Фундамент представляет собой структуру здания, расположенную ниже уровня планировки. Его основная задача заключается в переносе нагрузок от всего сооружения на грунтовую основу. Воздействие нагрузок может вызывать изменения в структуре грунта, что в свою очередь может привести к деформациям и смещениям, ограниченным нормативными требованиями.
- Глубина заложения фундамента
- Расчёт ленточных фундаментов по формулам
- Расчёт ленточных фундаментов по графику
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.
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.
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.
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:
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.
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:
- Основные — постоянные + длительного действия + кратковременного действия.
- 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.
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:
- Снег.
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.
F — 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 | 1,75-1,85 |
| Пески средней крупности | 3,5 | 2,5 | 33-38 | 1,6-1,9 |
| Пески мелкие: | 30-36 | |||
| — маловлажные | 3,0 | 2,0 | 1,6-1,9 | |
| — насыщенные водой | 2,5 | 1,5 | 1,8-1,9 | |
| Пески пылеватые: | 28-34 | 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 | 1,7-1,95 |
| 0,7 | 2,5 | 2,0 | 1,5-1,85 | ||
| Суглинки | 0,5 | 3,0 | 2,5 | 12-25 | 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 | 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:
- 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:
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
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
| 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
| 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 (полевых и лабораторных) на площадке строительства.
Как правильно рассчитать размеры фундамента?
Расчет размеров фундамента зависит от нескольких факторов, включая тип грунта, размеры здания, вес конструкции и условия эксплуатации здания. Вот некоторые общие шаги, которые могут помочь вам рассчитать размеры фундамента:
-
Определите тип грунта: тип грунта определяет необходимость усиления фундамента. Если грунт плотный и крепкий, то фундамент может быть более легким, чем если грунт мягкий и неустойчивый.
-
Определите размеры здания: размеры здания определяют необходимость создания необходимой опорной площади для конструкции. Чем больше здание, тем шире должен быть фундамент.
-
Определите вес конструкции: вес конструкции должен быть распределен на фундаменте таким образом, чтобы он не был перегружен. Это может потребовать использования дополнительных подпорных элементов или усиления фундамента.
-
Определите условия эксплуатации здания: условия эксплуатации могут потребовать усиления фундамента, например, если здание будет использоваться для промышленных целей или если оно будет расположено в зоне с высокой сейсмической активностью.
-
Рассчитайте необходимую ширину фундамента: ширина фундамента должна быть достаточной, чтобы обеспечить необходимую опорную площадь для конструкции. Обычно ширина фундамента составляет не менее 40-50 см для одноэтажных зданий и не менее 80-100 см для многоэтажных зданий.
-
Рассчитайте необходимую глубину фундамента: глубина фундамента должна быть достаточной, чтобы обеспечить надежную опору и предотвратить деформацию здания под воздействием грунтовых нагрузок. Глубина фундамента определяется типом грунта и должна быть не менее 50-60 см для одноэтажных зданий и не менее 100-150 см для многоэтажных зданий.
Рассчитать размеры фундамента лучше всего с помощью специальных программ или обратиться к профессиональным инженерам-строителям. Они могут оценить все факторы и помочь выбрать наиболее опт
-
Определите необходимую глубину заложения фундамента, учитывая грунтовые и климатические условия региона. Также учтите вес будущей постройки, количество этажей, материал стен и крыши и другие факторы.
-
Рассчитайте площадь будущей постройки и на ее основе определите необходимый размер фундамента. Для этого нужно умножить площадь на коэффициент, который зависит от типа фундамента. Например, для ленточного фундамента коэффициент может быть 0,4-0,5, для свайного фундамента — 1,5-2,5, для монолитного — 1,2-1,5.
-
Разработайте проект фундамента, учитывая выбранный тип, глубину заложения и размеры. Для этого можно обратиться к профессиональному архитектору или инженеру-строителю, которые помогут рассчитать оптимальный вариант.
-
Не забудьте учесть необходимость установки дренажной системы, которая предотвратит залегание воды под фундаментом и сохранит его целостность на протяжении долгого времени.
-
Наконец, для строительства фундамента нужны соответствующие материалы и инструменты. В зависимости от типа фундамента это могут быть: кирпичи, бетонные блоки, железобетонные конструкции, сваи, грунтовые анкеры и т.д. Также понадобятся специальные инструменты, такие как отвес, шнурок-натяжитель, лопата, кирка, мешки для смеси, бетономешалка и т.д.
Следуя этим шагам и обращаясь за помощью к профессионалам, вы сможете правильно рассчитать размеры фундамента и построить его с соблюдением всех требований к качеству и безопасности.
Видео. Ленточный фундамент от А до Я | Плюсы и минусы | Пошаговая инструкция
