Фундамент как сделать и рассчитать самому в нескольких частях. Часть 3.Заключительная⁠⁠

Расчет ленточного фундамента

Ну вот  и настал момент собственно объяснить всю последовательность и процедуру определения требуемой опорной площади фундамента под Ваш дом, так чтобы Вы могли впоследствии определить по этой методике необходимую требуемую опорную площадь фундамента Вашего дома и сделать расчет Вашего фундамента.

Что же это такое требуемая опорная площадь фундамента? Эта площадь опорной части фундамента, которой она соприкасается непосредственно с несущим слоем грунта у его (фундамента) основания и которая является достаточной.

Как я сказал выше, что вес всего дома несет ИМЕННО грунт, на который, в свою очередь, переносит, равномерно распределяя всю нагрузку от «надземной части дома», фундамент. Фундаменты в этом пособии по умолчанию, рассматриваются железобетонные, что современно, технологично  и долговечно. Что касается армирования, то в этом пособии заострения внимания на нем не будет, по причине того, что армирование под фундамент популярно показано в сети интернет и в конце я дам ссылку на СНиП 52-01-2003.

Процедура расчета веса всех конструкций дома и его наполнения и воздействия - называется сбор нагрузок. В настоящее время есть  много  онлайн  калькуляторов расчета веса своего дома, например https://www.stroiysam.ru/kalkulyator_rascheta_vesa_doma_ver_...

Для этого Вам понадобится проект и знание из каких материалов планируется весь дом. Здесь же я приведу простой способ, как узнать вес дома, если Вы знаете материал стен своего дома и его будущие размеры в плане. Подсмотрел я ее у GoodFamilyHouse. Итак, все типы домов, условно разделили на три весовые категории.

Первая категория- это дома с материалом стен из 1,5 кирпича ( 380мм);Керакам; ГБ/ПБ (газо и пенобетонные блоки) + облицовкой из кирпича – это 2400кг/м.кв по площади застройки.

Вторая категория -это дома с материалом стен изГБ/ПБ (газо и пенобетонные блоки) +штукатурка фасада; КИРПИЧ 1(250мм)- это 2000кг/м.кв по площади застройки.

Третья категория-это дома с материалом стен из оцилиндрованного или клееного бруса/бревна; каркасные дома - это 1700 кг/м.кв по площади застройки.

Данные весовые категории применимы для определения веса дома даже при схожих технологиях изготовления стен своего дома. К примеру, если Вы планируете использовать в своем строительстве стены из керамического камня, то в зависимости от того, какая толщина этого камня 510 или 380мм, мы сможем отнести его или к первой или ко второй весовым категориям соответственно.

Тоже самое и с арболитовыми блоками. Но этот способ является примерно- прикидочным и применим для быстрой прикидки веса дома, если использовать его в расчетах, то ошибка по запасу прочности  в большую сторону может составить 4-5%.Что приведет к удорожанию стоимости строительства фундамента на 5-10 процентов. Но тем не менее я им пользуюсь, если требуется посчитать  ориентировочно стоимость строительства фундамента.

Итак, пример расчета нагрузок от дома на грунт:  если у Вас дом одноэтажный 10м на 10м, то площадь застройки составит 100м.кв. Если это дом из газобетона с облицовкой из кирпича, получаем 100*2400кг/м.кв=240000 кг или 240 тонн. В том случае если дом тоже 10 на 10 м, но двухэтажный, то площадь застройки составит 200 м.кв и соответственно нагрузка  от дома  на грунт будет 480 тонн.

В данных весовых категориях учтены и веса от фундаментов в самом тяжелом исполнении- с перекрытием монолитной плитой (1 и 2 категории), а также введен коэффициент  надежности  по нагрузке 1.3, что означает,  что при возникновении потребности добавить веса в дом в виде рояля или бильярда –учтены.

Итак, вес от дома передает собранные нагрузки на грунт и это и есть искомая нагрузка на несущий слой грунта. И если суммарный вес  всей нагрузки от дома меньше, чем может нести грунт, то за стабильность конструкций дома можно не переживать.

Если же несущая способность грунта меньше, чем вес дома, то постепенно дом будет проседать, и. как вследствие, будут возникать трещины в фундаменте и в стенах, так как просадка, как правило, будет не равномерной. В том углу дома, где просадка больше, там и будут косые трещины по стенам и фундаменту.

Все бы ничего, если бы не такое явление у нас в регионе, как морозное пучение грунта, которое добавляет проблем. В чем собственно дело? Поясню предельно коротко.

Наступает  зима и выпадают осадки в виде снега, дождя. В грунте, на котором стоит Ваш дом, а у нас, как Вы помните - это глины,  супеси или суглинки, что относит их к средне и сильно пучинистой категории  грунтов, в порах накапливается влага и с наступлением среднесуточной  постоянной отрицательной температуры – эта влага замерзает и превращается в лед. Еще сильнее этот эффект, если грунтовые воды расположены близко к поверхности земли. Если в Вашем случае верховодка или близко грунтовые воды- то любой фундамент желательно делать на столбах или забивных сваях. Либо делать водопонижение на участке, как написано в книге Яковлева Р.Н. «Универсальный фундамент».

Из уроков физики мы знаем, что лед имеет свойство увеличиваться в объеме и сила давления достигает 200 МПа, что простым языком - кубик льда  объема 10 на 10 см, расширяясь развивает давление на верхней поверхности его в 200 тон!!!

Влага в грунте повсюду и соответственно она превратилась в лед и этот лед, как домкрат начинает приподнимать фундамент вместе с домом. И если фундамент то получит изгиб и ему может ничего и не будет, а вот стенам из кирпича или блока - это точно не понравится.

Дальше я немного напишу про морозное пучение, о нем, конечно, можно тоже целое пособие написать и долго говорить, но упоминание методов ухода или по крайней мере снижение его воздействия на фундамент я должен сказать. И да в расчетах дальше мы его не учитываем, потому что условно меры будут приняты.

Первое -  это заложить фундамент ниже глубины промерзания грунта, тут все просто –  если грунт в основании фундамента находится ниже нормативной глубины промерзания его,(у нас по Самаре и области это 1,54 м), то влага в  порах грунта замерзать не будет и, следовательно, не будет морозного пучения.  Это отлично видно на примере ленточного фундамента,  заложенного основанием ниже глубины промерзания грунта.

Второй способ борьбы с морозным пучением - это предотвращение промерзания грунта под фундаментом. На рисунке показан мелко-заглубленный фундамент с утепленным и цоколем и утепленной отмосткой.

Обычно тепловых потерь дома через полы по грунту достаточно, чтобы предотвратить промерзание грунта под фундаментом. Но все зависит от величины этих самых потерь и от температуры на улице, и при нынешних тарифах на электроэнергию – обогревать улицу накладно. Поэтому этот метод не является самым надежным.

Но является применимым в сочетании с устройством дренажной системы и утеплением отмостки. По стоимости он выходит ничуть не дешевле, чем монолитная лента на глубину промерзания: из-за большего количества мероприятий. Это и замена грунта с пучинистого на непучинистый,и устройство дренажной системы, и утепление дорогостоящим пенополистеролом отмостки и фундамента.

В отдельных случаях, где грунт позволяет, рационально применять именно этот тип фундамента, исключая утепление отмостки или дренаж.

Но не путайте с свайно-ростверковым фундаментом  на коротких(1,5-2м) буронабивных сваях, он вообще регламентируется в применении только для строительства малоэтажных  зданий на непучинистых грунтах. А на практике этот тип фундамента аварийный на пучинистых грунтах и при высоком уровне грунтовых вод зимой сваи от сил касательного морозного пучения “ходят вверх- вниз”, создавая напряжения, в месте соединения с ростверком и провоцируют появления косых трещин фундамента и стен. Короче для образности .Сваи как гвозди в половой доске-начинают гулять и рушат раму ленточного фундамента.

И да да да. Я уже почитал кто я такой и зачем я учился.Спасибо учителя!

Я его(свайно-ростверковый) построил под свою баню, кто читал первую часть этого пособия то , я там написал что я его построил, но не разжевал почему было принято такое решение.ИСПРАВЛЯЮСЬ!

Потому что его можно строить там, где выполнены следующие условия(замена грунта под основанием фундамента с пучинистого растительного на непучинистый, например, песок речной средней и большой крупности -"подушка" от 300мм , cтроить коробку в один сезон под кровлю для равномерной усадки здания в зиму, отмостка сразу же в круг в тот же сезон для отвода влаги от основания фундамента и самое главное это отсутствие высокого уровня грунтовых вод пожизненно )

Фух

ПРИМЕР

Возьмем в расчет дом 9 на 8 м двухэтажный со стенами из бруса 150мм

Первое что нужно определить - это вес дома  c  учетом веса фундамента,  характеристики фундамента принимаем условно, так сказать на ощупь или еще говорят конструктивно, потому что подойдет этот тип фундамента нам или нет, до окончания расчетаневозможно сказать.

Минимальную ширину фундамента подбирают по толщине стены. Если стена наружная 400мм, то и фундамент примем 400мм.

Вес дома можно посчитать из расчета, который я привел выше, либо можно использовать строительный калькулятор https://www.stroiysam.ru/kalkulyator_rascheta_vesa_doma_ver_...

Но в этом пособии я на примере ниже  покажу, как должна выглядеть процедура по сбору нагрузок дома и из чего они состоят и на какие категории делятся. На примере двухэтажного дома из бруса.

Начнем с веса фундамента

Как посчитать вес фундамента? Нам для этого нужен будет план фундамента (вид сверху). Предположим, что фундамент будет монолитным ленточным с основанием ниже глубины промерзания. Общая длина всех фундаментных лент толщиной 400мм составит:

L=8200+8200+8800++8800=34000мм= 34 м.погонных

Длина ленты толщиной 300мм

L= 8800=8,8 м. погонных

Глубина заложения фундамента H= 1,6 метра.

Как определить глубину заложения фундамента? Из главы выше мы разобрали, какие типы грунтов бывают и как определить их самостоятельно несколькими методами.

Для  примера скажу, что в Самаре - это в основном глины и суглинки. Далее по таблице ниже я ищу свой город и для глин и суглинков в Самаре – нормативная глубина промерзания составит 1,54 м. Соответственно глубину заложения фундамента мы возьмем 1, 6 метра, что ниже глубины промерзания грунта и нам подходит.

Для определения глубины заложения Вашего фундамента нужно  смотреть таблицу ниже, если Вашего региона в этой таблице нет, то стоит обратиться к СНиП 2.02.01-83*, там указаны все регионы России:

Теперь, зная длину, ширину и глубину мы можем вычислить объем фундаментной ленты.

V 1 =34*0,4*1,6=21,76 м.куб (Объем стен фундамента толщиной 400мм)

V2=8,8*0,3*1,6=4,224 м.куб(объем стен фундамента толщиной 300мм)

Общий объем V= 21,76+4,224=25,984 м.куб

Объемный вес монолитного железобетона составляет 2500 кг/м.куб с армированием.

Итак, вычислим вес самого фундамента N= 25,984*2500=64 960 кг или 64,96 тонны.

Коэффициент надежности по нагрузке для возводимых конструкций – составит  1.3  то есть:

N= 64,96*1,3=84, 448 тонн

С фундаментом разобрались. Именно таким же способом считаются нагрузки от всех конструкций в доме, так как они представляют форму объемного параллелепипеда (имеют свой объем и удельный вес по типу материала) - это стены, перекрытия, кровля. И  затем это все сводится в такую таблицу, которая называется сбор нагрузок.

Это таблица состоит из: постоянных нагрузок к ним относятся те нагрузки, которые не изменяются с течением времени – это фундамент, стены, перекрытия, перегородки и так далее, то есть конструктивные элементы дома и временных.

Временная нагрузка – это нагрузка, которая может изменять свое значение со временем. В нее входит полезная нагрузка-это нагрузка от внутренней мебели, людей, предметов и так далее. И снеговая нагрузка – это нагрузка от снега, ее величина берется  из  СП20.13330.2016* . В РФ 8 снеговых районов и снеговая нагрузка в них разная. Карта зон указана в СП20.13330.2016.

В Самарской области 4-й снеговой район и следовательно нагрузка от снега составит  200 кг/м.кв по СП20.13330.2016 *. Также к временным нагрузкам относится ветровая нагрузка, но в данном расчете мы ее учитывать не будем, так здание не выше 3-х этажей.

Итогом сбора нагрузок является сумма всех  расчетных нагрузок постоянных и временных с учетом коэффициента надежности. В нашем случае это 197,07 тонны.

Теперь нам необходимо определить расчетное сопротивление грунта под подошвой нашего фундамента R. Это величину мы будем  именно рассчитывать, используя, так называемую эталонную величину Ro значения, c которой мы познакомились  в прошлой главе, где определяли типы грунта различными методами самостоятельно.

Приведу эту таблицу для наглядности еще раз

Мы условно приняли, что наш  расчетный грунт суглинок, но в таблице их три. И какой выбрать?

Их различия заключаются в разном коэффициенте пористости e, это величина показывающая соотношение количество пор (пустот) в грунте  по отношению к твердым его частицам. Поэтому, чем больше коэффициент пористости, тем более рыхлый грунт и тем меньше его расчетное сопротивление Ro.

И еще добавлю, что этот коэффициент мы можем определить только лишь ориентировочно, для точного определения необходимы лабораторные исследования образцов грунта. Но есть способ его определения по глубине заложения Вашего фундамента, об этом ниже.

За счет чего же изменяется коэффициент пористости? Итак, с наступлением холодного времени суток в верхних слоях грунта влага, как мы знаем, замерзает и частички влаги в порах грунта увеличиваются в объеме, и тем самым увеличивая сами поры, и образуется единая ледяная толща грунта (плита). Она в свою очередь давит на нижние слои  грунта и тем самым  уплотняет его.  Но с наступлением оттепели, лед снова превращается в воду и она уходит в нижние слои грунта, а в верхних слоях образуются поры или пустоты, что в свою очередь сильно влияет на расчетное сопротивление грунта Ro.

То есть мы берем значения суглинка с минимальным коэффициентом пористости из-за того, что мы рассчитываем наш фундамент на глубине чуть ниже нормативной глубины промерзания.

Так глубину заложения фундамента мы определили ниже глубины промерзания и поэтому берем значение с минимальным коэффициентом пористости 0,5.

Теперь мы должны узнать сухой у нас грунт или влажный? Допустим в результате нашей самостоятельной геологии наш суглинок оказался влажным, следовательно для суглинка с коэффициентом пористости 0,5  по таблице расчетное сопротивление составит 2, 5 кг/см2.

Перед началом этой главы я уже знакомил Вас с основными терминами, поэтому я думаю у Вас не вызовет сложностей тот, расчет, что пойдет ниже.

Далее нам необходимо получить расчетное сопротивление грунта R для фундамента с нашими  параметрами. Оно вычисляется по двум формулам.

Если глубина заложения нашего фундамента менее 2м то, по формуле:

R=R0*(1+k1*(b-100/100)*((d+200)/(2*200)

Если глубина заложения больше 2 м то, по формуле:

R=R0*(1+k1*(b-100/100)+(k2*yll*(d-200)

Где:

-коэффициент k1 равен 0, 125 для оснований из крупнообломочных грунтов и песчаных грунтов, кроме пылеватых песков; 0,05 для пылеватых песков, супесей, суглинков  и глин

-коэффициент k2 равен 0,25 для оснований из крупнообломочных грунтов и c грунтов, 0,2 для супесей и суглинков, 0,15 из глин

Уll- удельный вес грунта, расположенный выше подошвы фундамента, равный:

-песок 0, 00266 кг/см.куб

-супесь 0,00277 кг/см.куб

-суглинок 0,00271 кг/см.куб

-глина 0,00274 кг/см.куб

b -ширина фундамента, см

d - глубина заложения фундамента, см.

Пример№1

В нашем случае глубина заложения фундамента 1, 6 метра, поэтому будем считать по первой формуле:

Перед тем, как будем считать, у нас толщина фундамента получается переменная 400мм и 300мм, поэтому находим среднее арифметическое  значение ширины фундамента – складываем (400мм+300мм)/2=350мм.

R=R0*(1+k1(b-100/100)*((d+200)/(2*200)=2,5*(1+0,05(350-00/100)*((160+200)/(2*200)=2,531кг/см2.

Теперь нам необходимо приступить к расчету опорной площади фундамента.

Итак мы выяснили, что в основании фундамента находится влажный суглинок с расчетным сопротивлением 2,531 кг/см2.

Глубина промерзания 1,54м.

Глубина заложения фундамента 1,6 м.

Тип фундамента ленточный толщина переменная. По средне - арифметическому 350мм.

Расчетная нагрузка с учетом коэффициента запаса составит 197,07 тонны или 197 070 кг.

Рассчитаем опорную площадь нашего фундамента фактически. Для этого длину всех наших лент умножим на ширину.

S1 =34*0,4*= 13,6м.кв

S2=8,8*0,3*=2,64 м.кв

S=S1+S2=13,6+2,64=16,24м.кв

S=16,24 м.кв переводим в квадратные сантиметры для точности расчета 162 400см 2

Остается  понять - какое давление оказывает вес дома на грунт?

Для этого поделим вес от дома 197 010 кг на площадь фундаментных лент 162 400 см2.

Итак: 197 070кг/162400 см2=1,213 кг/см2

Для того, чтобы понять выдержит ли грунт нагрузку от дома нам нужно сравнить:

Расчетное  сопротивление грунта R с давлением от веса дома на грунт.

Итак: 2,531кг/см2>1,213кг/см2

В нашем случае все получилось и расчетное сопротивление грунта больше, чем нагрузка от дома.

Это означает, что фундамент будет стабилен и расчет может быть окончен.

Пример №2

Но, а что делать, если это условие не выполняется? Я приведу пример такому случаю. В примере будет тот же дом 9 на 8 м двухэтажный, только теперь он будет из кирпича (толщина 380мм) с утеплением 50мм и плюс с облицовкой из  облицовочного кирпича, с перекрытиями из плит железобетонных, то есть достаточно тяжелый дом.

В результате сбора нагрузок  постоянных и временных получилась величина 567,04 тонны.

Грунтовые условия те же – суглинок влажный на нормативной глубине промерзания с расчетным сопротивлением Ro 2,5 кг/см 2.

Глубина заложения 1,6м.

Тип фундамента тот же ленточный на глубину ниже нормативной глубины промерзания.

Толщина фундамента принята конструктивно по толщине стены (кирпич керамический) 380мм+(утеплитель)50мм+(воздушный зазор)20+120(облицовочный кирпич)=570мм, где значение в 20мм это воздушный зазор между утеплителем и облицовочным кирпичом.

Примем все стены фундамента такой толщиной. Длину всех лент берем из примера выше.

Итак, считаем расчетное сопротивление R по формуле с глубиной заложения фундамента менее 2 м.

Получаем

R=R0*(1+k1*(b-100/100)*((d+200)/(2*200)=2,5*(1+0,05*(570-100/100)*((160+200)/(2*200)=2,778 кг/см2.

Теперь считаем опорную площадь фундамента, используя длину фундаментных лент из примера выше.

S1=34*0,57  =19,38 м.кв

S2 =8,8*0,57=5,016 м.кв

S= S1+S2=24,396 м.кв

Переводим м.кв в см.кв для точности расчета 243 960 см2

Теперь поделим вес дом на площадь фундаментных лент

567 040/243 960=2,324 кг/см2

Теперь проверим условие выполнения расчета

2,778 кг/см2> 2,324 кг/см2

Расчетное сопротивление грунта больше чем нагрузка от веса дома условие выполняется, но запас прочности 19%, а требуется минимум 30%.

Поэтому такие параметры фундамента не подходят под строительство нашего дома.

И что же делать?

Все очень просто, в таком случае, увеличивают опорную площадь фундамента за счет расширения нижней его части, и он принимает форму перевернутого тавра и нижнюю часть, расширяют до тех пор,  чтобы условие:  расчетное сопротивление грунта > нагрузки от веса дома на минимум 30%.

Нижнюю часть фундамента расширяют и тем, самым увеличивается площадь опорной части фундамента и соответственно большая площадь грунта под подошвой фундамента включается в работу.

В нашем расчете мы приняли ширину фундамента 570мм. Увеличим нижнюю часть фундамента до 0,7 м(700мм). На картинке написана ширина подошвы 1000мм.Картинку взял для примера наглядности таврового фундамента

Расчетное сопротивление грунта Ro тогда составит:

R=R0*(1+k1*(b-100/100)*((d+200)/(2*200)=2,5*(1+0,05*(700-100/100)*((160+200)/(2*200)=2,925 кг/см2.

Получим опорную площадь фундаментных лент

S1=34*0,7=23,8м.кв

S2=8,8*0,7=6,16 м.кв

S=29,96 м.кв

Переводим 299 600см2

Теперь поделим нагрузки от веса дом на площадь фундаментных  лент

567 040/299 600=1,892кг/см2

Теперь проверим выполнение условия. Расчетное сопротивление грунта должно быть больше на 30% чем нагрузка от дома на грунт.

2,925кг/см2 > 1,892кг/см2

Здесь мы видим запас прочности в 54%, условие выполнено, и расчет может быть окончен.

Как видите принцип простой чем больше опорная площадь фундамента , чем больше его несущая способность.

Для достижения экономического эффекта можно подобрать ширину опорной части, чтобы условие выполнялось с запасом прочности в 30% , тем самым Вы уменьшите расход материалов, трудозатрат.

Заключение

Принцип расчета остается неизменным для любых типов фундаментов. И он заключается в выполнении условия, что давление от веса дома – должно быть меньше, чем расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента с запасом в 30%.

В завершении должен сказать, что я, надеюсь, данное пособие было для Вас полезным и смогло приоткрыть Вам дверь для понимания того, что легкомысленно подходить к строительству у себя на участке не стоит.Надо знать кучу ньансов для принятия решения по подбору и расчету фундаментов и это пособие Вам в помощь. Я не знаю будет ли кто то реально этим пользоваться или нет.

Про фундаменты без расчетов не рассказать, кто бы что не говорил. То есть в формате статьи это сделать невозможно и смотреть нужно только ИНДИВИДУАЛЬНО на каждый отдельный случай, потому что фундамент, как Вы помните из первой части это НЕПОВТОРИМАЯ часть здания. Удачи в строительстве своих фундаментов!

вот мои список используемой литературы

Государственные стандарты:

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

Строительные нормы и правила:

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.

СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений.

СНиП 2.08.01-89 Жилые здания.

СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.

СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции.

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.

СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты.

СНиП III-4-80 Техника безопасности в строительстве.

СНиП 30-02-97 Планировка и застройка территорий садоводческих объединений граждан, здания и сооружения.

СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии.

СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012)- строительная климатология

Пособия по проектированию:

Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83).

Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного натяжения арматуры (к СП 52-101-2003).

Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). – М., Стройиздат, 1978.

Армирование элементов монолитных железобетонных зданий: пособие по проектированию. – М., 2007.

Ведомственные строительные нормы:

ВСН 29-85. Проектирование мелко-заглубленных фундаментов сельхоз строений  на пучинистых грунтах.

ВСН 37-96. Указания по устройству фундаментов на естественном основании при строительстве жилых домов повышенной этажности

СТО 36554501-012-2008. Применение теплоизоляции из плит пенополистирольных вспененных