Пример расчета ширины подошвы фундамента

Последствия неправильного расчета несущей способности фундамента Сразу же после сдачи любого сооружения в эксплуатацию, происходит процесс медленного опускания фундамента за счет прикладываемых нагрузок. Фундамент всегда опускается на расчетную глубину, это значение всегда учитывается и закладывается при проведении расчетов.

Большие, неравномерные осадки оснований влекут за собой деформацию конструкций с дальнейшим разрушением здания. Как правило причина кроется в неправильном расчете несущей способности фундаментов, а также из-за ошибок в расчетах допустимых нагрузок на грунты.

Необходимость геологических исследований

Для определения типа фундаментов, а также в расчете ориентировочной просадки грунтов зоны строительства, в обязательном порядке проводятся геологические исследования. С их помощью определяется тип почвы, глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, структура грунта и прочие параметры. Поэтому несущая площадь фундамента должна быть такой, чтобы ее масса вместе с будущим зданием не превышала расчетное сопротивление грунта на строительной площадке.

Только тогда получится качественный, надежный фундамент, способный выдерживать горизонтальные и вертикальные нагрузки. При этом строить дополнительные этажи без укрепления существующего фундамента запрещено, так как в таком случае резко увеличивается масса объекта в целом.

Работа с грунтом

Предположим, что вы стали счастливым обладателем десяти соток за городом. Участок, что называется, пустой, лишь кое-где растут деревья и кустарники. Прежде чем определиться с местом будущей стройплощадки необходимо провести оценку грунта. Для этого в разных местах участка выкапываем ямы на глубину около 2 метров. Если срезы грунта одинаковы, то вам повезло – пласты грунта залегают равномерно. Если нет, то придется выбирать меньшую из зол – делать ставку на наиболее благоприятный вариант. Идеальный случай: у вас много соседей, которые уже давно построили свои дома – тогда и расчет фундамента существенно упрощается. У них можно проконсультироваться по поводу грунта, типу основания и его «поведении», и даже спросить документацию по геологическому исследованию грунтов, если перед строительством проводилась экспертная оценка.

УГВ

Уровень грунтовых вод (УГВ) – важный показатель грунта участка, на котором планируется строительство дома. Является ничем иным, как расстоянием от поверхности земли до первого водоносного слоя. Именно он определяет, какой будет глубина заложения фундамента. УГВ меняется сезонно: зимой он минимальный, весной, когда почва впитывает огромный объем влаги, он достигает своей максимальной отметки. В нашем примере расчета фундамента мы рекомендуем проводить измерение УГВ именно весной, ведь так или иначе, основание дома будет подвержено воздействию грунтовых вод, и лучше проводить расчеты, ориентируясь на критические показатели. Считается, что если поверхностные воды залегают на глубине от 2 метров и больше, то это нормальный для строительства дома УГВ (низкий). Если вода покажется уже в вырытой для исследования грунта яме, то это будет значить, что уровень грунтовых вод высокий, исходя из чего, при возведении фундамента придется делать ставку на определенные типы оснований. Например, оказалось, что УГВ составляет всего 1 м. В этом случае в зависимости от нагрузки на грунтовое основание, отдают предпочтение либо плитному фундаменту, либо мелкозаглубленному ленточному, ведь чем выше залегают грунтовые воды, тем меньше у грунта показатель несущей способности.

Пучинистость грунта

Поверхностные слои грунта представляют собой плодородный слой. Он особой роли не играет – при возведении фундамента просто срезается по всей площади стройплощадки. А вот все, что залегает глубже, нуждается в оценке. Там может быть слой глины, суглинка, супеси, а если повезет, то крупного песка или и вовсе скальные породы. Очевидно, что каждый тип грунта характеризуется своей несущей способностью и сопротивлением внешней нагрузки (расчетным сопротивлением грунта, R). О том, как оценить характер грунта, мы писали в этой статье. Вы сможете определиться с грунтовым основанием стройплощадки и сделать вывод о пучинистости грунта. Пучинистость – не что иное, как способность влажного грунта расширяться вследствие замерзания воды зимой. Данный показатель зависит от УГВ и типа почвы, и во многом определяет выбор фундамента для дома.

ГПГ

ГПГ или глубина промерзания грунта – показатель, который характеризует воздействие пучинистых явлений на толщу грунта. Бояться его стоит, если грунт пучинистый, а УГВ высокий. Меры «борьбы» с пучинистыми явлениями:

• утепление грунтового основания по периметру здания – тем самым мы уменьшаем ГПГ и нивелируем пучинистые явления;
• устройство дренажной системы, благодаря которой грунтовое основание под фундаментом остается сухим и не подверженным расширению вследствие замерзания воды

Резюмируя вышесказанное

Пучинистость грунта, ГПГ, УГВ – все эти показатели нужно рассматривать в одном комплексе, т.к. они взаимосвязаны. Так, высокий УГВ может быть причиной чрезмерной пучинистости грунтового основания ввиду большой ГПГ. Если приводить пример расчета фундамента для стройплощадки с идеальными показателями: малой глубиной промерзания грунта, низким уровнем грунтовых вод, непучинистым основанием – можно выбирать любой тип фундамента. Но в большинстве случаев ситуация обратная, тогда застройщик: — либо делает ставку на «плавающие» фундаменты, к которым относятся плитные или мелкозаглубленные ленточные; — либо устраняет недостатки участка за счет замены части пучинистого основания, утепления грунта под подошвой фундамента, дренирования подфундаментной площадки

Рельеф участка

Далеко не всем может повезти с приобретением идеально ровного участка. Как известно, рельеф оказывает одно из решающих значений при выборе конкретного типа фундамента. Так, наличие на стройплощадке значительного уклона может стать причиной столь же внушительных вложений на ее выравнивание и последующего устройства ленточного или плитного фундамента. Другой вариант – оставить все как есть, но сделать ставку на столбчатый или свайный фундамент. Ниже мы приведем примеры расчетов и таких фундаментов тоже.

Расчет требуемой площади подошвы фундамента

Здесь мы приводили последовательность расчета требуемой площади подошвы фундамента – величины, от которой зависит расход материала на строительство основания дома, а также длительность мероприятия. Площадь подошвы фундамента определяется исходя из такого показателя, как расчетное сопротивление грунта (R), о котором мы упоминали выше, а также нагрузки на фундамент от дома. О том, как рассчитать нагрузку на фундамент, мы говорили в тематической статье. Ниже мы приведем пример расчета площади подошвы фундамента для двухэтажного кирпичного дома 6×9 м (одна внутренняя несущая стена, толщина стен – 300 мм) с 2 ж/б и 1 чердачным перекрытием по деревянным балкам с утеплителем (плотность до 500 кг/м3), кровлей из гончарной черепицы, который будет возводиться на участке с сухим пористым глинистым грунтом (R=2,5). Здание возводится в средней полосе России (нагрузка от снега – 100 кг/м2).

Пример расчета

Сначала рассчитываем длину всех стен: (6+9)×2+6=36 м При высоте этажа в 2,5 м суммарная площадь стен составит: 36×2,5×2=180 м2 Площадь перекрытий: 6×9=54 м2 Площадь кровли (выпуски по 0,5 м по всем сторонам): (6+0,5×2)×(9+0,5×2)=70 м2 По таблице, представленной ниже (умножаем табличное значение для стен на 2, т.к. толщина нашей стены – 300 мм!), определяем массу всех конструктивных элементов постройки: — масса стен: 180×270×2=97200 кг — масса ж/б перекрытий: 2×54×500=54 000 кг — масса чердачного перекрытия: 54×200=10 800 кг — масса кровли и снега: (80+100)×70=12 600 кг Общая нагрузка на фундамент составит 174 600 кг. Добавляем сюда примерную полезную нагрузку и округляем до 180 000 кг. Рассчитываем минимальную площадь подошвы фундамента, заглубленного на 1,5…2 м: S=1,2×180000/(1,2×2,5)=72000 см2 или 7,2 м2

Если планируется заглублять фундамент на меньшую глубину, то придется дополнительно рассчитать сопротивление грунта по формуле, представленной здесь.

Что подразумевают под расчетной способностью грунтов?

Данные о несущей способности различных типов грунта для расчета фундамента
Несущую способность грунтов оценивают в комплексном порядке при расчете фундаментов и сооружений. Главная цель такого расчета – это обеспечить прочность, устойчивость грунтов под подошвой фундамента, не допустить сдвиг здания по подошве в любую сторону.

Нарушение правильного состояния здания может привести не только к накоплению осадок, но впоследствии к нарушению конструкции самого основания. На фундамент также влияют вертикальные, горизонтальные нагрузки со стороны почвы и самого здания, поэтому грунт может просто не справиться с такой массой. Именно по этой причине особое внимание уделяют расчетам несущей способности оснований фундаментов, чтобы максимально определить допустимую зону нагрузки и защитить грунт от полного разрушения.

Пример расчета

Вычисления включают в себя следующие шаги:

• подбор геометрических параметров;
• расчет бетона на фундамент;
• и расчет армирования ленточного фундамента.

Пример расчета геометрии

Для расчета фундамента возьмем двухэтажный кирпичный дом с наружной стеной 510 мм, суммарная высота наружной стены —4,5 м. Внутренних стен нет. Он расположен в г.Москва, грунт на участке — среднезернистый песок (R = 5 кг/см2). Перекрытия (2 шт., над подвалом и над первым этажом) из плит ПК, перегородки гипсокартонные высотой 2,7 м и общей протяженностью 20 м. Высота этажа — 3 м, размеры в плане — 6х6 м. Вода на участке залегает низко, поэтому принято решение строить заглубленный фундамент высотой 2 м. Крыша четырехскатная с покрытием из металла. Наклон ската — 30°.

Пример расчета начинается со сбора нагрузок в форме таблицы.

В = Р/(L*R) = 349989кг/ (36000см*5кг/см2) = 1,94м. Конструкция рассчитана.

Рассчитанный размер ширины округляем до 2 м. Для ширины по всей высоте это много, достаточно будет 50 см под стены 51 см. Свес 1 см допускается (максимальный составляет 4 см в одну сторону). Ширина подошвы больше той, которая использована в расчете, но по всей высоте размер меньше первоначального. По этой причине нет необходимости переделывать вычисления с новой массой подземной конструкции.

Подсчет бетона

Перед покупкой смеси должна быть вычислена ее необходимая кубатура. Для этого потребуется просто найти объем ленты. К количеству бетона для ленточного фундамента рекомендуется прибавить запас в 5—7%.

Армирование

Арматура для ленточного фундамента нужна, чтобы скомпенсировать изгибающие воздействия. Какую арматуру использовать правильно для армирования? Здесь все зависит от высоты подземной части и ее длины. Чтобы понять, какая арматура нужна в качестве рабочей, делают простые вычисления. Расчет количества арматуры выполняется так, чтобы ее суммарное сечение составляло 0,1% от сечения бетонной конструкции. При этом есть минимальные конструктивные требования:

• Какая арматура нужна для конструкции с длиной стороны менее 3 м? Ответом будет сечение 10 мм.
• При длине стороны более 3 м потребуется 12-ти миллиметровая арматура для фундамента.

Армирование фундамента компенсирует изгибающие воздействия
Расчет выполняют приблизительно. Рассчитать арматуру более точно сможет только профессионал. Шаг рабочих прутов подбирают так, чтобы они были распределены равномерно. Желательно использовать одинаковый шаг, располагая элементы в нижней части ленты, наверху и посередине.

Дальше требуется рассчитать количество для хомутов. Они соединяют рабочие детали каркаса между собой. Раскладка арматуры в ленточном фундаменте предполагает наличие вертикальных и горизонтальных хомутов. Их изготавливают из стержней диаметром 8 мм. Шаг назначают в пределах 20—30 см. В углах шаг уменьшают в два раза.

Вычисление количества арматуры для ленточного фундамента помогает сэкономить время и деньги. Зная точное количество арматуры для каждого диаметра и ее шаг можно легко выполнить усиление ленты и закупить материалы.

На нашем сайте вы можете воспользоваться простым онлайн-калькулятором для расчета ленточного фундамента.

Какие факторы влияют на состояние грунта и основания?

Таблица с указанием допустимой нагрузки на грунт для расчета несущей способности основания
На несущую способность влияет огромное количество различных факторов, среди которых стоит отметить:

• вид и характер нагрузок − вертикальная, наклонная, горизонтальная или, непосредственно, нагрузка под подошвой;
• распределение центра тяжести площади фундамента относительно эксцентричной нагрузки;
• размеры, характеристики, габариты и материал выполнения подошвы;
• структура грунта;
• форма подошвы;
• глубина погружения основания в грунт, а также наличие под подошвой мягких осадочных пород с малой сопротивляемостью;
• насколько ровно расположена подошва относительно горизонтали;
• степень однородности почвы;
• наличие внешних факторов, которые могут нанести вред подошве, такие как вибрация, сейсмические сдвиги, сезонный подъем грунтовых вод.

Все расчеты несущей способности оснований нужно делать по СНиП 2.02.01-83. Поэтому, обеспеченная несущая способность вычисляется по формуле: F ≤ YcFu/Yn, где:

• F – это равнодействующая сила, она должна быть разнонаправлена к основной нагрузке;
• γс – коэффициент условий работы;
• Fu— это максимальное сопротивление основания всем нагрузкам;
• γn— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается равным 1,2; 1,15; 1,10 для сооружений I, II и III классов соответственно.

Когда нужно делать расчет оснований на несущую способность

Чертеж расчета фундамента по несущей способности

1. Если на существующее или новое основание воздействуют значительные горизонтальные нагрузки, особенно от строящихся по соседству домов или регулярные вибрации от автомагистралей, промышленных предприятий.
2. Сооружение было построено на уклоне или откос образовался со временем, обнажив внешнюю часть основания.
3. Если подошва фундамента установлена на влагонасыщенных почвах.
4. Когда на основание может воздействовать выталкивающая сила различного происхождения.
5. Если нужно проверить устойчивость естественных и искусственных склонов.

Если на строительной площадке или в фундаменте существующего здания уже появились видимые деформации конструкций, всегда сначала обращают внимание на состояние почвы под подошвой и определяют их состояние. Поэтому, по нормативам существует сразу несколько различных видов деформаций почвы, которые зависят от внутренних и внешних факторов.

Этапы деформаций грунтов в классическом виде

Схема развития деформаций и возможных перемещений грунта при неправильном расчете несущей способности
В современной литературе принято различать три основных фазы деформирования грунтов:

1. Начальная. Это этап уплотнения почвы под влиянием внешних факторов, происходит из-за уменьшения пор между частицами почвы под подошвой. Фаза отличается тем, что сейчас не происходит сдвига фундамента, ведь все касательные нагрузки равноценные и компенсируются нагрузкой. Но нагрузка всегда возникает спонтанно, она распределяется неравномерно. В результате, в одной точке деформация может быть незначительной, а в другой – сильной. Как итог – происходят сдвиги основания.
2. Вторая стадия – фаза сдвига подошвы основания. По мере увеличения нагрузок грунт сжимается все сильнее, захватывает новые районы, происходит значительный сдвиг подошвы в сторону большей нагрузки. Нарушается стандартное равновесие, под подошвой образуется плотный шар почвы, а по сторонам – пустое пространство. Материал фундамента стремится занять освободившееся место за счет естественных сил тяготения, поэтому возникают трещины и разрывы в основании, а затем в несущих стенах дома.
3. Третья фаза – это разрушение подошвы. Тут уже материал подошвы выпирает плотный шар грунта и сразу деформируется.

Такая ситуация возникает с теми фундаментами, которые заложены выше граничной глубины промерзания почвы или сверху над горизонтами грунтовых вод. Немного иная картина происходит с глубоко заложенными основаниями. В таких случаях под подошвой также образуется плотный слой грунта, но его не выпирает на поверхность из-за большой площади перекрытия подошвы. Поэтому такой фундамент обладает лучшими несущими способностями, чем мелкозаглубленный.

Если начинается процесс деформации грунтов, то его порой остановить уже нет возможности. Единственный выход, это устраивать специальные защитные конструкции, способные нивелировать нагрузки или по максимуму снизить их воздействие.

Особенности расчёта нагрузки на МЗГФ

Свои особенности в расчётах имеет основание мелкого заложения. Необходимо правильно определить, какие нагрузки выдерживает данное основание. Расчёт мелкозаглубленного ленточного фундамента основано на определённых правилах:

• определять глубину заложения необходимо основываясь на степени влияния геологических факторов, то есть глубиной промерзания почвы и образованием грунтовых вод;
• над поверхностью земли максимально допустимая высота ленты составляет 4 ширины, но при этом не превышает уровень заглубления основания;
• правильно посчитать ширину подошвы. Для этого применяют формулу D=g/R. D – ширина подошвы, g – сбор нагрузок на ленточный фундамент, R – сопротивление грунта, показатели которого для каждого типа грунта отличаются.
• далее приступаем к расчёту толщины подушки под мелкозаглублённый фундамент. На данный показатель оказывает влияния степень прочности почвы. Формула для расчёта t=2,5*D*(1-1,2*R*D/g). Для нестабильных и проблемных грунтов лучше применять такую формулу t=(A-C*D*g)/(1-0,4*C*W*(g/D)). A, C, W – коэффициенты, которые можно определить по таблицам, приведённым ниже.

В следующей таблице дано значение коэффициента W. В числителе указано значение для мелкозаглублённого фундамента 30 см, в знаменателе – для оснований не заглублённых.

Влияние размеров фундамента на несущую способность основания

Графическое изображение зависимости осадки основания фундамента от несущей нагрузки
Некоторые строители вынуждены для одного сооружения использовать сразу несколько различных видов фундаментов. Причем расчеты нужно делать для каждой подошвы индивидуально. Также возможно применение оснований с длиной, значительно превышающих их ширину.

Графики указывают, что с увеличением ширины фундамента увеличивается объем грунта, способного привести к разрушению подошвы. Поэтому при абсолютно одинаковых условиях и составу грунта, узкие фундаменты менее склонны к деформации, чем широкие.

Также несущая способность оснований зависит от их формы и используемых строительных материалов. Если два фундамента имеют абсолютно одинаковые размеры, одинаково заглублены в грунт, но один имеет длину и ширину практически одинаковую, а другой – более длинный, тогда первая конструкция будет создавать большую нагрузку на грунт, чем другая.

Причина кроется в особенностях подошвы. Для деформации и сдвига квадратного или круглого фундамента нужно затратить больше энергии, чем для ленточного длинного. Также необходимо учесть, что на песчаное основание размеры и форма фундамента влияет больше, чем на глинистые грунты.

Осадка фундамента

Вы здесь: Реконструкция деревянного дома =>Основания и фундаменты =>Пример расчета основания =>Осадка фундамента

Пример расчета

Ниже, в качестве примера, приведен расчет осадки основания фундамента реконструируемого деревянного дома. (см. описание фундамента и грунтовые условия на площадке строительства см. столбчатый фундамент на песчаной подушке).

Решение

Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. п. 5.6.31) определяют методом послойного суммирования по формуле (5.16 )

s = β∑ni=1 (σzp,I — σγ,i)hi / Ei + β∑ni=1 σzγ,Ihi / Eв,i (5.16)

1. Определяем среднее давления под подошвой
   при основном сочетании нагрузок для расчета основания фундамента реконструируемого деревянного здания по деформациям р = 88,26 кН
2. Принимаем при ширине фундамента при b = 0,2 м высоту элементарного слоя грунта hi = hi,min / 2 = 0,04 м., учитывая, что согласно величина h, входящая в форумулу (5.16) должна быть не более 0,4 ширины фундамент: hi,min ≤ 0,4b = 0,4 × 0,2 = 0,08 м.
3. Определяем средневзвешенный удельный вес грунта γ’ слоев I и II, лежащих выше подошвы фудамента
   γ’ =(γ’1h1 +γ’2h2)/(h1+h2) = (12,0×0,2 + 18,4×0,4) / (0,2×0,4) = 1,63 кН / м3
   • где γ’1 и h1 — соотвственно удельный вес и толщина слоя I; γ’1 и h1 — соотвственно удельный вес и толщина слоя II;
4. По формуле (5.18) находим природное напряжение на уровне подошвы фундамента:
   σzg,0 = γ’d = 18,4 кН/м3 × 0,6 м = 11,6 кПа.
5. Интерполируя, определяем коэффициенты αi для прямоугольных фундаментов с соотношением сторон η = l/b = 0,4/0.2 = 2, α- коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 СП 22.13330.2011, в зависимости от относительной глубины ξ, равной 2z/b;

По формуле (5.8) определяем величены напряжений σzg,i в элементарных слоях от собсвенного веса вышележажих слоев грунта и от внешней нагрузки σzp,i на глубине z. Нижняя границы сжимаемой толщи основания Hс определяется графическим способом как ордината точка пересечения кривой σzp с прямой 0,5σzg. Для упрощения расчета пренебрегаем снижением напряжений от собсвенного веса вынутого в котловане грунта. Результаты расчета приведены в нижеледующей таблице.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания Hc = 0,35 м. Средняя осадка фундамента s = 0,10 см и относительная разность осадок Δs/Lu = 0,10/170 = 0,0006 не превышает предельных деформаций основания фундаментов здания с деревянными конструкциями на столбчатых фундаментах. Согласно п.6.8.10 при заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов (малозаглубленные фундаменты) необходимо производить расчет деформаций морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения.