РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА.

легко о сложном.

Для того, чтобы возвести фундамент для дома необходимо провести анализ большого количества параметров, выбрать его вид и расчитать размеры, которые будут обеспечивать надежность всей конструкции дома. В данной статье мы рассмотрим упрщенный расчет на примере ленточного фундамента.  Расчет не претендует на 100% достоверность, но позволяет понять основные принципы как рассчитать фундамент для дома. Статья покажет как рассчитать кубатуру (объем) фундамента, произвести расчет нагрузки на фундамент и определить геометрические размеры фундамента.

Определение веса конструкций дома

1.1. Расчет веса конструкции дома

Итак, для того чтобы рассчитать нагрузку на фундамент, определяем основные элементы, которые дают нагрузку. Так для среднестатистического дома это будут:

   - Фундамент

   - Цоколь и его отделка;

   - Полы, в том числе цокольное перекрытие;

   - Стены;

   - Внутренние перегородки;

   - Отделка стен (внутренняя и наружная) и перегородок;

   - Окна;

   - Двери;

   - Потолочное перекрытие и отделка потолка;

   - Стропильные конструкции крыши;

   - Материал покрытия крыши;

   - Лестницы;

   - Металлические крепежные изделия (гвозди, скобы, металлические стяжки и т.п.);

   - Тепло и гидроизоляция.

Чтобы определить объем этих элементов без графических работ не обойтись. Обладая элементарными познаниями в черчении, не трудно будет выполнить эскизы (справка: эскиз это чертеж, выполненный от руки) всех элементов конструкции дома участвующих в расчете. Элементы должны быть прорисованы не обязательно с точностью до миллиметра, а максимально приближенно к будущей реальной конструкции. По этим эскизам определяем объем конструкции. Для прямоугольных форм конструкций, характерных для строительства, определив геометрические размеры Д (длина), В (высота), Ш (ширина) и перемножив их, получаем объем V (объем). Если конструкция сложной прямоугольной формы, ее необходимо разбить на простые геометрические фигуры. Размерность элементов можно брать в сантиметрах или метрах, получая объем в см3 или м3.

Удельный вес Y (кг/м3) основных строительных материалов приведен в приложении 1 СНиП II-3-79. Однако, в бурно развивающейся строительной отрасли появляются все новые материалы. Их удельный вес можно легко найти в интернете, проведя поиск физических характеристик конкретных строительных материалов.

Теперь, зная объем и материал всех этих элементов, определяем их вес, умножая объем V м3 конструкций на удельный вес материалов Y кг/м3, из которых они изготавливаются, получаем вес конструкции Р в килограммах, который можно перевести в тонны (1т=1000 кг).

Применяя стандартные строительные элементы, при строительстве дома, например плиты перекрытий, фундаментные блоки, различные балки, теплоизоляционные маты, гидроизоляционные покрытия, листовые ДВП, стальной профнастил и т.д., мы, по нормативным документам, можем сразу определить их вес в зависимости от размера и количества, что упрощает расчет.

Поскольку размеры фундамента являются искомой величиной, задаем их приближенно (1-е приближение) исходя из планируемой конструкции (монолитный, сборный фундамент), материалов из которых он будет изготавливаться (бетон, бутобетон, кирпич и т. д.), величины его заглубления в зависимости от категории грунта, глубины его промерзания, уровня грунтовых вод. Для этого наличие схемы и эскиза фундамента является обязательным требованием.

Расчет глубины фундамента производится по таблице (рекомендуемые значения):

*На условно непучинистых (крупнообломочных с пылевато-глинистым заполнением, мелких и пылеватых песках и всех видах глинистых грунтов твердой консистенции) при нормальной глубине промерзания до 1 м - не менее 0,5 м, до 1,5 - не менее 0,75 м, от 1,5 до 2,5 м - не менее 1 м;

Толщина фундаментов зависит от категории грунта и, как правило, принимаются не менее 350 мм.

Рекомендуемые пропорции фундаментов в зависимости от расстояния между поперечными стенами (мм) приведены в таблице:

Руководствуясь объективными данными (проектом дома, рекомендуемой минимальной шириной фундамента и т.п.) и рекомендациями по устройству фундаментов определяем (в метрах) его геометрические размеры: длину Д, высоту В, ширину Ш. Перемножив эти величины, мы производим расчет объема фундамента ДхВхШ=V (объем в м3). Для определения веса фундамента его объем V умножаем на удельный вес Y и получаем вес Р в килограммах (переводим их в тонны).

Необходимо отметить, что основным параметром для дальнейших расчетов фундамента будет являться ширина его подошвенной части, т.к. от нее зависит удельное давление на грунт). Исходя из этого, мы будем оценивать достаточность площади (м2) подошвенной части фундамента (Д х Ш) для работоспособного фундамента. Здесь Ш является переменной функцией, которую мы и будем подбирать по расчетам.

1.2. Определение снеговой нагрузки дома

Умножив площадь крыши на характеристические значениям веса снегового покрова, получим снеговую нагрузку на дом. Эта величина зависит от районов строительства. Для России определена в СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия”.  Карты районирования территорий России по снеговой нагрузке приведены в официальных источниках.

В зависимости от угла наклона одно и двухскатной крыши, применяется поправочный коэффициент μ. Умножая на этот коэффициент величины 80-180 кг/м2, уточняем снеговую нагрузку:

Поправочный коэффициент μв зависимости от угла (а) наклона одно и двухскатной крыши.

μ =1 при а≤25º, μ = 0 при а>60º. При промежуточных значениях а, коэффициент μ экстраполируется.

1.3. Расчет полезной нагрузки дома

Нагрузка от мебели, печки, бытовых и хозяйственных аппаратов и оборудования, максимальное количество людей в доме и т. д., т.е. все, что будет находиться в доме. Обычно эта величина (с запасом) принимается равной общей площади дома умноженная на 180 кг/м2.

1.4. Определение удельного давления на подошвенный грунт фундамента

Сложив все полученные величины: вес всех элементов конструкции, снеговую нагрузку, полезную нагрузку, получаем общий вес дома (в тоннах) воздействующий на фундамент. Разделив общий вес дома на общую площадь подошвы фундамента (в метрах квадратных), мы получим удельное давление на грунт под подошвой фундамента от всех нагрузок действующих на дом и обозначается эта величина – Р, т/м2.

Определение размеров фундамента

Различные виды грунтов воспринимают без осадки определенные величины удельных нагрузок Р, т/м2. Этот показатель называется – расчетным сопротивлением грунта и обозначается как R, т/м2.

Основное условие для надежной работы фундамента: величина удельного давления дома на подошвенный грунт (описанная в п.1.3.) должна быть меньше расчетного сопротивления грунта.

Т.е. P < R, (1).

Как определить R? Эта величина регламентирована в нормативной документации в СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия”.

Зная категорию грунта под подошвой фундамента (по геологическим исследованиям, отрывкой контрольных шурфов и т.д.) по таблицам приложения 4, приблизительно определяется величина R.

Например, величины R для грунтов, т/м2:

   Галька (щебень) 60-40;

   Гравий 50-35;

   Песок крупный 60-50;

   Средний 50-40;

   Супеси 30-20;

   Суглинки 30-10;

   Глина 60-10.

Если выполняется требование (1), значит, расчет выполнен правильно. Для создания запаса прочности фундамента, перекрывающего неточности в выборе исходных данных, необходимо чтобы величина R была на 15-20% больше, чем Р.

Корректировка размеров фундамента

Если R равна или меньше Р (с учетом 15-20%), необходимо уточнить размеры фундамента. В первую очередь увеличить площадь его подошвы.

Если R значительно больше, чем на 15 - 20% Р, тогда для экономии средств можно уменьшить размеры фундамента.

Откорректированные размеры фундамента следует проверить расчетным путем, как изложено выше. При этом необходимо учесть, что уменьшение размеров фундамента влечет к уменьшению его веса. Следовательно, в проверочном расчете необходимо закладывать новый вес фундамента.

Как самостоятельно определить тип грунта на участке

Индивидуальные жилые дома имеют сравнительно небольшие размеры и вес, который могут воспринимать все грунты, за исключением илов и торфяников. Поэтому их можно строить без проведения специальных геологических изысканий, самостоятельно обследовав грунт в пределах строительной площадки.

Для этого отрывают пробный колодец - шурф размером 0,8х0,8 и глубиной 2,0-2,5 м. По мере заглубления через 0,5 м берут пробы грунта, маркируют и размещают отдельно друг от друга в какие либо емкости, исключив попадания на них осадков (складируют в помещении, под навесом) и испарения из него влаги (изолируют, например полиэтиленовой пленкой).

Для определения вида грунта собственными силами, можно провести простые тесты:

1. Небольшую порцию грунта обильно смачивают водой, затем из полученной массы, между ладоней рук скатывают жгут (Ø12-15 мм, длиной 10-15 см) и загибают в кольцо. Кольцо из супеси рассыпается на мелкие фрагменты, из суглинка на 2-3 части, из глины - кольцо остается целым;

2. Для определения коэффициента пористости: из тестируемого грунта вырезают кубик размером 10х10х10 см и взвешивают. Полученная величина является объемной массой грунта в естественном состоянии. Затем этот грунт измельчают и уплотняют, удаляя из кубика воздушные поры. Затем измеряют объем полученной массы грунта, т.е. находят объемную массу грунта без пор. Коэффициент пористости (Е) определяется по формулам:

E=1–Y0/Y;

Y0=G/V0;

Y=G /V1

где Y0, Y – объемный вес грунта в естественном и уплотненном состоянии, G-вес единицы объема грунта, V0 и V1 - объем грунта в естественном и уплотненном состоянии. Y–кг/см3, G–кг, V–см3.

При вырезании кубика из грунта он может рассыпаться. Ничего страшного - объем известен и нам нужен только вес. Объем грунта без пор можно определить мерным стаканом или другой мерной емкостью.

Пример: исходные данные - грунт суглинок, V0=1000 см3; G=2,01 кг; Y0= 2,01 кг : 100 см3= 0,0201 кг/см3.

Полученные данные: V1=301 см3. Y=2,01 кг : 301см3=0,0667 кг/см3.

Рассчитываем Е=1-Y0/Y=1–(0,0201 кг/см3 : 0,0667 кг/см3)=-0,3=0,7.

Коэффициент пористости Е=0,7.

3. Показатель текучести определить более сложно, но существуют такие критерии: при нулевой текучести лопата в глину почти не входит, при текучести = 1 глина прилипает к лопате намертво.

Определение других видов грунтов, приведенных в таблицах СНиП, не составляет особого труда. Если возникают сомнения в определении вида грунта, нужно принимать значение расчетного сопротивления грунта сжатию в сторону уменьшения, т.е. перестраховаться и сделать подошву фундамента несколько шире, чем нужно.

При встрече на участке строительства биогенных (торфяников, илов  и пр.) засоленных, набухающих либо просто непонятных грунтов необходимо приостановить строительство и пригласить специалистов.

Грунт считается упругопластическим материалом. Под действием нагрузки, не превышающей определенного значения, он способен сжиматься и расправляться после ее снятия. Расчет фундамента на такую нагрузку называется расчетом по несущей способности грунта.

При увеличении нагрузки происходит необратимое смятие грунта. Расчет в таком случае называется расчетом на деформацию грунта. Его могут выполнить только квалифицированные специалисты, при наличии инженерно-геологических исследований грунтов на участке.

Представленная упрощенная методика расчета фундамента по несущей способности грунта, предназначена для понятия общих принципов работы по конструированию и возведению ленточного фундамента при загородном строительстве. Она позволяет с продемонстрировать насколько важен проект фундамента и показывает должный подход и уровень знаний для расчет казалось бы простой на вид конструкции. И опять же не устаём рекомендовать обращаться к специалистам, это позволит действительно сэкономить