Примеры расчета фундаментов

Расчет арматуры и выбор схемы армирования

Арматура является необходимой составной частью фундамента и служит для формирования единого каркаса будущего основания. Кроме того арматура помогает фундаменту справится с деформирующими нагрузками и не рассыпаться. Но для того чтобы армирующий пояс качественно выполнял возложенные на него задачи необходимо правильно рассчитать количество арматуры, еще диаметр, и грамотно выполнить армирование.

Количество арматуры необходимое для фундамента регламентируется строительными нормами и правилами (СНиП). Относительно ленточного фундамента применяется правило, что содержание продольной арматуры в должно составлять не менее 0,1 % от площади сечения фундамента. То есть этим устанавливается минимально необходимое соотношение суммарного сечения арматуры к площади сечения обустраиваемого основания.

Кроме диаметра самой арматуры устанавливаются требования и к количеству прутков. Правилами установлено, что при длине стенки более трех метров для адекватного восприятия и перераспределения нагрузок следует применять арматуру диаметром более 12 мм и применять схему армирования в два пояса по два прутка. Минимальный диаметр поперечного прутка для фундамента высотой более 800 мм должен быть не менее 8 мм.

Расчет основания по несущей способности

Изображение 1. Механика грунтов.

Под следует понимать предельную нагрузку, которую он может выдержать без разрушения. На Изображении 1 показаны случаи, требующие выполнения , которая обеспечит их собственную устойчивость и не допустит смещения фундамента основания по его подошве.

Необходимо перечислить случаи, показанные на Изображении 1, и определиться с теми, которые могут относиться к частному домостроению.

а) На сооружение действует горизонтальная сила. Такой расчет может потребоваться, если на подворье будут устанавливать вышку для генератора, работающего под действием силы ветра.

б) Предполагает при наличии подпорной стены, на которую могут действовать горизонтальные силы, возникающие от собственного веса грунта.

в), г) Сооружение находится на откосе или близко к его краю.

д) Основанием является глинистый грунт, степень влажности которого S_τ= 0,5. На него действует вес дома. Это реально возможные ситуации.

е) Рассчитывают несущую способность для определения, насколько устойчив естественный склон.

Ленточный монолитный фундамент.

Кроме указанных случаев такой расчет фундаментов необходим, если дом построен на скальных грунтах или на фундамент могут действовать выталкивающие силы.

Далее обозначения в формулах такие, как и в нормативной строительной документации.

Чтобы несущая способность грунта обеспечивала надежность построенного на нем сооружения, необходимо проверить условие (1):

F≤γ_c·F_u/γ_n, (1)

где F — нагрузка от всего сооружения с учетом всех систем жизнеобеспечения, передаваемая на основание фундаментом, кг;
F_u — противодействующая сила основания, кг;
γ_c — коэффициент, зависящий от типа грунта (см. таблицу №1);
γ_n — коэффициент надежности, устанавливается в зависимости от класса сооружения: γ_n=1,2; 1,15; 1,1 для сооружений I, II, и III классов, соответственно.

Таблица № 1.

Вид	γc	Несущая способность , кг/см²
плотный	средней плотности
Песок крупный	1,0	6	5
Песок среднего размера	5	4
Супесь (сухая)	0,85	3	2,5
Супесь, влажная (пластичная)	2,5	2
Суглинок (сухой)	3	2
Суглинок, влажный (пластичный)	3	1
Глина (сухая)	0,9	6	2.5
Глина, влажная (пластичная)	4	1

Данные необходимые для расчета

Существует несколько основных видов фундамента. Это плитный, столбчатый, свайный и ленточный фундаменты. Перед тем как начать строить какое-либо сооружение опытный представитель строительной компании или частный застройщик должен тщательно изучить проект на строительство.

Учитывая тип постройки, а также изучив уровень грунтовых вод и учитывая условия местного климата, строитель сможет правильно выбрать какой фундамент идеально подойдет именно вашему дому или коттеджу. Один из наиболее часто встречающихся видов фундамента это монолитный ленточный фундамент.

Первое что необходимо знать для расчета любого типа фундамента, а не только ленточного, это характеристики почвы в месте будущего строительства.
Характеристика почвы определяется следующими параметрами:

• Глубина промерзания. Глубина промерзания почвы, это на какую глуби в среднем промерзает почва в зимнее время в конкретном регионе, узнать это значение можно из специальных таблиц. Общее правило, которое применяется к фундаментам для домов из кирпича или камня, это то, что основание фундамента должно находиться примерно на 0,5 метра ниже точки промерзания грунта. В этом случае можно не опасаться будущее строение.
• Уровень грунтовых вод. Грунтовая вода – серьезная угроза возводимому зданию. При возведении монолитного ленточного фундамента необходимо, чтобы уровень грунтовых вод находился ниже основания фундамента, если ситуация обратная, то следует задуматься о выборе другого вида основания.
• Состав грунта. Состав грунта, а именно соотношение в нем различных компонентов и их зернистость, так же серьезно влияют на характеристики фундамента. Дело в том, что различные виды грунта по-разному реагируют на замерзание и оттаивание – это называется морозным пучением грунта. Если основание фундамента оказывается на слое пучинистого грунта, то несколько циклов замерзания-оттаивания неминуемо приведут к его разрушению, а значит и разрушению всего знания.

Характеристика естественных оснований

Схема ленточного фундамента.

В распоряжение строителя природа предоставляет грунт как естественное основание. Тип фундамента определяет дополнительно ряд факторов: геологическое строение, глубина залегания подземных вод, глубина промерзания и др. Характер нагрузок также оказывает влияние, но для частного домовладения надо ориентироваться на постоянную нагрузку. В то же время нельзя исключить вероятность того, что сосед начнет рядом строить дом на забивных сваях.

Естественным фундаментом являются скальные грунты (гранит, известняк, кварциты и др.), которые являются водонепроницаемыми и надежными для любых сооружений. Аналогичные характеристики присущи и крупноблочным грунтам, которые образовались из скальных пород в результате их разрушения. Это щебень, гравий, галька. Они состоят из частиц, размеры которых превышают 2 мм. Их надежность существенно зависит от присутствия подземных вод.

Горные породы, измельченные до размеров 0,1-2 мм, называют песками. Пески с размером частиц 0,25-2 мм практически не вспучиваются в зимних условиях и поэтому не воздействуют на фундамент. Надежность песчаного основания зависит от мощности слоя песка и от воздействия на него грунтовых вод.

Схема заливки ленточного фундамента.

В глинистых грунтах содержатся частицы, размеры которых не превышают 0,005 мм. По содержанию глины их делят на:

• супесь: содержание глины от 3 до 10%;
• суглинок: содержание глины от 10 до 30%;
• лессы: являются пылеватым суглинком.

Наиболее прочным основанием является глина. На таком основании, если глина сухая, можно сооружать массивные здания.

Несущая способность всех перечисленных видов естественных оснований сильно зависит от влажности. А влажные лессовые грунты еще и уплотняются под воздействием веса сооружения, сильно проседая.

В качестве оснований непригодны некоторые супеси, способные от избытка влаги превратиться в плывуны, а также растительный грунт, торф, ил и насыпные грунты. На таких почвах строительство возможно после их предварительного уплотнения.

Расчет фундаментов

Основным материалом для фундаментов является железобетон. Применение железобетонных фундаментов
вместо бутовых, бетонных, бутобетонных способствует значительному
уменьшению высоты фундаментов.
Расчет железобетонного фундамента (см. схему ниже) состоит из двух
частей: расчета основания и самого фундамента. На основе расчета
основания определяют глубину заложения фундамента и размеры его
подошвы; на основе расчета фундамента по несущей способности
определяют остальные его размеры и площадь арматуры.

Расчетная схема фундаментов

Расчет столбчатых фундаментов осуществляется в следующем порядке.
Определяют глубину заложения фундамента Нф, которая с учетом
возможности вспучивания грунтов при промерзании должна удовлетворять
выражению:
где mt — коэффициент
влияния теплового режима зданий на промерзание грунта у наружных
стен; Нн нормативная глубина промерзания
грунта;
где Σ |Тм| — сумма абсолютных значений
среднемесячных отрицательных температур за зиму в этом районе; Но
— глубина промерзания грунта при: Σ |Тм| = 1,
зависящая от вида грунта (для суглинков и глин Но
= 23; для супесей, песков мелких и пылеватых Но
= 28; для крупнообломочных грунтов Но = 34).
Затем вычисляют площадь подошвы отдельного центрально-нагруженного
фундамента:
где Nн — нормативная нагрузка,
действующая на фундамент на уровне обреза Нф;
Rнгр —
нормативное давление на грунт основания; pmср
— средняя плотность фундамента и грунта на его уступах; Нф
— глубина заложения фундамента.
После расчета основания переходят к расчету прочности фундамента,
который включает определение высоты фундамента, размеров его
ступеней и сечения арматуры.
Высоту фундамента h определяют из расчета
на продавливание Р в предположении, что разрушение происходит по
боковым поверхностям пирамиды, наклоненным под углом 45°
к вертикали:
где 0,75 — эмпирический коэффициент; Rр
— расчетное сопротивление бетона растяжению; hо
— рабочая высота сечения фундамента на проверяемом участке;
bср = (bк
+ bн) / 2 — среднее
арифметическое между периметрами соответственно верхнего и нижнего
основания пирамиды продавливания продавливания; bк
и bн — периметры
верхнего и нижнего оснований пирамиды.
Расчетная продавливающая сила:
где А — площадь сечения фундаментной подушки; Ргр
= N / Fф
— давление грунта на единицу площади подошвы фундамента;
N -расчетная нагрузка, действующая на
фундамент.
Высоту нижней ступени фундамента h´о
определяют из расчета сечения IIII-III
(см. рис. вверху страницы «Расчетная схема фундаментов»). Для полосы
единичной ширины:
гдеhк — ширина верхнего
обреза фундамента; hо
— рабочая высота всего фундамента; h´о
— рабочая высота нижней ступени.
Площадь сечения арматуры фундамента находят из расчета сечений
I-I и II-II по
изгибающим моментам, определяемым по формулам:
Площадь сечения арматуры определяют на всю ширину фундамента. Часто
при расчете приближенно принимают Zб
= 0,9hо. Тогда
площадь сечения арматуры в сечениях I-I и
II-II составит:
Расчет ленточных фундаментов осуществляется по аналогичной методике.
Для расчета берут участок фундамента длиной 1 м, определяют
нагрузки, действующие на эту длину фундамента: Расчет сводится к
определению ширины подошвы фундамента.
Свайные фундаменты. Расчет одиночных свай. В тех районах, где
древесина является местным материалом, широко используют деревянные
сваи. Нагрузка, которую может воспринять свая из условия прочности
материала, определяется из выражения:
где Км — коэффициент однородности материала
сваи, равный 0,8; m — коэффициент условия
работы сваи, равный 0,7; Ант — площадь
поперечного сечения сваи, м2; Rc —
расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон, МПа.
Железобетонные сваи сплошного сечения на прочность материала
рассчитывают по формуле:
где Кб — коэффициент однородности бетона;
mб,
mа — коэффициенты
условий работы соответственно бетона и арматуры;
Rпр — расчетное сопротивление бетона
при осевом растяжении (призменная прочность); R
— расчетное сопротивление арматурной стали при растяжении; Аб,
Аа — площади поперечных сечений сваи и всех
стержней продольной арматуры.
Несущую способность одиночных свай определяют по формулам:
для свай-стоек:
для висячих свай:
где К — коэффициент однородности грунта, равный 0,7;
m — коэффициент условий работы, равный 1;
Rн — нормативное сопротивление
грунта основания, МПа; А — площадь поперечного сечения сваи, м;
u — периметр поперечного сечения сваи, м;
Rн нормативное
сопротивление i-го слоя грунта по боковой
поверхности сваи; li
— длина участка сваи в пределах i-го слоя
грунта, м.

РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Ширина ленточного фундамента b_f определяется по формуле

, м, (61)

Затем находится расчетное сопротивление R по формуле (7) и уточняется размер ширины фундамента путем подстановки в формулу (7) вместо R значения R. При внецентренно нагруженном фундаменте находят краевые напряжения P_max и P_min по формуле

, (62)

где – момент сопротивления подошвы условного фундамента.

Делается проверка следующих условий:

Расчёт осадки ленточных фундаментов

Расчет осадки ленточных фундаментов производится по аналогии со столбчатыми фундаментами. При этом должны учитываться погонные нагрузки, приложенные на обрез фундамента, распределенные на один погонный метр или на участке между серединами соседних простенков стены.

Расчет прочности нормальных сечений ленточного фундамента

Расчет сводится к определению требуемой площади арматуры вдоль длинной стороны фундамента (рис. 15).

Рассчитываем только подушку, выступы которой работают как консоли, загруженные реактивным давлением грунта P_I (без учета массы веса тела подушки и грунта на её обрезах)

, кПа, (63)

где g_f = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке; N_II – погонная нагрузка на обрез фундамента при расчете по второй группе предельных состояний; A_f = b_f×1 п.м. – площадь фундамента, м 2 .

Сечение арматуры подушки подбираем по моменту консоли в сечении I-I по формуле

, кН×п.м. (64)

Определяем значение a_m по формуле

, (65)

где R_b – расчётное сопротивление осевому сжатию (призменная прочность бетона), кПа, определяется по табл. 13 ; l₁ – ширина сжатой зоны (в верхней части) сечения ленточного фундамента равная 1 п.м.; h – рабочая высота рассматриваемого сечения, см; b₁ – вылет консоли, м, определяется по формуле

, (66)

где b_f и b_c – соответственно ширина подошвы фундамента и стены (колонны).

По табл. 20 в зависимости от a_m(А) определяем n и по формуле вычисляем площадь арматуры A_s:

, см 2 , (67)

где R_s – расчетное сопротивление арматуры для предельных состояний первой группы, кПа (кгс/см 2 ), определяется по табл. 22 .

По сортаменту арматурной стали подбираем расчетную арматуру.

7.4. Расчет прочности ленточных фундаментов

на действие поперечной силы

При расчете наклонных сечений на действие поперечной силы должно соблюдаться следующее условие:

Расчет на действие поперечной силы НЕ ПРОИЗВОДИТСЯ при выполнении следующего условия:

где k₁ – коэффициент, для тяжелого бетона принимается равным 0,75;

R_bt – сопротивление осевому растяжению бетона.

Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений следует начинать с определения (назначения) глубины заложения d_p подошвы ростверка FL_p из условий рекомендуемых пп. 2.25 ¸ 2.33 . Затем определяется длина сваи l, назначаемая из условий выбора инженерно-геологического элемента ИГЭ по глубине грунтового массива с наиболее приемлемым условным расчетным сопротивлением R по эпюре на рис. 16.

Острие сваи, в первом приближении, располагаем в ИГЭ с R, значение которого наибольшее из массива грунта под ростверком. Величина анкеровки l_анк острия сваи из условия погружения принимается:

– на глубину не менее 0,5 м в крупнообломочные грунты, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные грунты и глинистые грунты с показателем текучести J_L £ 0,1;

– на глубину не менее 1 м – в остальные грунты.

Оголовок сваи при свободном сопряжении с ростверком должен быть заделан в ростверк на глубину l_задел. = 5 ¸ 10 см. Тогда из рис. 16 имеем:

+ 1,2 + 0,35 + 0,1 = 5,65 м, принимаем сборную железобетонную сваю

Определяем несущую способность призматической висячей сваи или сваи трения по глубине основания. Для этого используем практический метод, основывающийся на табличных данных .

, кН. (70)

Обозначения, входящие в формулу, приведены в формуле (3) . Далее рассчитывается допустимая нагрузка N_d, кН на сваю, по формуле

, кН, (71)

где g_k – коэффициент надежности (если несущая способность F_d определена расчетом или по результатам динамических испытаний без учета упругих деформаций грунта, g_k = 1,4; если F_d найдена по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или зондом статического зондирования, а также по результатам динамических испытаний с учетом упругих деформаций грунта, g_k = 1,25; если F_d определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой, g_k = 1,2).

По величине допустимой нагрузки определяется количество свай n, шт, по формуле

, шт. (72)

Результат округляется до целого числа свай. Например: N_I = 1500 кН, N_d = 430 кН, тогда 3,488 шт, принимаем n = 4 шт.

Для столбчатых ростверков оптимальное количество свай должно быть от 3-х до 5-ти штук. Оптимальное расположение свай под ленточными ростверками может быть в один ряд, два или три.

После определения количества свай следует решить вопрос об их размещении в плане и конструирование ростверка.

Как делается расчет колонного фундамента

Монолитный столбчатый фундамент под металлическую колонну

Как правило, расчет фундамента для металлической колонны подразумевает, способен ли грунт выдержать расчетную нагрузку фундамента, с которой он будет воздействовать на квадратном сантиметре площади, и сбор всех данных о будущем строительстве. Фактически, нужно получить полную информацию о здании, грунтах и грунтовых водах, провести сбор и систематизацию полученных данных и уже на их основании передать строителям готовый проект. Для этого нужно:

• получить от архитектора проект будущего здания, спецификацию строительных материалов и коммуникаций;
• рассчитать полную площадь опоры;
• сделать сбор всех параметров, систематизировать их и получить фактическое расчетное давление здания в целом.

Как узнать нагрузку, которая будет создавать само здание? Для этого нужно получить подробные данные о самом здании, сделать сбор массы и характеристик всех материалов, которые могут использоваться при его возведении, а также проектируемых коммуникаций, будущей мебели, количества снега на крыше. Такой расчет состоит из нескольких частей:

1. Расчет перекрытий зданий и стальных колонн. Сначала нужно узнать массу самой металлической колонны, ведь она также, хоть и незначительно, создает давление на грунт. Для этого требуется посчитать объем конструкции. Делается это по геометрической формуле вычисления объема цилиндра. Так получится объем, который затем умножается на плотность металла для получения массы стальной колонны.
2. Затем нужно узнать массу перекрытий. Как правило, это фабричные изделия и каждый производитель уже указывает их массу. Поэтому, достаточно связаться с поставщиками.
3. Бывают случаи, когда на металлические колонны устанавливается ростверковая конструкция. Ее массу также не проблема рассчитать, ведь для этого достаточно знать, какое количество бетона или готовых бетонных конструкций пойдет на строительство ростверка.
4. Расчет массы стен. Тут многое зависит от материала, ведь кирпич весит меньше, чем бетон, но больше, чем пеноблоки. Соответственно, стоит провести сбор данных обо всех строительных материалах, используемых при строительстве здания.
5. Расчет крыши. Сюда входит спецификация материалов, из которых сделано чердачное помещение, а также спецификация всех материалов крыши, вплоть до внешнего покрытия. При проектировании сооружения архитектор предоставляет подробную спецификацию, поэтому посчитать суммарную массу конструкций не составит труда.
6. После суммирования всех полученных данных будет вычислена цифра, которая характеризует максимально допустимую нагрузку на опоры фундамента.

Чтобы узнать, какая сила давит на единицу площади опоры, нужно знать ее габаритные размеры. Если стальной столб имеет квадратное сечение 50 х 50 см, то площадь опоры будет составлять 2500 см². Тогда давление, которое будет воздействовать на единицу площади грунта, вычисляется методом деления массы здания на площадь одной опоры.

Но всегда существует правило: большее количество опор не будет лишним, поэтому часто проектировщики устанавливают опоры с интервалом приблизительно 1,5 – 3 м. Это делается с целью предоставления необходимого резерва прочности на конструкции, связанные с несанкционированной достройкой, обустройством помещений или установкой тяжелого промышленного оборудования. Как правило, при расчетах предоставляют обязательный 50% резерв прочности на каждую опору.

Расчет стоимости что нужно знать

Для того чтобы правильно рассчитать бюджет необходимый на возведение основания необходимо составить для себя перечень материалов и узнать их стоимость в вашем регионе. Расчет количества материалов для ленточного фундамента сначала ведется в натуральных показателях, а потом переводится в стоимостные. Что понадобиться для постройки:

Арматура, цена на нее в основном устанавливается за тонну. Для пересчета длины арматуры соответствующего сечения в килограммы можно использовать таблицу приведенную ниже.

Таблица расчета веса стержневой арматуры (ГОСТ 5781-82)

Номер профиля (номинальный диаметр)	Вес, кг/м.
6	0,222
8	0,395
10	0,617
12	0,888
14	1,210
16	1,580
18	2,000
20	2,470
22	2,980
25	3,850
28	4,830
32	6,310
36	7,990
40	9,870
45	12,480
50	15,410

Кроме того нужно помнить что арматура обычно идет длинными хлыстами, около 12 метров. Для перевозки грузов такой длины требуется длинномерный транспорт, который стоит не дешево. Если здание небольшого размера, то сэкономить можно предварительно нарезав арматуру необходимой длины, такие заготовки можно уже вывезти на строй-площадку обычным грузовым транспортом. Услугу по нарезке металла по размерам заказчика предоставляю многие продавцы.

Кроме основных расходов на возведение фундамента не стоит забывать и о казалось дополнительных, но не менее дорогостоящих статьях:

• земляные работы
• опалубка для фундамента (доски или фанера)
• песок и гравий для обустройства подушки фундамента
• материалы для гидроизоляции и утепления
• привлечение спецтехники и рабочих

Как видно из нашей статьи произвести расчет ленточного фундамента под небольшой дом не так сложно и можно сделать самостоятельно, нужно лишь внимательно изучить методику и вооружиться необходимой справочной литературой.

Следует отметить, что пример расчета ленточного фундамента можно найти в любом проекте и уже подглядывая в него произвести свои расчеты.

Но если вы собираетесь строить большой каменный дом, не уверены в качестве грунта, то лучше обратиться за помощью к профессионалам, это поможет в итоге сберечь и деньги, и самое главное ваши нервы, ведь перестраивать, всегда сложнее, чем строить.

Технология монтажа

Обязательно выполняется армирование будущей ленты, для этого изготавливается пространственный арматурный каркас из прутка диаметром 10-12 мм

Фундамент щелевого типа для частного дома возводится в такой последовательности:

1. Земляные работы. После подготовки участка (уборки мусора, вырубки ненужных насаждений, срезки плодородного слоя почвы и выравнивая) выполняют разбивку, и копают траншеи. Выкопанный грунт складируется в стороне от траншей, поскольку он будет мешать проведению работ. Ширина траншеи равна ширине фундамента. Глубина определяется расчётом. В нижней части можно сделать уширение для выполнения монолитной подошвы.
2. Дно канав тщательно трамбуется. Затем выполняется подсыпка из песка слоем около 10-15 см. Песок поливается водой и тоже хорошо утрамбовывается. После песка делается прослойка из щебня и тоже трамбуется. Чтобы после заливки бетона влага из него не впитывалась в грунт, поверх засыпки прокладывается прослойка из рубероида или плотной полиэтиленовой плёнки.

Теперь приступают к установке опалубки наземной части конструкции основания. Для этого используют струганые доски или ламинированную фанеру. Если для монтажа цоколя будут использоваться заводские бетонные блоки, то процесс установки опалубки пропускаем. Не рекомендуется делать цоколь из лёгкого бетона и кирпича. Такие материалы пропускают влагу и отличаются низкой прочностью.
Если вы хотите защитить фундамент от влаги и морозного пучения, то стоить проложить стенки траншеи рубероидом или плёнкой, которые будут выполнять функции гидроизоляции, а также утеплить дно и стенки пенополистиролом. Если вы будете использовать утепление, не забудьте сделать траншею шире на толщину теплоизоляционных плит с двух сторон. Также утеплитель стоит поднять на высоту опалубочной конструкции наземной части.
Обязательно выполняется армирование будущей ленты. Для этого изготавливается пространственный арматурный каркас из прутка диаметром 10-12 мм. Он должен устанавливаться так, чтобы со всех сторон арматура была защищена от коррозии 5-сантимеровым слоем бетона. Для этого перед установкой на дно заливается бетон слоем высотой 50 мм. После его застывания можно производить установку каркаса

Так же важно контролировать, чтобы арматура не приближалась к стенкам траншеи или теплоизоляционному материалу ближе, чем на 50 мм.
Заливку бетона лучше производить за один день. Раствор заливается слоями высотой 20-30 см

Каждый слой трамбуется или прокалывается арматурой в разных местах для удаления воздуха.
Чтобы застывание бетона проходило правильно, его накрывают плёнкой, и первые несколько дней смачивают водой. Также важно защищать бетонную поверхность от солнца, ветра, дождя и мороза. Иначе несущая способность основания понизится. Свою марочную прочность бетон набирает за 28 дней. По истечении этого срока можно приступать к выполнению дальнейших строительных работ.

Расчет фундамента на естественном основании по деформациям

Строения в процессе эксплуатации деформируются, и причиной этому могут быть вертикальные деформации оснований, на которых они построены. Такие деформации разделяют на осадки и просадки.

Схема внецентренно нагруженного свайного фундамента.

Коренное изменение сложившегося строения грунта называют просадкой. Причиной просадки может быть уплотнение почвы при замачивании. Рыхлый грунт может уплотниться при сотрясении. Иногда он начинает выпирать из-под подошвы фундамента. Таких изменений фундаментов по деформациям допускать нельзя. Вероятность их появления необходимо установить до начала строительства.

Если происходит уплотнение прочных грунтов из-за веса строения, в результате чего происходит , такую деформацию оснований называют осадкой. Как правило, в результате осадки в элементах здания трещины не появляются. Если грунт оседает по-разному под каждой из частей здания, это и может явиться причиной появления трещин в отдельных элементах его конструкции.

Причиной неравномерности осадки грунта могут быть:

• разница плотностей и как следствие, неодинаковая их сжимаемость;
• разное расширение его слоев в результате сезонных промерзаний и оттаиваний;
• неодинаковая мощность пластов;
• различные нагрузки на грунт со стороны строения, что приводит его к разным напряженным состояниям.

Существуют две причины, из-за которых необходимо выполнять расчет оснований по деформациям. Одной из них являются близко стоящие от строительства сооружения, существенно отличающиеся по весу.

Схема не симметричного свайного фундамента с определением смещенного центра тяжести.

Второй причиной осадки фундаментов могут быть слабые грунты. Это насыпные почвы, рыхлые пески в глинистых типах, находящихся в текучем состоянии, грунты с большим содержанием органических остатков. В таких видах возможна деформация фундамента.

Расчет оснований состоит в проверке выполнения неравенства:

S ≤ f, (2)

где S — расчетная абсолютная величина осадки;
f — предельно допустимая осадка.

Предельные осадки, при которых не выполняется условие (2) могут быть причиной для формирования искусственного основания.

Значение S определяют путем проведения по установленной методике испытаний на сжимаемость в различных местах строительной площадки. В результате находят максимальное Е_max и минимальное Е_min значение модуля сжимаемости.

Основание считается таким, что его осадка мало зависит от сжимаемости, если Е_min = 200 кг/см², иначе необходимо проверить выполнение еще двух условий:

1,8≤ Е_max/Е_min≤ 2,5 (при 200> Е_min ≥ 150 кг/см²);

1,3≤ Е_max/Е_min≤ 1,5 (при 150> Е_min ≥ 75 кг/см²);

Существуют специальные таблицы, по которым определяют абсолютные значения деформации f. Не приводя таблицы, следует указать, что в зависимости от типа стен и отношения длины ленточного фундамента к высоте стены, максимальная осадка f изменяется от 8 до 15 см.

При отношении Е_max/Е_min

Для строительства дома такие сложные расчеты выполнять самостоятельно нецелесообразно. Допущенная по неопытности ошибка может обернуться существенными материальными затратами.

Расчёт ленточного фундамента

Для того чтобы рассчитать ленточный фундамент, потребуются исходные данные, зададим их:

• Пусть возводится прямоугольное здание, которое внутри не имеет стен;
• Длина стены большей равна 6 метров;
• Длина меньшей стены равна 3,5 метра;
• Высота здания равна 4 метра.

Кроме того:

• Фундамент ленточный с шириной ленты 30 сантиметров. Высота фундамента равна 1 метру. Весь фундамент монолитный бетонный;
• Стены строятся из блока, который кладётся на ребро;
• Пол будет деревянным. На его устройство потребовалось 13 брусов, сечением 150 на 150 миллиметров. Обрёшётка устраивается досками в один слой. Доски имеют толщину 30 миллиметров. Наверх досок кладётся фанера, толщина которой равна 1 сантиметру;
• Перекрытие делается деревянным. На его устройство потребовалось 13 балок сечением 150 на 150 миллиметров. Обрешётка выполнена из тех же досок снизу и сверху;
• Крыша покрыта шифером, всего 60 листов по 26 килограмм. Каркас изготовлен из деревянных брусов сечением 150 на 100 миллиметров, длиной 4 метра. Всего израсходовано 26 брусов. Обрешётка выполнена через одну доску. Доски толщиной 2 сантиметра. Крыша двухскатная.

Расчёт осадки ленточного фундамента

Кроме метода послойного суммирования существуют различные методики определения величины проседания здания. При условиях отдельно стоящего строения с учётом сопротивления грунтового основания и других сил, только использование метода послойного суммирования будет наиболее верным расчётом.

Способ основан на создании эпюр напряжений в многослойной почве по каждой вертикальной оси.

Схемы расчётов по методу сложения усадки слоёв почвы

Определение осадки ленточного фундамента производится с целью, чтобы:

• определить величину просадку монолитной ленты с присоединёнными другими основаниями;
• выполнить точный расчёт осадки основания здания, возведённого из разных материалов;
• определить осадочный характер и физические свойства основания здания, которые связаны с изменением показателя деформации по мере увеличения глубины заложения фундамента.

Данная методика расчета определяет показатели основания по каждому сочетанию вертикальных осей, без учёта угловых переменных, используя периферийные значения и центральный показатель. Сделать это возможно при залегании по периметру основания строения равномерных структурных слоёв почвы.

Схема построения графика напряжений по группам вертикальных осей

Обозначения по СНиП 2.02.01-83:

• S — показатель осадки;
• zn – средняя величина напряжения вдоль вертикальной оси в слое «n»;
• hn, En – толщина сжатия и индекс деформации слоя «n»;
• n – удельная масса почвы в «n»;
• hn — высота слоя «n»;
• b = 0,8 – постоянный коэффициент.

Ширина ленточного монолитного фундамента – 1200 мм (b), глубина заложения составит 1800 мм (d).

Видео «Расчёт сопротивления грунта»:

Пример определения величины осадки ленточного фундамента

Общая нагрузка от веса здания на почву составит 285000 кг•м−1•с−2. По каждому слою отмечают такие значения:

1. Верхний слой — сухая почва (песок мелкой фракции, с показателями пористости e1 = 0,65; плотностью y1 = 18,70 кН/м³, индексом сжатия Е1 = 14400000 кг•м−1с−2).
2. Средний слой – мокрый крупный песок с соответствующими показателями: e₂= 0,60, γ₂ = 19,20 кН/м³; Е₂ = 18600000 кг•м−1с−2.
3. Нижний слой грунта – суглинок с соответствующими значениями: e₃ = 0,180; y₃ = 18,50 кН/м³; Е3 = 15300000 кг•м−1с−2.

Слои залегания грунта с различными показателями усадки

Результаты исследований грунта взяты в местном геолого-геодезическом управлении. Грунтовые воды на территории застройки находятся на расстоянии от поверхности земли 3800 мм. глубина залегания грунтовых вод такой величины не имеет значения даже для заглубленного фундамента здания. В этом случае воздействие грунтовых вод на осадку здания считают мизерным, то есть практически никаким.

Для нанесения графика эпюр и расчета критических нагрузок на грунт производят действия согласно СНиП 2.02.01-83.

В результате получают следующие показатели по каждому слою почвы: S₁ = 11,5 мм; S_{2 =} 13,7мм;  S₃ = 1,6 мм.

Суммарное проседание основания здания составит:

S = S₁ + S₂ + S₃ = 11,5 + 13,7 + 1,6 = 26,8 мм.

Расчёт осадки свайного основания

Определяют осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.

Вид свайного основания здания

Полный расчёт осадки свайного основания выполняется проектной организацией на протяжении от нескольких дней до 2-х недель. Проектировщики пользуются специальными компьютерными программами. Человеку, не имеющему специального образования, сделать это самостоятельно практически невозможно.

Произвести расчёт осадки свайного основания небольшого частного дома можно упрощённым способом, что под силу каждому застройщику.

Используя схемы расположения различных видов свай и расчётных формул, указанных в СП 24.13330.2011, можно определить как величину осадки одиночной сваи, так и степень проседания всего свайного поля.

Применяют различные методики определения величин осадки разных типов фундаментов, в основном, для крупных объектов промышленного и гражданского назначения.