Как правильно рассчитать фундамент

Фундамент — это конструкция здания ниже отметки планировки. Его назначение передать нагрузки от всего сооружения грунтовому основанию. Нагруженный грунт может менять свою структуру, вызывая в строениях деформации, предел которых ограничен нормами. Правильно сделанный расчёт фундаментов обеспечит долговечность и надёжность любого здания.

Как правильно рассчитать фундамент

Фундаменты по своим возможностям сопротивляться нагрузкам можно подразделить на жёсткие и гибкие. Конструкции из бутобетона и бетона относятся к жёстким. Они хорошо сопротивляются сжатию и плохо работают при растяжении и изгибе.

Фундаменты из железобетона имеют внутри конструкции арматуру. Она воспринимает растягивающие и изгибающие усилия, поэтому железобетон применим для гибких элементов.

Как правильно рассчитать фундамент

Важно! Обязательное условие расчёта любых фундаментов — это наличие результатов геологических и топографических изысканий в месте строительства.

Здание и грунтовое основание в расчёте рассматриваются как работающие совместно. Неблагоприятное влияние факторов окружающей среды тоже может изменять грунтовое основание. Например, температура влияет на свойства набухающих и пучинистых, а вода может менять структуру просадочных и засолённых грунтов.

Как правильно рассчитать фундамент

Уровень расположения воды в грунте, его возможное изменение, химический состав воды тоже определяют выбор материала, конструкции и способа строительства фундамента. Все эти данные указываются в отчёте изысканий.

Глубина заложения фундамента

При определении уровня расположения подошвы фундамента учитывается следующее:

  • конструкция здания и его назначение;
  • наличие примыкающих сооружений и отметка низа их фундаментов;
  • свойства грунтов;
  • грунтовые воды и изменение их положения;
  • глубина промерзания грунта;
  • неблагоприятное влияние окружающей среды;

Отметка низа фундамента принимается не зависимо от уровня промерзания грунта, если основанием является непучинистый грунт, и здание отапливается в зимний период. Также, если исследования и расчёты показывают, что не происходит деформаций, нарушающих прочность всего здания, при периодическом замерзании и оттаивании грунта.

Как правильно рассчитать фундамент

Фундамент отапливаемых помещений под наружные стены закладывается на глубину больше расчётного значения глубины замерзания грунта, если основанием для них является пучинистый грунт.

Расчётное значение этой глубины находится по формуле:

df = kh*dfn, где

  • kh — коэффициент теплового режима в здании;
  • dfn — нормативная глубина замерзания грунта.

Для зданий, которые не отапливаются в зимний период kh=1,1; для отапливаемых kh принимается по таблице.

Тип сооружения Температура воздуха в примыкающем помещении
0 5 10 15 20 и более
Полы по грунту 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
Полы по лагам 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6
Полы по утеплённому перекрытию 1,0 1,0 0,9 0,8 0,7
Здание с подвалом 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

Нормативная величина dfn принимается как средняя величина максимальных ежегодных сезонных глубин промерзания за 10 лет.

Эту величину можно рассчитать по формуле:

формула

Mt- безразмерное число, равное сумме абсолютных значений температур ниже нуля зимой в конкретном районе. Его находят в СП 131.13330.2012.

d0 принимается:

  • 0,23 — глины и суглинки;
  • 0,28 — пылеватые и мелкозернистые пески ;
  • 0,3 — крупнозернистые и среднезернистые пески;
  • 0,34 — крупнообломочные грунты.

К пучинистым относятся грунты:

  • глиносодержащие;
  • мелкозернистые и пылеватые пески;
  • крупнообломочные с глинисто-пылеватыми включениями.

Расчёт ленточных фундаментов по формулам

Расчёт фундаментов зданий делается по 2-м группам предельных состояний:

  • несущей способности — первая группа;
  • деформациям — вторая группа.

Как правильно рассчитать фундамент

Первое предельное состояние предполагает полную невозможность эксплуатировать здание. Второе — это, когда нормальная эксплуатация затруднена. Расчёт выполняется для определения оптимальных размеров конструкции фундамента.

Нагрузки и воздействия

Нормативная нагрузка, умноженная на коэффициент надёжности (перегрузки) — γf, даёт значение расчётной.

Конструкция Коэфициент надежности γf
Металлические 1,05
Бетонные, плотность >1600 кг/м3 1,10
Железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные, плотность <1600 кг/м3:  
заводского изготовления – 1,2
на стройплощадке – 1,3
Грунты  
природные 1,1
насыпные 1,15

Для снеговой и ветровой нагрузки γf = 1,4, для температурного действия γf = 1,1.

По количеству времени действия нагрузки разделены на постоянные и временные. Во время строительства, а также эксплуатации постоянные нагрузки действуют без перерывов. К ним относятся вес всех конструкций здания и вес грунта. Временные нагрузки разделяются на:

  • длительного действия (временно располагаемое оборудование, складирование материалов и деталей какого-либо производства, вес людей и животных, подвесные и мостовые краны);
  • кратковременного действия (снеговые, ветровые, гололёдные, пуско-наладочное и ремонтное оборудование, люди и т. д.);
  • особого действия (от взрыва, чрезвычайных происшествий, поломки оборудования, изменения структуры основания, и т. д.).

При расчёте используется сочетание нагрузок:

  1. Основные — постоянные + длительного действия + кратковременного действия.
  2. Особые — постоянного действия + длительного + кратковременного + одна особого действия.

Рассчитывая основания по деформациям, используется основное сочетание нагрузок. На прочность в расчёте тоже берётся основное сочетание, но, если имеются особые нагрузки, расчёт ведётся на особое сочетание. Для определённого вида сочетания нагрузок в расчёте учитываются понижающие коэффициенты сочетания — ψ.

Как правильно рассчитать фундамент

В конечном итоге выбирается более опасное сочетание нагрузок. Для жилых зданий с жёсткой схемой конструкции нагрузка на фундамент состоит из веса:

  • Постоянные нагрузки:

    • Стены, междуэтажные перекрытия, подвальное перекрытие (при наличии).
    • Фундамент и вес на его уступах грунта.
  • Временные нагрузки:

Равномерно распределённую нормативную нагрузку для жилых домов можно принять по СНиП — 1,5 кПа (коэффициент перегрузки — γf = 1,3).

Определение ширины подошвы

Фундаменты жилых зданий с жёсткой схемой конструкции рассчитываются как центрально сжатые. Они устраиваются симметрично относительно стены этажа или подвала. Расчёт делается исходя из условия предельного равновесия всех сил, влияющих на фундамент.

Как правильно рассчитать фундаментF — полная нагрузка на фундамент,  h — глубина фундамента b — ширина подошвы фундамента

Чтобы сделать предварительный расчёт, можно использовать значение R0 по нижеприведённым таблицам.

Грунт Плотность грунта, кг/см2 Угол внутреннего трения ϕ Модуль деформации Е, кг/см2 Объёмный вес γ, т/м3
плотные средней плотности
Пески крупные 4,5 3,5 36-41 2000-500 1,75-1,85
Пески средней крупности 3,5 2,5 33-38 500-300 1,6-1,9
Пески мелкие:       30-36 400-250    
- маловлажные   3,0 2,0   1,6-1,9  
- насыщенные водой 2,5 1,5 1,8-1,9
Пески пылеватые:       28-34 250-125 1,8-2,0
- маловлажные   2,5 2,0
- влажные   2,0 1,5
- водонасыщенные 1,5 1,0
Грунт Коэффициент пористости Консистенция грунта в кг/см2 Угол внутреннего трения ϕ Модуль деформации Е, кг/см2 Объёмный вес γ, т/м3
плотный пластичный
Супеси 0,5 3,0 3,0 18-28 200-125 1,7-1,95
0,7 2,5 2,0 1,5-1,85
Суглинки 0,5 3,0 2,5 12-25 250-80 1,8-1,95
0,7 2,5 1,8 1,75-1,9
1,0 2,0 1,0 1,7-1,8
Глины 0,5 6,0 4,0 30-36 400-250 1,9-2,0
0,6 5,0 3,0 1,9-2,0
0,8 3,0 2,0 1,8-1,9
1,1 2,5 1,0 1,7-1,8

Для сплошного ленточного фундамента ширина подошвы определяется:

формула

  • F — нагрузка, действующая на верхнюю часть фундамента;
  • R0 — сопротивление грунта, которое взято из таблиц;
  • γmt- усреднённый удельный вес фундамента и грунта на его обрезах;
  • h — высота фундамента.

Для примера определим ширину подошвы сплошного ленточного фундамента с жёсткой схемой при следующих данных:

  • F = 255 кН;
  • R0 = 250 кПа — для суглинка с коэффициентом пористости 0,7;
  • Глубина заложения — 1,8 м, высота h = 2,0 м. Материал фундамента — бетон М 200, γmt=2,0 кг/м3.

При глубине менее 1,5 м применяется коэффициент m.

Глубина заложения h 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6
Коэффициент m 0,97 0,93 0,90 0,87 0,83 0,80 0,77 0,73 0,70

Необходимая ширина подошвы получается:

формула

Далее уточняем R0 для глубины подошвы фундамента менее 2,0 м по формуле:

R= R0*[1 + k1 (b — b0) / b0]*(d + d0)/2d0;

  • k1 — для глин, суглинков, супесей и пылеватых песков — 0,05; для крупных песков и крупнообломочных грунтов — 0,125.
  • b и d — ширина и глубина заложения фундамента
  • b0 и d0 — значения ширины и глубины, принятые в таблицах

R = 250∙[1 + 0,05 (1,2 — 1) / 1]∙(1,8 + 2)/2∙2 = 240 кПа

Уточняем ширину подошвы фундамента

формула

Чтобы получить более точные данные, вычисляется расчётное значение сопротивления грунта по данным изысканий.

Расчёт ленточных фундаментов по графику

График расчёта сплошных ленточных фундаментов под наружные кирпичные стены

Как правильно рассчитать фундамент

H 390 360 330 270
k1 1,04 1,00 0,96 0,90
ω 0,0 5% 10% 15% 20% 25% 30%
k2 1,07 1,04 1,02 1,00 0,98 0,96 0,93
Р 0,00 300 600 900 1200 1500 1800 2100
k3 0,76 0,81 0,86 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10

График расчёта сплошных ленточных фундаментов под внутренние стены

Как правильно рассчитать фундамент

H 390 360 330 270
k1 1,04 1,00 0,96 0,90
Р 0,00 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
k3 0,52 0,62 0,72 0,82 0,91 1,00 1,09 1,18

По графику, созданному для зданий гражданского назначения с кирпичными стенами, расчёт делается по данным R и количеству этажей. Найденная ширина подошвы умножается на поправочные коэффициенты к1, к2, к3:

  • к1 — учитывает высоту этажа;
  • к2 — отношение площади окон к площади стены в %;
  • к3 — нагрузка, которую передаёт перекрытие одного этажа.

Определить с помощью графика ширину подошвы можно только, если толщина стены, указанная на графике совпадает с принимаемой толщиной кирпичной кладки.

Для примера найдём ширину подошвы фундамента наружной кирпичной стены толщиной 77 см дома в три этажа (с подвалом). При этом R = 2,0 кг/см2; Н = 3,0 м; ɷ = 20%; Р = 1800 кг/пог. м. По графику находим, что ширина подошвы составляет b’ = 110 см; b = 110∙0,98∙1,5 = 113 см.

Все приведённые таблицы и графики имеют ориентировочный характер. Более точный расчёт производится специалистами на основе исследований грунта (фонвых и лабораторных) на площадке строительства.

рмнт.ру

RMNT.RU — Статьи по строительству и ремонту

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>