горизонтальных нагрузок – подпорная стена, работы по углублению подвала (реконструкция), фундаменты распорных сооружений;
  2. расположение объекта вблизи котлована, откоса или подземной выработки;
  3. основание состоит из увлажненных или жестких грунтов;
  4. сооружение находится в перечне по I уровню ответственности.
Расчет оснований

Расчет нагрузок

Проектированием учитываются все виды нагрузок, возникающих на этапах строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Порядок их нормативных и расчетных значений установлен в СП , обновленной версии СНиП

Расчет оснований

Нагрузки классифицируются по длительности воздействия, и бывают постоянными или временными.

В постоянные нагрузки входят:

Расчет оснований
  • вес элементов и конструкций зданий;
  • вес насыпных грунтов;
  • гидростатическое давление грунтовых вод;
  • предварительно напряженные усилия, например: в железобетоне.

Диапазон временных нагрузок более широк. Можно сказать, что к ним относятся все остальные, не вошедшие в постоянные.

Расчет оснований

Как правило, на основание или конструкцию действует несколько сил, поэтому расчеты предельных состояний выполняются по критическим сочетаниям нагрузок или соответствующим усилиям. Такие сочетания проектируются при анализе состава одновременного приложения различных нагрузок.

По составу нагрузок различаются:

Расчет оснований
  • основные сочетания, куда входят постоянные, длительные и кратковременные нагрузки:
  • особые сочетания, где помимо основных действует одна из особых нагрузок:

Определение размеров фундамента

Различные виды грунтов воспринимают без осадки определенные величины удельных нагрузок Р, т/м2. Этот показатель называется – расчетным сопротивлением грунта и обозначается как R, т/м2.

Основное условие для надежной работы фундамента: величина удельного давления дома на подошвенный грунт (описанная в п.1.3.) должна быть меньше расчетного сопротивления грунта.

Т.е. P < R, (1).

Как определить R? Эта величина регламентирована в нормативной документации – ДБН «Основания и фундаменты сооружений». (Приложение 4).

Зная категорию грунта под подошвой фундамента (по геологическим исследованиям, отрывкой контрольных шурфов и т.д.) по таблицам приложения 4, приблизительно определяется величина R.

Например, величины R для грунтов, т/м2:

  • Галька (щебень) 60-40;
  • Гравий 50-35;
  • Песок крупный 60-50;
  • Средний 50-40;
  • Супеси 30-20;
  • Суглинки 30-10;
  • Глина 60-10.

Если выполняется требование (1), значит, расчет выполнен правильно. Для создания запаса прочности фундамента, перекрывающего неточности в выборе исходных данных, необходимо чтобы величина R была на 15-20% больше, чем Р.

Расчет материалов

Для того чтобы точно знать, сколько потребуется бетонной смеси при возведении основания дома нужно вычислить объем фундаментной ленты. Как рассчитать кубатуру ленточного фундамента? Нужно перемножить полученные в ходе вычислений показатели фундаментной ленты, а именно длину, ширину и высоту основания. Например: длина ленты – 40 м. ширина – 25 см, высота 2.2 м. Перемножив полученные данные, получаем значение 22 м3. При заказе бетона ориентируйтесь на данную цифру, плюс 10% запаса.

Для расчета заказа количества арматуры нужно знать:

  1. Минимально допустимый диаметр продольных стержней в зависимости площади сечения ленты.
  2. Количество армопоясов с минимально допустимым числом рядов продольных стержней.
  3. Диаметр поперечных стержней.
  4. Шаг поперечных стержней арматуры.
  5. Длина нахлеста стержней.
  6. Вес арматурного каркаса.

Все вычисления делаются на основании нормативных данных, приведенных в СП 52-101-2003. Для упрощения расчетов можно воспользоваться услугами онлайн-калькулятора.

Расчет фундамента МЗЛФ для коттеджа 6хм

Выбран проект шале с размерами ленты:

      • наружный периметр 6х5 м;
      • ось 5,5х4,5 м;
      • ширина ленты 0,5 м, высота 0,7 м;
      • перегородка по ширине;
      • стандартные стержни арматуры 11,7 м.

На выходе получится лента длиной 25 м с площадью подошвы 12,5 квадратов, внешней поверхностью 17,5 м2. Для нее понадобится 9,625 куба бетона (учтен 10% запас), который весит 22,62 т, создает на грунт нагрузку 0,18 кг/см2.

Минимальные характеристики арматуры в этом случае получатся:

      • диаметр – 12 мм с поперечными стержнями 6 мм;
      • пояса – два по три стержня;
      • шаг поперечных стержней 0,35 м;
      • нахлест – 0,56 м;
      • количество продольного прутка – 140 кг либо 157,2 м;
      • количество поперечной арматуры – 38 кг либо 171,4 м;
      • опалубка – 42 шестиметровых доски шириной 15 см, опоры через 1 м в количестве 44 шт.

В калькуляторах бесплатных сервисов подставляются необходимые значения, на выходе получается подобие сметы, которую можно распечатать здесь же. Это снижает транспортные расходы, избавляет от большого запаса, который не пригодится в дальнейшем. На этапе заливки ленты важно не забыть о вентиляционных, технологических отверстиях. Первые необходимы для увеличения ресурса основания, цоколя, перекрытия нулевого цикла. Сквозь гильзы, установленные в технологических отверстиях, позже будут подводиться системы жизнеобеспечения. Выдалбливание/высверливание отверстий в застывшем бетоне чревато микротрещинами вокруг отверстий.

Пример расчета

Пример предусматривает следующие исходные данные:

  • одноэтажный дом с мансардой размерами в плане 8 м на 10 м;
  • стены выполнены из силикатного кирпича толщиной 380 мм, общая площадь стен (4 наружных высотой 4,5 м) равняется 162 м²;
  • площадь внутренних перегородок из гипсокартона равняется 100 м²;
  • кровля металлическая (четырехскатная, уклон 30ᵒ), площадь равняется 8 м * 10 м/cosα (угол наклона кровли) = 8 м * 10 м/0,87 = 91 м² (также понадобится при вычислении снеговой нагрузки);
  • тип грунта — суглинок, несущая способность = 0,32 кг/см² (получено при геологических изысканиях);
  • снеговая нагрузка — 180 кг/м²;
  • перекрытия деревянные, общей площадью 160 м2 (также понадобится при вычислении полезной нагрузки).

Сбор нагрузок на фундамент выполняется в табличной форме:

Нормативная нагрузка Коэффициент надежности Расчетная нагрузка
Стены: 162 м2 * 690 кг/м2 = 111780 кг 1,1 122958 кг
Перегородки: 100 м2 * 30 кг/м2 = 3000 кг 1,2 3600 кг
Перекрытия: 160 м2 * 150 кг/м2 = 24000 кг 1,1 26400 кг
Крыша: 91 м2 * 60 кг/м2 = 5460 кг 1,1 6006 кг
Полезная нагрузка: 160 м2 * 150 кг/м2 = 24000 кг 1,2 28800 кг
Снеговая: 91 м2 * 180 кг/м2 = 16380 кг 1,4 22932 кг
ИТОГО: 210696 кг

Площадь плиты под здание принимается с учетом того, что ширина плиты больше, чем ширина дома на 10 см. S = 810 см * 1010 см = 818100 см² = 81,81 м2.

Удельная нагрузка на грунт от дома = 210696 кг/818100 см2 = 0,26 кг/см2.

Δ = 0,32 — 0,26 = 0,06 кг/см2.

М = Δ*S = 0,06 кг/см2 * 818100 см2= 49086 кг.

t = (49086 кг/2500 м3)/81,81 м2 = 0,24 м = 24 см.

Толщину плиты можно принять 20 см или 25 см.

Выполняем проверку для 20 см:

  1. 0,2 м * 81,81 м2 =16,36 м3 — объем плиты;
  2. 16,36 м3 * 2500 кг/м3 = 40905 кг — масса плиты;
  3. 40905 + 210696 = 251601 кг — нагрузка от дома с фундаментом;
  4. 251601 кг/ 818100 см2 = 0,31 кг/см² — фактическое давление на грунт меньше оптимального не более чем на 25 %;
  5. (0,32-0,31)*100%/0,32 = 3% < 25%(максимальная разница).

Проверять фундамент большей толщины уже нет смысла, поскольку требующий меньшего расхода бетона и арматуры размер удовлетворил требованиям. На этом пример расчета толщины завершен. Принимаем плиту толщиной 20 см. Следующим этапом станет расчет армирования и количества арматуры.

Арматура для плитной конструкции подбирается в зависимости от толщины. Если плита с толщиной бетона толщиной 150 см и менее, укладывают одну сетку армирования. Если толщина бетона составляет более 150 мм, необходима укладка арматуры в два слоя (нижний и верхний). Диаметр рабочих стержней 12-16 мм (самый распространенный 14 мм). В качестве вертикальных хомутов устанавливают стержни арматуры с размерами сечения 8-10 мм.

По хорошему плиту нужно рассчитывать и на изгибающие нагрузки, но эти расчеты сложны и выполняются профессионалами на специальном ПО. Чтобы точно понять какой диаметр арматуры и ее шаг необходим в вашем случае, нужно проводить точные вычисления, либо закладывать арматуру с большим запасом по прочности и минимальным шагом, соответственно сильно переплачивая.

Определение крыши и итоговый результат

Схема свайно-ростверкового фундамента.

Для определения тяжести крыши возьмем в качестве примера площадь проекции 120 кв.м и угол наклона крыши 30 градусов. Предположим, что для нашего домика понадобится 32 доски длиной 200 мм, толщиной 50 мм и 10 брусьев 150 мм на 100 мм. Удельный вес пиломатериалов на ленточный фундамент 500 кг/кв.м, теперь можно рассчитать вес стропил:

((32 х 0,06) + (10 х 0,09)) х 500 = 1410 кг.

К данной цифре прибавляется масса материала, выбранного для крыши. Возьмем ондулин (150 х 4 = 600 кг), общий вес кровли получится 2010 кг (1410 + 600).

К данному значению возьмем снеговую дополнительную нагрузку, к примеру, 120 кг/кв.м. Умножаем площадь крыши 120 на 120 кг и получаем 14400 кг дополнительной тяжести. Также следует учесть и ветровую нагрузку на ленточный фундамент. Здесь умножается площадь дома на 15 и высоту дома и прибавляется 40, получается ветровая нагрузка (100 х 15 х 7 + 40 = 14500 кг). Затем просчитывается еще дополнительная нагрузка, которая будет находиться в доме (мебель, оборудование, люди). Для помощи можно воспользоваться еще одной таблицей.

Строения Дополнительный вес
Квартиры, общежития, гостиницы, детские сады, дома 195 кг/кв.м
Административные здания 240 кг/кв.м
Кабинеты и лаборатории научных, лечебных и образовательных учреждений 240 кг/кв.м
Читальные залы библиотек 240 кг/кв.м
Кафе, рестораны, столовые 360 кг/кв.м
Чердачные помещения 91 кг/кв.м

В качестве примера мы используем жилой дом, поэтому умножаем площадь дома на 195 (100 х 195 = 19500 кг). На финише мы получили все цифры, необходимые для суммирования подсчета на ленточный фундамент.

  • стены дома – 75000 кг.;
  • перекрытия – 65000 кг.;
  • временная снеговая нагрузка – 144000 кг.;
  • крыша – 2010 кг.;
  • ветровая нагрузка на кв.м – 14500 кг.;
  • дополнительная нагрузка (мебель, оборудование, люди) – 19500 кг.

Общая сумма получается 320010 кг. Теперь можно определить общий вес строения и превратить его сразу в формулу. Полный вес дома умножается на 1,3, тогда получаем несущую конструкцию грунта. Несущая способность грунта равна ширине основания, умноженной на его длину и умноженной на сопротивление грунта. Таким образом можно легко рассчитать ширину подошвы. Полную массу строение умножают на 1,3 и делят на длину основания, умноженного на сопротивление грунта.

Советы по подготовке участка

Есть несколько основных советов по подготовке к монтажу фундамента. Если их выполнить, опора для дома прослужит долго и не потребует капитальных реконструкций.

Советы по подготовке участка
  1. Во-первых, перед началом монтажа необходимо избавиться от верхнего растительного слоя грунта. С помощью этого у вас получится выровнять площадку под строительство дома и убрать общий уклон местности, если он есть.
  2. Во-вторых, необходимо обеспечить бесперебойную дренажную систему. Обычно для этого по периметру всего участка выкапываются траншеи глубиной около 50-70 сантиметров. Такая мера позволит избежать застаивания воды и, следовательно, преждевременного разрушения фундамента от влажности.
  3. В-третьих, на ровном участке производят монтаж котлована. Важно помнить, что любой тип фундамента устанавливается на плотную песчаную подушку.
  4. Далее производят точные расчеты толщины плиты фундамента. Это избавит вас от необходимости закупки лишних материалов и затрат денежных средств.

Читайте также:  Как построить фундамент из блоков своими руками