Как найти нагрузку на фундамент

Главный вопрос, на который требуется безошибочно ответить, затевая строительство, касается выбора типа фундамента, определения его конструкционных данных, позволяющих воспринимать все предполагаемые нагрузки. Точный ответ на этот вопрос может дать только расчет фундамента по нагрузке, выполненный профессиональным проектировщиком. Для беспроектного строительства, которое активно ведётся в частном секторе, многие сервисы предлагают калькулятор, который сам выполнит математические действия. Чтобы им воспользоваться, нужно иметь перед глазами чертёж дома с размерами, а так же иметь полное представление обо всех конструкциях здания. Главная из них – это, конечно же, фундамент.

Выбор типа фундамента целиком основывается на прочностных характеристиках грунта, рельефе участка и особенностях местного климата, наличия в почве подземных вод. В большинстве случаев, для одного и того же объекта можно применить не какой-то один, а разные типы основания. Обычно проектировщики просчитывают по сметной стоимости несколько вариантов, и осуществляют выбор по экономической целесообразности.

Весь процесс проектирования фундаментов строится на математических расчётах, и только после изучения свойств почвы на отведённом под строительство участке. В наибольшей степени это касается ленточных фундаментов, так как пространственно они самые неустойчивые, и могут не только прогибаться, но и сдвигаться в подошве и даже опрокидываться.

Неблагодарное это дело, голословно советовать, где такой фундамент можно поставить, а где нельзя. Такой выбор, без точной оценки обстановки и расчёта, всё равно что лотерея – а в ней, как известно, везёт немногим.

• Тем не менее, в частном домостроении чаще применяют именно ленточный фундамент, так как порой для его заливки даже не нужно ставить опалубку. При правильном определении ширины, глубины и конфигурации сечения ленты, она обладает отменной несущей способностью, что очень важно для зданий, строящихся из тяжёлых каменных материалов. Ячеистый бетон хоть и не очень тяжёлый, но во избежание трещинообразования, для него важно наличие прочного и статичного основания.
• Фундаментные ленты могут возводиться из сборного бетона и железобетона (блоки ФБС и УДБ) и кладочных материалов (постелистый бутовый камень и полнотелый глиняный кирпич). Но самым надёжным материалом является бетонный монолит – с наполнением из бутового камня или арматурным пространственным каркасом. Наиболее популярен последний вариант, так как бутовый камень далеко не в каждом регионе доступен по цене.

  

  
  Мнение эксперта
  Виталий Кудряшов

  строитель, начинающий автор

  Монолитные фундаментные ленты в возведении более трудоёмки, чем сборные, но под газоблочные дома они подходят лучше, так как обладают наибольшей жёсткостью. Особенно это касается домов с подвалом или цокольным этажом: монолит герметичен и позволяет создать наиболее надёжный гидроизоляционный барьер. Благодаря отсутствию стыков, которые нужно было бы заделывать, такие ленты получаются даже более экономичными.

• При больших нагрузках и нестабильных грунтах, ленточные основания выполняются не просто как прямоугольная стена в грунте, а могут иметь уширение как в подошве, так и в цокольной части. Широкая бетонная подушка в основании нужна для увеличения площади опоры. В цокольной части расширение выполняется для того, чтобы хватило места для опоры стен дома с утеплителем и отделкой, и при этом не пришлось увеличивать ширину ленты по всей высоте.
• Уширение в подошве может придавать сечению ленты форму тавра или трапеции, и оно тоже должно быть точно рассчитанным. Вылет подошвы относительно вертикальных частей ленты делается не больше 200 мм — чтобы не провоцировать возникновение напряжений в результате растяжения.
• При наличии подвала применяется обычно Т-образная форма ленты, горизонтальная часть которой находится под нижней границей пола. Высота опорной пяты составляет порядка 300 мм, расстояние от её подошвы до нижней плоскости пола по грунту заполняется утрамбованным песком.
• Нормальным заложением любого фундамента считается вариант, когда подошва опущена ниже границ промерзания грунта. В России даже в средней полосе отметки УПГ варьируются в пределах 1,1-1,5 м, что во многом зависит ещё и от типа грунта. Лента такой высоты быть экономичной никак не может, потому что объём бетонирования получается большой, да к тому же приходится ещё и думать про черновые полы.
• Такой вариант целесообразен только при строительстве дома с подвалом — без него все стараются строить ленты малого заложения. Сделать это можно, однако тут тоже нужен точный расчет нагрузки дома на фундамент. Под газобетонные стены такой вариант может подойти, но скорее всего, тоже потребует уширения в подошве. Т-образную ленту невозможно залить безопалубочным способом, так как траншею придётся делать не по ширине стенки ленты, а по ширине её нижней опоры.

При закладке фундамента в зоне промерзания, насыпные слои увеличивают по толщине – чтобы заменить слабый слой грунта и нейтрализовать силы морозного пучения. Идеальное средство для борьбы с вертикальными и боковыми силами пучения – это закладка утеплителя под подошвой ленты и под отмосткой. Чтобы понимать, что именно нужно сделать, необходимо обладать информацией, которую и даёт предварительное исследование грунта.

Вариант, который даже в беспроектном строительстве не создаёт проблем – это монолитная плита — хотя естественно, тоже требуется рассчитать нагрузку на фундамент. Сплошной монолит подходит практически для любых грунтов, в том числе слабопрочных, неравномерно сжимаемых и переувлажнённых. Вероятность просадок грунта здесь минимальна, так как плита имеет большую площадь опоры и давит равномерно.

Ещё одним преимуществом является возможность строительства незаглублённого варианта, с закладкой в грунт только слоёв подфундаментного пирога (песчаных подушек, подбетонки, тепло- и гидроизоляции). Объём земляных работ и затраты на опалубку при этом минимальны, а вкупе с отсутствием необходимости формирования пола, повышенный расход бетона и металла на формирование монолита неплохо компенсируется.

Уменьшить толщину — а значит, сэкономить бетон, при формировании фундамента позволяет совмещение плиты с лентой, выполняющей роль рёбер жёсткости. Лента может являться опорой для плиты (когда направлена в грунт и находится снизу), а так же, располагаясь поверх плиты, выполнять функции цоколя. Заложенные в грунт рёбра не только уберегают плиту от возможного сдвига, но и принимают львиную долю нагрузок на себя.

Это позволяет уменьшить горизонтальную часть монолита до 200-250 мм, тогда как строительные нормы предусматривают минимальную толщину плиты 500 мм. Но тут, конечно, тоже всё зависит от конкретных нагрузок. Плита с таким конструктивом идеально работает на изгиб, а при правильно выполненном дренаже (ведь тут воздействуют не только грунтовые воды, но и поверхностные), избавляет дома от многих проблем в регионах с холодным климатом.

Недостатком плит в бесподвальных домах является отсутствие пространства для размещения коммуникаций, так как трубы приходится закладывать в жилом пространстве, под полом. Доступ к участкам трубопроводов, проходящих под самой плитой, для ремонта ограничен, приходится предусматривать запасные линии.

На вечномёрзлых грунтах такие фундаменты не строят, так как:

• Плиту в условиях непостоянного отопления трудно защитить от воздействия сил пучения.
• В мёрзлом состоянии любой грунт прочен, но при оттаивании структурная прочность теряется. Требуются дополнительные опоры в виде свай, а это увеличивает себестоимость фундамента.
• Под плиту придётся закладывать толстый слой утеплителя (не менее 200 мм), а это тоже немаленькая статья расходов.

Проблему с закладкой коммуникаций, а так же с обеспечением жёсткости, которая так нужна газобетонным стенам, помогает решить вариант плиты, рёбра которого «смотрят» вверх. Их высота в среднем составляет 30-40 см, и этого пространства, заполняемого утрамбованным песком, вполне достаточно для прокладки любого трубопровода. Сверху с опорой на цоколь заливается монолитное плитное перекрытие или устанавливаются балки с черновой обшивкой и утеплением – и полы дома надёжно отделены от коммуникаций.

Столбы являются вариантом точечного фундамента. Кроме них к этой категории относят ещё сваи – они похожи по форме, поэтому эти два вида опор часто путают. Разница между ними заключается в размере сечения, которое у столбов больше, и длине, которая у столбов меньше. А ещё, столбы могут возводиться из кладочного материала, тогда как сваи всегда либо штучные забивные, либо монолитные.

Высота столбчатых опор определяется границей промерзания грунта. Их максимальная высота составляет 2,5 м (такие опоры могут исполняться и с малым заглублением 50 см — правда, не для газобетонного дома). Чтобы создать надёжное основание под каменные стены, на поверхности грунта с опорой на столбы устраивается ростверк. Именно эта конструкция воспринимает нагрузки от веса здания и равномерно передаёт её на точечные опоры.

Фактически, ростверк является вариантом наземной фундаментной ленты, и при его устройстве используются те же технологии. Разница только в том, что здесь кольцевая железобетонная балка опирается не на грунт, а на столбы. Поэтому называют такой фундамент столбчато-ростверковым. Он является одним из самых экономичных вариантов, но подходит не для всяких условий строительства.

Например, столбчатые опоры не проектируют на сильно просадочных и подвижных грунтах, на неровном рельефе, когда перепады отметок превышают 2 м. Не подходит данный вид фундамента и для формирования цокольного этажа, а так же для тяжёлых стен из кирпича или бетона с кирпичной облицовкой.

Как и в случае с ленточным фундаментом, уменьшить высоту столбов можно, если в подошвах предусмотреть уширение. Чтобы залить монолитный столб, под него приходится выкапывать шурф такого размера, чтобы в нём поместился и человек, устанавливающий опалубку. А чтобы можно было перемещаться из одной выемки в другую, шурфы соединяют между собой небольшими по ширине траншеями.

Как вариант, сразу копают широкий котлован. В обоих случаях объём земляных работ будет больше, чем при устройстве мелкозаложенной плиты. Да и опалубка имеет довольно сложную конфигурацию, особенно когда в подошве нужно предусмотреть уширения.

По этим причинам столбчатые фундаменты, как таковые, в частном домостроении практически не применяются. Чаще устанавливают опоры, сформированные по буронабивной технологии. В народе именно их называют столбчатым фундаментом, но по факту это не столбы, а сваи.

Главным отличием от столбов является существенная длина свай, позволяющая прорезать негодные для строительства слои грунта, каковой бы ни была их толщина. Соответственно, даже на обводнённой территории или на торфяниках можно глубоко забить сваи, обвязать их ростверком и построить дом или любой другой объект.

Это единственный вид фундамента, который подходит для любых проблемных грунтов: просадочных, набухающих, размокающих, вечномёрзлых. Свайный фундамент не целесообразен только для скальных грунтов — в них сложно вбуриваться, да и нет никакой необходимости, так как грунт обладает отменной прочностью.

Оптимальность такого выбора тоже должна быть подтверждена анализом почвы. Кроме того, нужно учитывать и эти данные:

1. сейсмоактивность региона;
2. конструкцию здания;
3. рельеф местности;
4. наличие близрасположенных зданий и коммуникаций;
5. суммарные нагрузки, воздействующие на фундамент.

Сваи часто комбинируют с фундаментными лентами или плитами, в этом случае они являются армирующими элементами грунта. Это самые дорогие варианты фундаментов, но и условия для строительства бывают совсем не благоприятными.

Основным признаком классификации свай являются способы их установки:

• К забивным сваям относят все варианты сборного железобетона, которые устанавливаются в заранее пробуренную скважину при помощи механизмов – и не только ударных, но и вдавливающих, вибрационных. Такие сваи могут иметь различные формы сечения (не только круг или четырёхугольник, но и трапецию или призму), быть полыми или полнотелыми. По материалу такие сваи могут быть не только железобетонные, но и стальные и даже деревянные.
• К винтовым относят только те сваи, которые имеют как минимум одну лопасть и устанавливаются путём завинчивания в грунт. Изготавливают из железобетона и металла. Второй вариант под газобетонный дом не очень подходит – разве что когда сваи обвязываются железобетонным ростверком. При этом полости свай должны заполняться бетонной или пескоцементной смесью и хорошо герметизироваться привариванием заглушек. Бетонные винтовые сваи в частном домостроении и вовсе редкость.
• Набивными сваями называют опоры, установленные в скважины. Причём, они не бурятся, а образуются в результате принудительного выдавливания грунта. Тут есть несколько технологий, в которых используются механизмы с разным принципом действия (вытесняющего, виброштампующего и т.д.). Главное отличие в том, что бетон укладывается прямо в грунтовую скважину, без обсадки.
• Буровые сваи отличаются от набивных только тем, что укладка бетона производится по предварительно пробуренным скважинам. Способ очень удобно использовать при прохождении водоносных пластов, когда стенки скважины нужно сразу же укреплять (например, в размокающей глине). Для этого может быть использована обсадная труба чуть меньшего диаметра — между её стенками и грунтом заливается раствор бентонитовой глины. Потом труба удаляется, а полость скважины бетонируется. Есть и ещё минимум 5 технологий устройства буровых свай, разница между ними зависит от типа применяемого оборудования.

Не будем расписывать особенности технологий — скажем лишь о тех, что применяются в частном строительстве. В основном, это комбинация набивных и буровых свай, которую называют буронабивным фундаментом. Для его устройства пробуривают скважины и заполняют их бетоном прямо в грунт. Как вариант, если прочностные характеристики почвы слабые или она переувлажнена, может использоваться неудаляемая обсадка из асбоцементных труб.

Наибольшей устойчивостью такие сваи будут обладать при наличии камуфлетной пяты (уширения в подошве), что позволяет и несколько уменьшить глубину заложения. Сделать такое уширение можно с помощью специального приспособления – бура ТИСЭ. У него есть откидной чашеобразный плуг, который надевается на штангу после того, как скважина уже пробурена. Такая технология даёт возможность выполнять уширение основания без разработки котлована или шурфа большого размера, что сводит объём земляных работ до минимума. Высота такой сваи обычно соответствует глубине промерзания, но не может быть меньше 1,5 м.

Сваи должны на 20 см возвышаться над уровнем грунта с тем, чтобы оголовки можно было замонолитить в ростверк. Для этого вокруг скважины устанавливают опалубку из 4-х дощечек, с помощью которой и формируется продолжение сваи. Чтобы упростить себе задачу и обходиться без опалубки, многие просто оставляют выпуски арматуры нужной длины. Избавить от опалубки может и обсадная труба. Это дополнительные затраты и каждый застройщик решает сам, взять их на себя или нет.

В первую очередь выбор типа фундамента попадает в зависимость от конструктива нулевого цикла – а именно, наличия или отсутствия у него подвала. Вариант с подвалом обычно предпочитают жители сельской местности и хозяева дачных участков, ведь помещения под домом избавляют от необходимости строить дополнительно погреба или другие помещения для хранения продуктов питания. Горожане нередко предпочитают цокольный этаж, в котором можно расположить и все технические помещения, а так же оборудовать прачечную, сауну, мини-спортзал — не говоря уже про гараж, под который на маленьких участках, выделяемых под ИЖС, вечно не хватает места.

Отказ от подвала обычно продиктован или его ненадобностью, или наличием противопоказаний, связанных с геологической обстановкой: повышенный УГВ или чрезвычайно плотный грунт, разработка которого слишком дорого обходится. Если таких противопоказаний нет, для формирования в нулевом цикле помещений можно применить только ленточный или плитный фундамент.

В этом случае, лента кроме функций фундамента будет исполнять ещё и роль стен подвального помещения. Что же касается плитного фундамента, то опираемые на него стены являются просто ограждающими конструкциями. Если они монолитные, то совмещаются с рёбрами жёсткости плиты.

Если в бесподвальном доме между плитой фундамента и цокольным перекрытием получается лишь небольшое пространство, используемое для закладки коммуникаций, то когда плита заглублена, образуются полноценные помещения. Однако и в этом случае, как и во всех остальных, нужно учитывать геологическую обстановку.

Грунт исследуется перед началом проектирования. Основной целью это действа является выявление проходящих в почве процессов, которые могут быть опасными для заложенных в неё сооружений (оползни, плывуны, суффозия, размокание). Кроме этого требуется изучить структуру слоёв земли, их механические характеристики, степень влажности и коррозионной активности. Полученные данные помогут выбрать наилучший вариант, устойчивый к имеющимся неблагоприятным факторам, а так же просчитать его экономическую целесообразность.

Отсутствие всестороннего анализа может привести к печальным последствиям – начиная от разрыва трубопроводов на вводе в здание, и заканчивая перекосом или опрокидыванием дома. Для исследования в грунте бурятся скважины и берутся пробы непосредственно в пятне застройки минимум в пяти точках: по углам здания и по центру.

Пробы обычно подвергаются анализу в лаборатории, но могут исследоваться и в полевых условиях. Последний вариант чаще всего используется при необходимости устройства свайного поля, и даёт возможность определить лучший способ погружения опор.

В лабораториях с помощью проб выявляют:

• подгруппу грунта в соответствии с классификацией;
• состав пласта, его физические свойства и механическое состояние;
• однородность по площади застройки и глубине пласта;
• нормируемые характеристики;
• оценивается вероятность изменений характеристик грунта при строительстве и эксплуатации.

Каждый тест проводится трижды, и за итог берётся среднее арифметическое. Исследуются не только рыхлые пробы, но и в виде монолита с ненарушенной плотностью. В лаборатории оценивается их зерновой состав, плотность и прочность, процент влажности. Основной тест выявляет степень деформации грунта при сжатии, и проводиться он может разными способами — с помощью штампа, прессиометра, зонда, стабилометра. Это зависит от типа грунта, ведь нередко приходится изучать не только характер деформации, но и определять консистенцию каждого слоя.

Одним из главных показателей грунта является величина осадки – это разница между исходным положением, и положением после смещения под нагрузкой. Именно от результатов этого теста зависит расчет подошвы фундамента, когда речь идёт о лентах или столбах. Задача проектировщика состоит в том, чтобы назначить такие габариты фундамента, которые позволят ему осаживаться равномерно, так как именно неравномерная осадка является причиной проблем с трещинообразованием.

Даже когда верхний слой грунта при испытаниях показывает одинаковую величину осадки, он будет неодинаково воспринимать разные нагрузки. Поэтому немалое значение при подборе фундамента или комбинации двух конструкций имеет конструктив здания, в котором может быть переменная высота, пристройки и надстройки. Это отличающийся вес – а значит, и неодинаковые нагрузки, которым грунт должен сопротивляться.

СП 22.13330 предлагает таблицы расчётных сопротивлений по разным типам грунта, на основе которых можно выполнить предварительные расчёты. Но точные данные можно получить только с использованием фактических показателей, полученных в процессе изучения грунта. Особо анализируется верхний слой грунта, в котором может накапливаться стекающая с поверхности вода. Чем больше в почве пор, тем больше она может собрать воды – особенно, если под рыхлым слоем идёт водоупор из глины.

Лёд, образующийся при отрицательных температурах, занимает больше места, чем вода. Увеличивая объём, он выталкивает твёрдые прочные частицы земли на поверхность, провоцируя вспучивание грунта — и это происходит по всей толще промёрзшего слоя. Чтобы понимать, где проходят границы слоя, нужно не просто выяснить среднестатистический уровень промерзания почв в данном регионе.

Необходимо определить УПГ в зависимости от вида грунта, ведь не все они одинаково промерзают. В одном и том же городе глина может промерзать на 130 см, а крупнообломочный грунт – на все 190 см. И это ещё один повод сделать анализ грунта перед тем, как приступить к проектированию.

Разобравшись с характеристиками грунта, можно приступать к расчету веса дома. Каждый вид фундамента требует своего подхода, поэтому говорить обо всём и сразу не получится. Рассмотрим, как рассчитать нагрузку на фундамент на примере плитного монолита.

Чтобы определить толщину плиты, нужно рассчитать нагрузку на фундамент. Для этого нужно иметь представление об архитектуре дома – учитываются не только размеры всех конструкций, но и применяемые для их устройства материалы. Возьмём для примера такие условия задачи:

1. дом одноэтажный с мансардой, размер в плане 10*8 м;
2. стены из газобетона толщиной 375 мм (общая площадь составляет 162 м²);
3. внутренние перегородки из гипсокартона, площадь 120 м²;
4. цокольное и мансардное перекрытия деревянные по балкам, площадь 160 м²;
5. кровля из металлочерепицы, с учётом 30-градусного наклона площадь составляет 90 м²;
6. зимняя нагрузка от снега – 170 кг/м².

В строительных нормах есть уже готовые расчётные нагрузки в кг/м² для любой конструкции, в зависимости от материала её изготовления. Чтобы вычислить фактические нагрузки, нужно расчётную цифру умножить на площадь и на коэффициент надёжности (это тоже нормируемое значение).

Вот как будет выглядеть наша таблица расчета с нагрузкой на фундамент:

Определение нормативной нагрузки	Коэффициент надёжности	Определение расчётной нагрузки
Стены: 162 м²*600 кг/м² = 97200 кг	1,1	106920 кг
Перегородки: 120 м²*30 кг/м² = 3600 кг	1,2	4320 кг
Перекрытия: 160 м²*150 кг/м² = 24000 кг	1,1	26400 кг
Крыша: 90 м²*60 кг/м² = 5400 кг	1,1	5940 кг
Полезная нагрузка: 160 м²*150 кг/м² = 24000 кг	1,2	28800 кг
Снеговая нагрузка: 90 м²*170 кг/м² = 15300 кг	1,4	21420 кг
Всего сумма нагрузок:		193800 кг

Так как плита у нас будет со всех сторон выступать на 10 см относительно цоколя, её площадь составит:
10,1*8,1 = 81,81 м² или 818100 см².

Удельная нагрузка на почву от веса дома высчитывается делением суммы нагрузок на площадь плиты:
193800 кг : 818100 см² = 0,24 кг/см².

Если, к примеру, строительство ведётся на суглинках и их несущая способность определена лабораторно, как 0,32 кг/см², нужно произвести вычитание и выявить разницу с полученным нами результатом:
0,32 – 0,24 = 0,08 кг/см². Это та нагрузка, которую восполнит сама плита.

Высчитываем массу монолита, умножив разницу в нагрузках на площадь плиты. Получаем:
М = 0,08 кг/см²*818100 см² = 65448 кг.

Теперь, разделив массу на плотность железобетона и его площадь, определяем толщину плиты:
T = 65448 кг : 2500 кг/м³ : 81,81 м² = 0,32 м.

Толщины плит округляют до ближайших 5 см. При полученном нами значении можно взять как 35 см, так и 30 см. Просчитывая вариант, нужно удостовериться, выдержит ли грунт его вес вместе с домом, для чего производится проверка.

1. 0,3 м *81,81 м² = 25.55 м³ – объём монолита;
2. 25,55 м³*2500 кг/м³ = 61358 кг – вес плиты;
3. 61358 кг + 193800 кг = 255158 кг – суммарные нагрузки от дома вместе с весом фундамента;
4. 255158 кг : 818100 см² = 0,312 кг/см² – фактическое давление на почву;
5. Находим разницу: 0,32 кг/см² (сопротивление суглинков) – 0,312 кг/см² = 0,008 кг/см² – или 2,5%.

Чтобы получать точные данные, нужно пользоваться проектировочной программой, в которую заложены все необходимые нормативные значения. При их использовании вводятся только размеры здания и обозначаются типы её конструкций, на основе которых производится расчёт.

Принцип использования калькулятора для расчета несущей способности фундамента таков. Для сбора нагрузок предлагается заполнить исходные данные в разделах:

1. Стены. Указывается размер в плане, высота и этажность. Калькулятор предлагает план с примерной планировкой с пятью внутренними стенами. Кроме наружных стен (в окошке нужно указать толщину и материал изготовления), следует указать материал перегородок и их толщину. Можно так же убрать некоторые из них, деактивировав соответствующее окошко.
2. Перекрытия. Здесь нужно указать только тип каждого перекрытия – в данном случае, у нас цокольное и мансардное.
3. Крыша. Вводятся данные по количеству скатов, углу наклона, высоте и длине свесов, а так же указывается вид кровельного покрытия.
4. Фундамент. Требуется указать не только тип фундамента, но и его параметры. Нам пришлось ввести толщину плиты, так что калькулятор не даёт готового рецепта для её определения.
5. Отделка. В этом разделе указываются все виды отделки (пол, стены, потолки) внутри дома и на фасаде.
6. Последний этап. В соответствующие окошки потребовалось ввести полезную и снеговую нагрузки, а так же тип грунта. После нажатия кнопки «расчёт», калькулятор выдал нам некий список показателей.

По сути, сервис выполнил только роль калькулятора и суммировал все нагрузки (произвел сбор). Хотя к чему всё это, если вы и так уже знаете требуемую толщину плиты?

Если, пользуясь таким калькулятором, взять приблизительную толщину монолита, можно сделать несколько подобных расчётов. В итогах имеется графа «нагрузка на основание» — сравнивая её с расчётным сопротивлением грунта, можно понять, укладывается ли разница показателей (несущей способности грунта и нагрузок от дома) в нормативный диапазон (об этом было сказано выше).

Укладывается — значит, выбранный вариант толщины плиты обеспечит нормальную работу фундамента и не перегрузит почву (главное – иметь точную информацию о типе грунта). Если разница меньше или больше допустимой, придётся сделать новый расчёт с другой толщиной. Получается «метод тыка», но лучше строить дом на его основе, чем вообще не делать никаких расчётов.

А вот расчёт материалов для фундамента можно сделать и с помощью калькулятора, только другого. Введя габариты плиты (в том числе толщину), вы получите и объём бетона, и расклад по арматуре, и даже количество досок для опалубки. По арматуре, правда, нужно вводить не только диаметр стержней и хомутов, но и размер ячейки. Хотя, зная всё это, посчитать количество несложно и вручную.

Принцип расчёта арматуры для плиты таков:

• Каркас состоит из двух сеток. Стержни диаметром 12 мм, шаг установки 150 мм.
• От длины и ширины плиты минусуется по 0,035 м с каждой стороны на толщину защитной бетонной оболочки: 8,1м – 0,035 м*2 стороны = 8,03 м. Это длина одного стержня по ширине плиты.
• Делим длину стороны каркаса на шаг установки стержней: 8,03 м : 0,15 м = 54 шт. Так как уровней армирования два, получается 108 стержней.
• Аналогично вычисляем стержни, укладываемые по длине плиты: ((10,1 м – 0,07 м): 0,15 м)*2 = 134 стержня.
• Отступ горизонтальных сеток обеспечивается за счёт вертикальных прутов диаметром 8 мм. Принцип расчёта такой же, только снизу толщину бетонной оболочки нужно предусмотреть не меньше 75 мм.

Подсчитав стержни, останется к каждому значению добавить 5% запаса на раскрой, и вы получите вполне точное количество арматуры. Гораздо проще получится расчёт, если для создания каркаса использовать готовые сетки. Что касается бетона, то его объём вычислить сможет даже школьник – путём перемножения площади плиты на её толщину.

Перед строительством дома важно грамотно запроектировать его несущие конструкции. Расчет нагрузки на фундамент позволит обеспечить надежность опор под здание. Его проводят перед подбором фундамента после определения характеристик грунта.

Какие воздействия испытывает фундамент и их определение

Самый главный документ при определении веса конструкций дома — СП «Нагрузки и воздействия». Именно он регламентирует, какие нагрузки приходятся на фундамент и как их определить. По этому документу можно разделить нагрузки на следующие типы:

• постоянные;
• временные.

Временные в свою очередь делятся на длительные и кратковременные. К постоянным относят те, которые не исчезают при эксплуатации дома (вес стен, перегородок, перекрытий, кровли, фундамента). Временные длительные — это масса мебели и оборудования, кратковременные — снег и ветер.

Постоянные нагрузки

Чтобы рассчитать постоянные нагрузки, потребуется знать:

• размеры элементов дома;
• материал, из которого они изготовлены;
• коэффициенты надежности по нагрузке.

Совет! Для начала рекомендуется нарисовать схему дома, на которой будут нанесены габариты здания, размеры его конструкций. Далее можно воспользоваться таблицей, в которой приведены массы для основных материалов и конструкций.

Тип конструкции	Масса
Стены
Из керамического и силикатного полнотелого кирпича толщиной 380 мм (1,5 кирпича)	684 кг/м2
То же толщиной 510 мм (2 кирпича)	918 кг/м2
То же толщиной 640 мм (2,5 кирпича)	1152 кг/м2
То же толщиной 770 мм (3 кирпича)	1386 кг/м2
Из керамического пустотелого кирпича толщиной 380 мм	532 кг/м2
То же 510 мм	714 кг/м2
То же 640 мм	896 кг/м2
То же 770 мм	1078 кг/м2
Из силикатного пустотелого кирпича толщиной 380 мм	608 кг/м2
То же 510 мм	816 кг/м2
То же 640 мм	1024 кг/м2
То же 770 мм	1232 кг/м2
Из бруса (сосна) толщиной 200 мм	104 кг/м2
То же толщиной 300 мм	156 кг/м2
Каркасные с утеплением толщиной 150 мм	50 кг/м2
Перегородки и внутренние стены
Из керамического и силикатного кирпича (полнотелого) толщиной 120 мм	216 кг/м2
То же толщиной 250 мм	450 кг/м2
Из керамического кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм)	168 (350) кг/м2
Из силикатного кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм)	192 (400) кг/м2
Из гипсокартона 80 мм без утеплителя	28 кг/м2
Из гипсокартона 80 мм с утеплителем	34 кг/м2
Перекрытия
Железобетонные сплошные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой 30 мм	625 кг/м2
Железобетонные из пустотных плит 220 мм со стяжкой 30 мм	430 кг/м2
Деревянное по балкам высотой 200 мм с условием укладки утеплителя плотностью не более 100 кг/м3 (при меньших значениях обеспечивается запас по прочности, поскольку самостоятельные расчеты не имеют высокой точности) с укладкой в качестве напольного покрытия паркета, ламината, линолеума или ковролина	160 кг/м2
Кровля
С покрытием из керамической черепицы	120 кг/м2
Из битумной черепицы	70 кг/м2
Из металлической черепицы	60 кг/м2

Также потребуется рассчитать собственную массу фундамента дома. Перед этим нужно определиться с глубиной его заложения. Она зависит от следующих факторов:

• глубина промерзания почвы;
• уровень расположения грунтовых вод;
• наличие подвала.

При залегании на участке крупнообломочных и песчаных грунтов (средний, крупный) можно не углублять подошву дома на величину промерзания. Для глин, суглинков, супесей и других неустойчивых оснований, необходима закладка на глубину промерзания грунта в зимний период. Определить ее можно по формуле в СП «Основания и фундаменты» или по картам в СНиП «Строительная климатология» (этот документ сейчас отменен, но в частном строительстве может быть использован в ознакомительных целях).

При определении залегания подошвы фундамента дома важно контролировать, чтобы она располагалась на расстоянии не менее 50 см от уровня грунтовых вод. Если в здании предусмотрен подвал, то отметка основания принимается на 30-50 см ниже отметки пола помещения.

Определившись с глубиной промерзания, потребуется подобрать ширину фундамента. Для ленточного и столбчатого ее принимают в зависимости от толщины стены здания и нагрузки. Для плитного назначают так, чтобы опорная часть выходила за пределы наружных стен на 10 см. Для свай сечение назначается расчетом, а ростверк подбирается в зависимости от нагрузки и толщины стен. Можно воспользоваться рекомендациями по определению из таблицы ниже.

Тип фундамента	Способ определения массы
Ленточный железобетонный	Умножают ширину ленты на ее высоту и протяженность. Полученный объем нужно перемножить на плотность железобетона — 2500 кг/м3. Рекомендуем: Расчет ленточного фундамента.
Плитный железобетонный	Умножают ширину и длину здания (к каждому размеру прибавляют по 20 см на выступы на границы наружных стен), далее выполняют умножение на толщину и плотность железобетона. Рекомендуем: Расчет плитного фундамента по нагрузке.
Столбчатый железобетонный	Площадь сечения умножают на высоту и плотность железобетона. Полученное значение нужно помножить на количество опор. При этом вычисляют массу ростверка. Если у элементов фундамента имеется уширение, его также необходимо учесть в расчетах объема. Рекомендуем: Расчет столбчатого фундамента.
Свайный буронабивной	То же, что и в предыдущем пункте, но нужно учесть массу ростверка. Если ростверк изготавливается из железобетона, то его объем перемножают на 2500 кг/м3, если из древесины (сосны), то на 520 кг/м3. При изготовлении ростверка из металлопроката потребуется ознакомиться с сортаментом или паспортом на изделия, в которых указывается масса одного погонного метра. Рекомендуем: Расчет буронабивных свай.
Свайный винтовой	Для каждой сваи изготовитель указывает массу. Нужно умножить на количество элементов и прибавить массу ростверка (см. предыдущий пункт). Рекомендуем: Расчет винтовых свай.

На этом расчет нагрузки на фундамент не заканчивается. Для каждой конструкции в массе нужно учесть коэффициент надежности по нагрузке. Его значение для различных материалов приведено в СП «Нагрузки и воздействия». Для металла он будет равен 1,05, для дерева — 1,1, для железобетона и армокаменных конструкций заводского производства — 1,2, для железобетона, который изготавливается непосредственно на стройплощадке — 1,3.

Временные нагрузки

Проще всего здесь разобраться с полезной. Для жилых зданий она равняется 150 кг/м2 (определяется исходя из площади перекрытия). Коэффициент надежности в этом случае будет равен 1,2.

Снеговая зависит от района строительства. Чтобы определить снеговой район потребуется СП «Строительная климатология». Далее по номеру района находят величину нагрузки в СП «Нагрузки и воздействия». Коэффициент надежности равен 1,4. Если уклон кровли более 60 градусов, то снеговую нагрузку не учитывают.

Определение значения для расчета

При расчете фундамента дома потребуется не общая его масса, а та нагрузка, которая приходится на определенный участок. Действия здесь зависят от типа опорной конструкции здания.

Тип фундамента	Действия при расчете
Ленточный	Для расчета ленточного фундамента по несущей способности нужна нагрузка на погонный метр, исходя из нее рассчитывается площадь подошвы для нормальной передачи массы дома на основание, исходя из несущей способности грунта (точное значение несущей способности грунта можно узнать только с помощью геологических изысканий). Полученную в сборе нагрузок массу нужно разделить на длину ленты. При этом учитываются и фундаменты под внутренние несущие стены. Это самый простой способ. Для более подробного вычисления потребуется воспользоваться методом грузовых площадей. Для этого определяют площадь, с которой передается нагрузка на определенный участок. Это трудоемкий вариант, поэтому при строительстве частного дома можно воспользоваться первым, более простым, способом.
Плитный	Потребуется найти массу, приходящуюся на каждый квадратный метр плиты. Найденную нагрузку делят на площадь фундамента.
Столбчатый и свайный	Обычно в частном домостроении заранее задают сечение свай и потом подбирают их количество. Чтобы рассчитать расстояние между опорами с учетом выбранного сечения и несущей способности грунта, нужно найти нагрузку, как в случае с ленточным фундаментом. Делят массу дома на длину несущих стен, под которые будут установлены сваи. Если шаг фундаментов получится слишком большим или маленьким, то сечение опор меняют и выполняют расчет заново.

Пример выполнения вычислений

Удобнее всего сбор нагрузок на фундамент дома делать в табличной форме. Пример рассмотрен для следующих исходных данных:

• дом двухэтажный, высота этажа 3 м с размерами в плане 6 на 6 метров;
• фундамент ленточный железобетонный монолитный шириной 600 мм и высотой 2000 мм;
• стены из кирпича полнотелого толщиной 510 мм;
• перекрытия монолитные железобетонные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой толщиной 30 мм;
• кровля вальмовая (4 ската, значит, наружные стены по всем сторонам дома будут одинаковой высоты) с покрытием из металлической черепицы с уклоном 45 градусов;
• одна внутренняя стена посередине дома из кирпича толщиной 250 мм;
• общая длина гипсокартонных перегородок без утепления толщиной 80 мм 10 метров.
• снеговой район строительства ll, нагрузка 120 кг/м2 кровли.

Далее рассмотрен пример расчета в табличной форме.

Определение нагрузки	Коэффициент надежности	Расчетное значение, тонн
Фундамент 0,6 м * 2 м * (6 м * 4 + 6 м) = 36 м3 — объем фундамента 36 м3*2500 кг/м3 = 90000 кг = 90 тонн	1,3	117
Наружные стены 6 м * 4 шт = 24 м — протяженность стен 24 м * 3 м = 72 м2 -площадь в пределах одного этажа (72 м2 * 2) *918 кг/м2 — 132192 кг = 133 тонны — масса стен двух этажей	1,2	159,6
Внутренние стены 6 м * 2 шт * 3 м = 36 м2 площадь стен на протяжении двух этажей 36 м2 * 450 кг/м2 = 16200 кг = 16,2 тонн — масса	1,2	19,4
Перекрытия 6 м * 6 м = 36 м2 — площадь перекрытий 36 м2*625 кг/м2 = 22500 кг = 22, 5 тонн — масса одного перекрытия 22,5 т * 3 = 67,5 тонн — масса подвального, междуэтажного и чердачного перекрытий	1,2	81
Перегородки 10 м * 2,7 м (здесь берется не высота этажа, а высота помещения) = 27 м2 — площадь 27 м2 * 28 кг/м2 = 756 кг = 0,76 т	1,2	0,9
Кровля (6 м * 6 м)/cos 45ᵒ (угла наклона кровли) = (6 * 6)/0,7 = 51,5 м2 — площадь кровли 51,5 м2 * 60 кг/м2 = 3090 кг — 3,1 тонн — масса	1,2	3,7
Полезная нагрузка 36м2 * 150 кг/м2 * 3 = 16200 кг = 16,2 тонн (площадь перекрытий и их количество взяты из предыдущих расчетов)	1,2	19,4
Снеговая 51,5 м2 * 120 кг/м2 = 6180 кг = 6,18 тонн (площадь кровля взята из предыдущих расчетов)	1,4	8,7

Чтобы понять пример, эту таблицу нужно смотреть совместно с той, в которой приведены массы конструкций.

Далее необходимо сложить все полученные значения. Итого нагрузка для данного примера на фундамент с учетом собственного веса составляет 409,7 тонн. Чтобы найти нагрузку на один погонный метр ленты, необходимо разделить полученное значение на протяженность фундамента (посчитано в первой строке таблицы в скобках): 409,7 тонн /30 м = 13,66 т/м.п. Это значение берут для расчета.

При нахождении массы дома важно выполнять действия внимательно. Лучше всего уделить этому этапу проектирования достаточное количество времени. Если совершить ошибку в этой части расчетов, потом возможно придется переделывать весь расчет по несущей способности, а это дополнительные затраты времени и сил. По завершении сбора нагрузок рекомендуется перепроверить его, для исключения опечаток и неточностей.

Расчёт нагрузки на фундамент

В данной статье мы рассмотрим особенности расчета нагрузки на фундамент дома. Вы узнаете, зачем необходимо осуществлять данные расчеты и как сделать их самостоятельно. Будет детально изучена технология определения несущей способности грунта, вычисления массы здания и силы снеговых и ветровых воздействий, а также продемонстрирована последовательность таких расчетов на практике.

Зачем проводятся расчёты нагрузки на фундамент

Важно: определение нагрузок на фундамент и сопоставление их с несущей способностью грунта лучше всего доверить профессиональным проектировочным организациям, которые выполнят все расчеты согласно строительных норм. В случае, если вы решились сделать это самостоятельно, крайне важно досконально изучить методику проведения данных расчетов.

Общие правила проведения расчёта нагрузки на фундамент

Определяется нагрузка посредством использования переменных и постоянных величин:

• масса здания;
• вес основания;
• снеговые нагрузки на кровлю;
• ветряное давление на здание.

Расчёт нагрузки на ленточный фундамент

Pфл= V × q.

Внимание! Важно, чтобы результат вычислений, выражающийся в удельной нагрузке, был меньше допустимых значений сопротивления почвы. Разница должна составлять порядка 25%, что необходимо для компенсации неточностей.

Расчёты нагрузки в программе «APM Civil Engineering»

Расчёт нагрузки на столбчатый фундамент

Определение нагрузки на фундамент столбчатого типа, осуществляется по одной формуле. Здесь надо учитывать, что воздействие здания будет распределяться между всеми существующими опорами. Требуется умножить площадь сечения столба (Sс) на высоту (H). Результатом вычисления станет получение объёма, который следует перемножить с плотностью материала, используемого для возведения фундамента (q)и общим числом столбиков, заглубляемых в почву.

• Вычисления будут проводиться по следующей формуле: Pфc= Sс× H× q×N.
• Определить суммарное сечение, можно по следующей формуле: Sсо= Sс × N.

Важно! Если при проведении расчётов выясняется, что грунтовое давление превышает допустимые значения, то следует изменить используемые параметры и прибегнуть к расширению опорной площади. Требуется увеличить число опор и сделать их большего диаметра, что поможет получить основание с нужными параметрами.

Расчёт нагрузки на свайный фундамент

Внимание! Требуется подбирать сваи с нужными показателями длины и необходимыми прочностными характеристикам, принимая во внимание геологические характеристики грунта. Так как в процессе эксплуатации свайный фундамент несет те же нагрузки, что и остальные виды фундамента — от массы здания, полезного давления, снежного покрова и ветра.

• Определить вес здания и все сопутствующие нагрузки, просуммировать их и умножить на коэффициент запаса надежности;
• Определить опорную площадь одной сваи по формуле: «r2 * 3.14» (r- радиус сваи, 3,14 — константа), после чего вычислить общую опорную площадь основания, умножив полученную величину на количество свай в фундаменте;
• Рассчитать фактическую нагрузку на 1 см2 грунта: массу здания разделяем на опорную площадь фундамента;
• Полученную нагрузку сопоставить с нормативной допустимой нагрузкой на грунт.

Для примера: дом массой 95 тонн. (с учетом снеговых и ветровых нагрузок) строится на фундаменте из 50 буронабивных свай, общая опорная площадь которых составляет 35325 см2. Грунт на участке представлен твердыми глинистыми породами, которые выдерживают нагрузку в 3 кг/см2.

• Фактическая нагрузка на грунт: 95000/35325 = 2,69 кг/см2.

Важно! Если бы нагрузки были больше допустимых, потребовалось бы увеличить опорную площадь фундамента, увеличив количество свай либо их сечение.

Порядок проведения вычислений и расчётов

Независимо от типа основания, расчёты производятся в следующей последовательности:

• Необходимо выяснить параметры, касающиеся единицы длины опоры, помимо нагрузок от веса самого строения, которые состоят из массы стен, перекрытий и кровли, также определяется эксплуатационное давление, нагрузки от снегового покрова и ветровые нагрузки;
• Расчет массы фундамента. Основание дома также будет оказывать нагрузку на почву, которую необходимо высчитать и добавить к нагрузкам от массы здания. Чтобы сделать это, нужно исходя из габаритов (высоты, ширины и периметра) определить объем основания, и умножить его на объемную плотность бетона (массу одного кубометра).
• Расчет несущих характеристик почвы — для этого нужно определить тип грунта, и в соответствии с нормативными таблицами вычислить допустимую нагрузку на 1 кв.см. почвы.
• Cверка полученных данных с сопротивлением почвы – если возникает необходимость, то осуществляется корректировка площади опоры, например, в случае с ленточным основанием, увеличивается его толщина. При обустройстве свайных или столбчатых оснований необходимо увеличить количество опор в фундаменте либо площадь их сечения;
• Измерение фундамента – определение размеров;
• Вычисление толщины подушки из песка, формируемой непосредственно под подошвой. Уплотняющая подсыпка из песка и гравия необходима для предотвращения усадки почвы под массой здания и для минимизации вертикальных сил пучения. В нормальных условиях ее толщина составляет 20 см (10 см песка и 10 см гравия), однако при строительстве тяжелых домов в пучинистом грунте она может быть увеличена до 50 см.

Собираем показатели грунта

Важно: вышеуказанные показатели грунта вы можете собрать самостоятельно, для этого вам потребуется лишь ручной бур и рулетка.

Рис: Структура грунтов на территории Московской области

• Если почва рыхлая и цилиндр из нее сформировать невозможно (она попросту рассыпается), вы имеете дело с песчаным грунтом;
• Цилиндр скатывается, но при этом он покрыт трещинами и разламывается при сгибающем воздействии, значит грунт на участке представлен супесями;
• Цилиндр плотный, но при сгибании ломается — легкий суглинок;
• Грунт хорошо скатывается, но при сгибании покрывается трещинами — тяжелый суглинок с большим содержанием глины;
• Почва легко скатывается, не трескается и не ломается при сгибании — глинистый грунт.

Важно: определить фактический уровень промерзания почвы в домашних условиях невозможно. Для этого необходимо специализированное оборудование, при этом сам анализ выполняется на протяжении длительного времени наблюдения за конкретным участком.

Рис: Границы промерзания грунтов в разных регионах России

Определяем несущую способность грунта

Тип почвы	Несущая способность (расчетное сопротивление)	Тип почвы	Несущая способность (расчетное сопротивление
Супесь	От 2 до 3 кгс/см2	Щебенистая почва с пылевато-песчаным заполнителем	6 кгс/см2
Плотная глина	От 4 до 3 кгс/см2	Щебенистая почва с заполнителем из глины	От 4 до 4.5 кгс/см2
Среднеплотная глина	От 3 до 5 кгс/см2	Гравийная почва с песчаным заполнителем	5 кгс/см2
Влагонасыщенная глина	От 1 до 2 кгс/см2	Гравийная почва с заполнителем из глины	От 3.6 до 6 кгс/см2
Пластичная глина	От 2 до 3 кгс/см2	Крупный песок	Среднеплотный — 5, высокоплотный — 6 кгс/см2
Суглинок	От 1.9 до 3 кгс/см2	Средний песок	Среднеплотный — 4, высокоплотный — 5 кгс/см2
Насыпной уплотненный грунт (песок, супеси, глина, суглинок, зола)	От 1.5 до 1.9 кгс/см2	Мелкий песок	Среднеплотный — 3, высокоплотный — кгс/см2
Сухая пылеватая почва	Среднеплотная — 2.5, высокоплотная — 3 кгс/см2	Водонасыщенный песок	Среднеплотный  — 2, высокоплотный — 3 кгс/см2
Влажная пылеватая почва	Среднеплотная — 1.5, высокоплотная 2 кгс/см2	Водонасыщенная пылеватая почва	Среднеплотная — 1, высокоплотная — 1.5 кгс/см2

Таблица 1: Расчетное сопротивление разных видов грунтов

Важно! Для последующих расчетов необходимо брать минимальный показатель несущей способности почвы, в таком случае вы обеспечите запас дополнительного сопротивления грунта весу здания

Расчёт нагрузки с учётом площади и региона дома

Таблица 2: Расчетный вес стен

Важно! Определив массу здания вам необходимо добавить к ней полезные нагрузки (вес людей, мебели), которые будет испытывать фундамент в процессе эксплуатации здания. Расчетная величина полезных нагрузок для жилищного строительства на каждый квадратный метр перекрытия составляет 100 кг.

Таблица 5: Нагрузка от снегового покрова на фундамент здания

Осталось лишь рассчитать ветровую нагрузку на здание. Делается это по формуле:

• площадь здания * (N +15*высота здания); где N — расчетная ветровая нагрузка для разных регионов России, которую вы можете увидеть на нижеприведенной карте.

Рис: Карта ветровых нагрузок в разных регионах России

Важно! Определив все постоянные и переменные нагрузки вам необходимо их просуммировать, так вы получите совокупную нагрузку на фундамент здания. Для дальнейших расчетов ее необходимо умножить на коэффициент запаса надежности 1,5.

Наши услуги