Расчет несущей способности ленточного фундамента

Армирование подошвы ленточного фундамента

На грунтах с не очень высокой несущей способностью, на пучнистых почвах или под тяжелые дома, часто ленточные фундаменты делают с подошвой. Она передает нагрузку на большую площадь, что придает большую стабильность фундаменту и уменьшает величину просадок.

Чтобы подошва от давления не развалилась, ее также необходимо армировать. На рисунке представлены два варианта: один и два пояса продольной арматуры. Если грунты сложные, с сильной склонностью к зимнему печению, то можно укладывать два пояса. При нормальных и среднепучнистых грунтах — достаточно одного.

Уложенные в длину пруты арматуры являются рабочими. Их, как и для ленты, берут второго или третьего класса. Располагаются друг от друга они на расстоянии 200-300 мм. Соединяются  при помощи коротких отрезков прутка.

Два способа армирования подошвы ленточного фундамента: слева для оснований с нормальной несущей способностью, справа — для не очень надежных грунтов

Если подошва неширокая (жесткая схема), то поперечные отрезки — конструктивные, в распределении нагрузки не участвуют. Тогда их делают диаметром 6-8 мм, загибают на концах так, чтобы они охватывали крайние прутки. Привязывают ко всем при помощи вязальной проволоки.

Ели подошва широкая (гибкая схема), поперечная арматура в подошве тоже является рабочей. Она сопротивляется попыткам грунта «схлопнуть» ее. Потому в этом варианте подошвы используют ребристую арматуру того же диаметра и класса, что и продольную.

Монтаж

Приступая к выполнению ленточного фундамента на сваях, необходимо провести геологические изыскания – наблюдения и анализ грунта в разные сезоны. На основе полученных данных рассчитывается необходимая нагрузка основания, подбирается оптимальный вид свай, их размер и диаметр.

Если решено выполнить создание свайно-ленточного основания своими руками, то прилагаемая пошаговая инструкция упростит этот процесс.

• На очищенном участке выполняют разметку под фундамент. Траншея под ленту может быть неглубокой – около 50 см. Дно траншеи заполняется песком или гравием, что обеспечит дренаж бетонного основания и уменьшит пучинистость грунта. Если речь идет о крупном подвальном помещении, то вырывается котлован.
• По углам здания, в местах пересечений конструкции, а также по всему периметру здания с шагом 2 м выполняется бурение под сваи. Глубина получившихся скважин должна пролегать на 0,3-0,5 м ниже, чем уровень промерзания грунта.

• В нижней части скважин следует создать песчаную подушку высотой 15-20 см. Насыпанный песок увлажняют и хорошо утрамбовывают.
• В скважины вставляются асбестовые трубы, которые сначала на 30-40 см заливаются бетоном, а потом трубы приподнимаются на 20 см. В результате этих манипуляций бетон вытекает, образуя подошву. Ее функция – усиление конструкции, обеспечение лучшей адгезии опор с грунтом.
• Пока схватывается бетон, производят вертикальное выравнивание труб, используя уровень.
• После застывания основания трубы выполняется ее армирование – в нее вставляется решетка, выполненная из связанных металлической проволокой стальных прутов.

На поверхности выполняется деревянная опалубка, укрепленная по углам брусьями и армированная изнутри арматурой. Последняя представляет собой прутья, связанные друг с другом проволокой и образующие решетку. Нужно правильно сцеплять друг с другом арматуры свай и ленты – это гарантирует прочность и монолитность всей системы.
Следующий этап – заливка свай и опалубки бетоном

На этом этапе важно залить раствор таким образом, чтобы избежать скопления воздушных пузырьков в толще бетона. Для этого используются глубинные вибраторы, а при отсутствии устройства можно воспользоваться обычным прутом, протыкая бетонную поверхность в нескольких местах.

Поверхность бетона выравнивается и защищается укрывным материалом от воздействия осадков

В процессе набора бетоном прочности важно соблюдать температурный и влажностный режим. В жаркую погоду поверхность следует увлажнять.
После застывания бетона опалубку снимают

Специалисты рекомендуют сразу провести гидроизоляцию материала, поскольку он отличается гигроскопичностью. Насыщение влагой приводит к промерзанию и растрескиванию фундамента. В этом случае можно применить рулонные материалы (рубероид, современные мембранные пленки) или битумно-полимерную обмазочную гидроизоляцию. Для улучшения адгезии с гидроизоляционным слоем бетонную поверхность предварительно обрабатывают грунтовками и антисептиками.
Строительство фундамента обычно завершается его утеплением, что позволяет снизить теплопотери в доме, добиться благоприятного микроклимата. В качестве утеплителя обычно используют пенополистирольные плиты, приклеиваемые на специальный состав, или пенополиуретан, распыляемый на поверхность фундамента.

Виды

Варианты строительства фундамента

Фундаменты могут отличаться материалами, которые используются для их возведения, глубиной, а также способом исполнения. Именно по способу исполнения разделяют их виды:

• Столбчатый тип практически универсальный, хорошо оправдывает себя, как основа для любых щитовых домов или таунхаусов. Установка столбов происходит в специальные заранее пробурённые лунки, которые делаются по всему периметру здания. Расстояние между опорами рассчитывается индивидуально. Для опор используются натуральные материалы брёвна, природный камень и искусственные составляющие (трубы или железобетонные пасынки).

• Свайный фундамент отличается от столбчатого длиной элементов и принципом работы. У столбчатого масса дома приходится на подошву, а у свайного на боковую поверхность. Свайный хорош тем, что позволяет исключить деформацию различных частей постройки за счёт равномерного распределения нагрузки всего строения, а это предотвращает его деформацию. Такой фундамент может быть двух типов: висячим или подпорным.

  При первом типе сваи вбиваются непосредственно в грунт, где сосредотачивается нагрузка: углы, пересечения стен. Длина таких свай может быть несколько метров. Это обуславливается тем, что основная нагрузка передаётся боковой частью опоры.
  2. Подпорный тип фундамента устанавливаться на малую глубину, но с меньшими интервалами, чем висячий.
  Стоит ли делать свайный фундамент под двухэтажный дом определяется несколькими параметрами. Основной параметр, это тип грунта, второй – материал дома.

• Ленточный фундамент – самый удобный тип для постройки малогабаритных домов. Для его монтажа используется блочный тип закладки или цельная бетонная лента. Такая конструкция проста и не подвержена разрушению. Базовые блоки могут быть заполненные или облегчённые (пустотелые), в зависимости от требований всей конструкции. Преимущество его в том, что дома из газобетона построенные на таком основании отличаются долговечностью и устойчивостью к движению почвы. Кроме этого, ленточный фундамент можно устанавливать на минимальной глубине, что делает строительство независимым от геодезических показателей.

• Монолитная плита характеризуется сейсмостойкостью. Это цельная платформа с большой площадью, высота которой рассчитывается относительно условий местности будущей постройки. Этот тип основания самый устойчивый к смещениям грунта и самый затратный по расходу бетона.

Выбор конкретного типа фундамента для двухэтажного дома зависит от пожеланий клиента, особенностей местности и архитектурного плана. Но при этом есть рекомендации относительно выбора наилучшего варианта, с точки зрения долговечности, лёгкости монтажа и сохранения бюджета.

Группы предельных состояний

Предельные состояния оснований – это состояния, при которых строительная конструкция прекращает удовлетворять требуемым параметрам (уменьшается сопротивление нагрузкам, возникают недопустимые смещения и повреждения).

В целом все несущие основания рассчитываются по 2-м группам предельных состояний. По 1-й группе основание рассчитывают на прочность и устойчивость, а по 2-й группе – на прогибы, деформации и величину раскрытия трещин:

1. Первая группа (потеря несущей способности) — основная, т.к. если конструкция не проходит расчетами по ней, то это будет представлять угрозу для жизни.
2. Вторая группа связана с непригодностью конструкций к нормальной эксплуатации.

Расчет площади подошвы фундамента

Важное место в проектировании основания для будущей постройки занимает расчет площади подошвы фундамента. Данный этап работы проводится по формуле, представленной на рисунке ниже. Полученное в результате вычислений значение – примерная общая площадь подошвы фундамента, необходимая для того, чтобы буквально под нагрузкой не продавить грунт

Если речь идет о строительстве самого дорогостоящего – плитного монолитного фундамента (в статье расчет арматуры на фундамент вы оцените, насколько «экономично» данное решение), то можно и вовсе избежать этих расчетов, ведь достаточно залить плиту под всей площадью дома, а такой подошвы с избытком хватит для предупреждения всех сюрпризов, которые преподносит грунт

Полученное в результате вычислений значение – примерная общая площадь подошвы фундамента, необходимая для того, чтобы буквально под нагрузкой не продавить грунт. Если речь идет о строительстве самого дорогостоящего – плитного монолитного фундамента (в статье расчет арматуры на фундамент вы оцените, насколько «экономично» данное решение), то можно и вовсе избежать этих расчетов, ведь достаточно залить плиту под всей площадью дома, а такой подошвы с избытком хватит для предупреждения всех сюрпризов, которые преподносит грунт.

Каждый тип грунта, в зависимости от глубины заложения, плотности и пористости, обладает своими показателями сопротивления нагрузкам. Само собой разумеется, что пласты почвы на большой глубине в результате естественной прессовки отличаются большими значениями сопротивления. Так, если вы планируете строить фундамент на глубину меньше 1,5 м, то расчетное сопротивление грунта примет несколько иное значение. В этом случае оно будет рассчитываться по формуле: R=0,005R0(100+h/3), где R0 – табличное значение расчетного сопротивления, h – глубина фундамента относительно нулевой отметки, см. В свою очередь, многое зависит от грунтовых вод, ведь повышенная влажность грунта уменьшает его сопротивление нагрузке.

Естественно, что при самостоятельном расчете фундамента под дом придется повозиться над вычислением нагрузки от возводимой конструкции, которая будет оказываться на пласты грунта под подошвой фундамента. Сюда включается:

• суммарная нагрузка от сооружения, в том числе и примерная – от фундамента (используются данные таблицы, представленной на рисунке ниже);
• нагрузка от объектов, которые будут размещены в постройке (камины, мебель, люди);
• вес сезонных нагрузок от снежного покрова. Для средней полосы принимается равным 100 кг на кв. м кровли, для южной – 50 кг, для северной – 190 кг.

Полученное в результате вычислений значение площади подошвы фундамента используется при составлении проекта фундамента: выборе ширины ленты (для ленточного монолитного основания) или площади опоры (для столбчатого, свайного типов фундаментов). Рассмотрим конкретный пример расчета фундамента для каменного дома 6 ? 8 м. О том, как подбирается арматура для фундамента, пойдет речь уже в отдельной статье.

Пример расчета фундамента

Предположим, что мы строим двухэтажный каменный дом 6 ? 8 м, проект которого предусматривает в том числе одну внутреннюю несущую стену. Масса дома с учетом всех нагрузок получилась равной 160 000 кг. Грунт – влажная глина (расчетное сопротивление – 6 кг/см2). Коэффициент условий – 1. Коэффициент надежности – 1,2. Подставляем все значения в формулу расчета площади подошвы фундамента:

S = 1,2 ? 160000 / (1 ? 6) = 32 000 см2 = 3,2 м2

Для ленточного фундамента: при общей длине ленты примерно (6+8) ? 2 + 6 (внутренняя стена) = 34 м минимальная ширина ленты составит 3,2 / 34 = 0,1 м. Это минимальное значение!

Если рассматривать фундамент для легкого деревянного дома при условии, что минимальная площадь подошвы получилась равной 1 м2, то для возведения свайного фундамента (площадь основания каждой сваи принимается равным 0,07 м2, при условии, что нижняя часть сваи в диаметре – 0,3 м) потребуется:

1 / 0,07 = 15 свай

Глубина и ширина фундамента

Глубина рассчитывается исходя из качественных показателей грунта и характеристики возводимого объекта. Так, если постройка массивная, например, двухэтажный кирпичный дом, то фундамент заглубляется вплоть до границы промерзания грунта (для надежности на 300 мм глубже), которая для каждого региона принимает свое значение. Часть фундамента изготавливают над нулевым уровнем на 300 мм. Итого, общая глубина для «тяжелых» сооружений и сложных грунтов составляет: ГПГ+600 мм, где ГПГ – глубина промерзания грунта. Для легких конструкций, например, деревянных домов, бань или когда возводится фундамент для забора, он может заглубляться всего на 500 мм. В этом случае предполагается, что вспучивание грунта будет протекать равномерно и не скажется на целостности постройки.

Что касается остальных размеров, то ширину каждой полосы, как правило, принимают равной 400 мм. Осталось только узнать общую площадь поверхности.

Пример получения данных с помощью SCAD

SCAD – интегрированная система проектирования различных конструкций, которая, в том числе, подходит для фундамента «монолитная плита».

Ресурс работает совместно с различными проектно-аналитическими программами по типу:

• КРИСТАЛЛ;
• КУСТ;
• МОНОЛИТ и т.д.

Чтобы грамотно рассчитать плиту в компьютерной программе, нужно пройти курсы и иметь опыт работы в данном направлении.

Что нужно, чтобы рассчитать плиту в SCAD:

• задать габариты площадки строительства;
• ввести параметры осей координат;
• ввести контуры существующих зданий;
• задать сведения об уровне грунтовых вод;
• ввести информацию о грунтах;
• ввести внешний контур фундаментной плиты;
• добавить проектную нагрузку.

С помощью программы можно прогнозировать просадку фундамента по методу Федоровского В.Г. и Безволева С.Г. Как правило, расчеты ведутся по формулам, а для и записи необходимо соблюдать определенные правила.

Например, формула

будет записана следующим образом:

Программа также позволяет преобразовывать данные, заданные в различных единицах измерения:

Программой SCAD пользуются узкопрофильные специалисты, а частные попытки самостоятельных вычислений могут привести к грубым ошибкам и нарушению технологии закладки силовой конструкции типа «монолитная плита».

Несущие способности грунтов

Взять эти физико-математические данные можно в отчетах инженерно-геологических направлений. Несмотря на то, что за это придётся заплатить, зачастую это стоит этого, тем более если строительство планируется в районах с неблагоприятными геологическими условиями.

Отталкиваться нужно от величины среднего давления под основанием фундамента. Число должно быть не более сопротивления основания, которое определяется по следующему принципу:

Для того чтобы рассчитать фундамент с помощью этой формулы, нужно учитывать перечень требований по глубине траншеи и размерам. Со всеми величинами можно ознакомиться в разделе № 5 СП 22.13330.2011. О том, как определить несущую способность грунта на вашем участке, смотрите в этом видео:

Коэффициенты сопротивления разных категорий грунтов

Все другие случаи вычисляются с использованием средних коэффициентов, определяющихся непосредственно от типа грунта (супесь, суглинок, глина):

коэффициент величины крупнообломочных типов;

коэффициент величины песчаных типов;

коэффициент величины глинистых типов;

коэффициент величины суглинистых типов;

коэффициент величины заторфованных песков;

коэффициент величины элювиальных крупнообломочных типов;

коэффициент величины элювиальных песков;

коэффициент величины элювиальных глинистых типов;

коэффициент величины насыпных типов;

Что нужно знать?

Для расчетов ленточного фундамента необходимо знать несущую способность грунта под подошвой. Исследуют слой почвы, который находится на 50 см ниже основания будущего фундамента.

Каждый тип грунта имеет свою несущую способность. Это можно увидеть в таблице:

Кроме этого нужно знать глубину промерзания почвы в данной местности (для определения точки заглубления ленты), а также:

• параметры допустимой деформации грунта,
• длину ленты (в зависимости от архитектурного решения),
• общий вес здания,
• временную нагрузку на него в разные сезоны.

В нем указываются параметры ленты, а также материалы, которые должны будут применить рабочие при его возведении. Проектировщик определяет, какая арматура будет использована для армирования ленты, и какой маркой бетоном ее следует залить.

Вычисление стоимости строительных материалов

Зная количество материалов, несложно подсчитать их стоимость. Надо лишь количество умножить на цену единицы каждого материала, после чего сложить полученные значения в единую сумму.

Например, для дома 6 на 8 м, лента 4 типа высотой 70 см и толщиной 4 см:

• Объем бетона — 11 м3. Цена за 1 м3 — 3500 руб. Итого стоимость материала составит 38500 руб. К этому надо прибавить цену доставки, которая зависит от расстояния и у каждого предприятия может быть своя.
• Количество опалубки — 60 досок (1,3 м3). Цена — 8500 • 1,3 = 11050 руб.
• Количество арматуры — 310 кг (0,31 т). Общая стоимость — 6216 руб.
• Итого — 38500 + 11050 + 6216 = 55766 руб.

Необходимо учесть, что в расчете не рассмотрены стоимость доставки материалов, нет цены соединительных элементов и прочих расходных и дополнительных материалов.

Поэтому общую сумму следует увеличить на 10-15 %.

Расчет осадки несущих конструкций в ленточном фундаменте

Здание имеет свой вес, который действует на грунт. Это должно учитываться при постройке сооружений, потому как возможно проседание фундамента. Поэтому необходимо делать расчет осадки ленточного фундамента.

Когда приходится иметь дело со слоистыми основаниями на помощь приходит метод послойного суммирования. На каждый отдельный слой воздействует вертикальное напряжение Qzp.

Очень удобно производить расчеты, прибегая к помощи графиков. Вот последовательность их построений:

• прежде всего, нужен геологический разрез площадки, на которой находится фундамент сооружения;
• далее следует нанести размеры несущей конструкции;

Нужно построить эпюры напряжений:

1. собственного веса грунта, Qzg
2. дополнительного напряжения Qzp, вызванного внешней нагрузкой;

• определение значения сжимаемой толщи Нс;
• величину сжимаемой толщи следует разбить на слои, их толщина вычисляется по формуле: hi=0.4b, где b – толщина ленты несущей конструкции;
• для расчета осадки элементарного слоя нужно воспользоваться следующим выражением: Si=B/Ei*Qzp,icp*hi.

Осадка каждого из слоев рассчитывается отдельно, после чего все их следует просуммировать, именно так выглядит расчет осадки ленточного фундамента.

Виды фундаментных оснований

Ленточный фундамент подходит для строительства частного дома

В качестве основы для здания используются четыре основных типа фундаментных конструкций:

1. Ленточный фундамент. Самый распространенный тип оснований, при котором заливка происходит в виде непрерывной железобетонной ленты.
2. Столбчатый. Конструктивно представляет собой ряд бетонных или кирпичных опор в виде столбиков, расположенных по периметру здания на определённом расстоянии друг от друга.
3. Свайные. Напоминают столбчатые основания, но в качестве опор для строящегося дома применяются заглубляемые в землю сваи.
4. Плиточные. Имеют вид монолитной железобетонной плиты, на которую равномерно распределяется вес возводимого здания.

Используются данные фундаменты для домов различной этажности и возводимых на различных типах оснований. Рассмотрим в нашей статье каждую из перечисленных конструкций более подробно.

Ленточные основания

Использоваться ленточное основание может как для небольшого, так и многоэтажного строительства. Внешне такое основание выглядит, как единая бетонная лента, идущая под стенами дома по всему периметру.

Конструкция ленточного фундамента дома может быть заглублена на различную глубину относительно поверхности грунта. Как правило, на всём своём протяжении железобетонная лента имеет одинаковую толщину и форму сечения. Ленточный фундамент для дома может заливаться непосредственно по месту строительства в опалубку, либо собираться из готовых бетонных элементов – фундаментных блоков.

Технология заливки фундамента для дома в первом случае выглядит следующим образом:

1. По периметру строящегося дома выкапывается траншея нужной глубины.
2. Вдоль траншеи устанавливается опалубка.
3. В опалубке монтируется армирующий каркас.
4. Готовый бетонный раствор заливается в опалубку.

При строительстве ленточного фундамента для домов из готовых бетонных блоков на дно траншеи насыпается подушка из крупного песка или гравия. А уже на неё устанавливаются бетонные блоки в один или несколько рядов. Между собой они скрепляются при помощи цементного раствора.

Столбчатый и свайный фундамент

Для частных малоэтажных домов свайный фундамент хорошо подходит

Используются подобные конструкции, как правило, при малоэтажном строительстве на слабых и пучинистых грунтах. Главными плюсами столбчатых и свайных фундаментов для домов являются:

• низкая себестоимость благодаря меньшему объёму используемых строительных материалов;
• высокая скорость строительства;
• возможность получения прочного основания на слабых грунтах.

Технология строительства столбчатого фундамента достаточно проста: по периметру будущих стен постройки через определённые промежутки возводятся столбики из кирпича, шлакоблоков или бетона. Расстояние между ними зависит от прочности грунта и от массы здания.

Если для лёгкой постройки (сарай, бытовка, дощатый дачный домик) будет вполне достаточно нескольких столбов по углам, то для более массивного здания расстояние между опорами не должно превышать 1 – 1,5 м. Между собой отдельные столбики могут соединяться обвязкой – несущими элементами стены либо бетонным ростверком.

Точно такое же назначение имеют и сваи, выполняющие роль точечных опор. Разница между столбчатым и свайным фундаментом для домов заключается в заглублении в грунт. Столбчатые опоры, как правило, являются мелкозаглублёнными, тогда как сваи предназначены для заглубления ниже уровня промерзания почвы. Поэтому свайные основания являются отличным вариантом при строительстве домов на пучинистых и болотистых грунтах.

Изготовляться сваи могут из самых различных материалов – бетона, металла и даже из плотных пород дерева (лиственница, дуб). В почву сваи либо закручиваются, либо забиваются при помощи специальных приспособлений – сваекрутов и молотов-копров.

Фундаментная плита

Плита используется там, где бетонное основание нужно совместить с бетонным полом

Это менее распространённый тип фундаментов для домов. Чаще всего он используется там, где требуется конструктивно совместить бетонное основание строящегося здания с бетонным полом.

Фундаментная плита может удачно применяться при возведении некоторых технических конструкций – ангаров, боксов, складов. При этом их лёгкий каркас опирается на монолитную железобетонную плиту, выполняющую одновременно функцию пола помещения.

Такое основание используется и при строительстве бань, где она также играет роль несущего основания и чернового пола. В этом случае в плите делается сточное отверстие либо яма-накопитель для воды.