Расчет нагрузки на фундамент. пример расчета нагрузок на фундамент

Промежуточные подсчеты нагрузки основания на грунт

Общий показатель нагрузки, создаваемой ленточной опорой на почву, высчитывается следующим образом: объем фундамента умножается на плотность материала, заложенного в его первооснову, и делится на квадратный метр площади основания. Объем при этом следует вычислять как произведение глубины размещения на толщину слоя опоры.

Как правило, на этапе предварительных вычислений последний показатель принимается, как толщина боковых стен.

Площадь основания – 20 кв.м., глубина размещения – 80 см, объем основания 20 х 0,8 = 16 м куб.
Вес основания, выполненного из железобетона, равен: 16 х 2500 = 40 000 кг.
Общая нагрузка на грунт: 40 000/20 = 2 000 кг/ кв.м.

Рассчитываем нагрузку самого фундамента

Это значение можно определить как результат произведения объема фундамента на удельную плотность используемого строительного материала.

Нагрузка фундамента = Vф х Q;

Объем фундамента можно вычислить по формуле:

V ф = S (площадь фундамента) х H (высота фундамента);

Если при возведении дома был возведен столбчатый фундамент, то необходимые вычисления нужно произвести для одного из столбов:

P (нагрузка столба) = V (Объем столба) х Q (плотность столба);

Объем столба рассчитывается произведением его площади на высоту.

Полный вес столбчатого фундамента является суммой распределенной нагрузки фундамента и произведением нагрузки одного столба на количество столбов.

P = P ф + P с х N

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения зависит от глубины промерзания и типа грунта. В таблице приведены справочные величины глубины промерзания грунта в различных регионах.

Таблица 1 – Справочные данные о глубине промерзания грунта

Справочная таблица для определения глубины заложения фундамента по регионам

Глубина заложения фундамента в общем случае должна быть больше глубины промерзания, но есть исключения, обусловленные типом грунта, они указаны в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Глубина заложения фундамента необходима для последующего расчета нагрузки на почву и определения его размеров.

Монтаж ленточного основания

Всю технологию монтажа ленточного фундамента можно подразделить на этапы:

Подготовка к работам.
Монтаж траншейной системы и опалубки с распорками.
Установление и обвязка арматуры.
Заливка бетонного раствора.
Гидроизоляция фундамента.
Засыпка грунта.

Подготовительные работы

На этом этапе производят все расчеты, и досчитывают стоимость фундамента. Затем делается разметка на участке

При помощи колышков и шнура нужно произвести разметку будущего фундамента Рассчитать стоимость фундамента важно, так как без точных результатов можно получить излишние расходы

Нужно воспользоваться специальным калькулятором, каких множество в интернете, или вооружиться обычным. Считать кубатуру ленточного основания нужно по формуле: ДхШхВ, где д-длина, Ш-ширина, В-высота

При этом важно, что фундамент не имеет форму трапеции, а параллелограмма. Так для заливки платформы длиной 240, шириной 40 и высотой 60 (240х40х60), нужно примерно 6 кубов бетона

Но по личному опыту скажу, что к этой цифре лучше прибавить 10%, так как выполнить абсолютно ровный фундамент своими руками сложно.

Проще говоря кубатура высчитывается, проецируя форму фундамента на подходящую ему геометрическую фигуру. Если конструкция сложная, то ее разделяют схематично на более простые, и высчитывается их кубатура. Эти цифры в конце суммируются.

Основные работы

Монтаж всегда начинают от нулевого цикла. Если говорить о мелко заглубленном основании, то сначала роется траншея по разметке глубиной от 60 см. Затем укладывается подушка из гравия и песка в 25 -30 см. Размер подушки зависит от будущей высоты фундамента и геодезии. Связывается система из арматуры с диаметром 10-16 мм.

Связка должна быть замкнутой системой без разрывов с шагом крепления 10-20 см. После этого из обрезных досок 40х150-200 делается опалубка с распорками. После этого при помощи труб монтируют будущие отдушины. Затем в эту конструкцию заливают бетон. Причем высота опалубки должна быть не менее 30 см. Эта высота в дальнейшем будет высотой цоколя дома.

Для изготовления бетона используется песок, щебень и цемент М 250 или 400. Это можно сделать самостоятельно, или при помощи специальной машины, которой нужен подъезд. Если его нет, то придется дополнительно заказывать бетононасос. А это лишние расходы. Каждый слой бетона заливается отдельно и трамбуется до полного расхода запланированного объема. После полного просыхания конструкции опалубка снимают.

Уровень углубления основы

Этот показатель в основном зависит от уровня глубины промерзания структуры грунта, а также его строения. В каждом регионе нормативная величина отличается, поэтому необходима специальная таблица, которая и поможет в данном вопросе. Ее составляли ведущие метеорологи страны, которые имеют широкий опыт работы в своей отрасли.

Для надежной эксплуатации основание необходимо углублять с небольшим запасом, то есть ниже промерзающего уровня. Для того чтобы было более понятно, необходимо привести наглядный пример расчетов размещения фундамента на глубину.

Например: строительство основания планируется в городе Смоленск, а грунт, расположенный на участке – супесь. В таблице необходимо найти требуемый город и значение, которое указано напротив него. Для города, который приведен в примере, глубина составляет 120 см. Данные второй схемы указывают на тип грунта, в котором планируется установить основание более чем, на ¾ значения расчетного уровня глубины. Но при этом глубина не должна быть ниже, чем 0,7 метров, в результате получается 80 см. Такой показатель считается самым оптимальным для углубления фундамента в регионе, который приведен в примере.

Расчет характеристик

Допустимая горизонтальная нагрузка на одну свайную опору рассчитывается на основании общего равномерного распределения на каждый опорный элемент. При этом ростверковая конструкция применительно к сваям устанавливается бесконечно жесткой.

В случае изготовления индивидуальных ростверков под каждой из колонн, а также в варианте использования ленточных технологий, следует обратиться к предписывающим нормативам СНиП II-В.1-62, на основе которых высчитывается общая совокупность допустимых усилий. При необходимости выполняют подсчет на возможное формирование трещин на основное и дополнительное сочетание нагруженности по установленным правилам.

Согласно названному сборнику правил, допустимые значения ширины образования трещин не должны превышать показателей в 0,3 мм.

Для определения допустимого значения на продавливание следует придерживаться следующей формулы:

где F пер – общая продавливающая сила, которая рассчитывается из суммы реакций всех свайных опор;

Rbt – допустимое значение сопротивления бетона на растяжение с учетом показателя условия функционирования названного материала;

h0 – допустимый показатель высоты ростверка на анализируемой поверхности, которая равна промежутку от установленной арматуры до основания колонного элемента, предположительно размещенного на 10 см выше нижней границы стакана;

Ui – половина суммы оснований боковых граней элемента продавливания, определяемая в зависимости от количества таких граней – m;

Ci – отрезок от грани колонного изделия до боковой грани опоры, размещенной за пределами элемента продавливания;

A – частичные усилия продольной силы колонны на ростверк, проходящие по стенкам стакана.

Представленная формула описывает вычисление продавливания с условием бокового воздействия на постройку. Обязательное требование – угол наклона между внешними гранями колонн и гранями свайных опор должен составлять не менее 45°.

Особенности устройства

Для правильного вычисления нагрузки ростверка важно учитывать некоторые индивидуальные характеристики, а именно:

для возведения железобетонных сооружений цельного или сборного типов целесообразно использовать бетонные изделия с маркировкой М150 и М200 (не для не секрет, что чем выше маркировка бетона, тем практичнее будет изготовлена постройка, однако стоит учитывать, что с ростом марки и качества бетона возрастают расходы);
рекомендуемые показатели для изготовления ростверка: минимальное значение высоты – 40 см, ширины – 50 см; размеры подошвы для будущего размещения подставки под колонну, самой колонны или ступенек следует принимать по 30 см; с учетом названных размеров промежуточного слоя, опирающегося на грунт, допустимые значения высоты названных последних элементов должны составлять порядка 15 см;
учет осевой и эксцентрической нагрузок (в первом варианте учитывается сила, осуществляющая свое действие от центра тяжести фундамента под основание; при расчете второй характеристики следует учитывать, что исследуемое изделие будет находиться под пагубным воздействием момента, поэтому свайные опоры следует размещать таким образом, чтобы центры тяжести каждого из них совпали с суммарной силой, действующей от ростверка к основанию);
определение несущей способности выполняется с учетом особых и главных нагрузок, при этом расчет возможных деформаций основывается только на основных нагрузках;
учет индивидуальных характеристик применяемых материалов и особенностей почвы на предполагаемом участке размещения постройки (данные показатели можно получить из предварительно проведенного анализа грунта и СНиПа);
учет используемого типа свай (стойка или висячий вид), а также вес каждого элемента и значения допустимого кренового усилия.

Преимущественное большинство действующих нагрузок на ростверк и основание вычисляется по СНиПу. Перечисленные в названном сборнике правил показатели впоследствии необходимо умножить на коэффициент надежности по нагрузке, который определяется на основании норм учета ответственности сооружений при их проектировании.

Рекомендуем посмотреть видео о монтаже ростверка с учетом всех особенностей устройства.

Расчет количества бетона, проволоки и арматуры

Определившись с размерами фундамента, нужно просчитать, сколько арматуры, проволоки и бетона нам понадобится.

С последним как раз всё просто. Объём бетона равен объёму фундамента, который мы уже нашли, когда считали нагрузку на грунт.

А вот какой использовать металл для армирования, ещё не решено. Здесь всё зависит от вида основания.

Арматура в ленточном основании

Для данного типа фундамента используют лишь два пояса армирования и арматуру толщиной до 12 мм. Горизонтальные продольные прутья арматуры подвергаются большей нагрузке, чем вертикальные или поперечные.

Поэтому по горизонтали кладут ребристую арматуру, а по вертикали – гладкую.

Длину ребристой арматуры несложно высчитать, если умножить общую длину основания на количество рядов прутков. Если фундамент узкий (40 см), достаточно и двух продольных прутков на каждый пояс. В противном случае, количество арматуры в поясе придётся увеличить.

Поперечные прутья монтируют через каждые 0,5 м, отступая по 5-10 см от края фундамента. Определяем количество соединений, поделив всю длину фундамента на 0,5 (шаг между пересечениями) и прибавив 1.

Чтобы найти длину гладкой арматуры, необходимой для одного пересечения, используем формулу:

(ШФ — 2*от)*2 + (ВФ – 2*от)*Р, где ШФ и ВФ – ширина и высота фундамента, от – отступ от края фундамента, Р – количество рядов арматуры в поясе.

количество необходимой для фундамента гладкой арматуры

Затраты вязальной проволоки для фундамента – это произведение расхода проволоки для одной связки (30 см), количества связок на одном пересечении (приравнивается к количеству рядов арматуры, помноженному на 4) и количества соединений.

Арматура в плитном основании

Для плитного основания применяют ребристую арматуру толщиной 10 мм и больше, укладывая её сеткой, с шагом в 20 см.

То есть на два пояса армирования понадобится:

2*(ШФ*(ДФ/0,2+1) + ДФ*(ШФ/0,2+1)) м арматуры, где ШФ – ширина, ДФ – длина фундамента.

пересечение верхней сетки соединить с соответствующим пересечением нижней

Учитывая толщину плиты и удалённость каркаса от поверхности плиты, определим необходимое для соединения поясов количество арматуры, используя формулу:

((ДФ/0,2+1)*(ШФ/0,2+1))*(ТП-2*от), где ТП – толщина плиты, от – отступ от поверхности.

сколько арматуры понадобится для плитного фундамента

Длина вязальной проволоки рассчитывается, исходя из формулы:

(ДФ/0,2+1)*(ШФ/0,2+1)*4*0,3

Арматура в столбчатом основании

При армировании фундаментных столбиков используют ребристые прутки толщиной 10-12 мм в вертикальной плоскости и гладкие шестимиллиметровые – в горизонтальной плоскости. Соединяют арматуру через каждые 40-50 см высоты столба.

Длина ребристой арматуры составляет:

КС*ДС*КП, где КС – количество столбиков, ДС – длина каждого столбика, КП – количество прутьев в одном столбике.

Количество гладкой арматуры:

Рмп*КП*Ксс, где Рмп – расстояние между ребристыми прутьями, КП – количество прутьев в столбике, Ксс – количество соединений в одном столбе.

Расход вязальной проволоки соответствует формуле:

0,3*КП*Ксс*КС

Зачем нужны вычисления

Расчет нагрузки на фундамент необходим для решения следующих задач:

Рекомендуемые пропорции фундаментов

выявления положительных и отрицательных качеств условий строительства;
определение геометрических размеров и площади опирания;
подбор оптимального количества строительных материалов;
предотвращение деформаций основания в процессе эксплуатации сооружения;
обеспечение прочности, надежности и долговечности конструкций;
рациональное использование людских и технических ресурсов.

Целью подсчетов является определение усилий от здания на 1 м2 грунтового основания. Полученный результат сравнивают с допустимыми значениями.

Если расчетные данные меньше предельных значений, тогда проектирование объекта переходит в дальнейшую стадию. Превышение полученных значений над предельными цифрами требует принятия альтернативных решений.

Проектирование фундаментов

Как рассчитать?

Нагрузка на фундамент определяется совокупностью нагрузок всех составных элементов здания. Чтобы правильно высчитать это значение, нужно посчитать нагрузку стен, кровли, перекрытий, воздействие природных факторов, например, снега, сложить все это вместе и сравнить с тем значением, которое считается допустимым.

Не стоит забывать и о типе почвы, который оказывает прямое влияние на то, какой тип фундамента предпочесть и на какую глубину его закладывать. Например, если на участке очень подвижные и неравномерно сжимаемые почвы, можно использовать фундаментную плиту.

Для того чтобы определение нагрузки было максимально точным, необходимо собрать следующую информацию:

Какова форма и размер будущего дома.
Какой высоты будет цоколь, из каких материалов его планируется делать, какова будет наружная его отделка.
Данные по наружным стенам здания. Нужно учесть высоту, площадь, занимаемую в стенах фронтонами, оконными и дверными проемами, из каких материалов они будут сложены, какие материалы будут использоваться при наружной и внутренней отделке.
Перегородки внутри здания. Определяют их длину, высоту, площадь, которая будет занята дверными проемами, материал, из которого перегородки будут выполнены, и каким образом будет осуществлена их отделка. Отдельно собираются данные по несущим и не несущим конструкциям.
Крыша. Учитывают тип кровли, ее длину, ширину, высоту, материал изготовления.
Расположение утеплителя – на перекрытии чердака или в пространстве между стропилами.
Перекрытие цоколя (пол на первом этаже). Какого типа оно будет, какую будет иметь стяжку.
Перекрытие между первым и вторым этажами – те же данные, что и у цокольного перекрытия.
Перекрытие между вторым и третьим этажом (если планируется многоэтажное здание).
Перекрытие чердака.

Заранее составленная схема здания, на которой будут указаны размеры самого здания и всех конструкций, поможет в произведении расчетов. Кроме того, нужно учесть удельный вес материалов, из которых сооружены стены, перекрытия, перегородки и материалы отделки.

Вам поможет таблица, где приведено значение массы для материалов, наиболее часто используемых в строительстве.

Далее нужно рассчитать, какую нагрузку оказывает отдельно тот или иной элемент конструкции. Например, кровля. Ее вес равномерно распределяется по тем сторонам фундамента, на которые опираются стропила. Если площадь проекции кровли поделить на площадь сторон, на которые оказывается нагрузка, и умножить на вес используемых материалов, получится искомое значение.

Чтобы определить, какую нагрузку оказывают стены, нужно их общий объем умножить на вес материалов и все это разделить на произведение длины и толщины фундамента.

Нагрузка, оказываемая перекрытиями, рассчитывается с учетом площади тех противоположных сторон основания, на которые они опираются. При этом нужно учитывать, что площадь перекрытий и площадь самого здания должны быть равны между собой. Здесь имеет значение также этажность здания и то, из какого материала выполнен пол на первом этаже – перекрытие подвала. Для расчета нагрузки нужно площадь каждого из перекрытий умножить на вес используемых материалов (см. таблицу) и разделить на площадь тех частей фундамента, на которые оказываются нагрузки.

Немаловажное значение имеют и нагрузки, оказываемые природными климатическими факторами – осадки, ветер и пр. Как пример – нагрузка от снега

Первоначально она сказывается на крыше и стенах, а через них – на фундаменте. Чтобы высчитать снеговую нагрузку, нужно определить, какую площадь занимает снежный покров. Берется величина, равная площади кровли.

Данное значение нужно разделить на площадь сторон основания, испытывающих нагрузку, и умножить на величину удельной снеговой нагрузки, которая определяется по карте.

Также нужно рассчитать и собственную нагрузку фундамента. Для этого берется его объем, умножается на плотность используемых при выполнении материалов, и делится на квадратный метр основания. Чтобы вычислить объем, нужно глубину залегания умножить на толщину, которая равна ширине стен.

Распределение веса на грунт

После сбора всех нагрузок от здания их необходимо суммировать для определения общего веса строения. Это лучше делать в табличном виде, отдельно записав вес покрытия, перекрытий, временных нагрузок, нагрузку от снега и стен

При проектировании дома важно добиться более равномерного распределения нагрузку на фундамент, иначе возможны просадки грунта

Каждый грунт способен принять определенное воздействие. Оно зависит от его механических характеристик и состава. В среднем, приблизительный расчет ведут исходя из значения 2 кг/см2. Например рассмотрим такую ситуацию: общий вес дома с фундаментом – 150 000 кг. Фундамент ленточный длиной 40 м и шириной 40 см. Площадь опоры — 40×4000= 160000 см2. То есть нагрузка на грунт составит 150 000/160 000 = 0,94 кг/см2. Фундамент полностью удовлетворяет требованиям. Даже, при необходимости, возможно уменьшить его ширину до 30 см.

Распределение нагрузки на столбчатый фундамент проводится таким же образом. Этот же дом, весом 150 000 кг на 16 столбах сечением 40×40 см создаст нагрузку в 150 000/25600=5,9 кг/см2, что недопустимо. Требуется изменение типа фундамента, увеличение количества столбов или замена материалов на более легкие.

Конечно, есть и слабые грунты, несущая способность которых меньше средней. Это нужно учитывать и не пренебрегать инженерно-геологическими изысканиями на строительном участке.

Нагрузка на свайный фундамент рассчитывается исходя из количества свай. Каждый стержень в определенных условиях способен воспринять определенную нагрузку и передать ее грунту. Ее значения определяются типом свай и видом грунта. Висячие сваи передают нагрузку боковыми поверхностями с использованием силы трения. Стоячие – опираются на скальные породы, и способны воспринимать большие нагрузки. При покупке готовых свай у производителя обязательно узнают их несущую способность.

Определение допустимой несущей способности грунта проводят и лабораторными испытаниями во время инженерно-геологических изысканий.

Как расчитать общий вес будущего дома

Процесс это достаточно длительный и ответственный. Заметим сразу, что точный вес до килограмма определить невозможно, так как он будет колебаться на 1500-2000 кг даже в зависимости от влажности воздуха, не говоря уже об осадках, удельном весе некоторых материалов. Но примерную тяжесть всей конструкции рассчитывают исходя из нескольких показателей, таких как:

вес одного квадратного метра крыши в зависимости от ее типа, наличия утеплителя, разновидности кровельного покрытия;
цоколь, наличие армирования, дополнительной отделки;
потолок с отделочными материалами, утеплителями, другими компонентами;
наличие лестничных конструкций, которые опираются непосредственно на фундамент;
полы, напольные покрытия, перемычки, которые лежат на основании;
почва, находящаяся выше уровня цоколя (это высчитывается только в некоторых случаях при конструировании сложных строений);
расчет возможного порыва ветра, а также осадков, особенно зимой.

Все эти пункты являются очень важными, их нельзя опускать при создании проекта будущего фундамента, так как ошибка может стать причиной образования трещины или даже разрушения всей конструкции. Рассмотрим подробнее нагрузки, которые оказываются на основание дома.

Удельный вес одного квадратного метра стены. Для облегчения расчетов можно использовать стандартный вес для самых ходовых строений. Например, 1м2 каркасной стены толщиной в 15 сантиметров (наиболее ходовые размеры) будет весить от 45 до 55 килограмм, в зависимости от качества материала, его влажности, других показателей. Стена из соснового бруса будет намного тяжелее, здесь необходимо рассчитывать на 85-105 кг, то же в зависимости от погодных условий, материала. Если речь идет об обычном кирпичном доме, у которого стена 20 сантиметров, сделана из силикатного кирпича, то меньше чем на 280 кг рассчитывать не стоит, если брать максимально – 340 килограмм. Самым тяжелым материалом является железобетонная конструкция. 1 квадратный метр стены в 15 сантиметров будет весить 380-420 килограмм. Выполняя расчет нагрузки на фундамент, нужно брать максимальное значение, чтобы был всегда запас прочности.
Расчет массы перекрытия. Несмотря на то, что потолок кажется достаточно легким, состоит в основном из дерева (или тонкого слоя бетона), утеплителя, его вес иногда бывает намного больше стен. К примеру, 1 квадратный метр чердачного перекрытия с деревянными балками и утеплительным материалом плотностью около 220 кг/м2 будет весить около 120 кг, а вот точно такое же перекрытие, только цокольное будет иметь массу не более 170 кг. Наиболее увесистым будет железобетон – 500 кг. То есть, при расчете нагрузки на основание сооружения обязательно учитывать эту особенность.
Кровля. Она также может оказывать неслабое давление, даже самая легкая листовая сталь дает нагрузку в 35 кг/1 квадратный метр. Наиболее увесистой является гончарная черепица (85 кг).

Это самые важные показатели, которые берутся при расчете общей массы, которая будет давить на цоколь помещения. Но они далеко не последние. Кроме них есть еще субъективные факторы нагрузки, которые нужно брать для расчета предельно допустимого давления. Рассмотрим их подробнее.

Снежная масса. Здесь берется коэффициент в зависимости от географического положения данного строения. Для умеренной климатической зоны в России принято добавлять 120 кг/м2 кровли, а вот в северных регионах не менее как 190 кг/м2. Конечно же, лучше брать с запасом.
Ветер. Он давит не сильно, но тонны 4-5 на дом общей площадью в 60 квадратов добавить нужно, причем это далеко не предел. На 1 метр может добавляться до 45 килограмм, при угле ската в 45 градусов и ветре 25 м/с. Если угол больше, ветер сильнее, нагрузка на фундамент может вырастать до 65 кг.
Относительная влажность. Это незначительный фактор, но учитывать его надо. При нахождении кирпичного сооружения в среде с влажностью 65 и 90% разница может составлять около 2 тонн на стандартном строении в 65 квадратов.

Сбор нагрузок на фундаменты, пример которых мы рассмотрели, является полным, но к нему нужно добавить 20% на возможные погрешности или особенности климатической зоны. Тогда можно считать процесс подсчета наземной части завершенным.