Допустимое давление на грунт при расчете фундамента – Расчет фундамента под дом из блоков: расход и масса материалов, вес здания с нагрузкой, расчет давления на грунт, вычисление опт | ofundamentah.com

Расчет нагрузки на фундамент — Самая лучшая система расчета нагрузки

Расчет нагрузки на фундамент необходим для правильного выбора его геометрических размеров и площади подошвы фундамента. В конечном итоге, от правильного расчета фундамента зависит прочность и долговечность всего здания. Расчет сводится к определению нагрузки на квадратный метр грунта и сравнению его с допустимыми значениями.

Для расчета необходимо знать:

• Регион, в котором строится здание;
• Тип почвы и глубину залегания грунтовых вод;
• Материал, из которого будут выполнены конструктивные элементы здания;
• Планировку здания, этажность, тип кровли.

Исходя из требуемых данных, расчет фундамента или его окончательная проверка производится после проектирования строения.

Попробуем рассчитать нагрузку на фундамент для одноэтажного дома, выполненного из полнотелого кирпича сплошной кладки, с толщиной стен 40 см. Габариты дома – 10х8 метров. Перекрытие подвального помещения – железобетонные плиты, перекрытие 1 этажа – деревянное по стальным балкам. Крыша двускатная, покрытая металлочерепицей, с уклоном 25 градусов. Регион – Подмосковье, тип грунта – влажные суглинки с коэффициентом пористости 0,5. Фундамент выполняется из мелкозернистого бетона, толщина стенки фундамента для расчета равна толщине стены.

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения зависит от глубины промерзания и типа грунта. В таблице приведены справочные величины глубины промерзания грунта в различных регионах.

Таблица 1 – Справочные данные о глубине промерзания грунта

Справочная таблица для определения глубины заложения фундамента по регионам

Глубина заложения фундамента в общем случае должна быть больше глубины промерзания, но есть исключения, обусловленные типом грунта, они указаны в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Глубина заложения фундамента необходима для последующего расчета нагрузки на почву и определения его размеров.

Определяем глубину промерзания грунта по таблице 1. Для Москвы она составляет 140 см. По таблице 2 находим тип почвы – суглинки. Глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Исходя из этого глубина заложения фундамента для дома выбирается 1,4 метра.

Расчет нагрузки кровли

Нагрузка кровли распределяется между теми сторонами фундамента, на которые через стены опирается стропильная система. Для обычной двускатной крыши это обычно две противоположные стороны фундамента, для четырехскатной – все четыре стороны. Распределенная нагрузка кровли определяется по площади проекции крыши, отнесенной к площади нагруженных сторон фундамента, и умноженной на удельный вес материала.

Таблица 3 – Удельный вес разных видов кровли

Справочная таблица — Удельный вес разных видов кровли

1. Определяем площадь проекции кровли. Габариты дома – 10х8 метров, площадь проекции двускатной крыши равна площади дома: 10·8=80 м².
2. Длина фундамента равна сумме двух длинных его сторон, так как двускатная крыша опирается на две длинные противоположные стороны. Поэтому длину нагруженного фундамента определяем как 10·2=20 м.
3. Площадь нагруженного кровлей фундамента толщиной 0,4 м: 20·0,4=8 м².
4. Тип покрытия – металлочерепица, угол уклона – 25 градусов, значит расчетная нагрузка по таблице 3 равна 30 кг/м².
5. Нагрузка кровли на фундамент равна 80/8·30 = 300 кг/м².

Расчет снеговой нагрузки

Снеговая нагрузка передается на фундамент через кровлю и стены, поэтому нагружены оказываются те же стороны фундамента, что и при расчете крыши. Вычисляется площадь снежного покрова, равная площади крыши. Полученное значение делят на площадь нагруженных сторон фундамента и умножают на удельную снеговую нагрузку, определенную по карте.

Таблица — расчет снеговой нагрузки на фундамент

1. Длина ската для крыши с уклоном в 25 градусов равна (8/2)/cos25° = 4,4 м.
2. Площадь крыши равна длине конька умноженной на длину ската (4,4·10)·2=88 м².
3. Снеговая нагрузка для Подмосковья по карте равна 126 кг/м². Умножаем ее на площадь крыши и делим на площадь нагруженной части фундамента 88·126/8=1386 кг/м².

Расчет нагрузки перекрытий

Перекрытия, как и крыша, опираются обычно на две противоположные стороны фундамента, поэтому расчет ведется с учетом площади этих сторон. Площадь перекрытий равна площади здания. Для расчета нагрузки перекрытий нужно учитывать количество этажей и перекрытие подвала, то есть пол первого этажа.

Площадь каждого перекрытия умножают на удельный вес материала из таблицы 4 и делят на площадь нагруженной части фундамента.

Таблица 4 – Удельный вес перекрытий

Таблица расчет веса перекрытий и их нагрузка на фундамент

1. Площадь перекрытий равна площади дома – 80 м². В доме два перекрытия: одно из железобетона и одно – деревянное по стальным балкам.
2. Умножаем площадь железобетонного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·500=40000 кг.
3. Умножаем площадь деревянного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·200=16000 кг.
4. Суммируем их и находим нагрузку на 1 м² нагружаемой части фундамента: (40000+16000)/8=7000 кг/м².

Расчет нагрузки стен

Нагрузка стен определяется как объем стен, умноженный на удельный вес из таблицы 5, полученный результат делят на длину всех сторон фундамента, умноженную на его толщину.

Таблица 5 – Удельный вес материалов стен

Таблица — Удельный вес стен

1. Площадь стен равна высоте здания, умноженной на периметр дома: 3·(10·2+8·2)=108 м².
2. Объем стен – это площадь, умноженная на толщину, он равен 108·0,4=43,2 м³.
3. Находим вес стен, умножив объем на удельный вес материала из таблицы 5:   43,2·1800=77760 кг.
4. Площадь всех сторон фундамента равна периметру, умноженному на толщину: (10·2+8·2)·0,4=14,4 м².
5. Удельная нагрузка стен на фундамент равна 77760/14,4=5400 кг.

Предварительный расчет нагрузки фундамента на грунт

Нагрузку фундамента на грунт расчитывают как произведение объема фундамента на удельную плотность материала, из которого он выполнен, разделенное на 1 м² площади его основания. Объем можно найти как произведение глубины заложения на толщину фундамента. Толщину фундамента принимают при предварительном расчете равной толщине стен.

Таблица 6 – Удельная плотность материалов фундамента

Таблица — удельная плотность материало для грунта

1. Площадь фундамента – 14,4 м², глубина заложения – 1,4 м. Объем фундамента равен 14,4·1,4=20,2 м³.
2. Масса фундамента из мелкозернистого бетона равна: 20,2·1800=36360 кг.
3. Нагрузка на грунт: 36360/14,4=2525 кг/м².

Расчет общей нагрузки на 1 м² грунта

Результаты предыдущих расчетов суммируются, при этом вычисляется максимальная нагрузка на фундамент, которая будет больше для тех его сторон, на которые опирается крыша.

Условное расчетное сопротивление грунта R₀ определяют по таблицам  СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений».

1. Суммируем вес крыши, снеговую нагрузку, вес перекрытий и стен, а также фундамента на грунт: 300+1386+7000+5400+2525=16 611 кг/м²=17 т/м².
2. Определяем условное расчетное сопротивление грунта по таблицам СНиП 2.02.01—83. Для влажных суглинков с коэффициентом пористости 0,5 R₀ составляет 2,5 кг/см², или 25 т/м².

Из расчета видно, что нагрузка на грунт находится в пределах допустимой.

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 3). Давление на фундамент

Строите дом? про Расчет нагрузки на фундамент не забыли?

Расчет нагрузки на фундамент

Для того, чтобы правильно построить фундамент при индивидуальном жилищном строительстве прежде всего необходимо произвести расчет его характеристик.

Ключевыми параметрами, необходимыми для расчета фундаментного основания являются нагрузки, то есть то давление, которое ваше строение будет оказывать на фундамент и то давление, которое фундамент вместе со строением будут оказывать на грунт. При нахождении равновесного показателя площади фундаментного основания, его прочности вы можете быть уверены, что ваш фундамент не разрушится от веса строения и не погрузиться в землю.

Необходимые исходные данные для расчета нагрузки на фундамент

Для того, чтобы приступить к расчету фундамента, вам придется вычислить следующие исходные данные:

• определить климатические условия региона строительства.
• Выяснить характеристики почвы на участке и уровень подъема и расположения грунтовых вод.
• Совокупный вес строительных материалов, которые пойдут на строительство здания.
• Планировку сооружения, размеры всех его конструктивных элементов.

Приведем пример вычисления нагрузки на фундамент строящегося здания.

Предположим, что мы собираемся строить одноэтажный жилой дом. Размеры дома по его основанию будут составлять 10 на 8 метров. Стены дома будут выкладываться из сплошного кирпича и их толщина составит 40 сантиметров.

Над подвальным помещением будет расположено перекрытие из железобетонных плит, а между жилым помещением и чердаком перекрытие будет построено на основе стальных балок из дерева. Над домом будет двухскатная крыша, в качестве кровельного материала будет использована металлочерепица, угол уклона скатов крыши составит 25 градусов. Дом будет строиться в подмосковном регионе на влажном суглинистом грунте, имеющим коэффициент пористости «0.25». Предполагается, что ленточный фундамент дома будет строиться из бетонабез щебенки и его ширина будет совпадать с шириной кирпичной стены.

Глубину заложения фундамента устанавливаем исходя от климатических условий и типа грунта под домом. Для этого воспользуемся справочными таблицами.

Первая таблица покажет нам среднюю величину промерзания грунта в зависимости от места расположения дома. Она основана на многолетних климатических наблюдениях.

Средняя величину промерзания грунта

 В большинстве случаев глубина заложения фундамента должна находиться ниже линии промерзания грунта. Однако в зависимости от характеристики грунта глубина заложения фундамента может быть скорректирована. Для корректировки воспользуемся следующей таблицей.

Таблица для расчета нагрузки на фундамент

Вычисляем глубину заложения фундамента для нашего дома. Исходя из региона строительства – Подмосковье – глубина промерзания составит 1,4 метра. Согласно второй таблице на суглинистой почве фундамент должен быть заглублен не выше, чем линия промерзания. Таким образом, расчетная величина залегания нашего фундамента составит 1,4 метра.

Рассчитываем вес кровли дома

Отметим, что кровля дома может опираться не на все его стены. Так, двускатная крыша опирается только на две противоположных несущих стены нашего строения, в отличии от четырехскатной, которая опирается на периметр стен. Таким образом расчетный вес крыши (стопила вместе с кровлей) будет распределяться на определенные стены дома.

Для вычисления веса кровли воспользуемся таблицей.

Определяем вес кровли для расчета нагрузки

1. Площадь проекции крыши нашего дома будет совпадать с площадью его основания и составит 80 кв.м. (основание дома составляет 10 на 8 метров).
2. Двускатная крыша будет опираться на две длинных наружных стены дома. Таким образом давление крыши на фундамент будет передаваться только по двум стенам и составит 20 метров.
3. При ширине фундаментной ленты в 0,4 метра площадь, на которую будет оказываться давление крыши  составит 8 кв.м.
4. Кровля, изготовленная из металлочерепицы с уклоном в 25 градусов будет оказывать давление около 30 кг на один кв.м.
5. Таким образом суммарная нагрузка. Оказываемя крышей на нагруженную часть фундамента составляет 300 кг на кв.м.

Рассчитываем снеговую нагрузку

В зимнее время помимо собственно веса крыши – на фундамент будет оказывать давление и снег. В разных регионах нашей страны средняя величина зимнего среднего покрова варьируется в зависимости от климатических условий. Для уточнения снеговой нагрузки можно воспользоваться специальной картой, составленной на основе климатических наблюдений.

Чтобы выяснить нагрузку на фундамент от снега – умножаем предельную величину снежного покрова на площадь кровли и делим на площадь той части фундамента, на которую будет оказываться нагрузка.

Производим расчет снеговой нагрузки на фундамент в зависимости от региона — таблица

Произведем примерный расчет:

1. С помощью геометрических формул вычисляем общую площадь кровли. Она составит 72 кв.м.
2. Для Подмосковья максимальная снеговая нагрузка составит 126 кг на один кв.м.. Умножаем этот показатель на площадь кровли и делим на площадь нагруженной части фундаментного основания. Полученная величина составляет 1134 кг на один кв.м.

Рассчитываем нагрузку от перекрытий

Перекрытия, также, как и крыша могут опираться на две противоположных стороны фундаментного основания. Наше перекрытие над подвалом изготавливается из железобетонных плит, которые будут опираться на две стороны.

Для вычисления веса перекрытия также воспользуемся таблицей.

Рассчитываем нагрузку от перекрытий

Произведем примерный расчет

1. Площадь каждого из перекрытий в нашем доме составляет 80 кв.м. перекрытие подвала строится из железобетонных плит, а перекрытие чердака – из дерева на основе металлических балок.
2. Вес железобетонного перекрытия согласно таблице составит 40 тонн.
3. Вес деревянного перекрытия согласно таблице составит 16 тонн.
4. Общий вес перекрытий составит 56 тонн. Делим эту величину на нагруженную площадь фундаментного основания и получаем около 7000 кг на один кв.м.

Рассчитываем нагрузку от стен

Давление, которое будут оказывать стены на фундаментное основание рассчитывается как объем стен, умноженный на плотность использованного строительного материала и деленный на площадь нагружаемо

Расчет нагрузки на фундамент и грунт

При проектировании фундаментов для любых типов зданий учитываются все влияющие на правильную их работу условия. Принимают во внимание инженерно-геологические особенности участка строительства, конструкцию здания, влияние окружающей среды. Основная задача – обеспечить прочность и пригодность готового фундамента к длительной эксплуатации. Неправильный расчет становится причиной осадок, разрушения и появления трещин на фундаменте и самом здании. Рассмотрим подробнее как рассчитать нагрузку на фундамент, и что учитывают при расчете.

Принципы расчета фундаментов и типы нагрузок

Расчет фундамента включает в себя выбор типа и геометрических характеристик в зависимости от всех влияющих на работу конструкции факторов. Также определяют несущую способность грунта в привязке к весу дома. В первую очередь важно провести расчет нагрузки на фундамент. Она зависит от веса дома и некоторых других воздействий.

В общем, все воздействия на фундамент классифицируются по времени действия на:

• постоянные;
• временные.

Временные также разделяют на кратковременные, длительные и особые.

К постоянным относят собственный вес строительных конструкций, давление грунтовых масс на фундамент. Эти воздействия начинаются непосредственно с начала строительства и продолжаются весь срок эксплуатации строения.

Временные нагрузки воздействуют в некоторые периоды при возведении или эксплуатации здания. К ним относят:

• длительные – вес оборудования, мебели, материалов;
• кратковременные – транспортные нагрузки, снег, ветер.

При расчете все воздействия суммируются и распределяются на общую длину фундамента или количество свай.

Постоянные нагрузки

Постоянные нагрузки от конструкций рассчитывают с использованием таблиц, каталогов и паспортных данных в которых указывается масса или плотность конкретного элемента. В таблице рассмотрим плотности часто используемых строительных материалов.

Название материала	Плотность, кг/м3
Кладка из кирпича: полнотелого	1800
Силикатного	1900
Пустотелого	1300–1400
Бетоны: тяжелый	2200–2500
Ячеистый	400–1200
Асфальтобетон	2000–2200
Железобетон: на тяжелом бетоне	2500
Керамзитобетон	1600–1800
Шлакобетон	900–1200
Теплоизоляторы: Керамзит	500–900
Вата минеральная	200
Пенопласт	15–100
Плиты из минеральной ваты	300–500

 

Некоторые материалы рассчитывают исходя из их площади, а не плотности.

Название материала	Масса 1 м2
Плиты перекрытия ж/б: Ребристые длиной 6 м	170
Ребристые длиной 12 м	220
Пустотные	250
Кровельные и изоляционные материалы: Черепица	50
Рубероид	1,7
Асбестоцементные листы усиленного профиля	22
Покрытия пола: Ковры	6,0
Паркет штучный	10
ДСП 16 мм	4,8
Линолеум 3 мм	4

 

К примеру, 1 м2 кирпичной стены из полнотелого кирпича толщиной 380 мм обшитой пенопластом ПСБ-25 толщиной 10 см будет обладать таким весом: 0,38×1800 + 0,1×25 = 304+2,5=303,5 кг. Зная это значение высчитывают вес всех стен и перегородок в здании. Также собирают нагрузку от собственного веса перекрытий и крыши.

К постоянным нагрузкам также относят и собственный вес самого фундамента. Его рассчитывают исходя из материала строительства и геометрических размеров. Ширина фундамента выбирается исходя из толщины стен, но не менее 300 мм. Высота (глубина заложения) в большинстве случаев зависит от глубины промерзания. Для Московской области, к примеру, она составляет около 1,8 м. То есть, с учетом просвета над грунтом, это около 2 м. Если проектируется ленточный фундамент шириной 400 мм и высотой 2 м из бетонных блоков, то вес 1 м будет составлять 0,4× 2×2500=2000 кг. Если общая длина фундамента 50 м, то он создает общую нагрузку на грунт в 100 000 кг.

Обязательно используют коэффициенты надежности, которые составляют:

• для металлоконструкций – 1,05;
• бетонных материалов плотностью выше 1600 кг/м3, деревянных, армокаменных, каменных и железобетонных конструкций – 1,1;
• бетонных плотностью меньше или равной 1600 кг/м3, выравнивающих слоев, засыпок, стяжек, отделочных слоев, выполненных на заводе – 1,2;
• то же самое, но выполненных на строительной площадке – 1,3.

С учетом этого коэффициента фундамент, запроектированный выше, будет обладать общим весом в 100 000 × 1,1 = 110 000 кг.

Временные нагрузки

О снеге, который также относится к временным нагрузкам поговорим ниже отдельно. Другие временные воздействия на фундамент необходимо учитывать при проектировании. Их значения берутся из нормативных документов. Нет необходимости высчитывать вес каждого предмета мебели и распределять его по площади. Для жилых зданий в среднем можно принимать 150 кг/м2 равномерно распределенной нагрузки. Для чердаков принимают 70 кг/м2. Также учитывают коэффициенты надежности равный 1,3. То есть для дома в 150 м2 с чердаком в 20 м2 общее значение составляет 26000·1,3 = 33800 кг

Снеговые нагрузки

Снежный покров, который собирается на кровле в холодный период года, необходимо учитывать при расчете нагрузки на грунт. Количество снега в регионах отличается. Для проектирования используют нормативные значения веса снегового покрова, взятые из строительных правил. В СНиП территория разделена на снеговые районы и указана нормативная нагрузка в них:

• I – 80 кг/м2;
• II – 120 кг/м2;
• III – 180 кг/м2;
• IV – 240 кг/м2;
• V – 320 кг/м2;
• VI – 400 кг/м2;
• VII – 480 кг/м2;
• VIII – 560 кг/м2.

Расположение районов лучше смотреть на карте в нормативных документах. В общем, для европейской части южные регионы относят к I–II району (громе горной части, которая принадлежит VIII району), центральные области (в том числе Москва и Санкт-Петербург) к III, Тверь, Нижний Новгород, Казань к IV, север к V снеговому району.

Кроме этого учитывают и конструкцию крыши, ее уклон. Для этого применяют коэффициент перехода μ (мю). Он составляет:

• при уклоне до 30° μ=1;
• 30–60° μ=0,7:
• круче 60° – μ=0.

Имея все значения – площадь крыши, нормативные значения веса снежного покрова, уклон – высчитывают максимальную нагрузку на фундамент от снега: S=Sнорм · μ. При площади крыши 30 м2 с уклоном 30° в Москве общее значение будет: S=180×1×30 = 5400 кг.

Распределение веса на грунт

После сбора всех нагрузок от здания их необходимо суммировать для определения общего веса строения. Это лучше делать в табличном виде, отдельно записав вес покрытия, перекрытий, временных нагрузок, нагрузку от снега и стен. При проектировании дома важно добиться более равномерного распределения нагрузку на фундамент, иначе возможны просадки грунта.

Каждый грунт способен принять определенное воздействие. Оно зависит от его механических характеристик и состава. В среднем, приблизительный расчет ведут исходя из значения 2 кг/см2. Например рассмотрим такую ситуацию: общий вес дома с фундаментом – 150 000 кг. Фундамент ленточный длиной 40 м и шириной 40 см. Площадь опоры — 40×4000= 160000 см2. То есть нагрузка на грунт составит 150 000/160 000 = 0,94 кг/см2. Фундамент полностью удовлетворяет требованиям. Даже, при необходимости, возможно уменьшить его ширину до 30 см.

Распределение нагрузки на столбчатый фундамент проводится таким же образом. Этот же дом, весом 150 000 кг на 16 столбах сечением 40×40 см создаст нагрузку в 150 000/25600=5,9 кг/см2, что недопустимо. Требуется изменение типа фундамента, увеличение количества столбов или замена материалов на более легкие.

Конечно, есть и слабые грунты, несущая способность которых меньше средней. Это нужно учитывать и не пренебрегать инженерно-геологическими изысканиями на строительном участке.

Нагрузка на свайный фундамент рассчитывается исходя из количества свай. Каждый стержень в определенных условиях способен воспринять определенную нагрузку и передать ее грунту. Ее значения определяются типом свай и видом грунта. Висячие сваи передают нагрузку боковыми поверхностями с использованием силы трения. Стоячие – опираются на скальные породы, и способны воспринимать большие нагрузки. При покупке готовых свай у производителя обязательно узнают их несущую способность.

Определение допустимой несущей способности грунта проводят и лабораторными испытаниями во время инженерно-геологических изысканий.

Расчет фундамента. Оценка сжимаемости грунта. Доступно о сложном

О том как оценить сжимаемость грунта, рассчитать фундамент и даже выбрать правильные материалы для будущего дома.

Дмитрий Белкин

Автор: Дмитрий Белкин

Дорогие друзья!

Сегодня я хотел бы показать пример простых математических расчетов, которые очень могли бы пригодиться вам не только для расчета фундамента своего дома или сарая, но, также и для занимательного и веселого времяпровождения, особенно, если вы любите занимать свой пытливый и беспокойный ум расчетами в уме или на калькуляторе. Метод расчета фундамента, который приведен в этой статье, доступен абсолютно каждому.

Как и всегда, голые расчеты ничего не стоят без кропотливой и аккуратной проработки предметной области. Поэтому и в этой статье я не хотел бы эту предметную область обойти стороной. Кроме того, именно для анализа предметной области я и пишу эту статью. Собственно расчет фундаментов идет в качестве довеска к предметной области, как первый поцелуй двух школьников к двухчасовой прогулке на морозе.

Предварительные соображения (проработка предметной области)

Первое, что хотелось бы заметить, так это то, что я, на собственном дворе хожу по земле, и эта земля у меня под ногами не проваливается. Надеюсь, что и у вас такая же ситуация. Причем, если ситуация другая, что вполне может быть, то ничего страшного! Нужно просто будет приводимые расчеты скорректировать. Дальше, я думаю, будет понятно, как именно. Но я лично не проваливаюсь. От этого и будем отталкиваться.

Поскольку я на собственной земле стою и даже следов не оставляю, то из этого факта сразу следует вывод, что нагрузка, которую я оказываю на почву не достаточно велика для того, чтобы та деформировалась. Похоже, этот факт говорит о том, что почва у меня под ногами достаточно трудносжимаема для той нагрузки, которую я на нее оказываю.

Заметьте

Прозвучал очень важный термин, который используется при расчетах фундамента. Это термин «степень трудносжимаемости почвы».

А какую я оказываю нагрузку на почву? Сейчас посчитаем

Нагрузка на почву, оказываемая обычным человеком.

Для подсчета нагрузки нам надо посчитать площадь наших стоп. Причем не по ноге, а по обуви. Площадь прямоугольника считается умножением его длины на ширину. Но ноги у нас, как правило, не имеют форму прямоугольника. Нам придется это учитывать, особенно потому, что мы поставили себе цель не загружаться теорией, а провести расчет просто, весело и занимательно.

Так вот я беру свой ботинок и линейкой очень приблизительно (округляю в меньшую сторону) меряю длину и ширину, как если бы это был прямоугольник. У меня получилось длина 28 см, ширина 10 см. Это по минимуму. Площадь прямоугольника получилась 28*10 = 280 см² или 0,028 м². При переводе мы помним, что в одном метре 100 сантиметров, а в одном квадратном метре — 10 000 (Десять тысяч) квадратных сантиметров. На сколько реальная площадь стопы меньше площади этого прямоугольника? На глаз не очень на много. Ну, скажем, на 20%. Ноги у нас две, и того получается общая площадь моей опоры на землю равна 280*2/20% = 448 см² или 0,045 м². Мой вес составляет 75 кг (и мне было не просто его достичь). Таким образом, нагрузка, которую я оказываю на почву, равна 75/448 = 0,167 кг на см².

А какую нагрузку на почву оказывают другие знакомые нам предметы?

Со мной все понятно. Я давлю на каждый см² почвы весом в 167 грамм, и это совсем не много. Это позволяет мне не оставлять на почве глубоких следов. А вот мой автомобиль тоже не проваливается и тоже стоит во дворе и не оставляет на земле следов. Какую же он оказывает нагрузку на грунт? У автомобиля 4 точки опоры, площадь которых подсчитать очень сложно. Как вы понимаете, опорой для автомобиля выступают так называемые «пятна контакта» резиновых колес с почвой. Как подсчитать площадь этих пятен — я даже не представляю. Но приблизительно можно попробовать. Ширина колеса 205 мм. Я вот сейчас перекрещусь и буду считать, что пятно каждого колеса составляет прямоугольник 210 на 100 мм. Интересно, на сколько я ошибся? К тому же пятна передних колес, наверное, больше по площади пятен задних колес. Вес автомобиля 1200 кг. Считаем…

• Площадь одного пятна (в см): 21*10 = 210 см²
• Площадь четырех пятен: 210*4 = 840 см²
• Нагрузка автомобиля на почву: 1200/840 = 1.42 кг/см²

Вывод

Автомобиль давит на почву существенно сильнее, чем человек. Почти в 9 раз. Если автомобиль наедет вам на ногу одним колесом, то вам будет больно. Но, думаю не смертельно. Может быть даже костей не сломает, если это будет заднее колесо. Но не думаю, что стоит пробовать. Сказать по правде, у меня на дворе за 10 лет образовалась довольно глубокая колея от ворот гаража до ворот участка. Теперь понятно почему.

Переходим к расчету фундамента

Напомню, что все предыдущие и весьма занимательные вещи мы считали для одной только цели — рассчитать фундамент здания по той нагрузке, которую он будет оказывать на почву. Вопрос об определении степени трудносжимаемости грунта мы пока оставим в покое. Надо же понять сначала, с какой нагрузкой мы дело имеем.

Считать площадь опоры фундамента — одно удовольствие. Там все прямо и перпендикулярно. Считать вес дома — тоже особого труда не представляет. В любом случае можно прикинуть вес, а потом пару тонн добавить. На погрешности, на мебель и на себя любимых.

Для простоты расчетов возьмем простой прямоугольный дом 10Х10 метров. Причем домик наш будет стоять на фундаменте из бетонных блоков. Толщина фундамента 30 см. Высота фундамента вместе с цоколем составляет 1,5 метра. Стены нашего дома выложены из пенобетона плотностью 600 килограмм в кубе. Толщина стен 20 см Коробка высотой 6 метров. Не забудем про фасады из тех же блоков — два треугольника высотой 4 метра. Стропилы и крыша из ондулина. На всякую сопутку типа балок для пола, половых досок и всего такого добавим полторы тонны. Это 2 куба дерева. Ну и как обещал, еще пару тонн на все про все. Кстати, домик не маленький получается.

Вес будущего дома

Собственно фундамент

• Площадь основания (см²): (1000*4)*30 = 120 000 см² (Сто двадцать тысяч)
• Площадь основания (м²): (10*4)*0,3 = 12 м²
• Объем (м³): 12*1,5 = 18 м³
• Плотность бетонных фундаментных блоков: 2200 кг/м³ (это тяжелые блоки)
• Вес фундамента: 18*2200 = 39 600 кг

Стены (коробка)

• Площадь основания (см²): (1000*4)*20 = 80 000 см² (Восемьдесят тысяч)
• Площадь основания (м²): (10*4)*0,2 = 8 м²
• Объем (м³): 8*6 = 48 м³
• Плотность наших пенобетонных блоков: 600 кг/м³
• Вес коробки: 48*600 = 28 800 кг

Треугольники фасадов (2 штуки)

Нас интересует только их вес. Треугольники у нас равнобедренные сложим их так, чтобы получился параллелограмм с основанием 10 метров и высотой 4 метра

• Площадь основания (см²): 1000*20 = 20 000 см² (Двадцать тысяч)
• Площадь основания (м²): 10*0,2 = 2 м²
• Объем (м³): 2*4 = 8 м³
• Плотность наших пенобетонных блоков: 600 кг/м³
• Вес обоих фасадов: 8*600 = 4 800 кг

Кровля

Площадь нашей кровли составляет примерно 130 м². Я, когда считал, имел ввиду, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов (теорема Пифагора)
Вес ондулина по моим источникам всего 3,3 кг на квадратный метр. Итого вес кровли составит 130*3,3 = 429 кг.

Итого вес дома составит: 39600 + 28800 + 4800+ 429 + 3500 = 77 129 кг (Семдесят семь тысяч сто двадцать девять) или 77 тонн.

Нагрузка дома на почву

А вот теперь самое интересное. Будем рассматривать различные варианты фундаментов

Дом на ленточном фундаменте

Наш дом на простейшем ленточном фундаменте: 77129/120000 = 0,64 кг/см. Всего в 4 раза больше, чем человек на почву. И значительно меньше, чем автомобиль.

Дом на фундаменте с подушкой

Наш дом на фундаменте с подушкой (ширина фундамента увеличивается с 30 до 40 см) Будем считать, что вес дома не меняется. Тогда новая площадь основания составит: (1000*4)*40 = 160 000 см² и нагрузка уменьшится до 77129/160000 = 0,48 кг/см. Всего в 2,8 раза больше, чем человек на почву.

А какая ширина должна быть у нашего фундамента, чтобы наш дом оказывал давление на почву не больше, чем человек среднего веса? Надо составить уравнение. 77129/4000*X = 0,167.
Отсюда Х = 77129/0,167/4000 = 115 см. Напомню. Именно такова должна быть толщина основания фундамента нашего дома, чтобы он оказывал давление на почву не большее, чем человек. Другими словами, если мы при этих условиях поставим наш дом на газоне, то дом даже не продавит дерн! Мы же не продавливаем, когда на газоне стоим?

ВНИМАНИЕ!!!!

В последнем примере мы не учли добавку веса дополнительной подушки к весу дома. Подушка в метр и 15 см шириной уже будет весить довольно много. Если предположить, что толщина подушки 10 см, то площадь ее будет 4000*115 = 460 000 см² или 46 м². Объем ее будет 46*0,1 = 4,6 м³. Вес составит 4,6 * 2200 = 10 120 кг. Это довольно существенная прибавка к весу дома. Так что для более точного расчета надо еще поиграть с числами и калькулятором.

Дом на фундаменте типа «плита»

А теперь давайте представим себе, что мы сделали не крутой, а очень крутой фундамент. Мы выкопали котлован, налили на его дне сплошную бетонную плиту, а на ней выстроили дом. Плита не толстая. Всего 10 см толщиной.

Пллощадь плиты: 1000*1000 = миллион квадратных сантиметров или 100 м²
Объем: 100*0,1 = 10 м³ и вес (бетон на щебне): 10*2200 = 22 000 кг. Это добавка к весу дома с фундамеитом
Нагрузка: 77129+22000/миллион = 0,1 кг/см² (Нагрузка на землю человека 0,167 кг/см²)

Дом на столбчатом фундаменте

И напоследок давайте посчитаем нагрузку того же дома на фундаменте столбчатом. Здесь нам надо пересчитать все, что касается фундамента. Будем считать, что от нашего полутораметрового фундамента остался только ростверк и цоколь. Итого 0,75 метра. Столбы будем использовать диаметром 30 см и длиной 2 м. Столбы будут заполнены бетоном и расположены на расстоянии метра друг от друга. Таким образом, у нас будет (чтобы не заморачиваться) 40 (+-1) столбов

Вес цоколя и ростверка: 19 800 кг
Объем одного столба 0,14 м³. Вес 310 кг (округленно). Общий вес столбов 12 400 кг.
Вес фундамента 32 200 кг, а был 39 600 кг.
Вес дома стал 69 729 кг, а был 77 129 кг

Площадь одного столба 3,14*15*15 = 706,5 см²
Площадь опоры: 706,5 * 40 = 28 260 см², а было 120 000 см² (!!!)

Нагрузка на сантиметр: 69 729/28 260 = 2,46 кг/см² (!!!!!!!), а было 0,64 кг/см², то есть, почти в 4раза больше.

Вот во столько же раз увеличится и риск трещин и просадок.

Выкинем ростверк с цоколем. Будем жить на столбах, как куры на насесте. тогда дом станет весить на 20 тонн меньше и общий вес дома получится 49 929 кг и нагрузка станет всего-то 1,76 кг/см², что, положа руку на сердце, тоже довольно много.

Существеннейшие выводы по расчетам фундамента

А выводы просто возбуждающе ошеломляющие.

• Если отвлечься от сезонного пучения грунта, например, построить дом из дерева, то, сделав не слишком уж широкий фундамент, можно действительно обойтись вообще без фундамента, ибо нагрузка дома на грунт вполне сравнима с нагрузкой, которую на грунт оказывает вполне стройный мужчина.
• У нас все-таки и дом великоват (три этажа) и фундамент тяжеловат (мы могли бы с таким же успехом использовать и пустотные бетонные блоки). И все равно даже такой дом можно строить на мелкозаглубленном ленточном фундаменте. К слову, вес фундамента можно легко уменьшить в 2 раза. Я там все по максимуму считал.
• Нет абсолютно никакого смысла в строительстве фундаментой плиты, ибо цена строительства не сравнима с полученным эффектом. Вполне можно обойтись тем, чтобы поставить первый слой бетонных блоков поперек и устроить тем самым фундаментную подушку. А в большинстве случаев можно и без этого вполне обойтись.
• Столбчатые фундаменты надо использовать с большой, просто огромной осторожностью, что я и писал в статье про этот тип фундаментов. Теперь, по крайней мере, понятно, что имелось ввиду.

Как измерить, или хотя бы оценить степень сжимаемости грунта

Полагаю, надо сделать некий щуп с площадью основания сантиметров 10 на 20 (200 см²) и нагрузить его хорошим весом. Скажем 200 кг. Тогда нагрузка на один сантиметр будет ровно 1 килограмм. После этого линеечкой, а лучше штангеном, конечно, померить, на сколько основание ушло в грунт. Из полученной величины можно сделать вывод о трудносжимаемости грунта. И замеров надо сделать несколько и в разных местах, чтобы репрезентативность измерений сохранить и чтобы продажной девкой наш щуп никто не назвал бы. Причем основание щупа можно сделать меньше, чтобы меньше использовать вес. Но при этом нужно глобально увеличить количество измерений, ибо грунт — сами понимаете, штука неравномерная и вполне может оказаться, что на большой площади наши замеры имеют довольно значительную погрешность. Заметим, что в случае со строительством столбчатого фундамента вес надо не уменьшать, а увеличивать, причем значительно.

Но я, как принципиальный противник слишком уж научных методов в нашем с вами строительстве, предлагаю на эти чудо-приборы не заморачиваться, а оценивать трудносжимаемость грунта на глаз, то есть постояв, попрыгав и посмотрев, остаются ли после этого на земле следы.

Эпилог

Ну, конечно, я сделал некоторые допущения, о которых хотелось бы сказать. Так реально большой дом в два полных этажа обычно бывает с капитальной стеной. Эта капитальная стена добавит и веса нашему дому, но и площади основания. Разница получится не большая, но кому интересно — советую не пренебрегать проектом дома и все очень аккуратно считать.

Материал по расчету фундаментов, который вы только что прочитали, может помочь не только в выборе и расчете фундамента, но также и в выборе и расчете материалов для фундамента и стен. Удивительно, но деревянный дом не будет на на много легче пенобетонного. А использование полнотелых блоков в фундаменте вообще неоправдано. Опять же разброс в плотности фундаментных блоков тоже довольно велик. Рекомендую интересоваться спецификациями производителей.

Надеюсь, что этот материал кого-то позабавил, кому-то открыл глаза, а кому-то и помог сделать правильный выбор.

Обожающий все десять цифр и их сочетания
Дмитрий Белкин

Статья создана 24.07.2012

Нагрузка на фундаменты | Строительный справочник | материалы — конструкции

При устройстве фундаментов важное значение имеют не только правильный выбор глубины заложения, точность разбивочных работ, соблюдение технологических процессов устройства фундамента, но и верный выбор самой конструкции фундамента с учетом всех нагрузок от здания и способности грунта оснований выдерживать эти нагрузки без существенных деформаций. Расчеты и вариантное конструирование фундаментов с учетом применения различных материалов и способов их возведения позволят найти оптимальное техническое решение, при котором фундаменты будут более надежными и экономичными.

Грамотный расчет оснований и фундаментов может выполнить только специалист, так как для этого надо уметь использовать данные инженерно-геологических изысканий, нормативы, коэффициенты, величины и другие показатели, а также методики расчета, принятые в СНиПах. При расчете основания здания первостепенное значение имеют вид и сопротивляемость грунта. Для предварительного назначения размеров фундамента используются данные нормативного давления на основания. Эти данные могут быть использованы при ширине фундаментов от 0,6 до 1,5 м и глубине заложения от 1 до 2,5 м, считая от отметки природного рельефа или от отметки планировки до отметки основания.

Нормативное давление на основание

Вид грунта	кПа	кгс/см2
Крупнообломочные грунты, щебень, гравий	500-600	5,0-6,0
Пески гравелистые и крупные	350-450	3,5-4,5
Пески средней крупности	250-350	2,5-3,5
Пески мелкие и пылеватые плотные	200-300	2,0-3,0
Пески средней плотности	100-200	1,0-2,0
Супеси твердые и пластичные	200-300	2,0-3,0
Суглинки твердые и пластичные	100-300	1,0-3,0
Глины твердые	300-600	3,0-6,0
Глины пластичные	100-300	1,0-3,0

При глубине заложения фундамента более 2,5 м нормативное давление увеличивается, а при менее 1 м — уменьшается. Общее давление на грунт при определенной опорной площади фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта. Общая нагрузка, действующая на 1—2 м2 подошвы ленточного фундамента, будет равна сумме нагрузок от снега, крыши, всех перекрытий и перегородок, оборудования в доме, наружной стены дома и самого фундамента. Ориентировочную общую нагрузку можно вычислить с помощью таблиц.

Нагрузка от 1 м2 стены

Материал стен	кПа	кгс/м2
Деревянные каркасно-панельные толщиной 150 мм с минераловатным утеплителем	0,3-0,5	30-50
Брусчатые и бревенчатые толщиной 140-180 мм	0,7-1,0	70-100
Из опилкобетона толщиной 350 мм	3,0-4,0	300-400
Из керамзитобетона толщиной 350 мм	4,0-5,0	400-500
Из шлакобетона толщиной 400 мм	5,0-6,0	500-600
Из эффективного кирпича толщиной, мм:
380	5,0-6,0	500-600
510	6,5-7,5	650-750
640	8,0-9,0	800-900
Из полнотелого кирпича сплошной кладки толщиной, мм:
250	4,5-5,0	450-500
380	7,0-7,5	700-750
510	9,0-10,0	900-1000

 

Нагрузка от 1 м2 перекрытий пролетом до 4,5 м

Тип перекрытия	кПа	кгс/м2
Чердачное по деревянным балкам плотностью, кг/м3, не более:
200	0,7-1	70-100
300	1-1,5	100-150
500	1,5-2	150-200
Цокольное по деревянным балкам плотностью, кг/м3, не более:
200	1-1,5	100-150
300	1,5-2,0	150-200
500	2,0-3,0	200-300
Цокольное железобетонное	3,0-5,0	300-500

 

Нагрузка от 1 м2 горизонтальной проекции крыш

Тип кровли	кПа	кгс/м2
Покрытие рубероидом	0,3-0,5	30-50
Керамическая черепица при уклоне 45°	0,6-0,8	60-80
Кровельная сталь при уклоне 27°	0,2-0,3	20-30

 

Виды оснований

 

К основаниям из просадочных грунтов относятся глинистые грунты, которые, находясь в напряженном состоянии под действием нагрузки от сооружения или собственного веса, при замачивании дают дополнительную деформацию — просадку. Критерием для отнесения глинистых грунтов к просадочным является степень влажности (доля заполнения пор водой) < 0,6.

В зависимости от возможности просадочных явлений под действием собственного веса грунтовые условия на участке строительства подразделяются на два типа:

• грунтовые условия, при которых просадка от собственного веса не превышает 5 см;
• грунтовые условия, при которых возможна просадка от собственного веса более 5 см.

Тип грунтовых условий устанавливается в процессе инженерно-геологических изысканий. Устойчивость дома и других сооружений можно обеспечить следующими мероприятиями:

• устранением просадочных свойств грунтов в пределах всей или части просадочной толщи;
• заглублением фундамента;
• устройством свайных фундаментов;
• применением водозащитных и конструктивных мероприятий.

Выбор мероприятия производится на основе технико-экономических расчетов.

К основаниям из набухающих грунтов относят глинистые грунты, которые при замачивании в напряженном состоянии увеличиваются в объеме. Для набухающих грунтов характерны, кроме того, большая пластичность, низкий предел усадки и природная влажность. Выбор глубины заложения и назначение размеров фундаментов, возводимых на набухающих грунтах, можно производить без учета их набухающих свойств, т.е. как для обычных грунтов в природном состоянии.

Для противодействия набуханию грунтов можно увеличить давление на эти грунты против нормативов. Устойчивость дома и других сооружений при возможных деформациях основания от набухания, превышающих допустимые, обеспечивается за счет соответствующей подготовки основания:

• устранения набухающих свойств грунтов в пределах всей или части толщи путем предварительного замачивания;
• применения компенсирующих грунтовых подушек;
• замены (полной или частичной) слоя набухающего грунта другим грунтом.

Рис. 1. Схема устройства компенсирующей подушки: 1 — ленточный фундамент; 2 — песчаная подушка; 3 — отметка планировки; 4 — отметка кровли (верха) набухающего грунта; Н — глубина заложения фундамента; а — ширина фундамента; h — высота песчаной подушки; с — отрезок компенсационной подушки

Компенсирующие подушки  применяются в целях уменьшения величины неравномерности подъема ленточных фундаментов при замачивании основания из набухающих грунтов. Располагают компенсирующие подушки на кровле или в пределах слоя набухающих грунтов таким образом, чтобы глубина заложения фундамента Н была минимальной, но не менее 0,5 м, минимальное давление на грунт — не менее 1 кгс/см2. Размеры подушек назначаются в зависимости от ширины ленточного фундамента.

 

Размеры компенсирующих подушек

Ширина фундамента, а, м	h	c	α, град.
0,5 < а < 0,7	1,2а	0,7а	75-90
0,7 < а < 1	1,15а	0,5а	75-90
1 < а < 1,2	1,1а	0,4а	75-90

Примечание. В том случае, если между стенками траншеи и подушкой будет находиться насыпной грунт, ширина подушки назначается из условия обеспечения устойчивости под действием горизонтальных напряжений.

Для устройства подушки рекомендуется применять несвязные грунты. Плотность уплотненного грунта подушки должна быть не менее: для мелких песков 1,60 т/м3, для средних и крупных 1,55 т/м3. Нижний слой подушки толщиной от 15 до 30 см не уплотняется.

Действие сил пучения грунта на фундаменты

 

Давление по подошве фундамента назначается в зависимости от вида грунта подушки и его состояния. Нагрузка на основание, особенно из просадочных и набухающих грунтов, должна быть сбалансирована, иначе при фактической нагрузке, превышающей нормативную вследствие замачивания грунта, произойдет дополнительная просадка фундамента, а при недогрузке силам пучения легко будет вытолкнуть вверх фундамент. Рассмотрим, как действуют эти силы на фундамент.

Самыми опасными силами, действующими на фундаменты малоэтажных домов, являются силы морозного пучения. В тяжелых пучинистых грунтах, где присутствуют водонасыщенные глины, суглинки, супеси, вертикальные перемещения поверхностного слоя грунта при его промерзании на 1—1,5 м составляют 10—15 см (рис. 2).

Рис. 2. Схема деформации грунта при пучении: 1 — уровень промерзания грунта; 2 — уровень земли до пучения; 3 — уровень земли при пучении

Рис. 3. Схема действующих сил пучения на фундаменты: а — силы пучения, действующие на ленточный фундамент без подвала; б — то же, с подвалом; в — силы бокового пучения, действующие на столбчатый фундамент; 1 — фундамент; 2 — уровень промерзания грунта; 3 — уровень земли до пучения; 4 — уровень земли при пучении; А — нагрузка сооружения на фундамент; Б — сила сопротивления грунта основания; В — силы морозного пучения грунта основания

Результаты действия сил морозного пучения — подъём фундамента, а затем при неравномерном оттаивании грунта — его опускание — приводят к деформации фундамента, перекосу стен дома и появлению различных дефектов: трещины в стенах, смещение балок, крыльца, отслоение обоев, заклинивание дверей и т.д. Избежать отрицательного воздействия сил морозного пучения не всегда удается только за счет увеличения глубины заложения фундамента ниже уровня промерзания. Силы пучения действуют не только снизу, но и сбоку. Эти касательные силы способны накренить фундамент, что приведет к изменению направления действующих вертикально сил, внецентренному давлению от нагрузок дома и дополнительным неприятным последствиям. Силы, действующие на фундаменты, показаны на рис. 3.

Опорная поверхность фундамента (см. рис. 3, а) — подошва — расположена выше уровня промерзания грунта и на нее действуют силы пучения В. Такое устройство фундамента можно считать неправильным. Фундаменты, расположенные ниже уровня промерзания грунта (см. рис. 3, б, в), не испытывают давления мерзлого грунта снизу, но боковое давление остается значительным и может привести к смещению фундамента. Для нейтрализации этих сил, кроме мероприятий, описанных при рассмотрении свойств просадочных и набухающих грунтов, рекомендуется:

• возводить монолитные железобетонные фундаменты на песчаной подушке;
• основание фундамента выполнить уширенным, в виде опорной площади;
• вертикальные стенки, выполненные из штучных изделий, делать сужающимися к верхней части фундамента;
• утеплять поверхностный слой грунта (под отмосткой) вокруг фундамента.

Критические нагрузки на грунт. Расчетное сопротивление грунта основания.

Лекция 1 – 09.02.12

Первая критическая нагрузка на грунт (предельная нагрузка на грунт)

Рис 1.1

Пузыревский определил первую критическую нагрузку для связного грунта, а Герсеванов для несвязного.

Рис 1.2

Р – равномерно распределенная нагрузка

g– боковая пригрузка (γ – удельный вес грунта,h=d– глубина заложения нагруженной поверхности)

z- глубина расположения рассматриваемой точки ниже плоскости приложения нагрузки.

z_max— максимальная величина зон сдвигов.

2β — угол видимости

— уравнение предельного равновесия

Задача заключается в определении такой нагрузки Р₁, при которой зоны сдвигов (зоны предельных равновесий) только зарождаются под нагруженной поверхностью.

Так как при полосовой нагрузке (плоская задача) касательные напряжения будут наибольшими у краев нагрузки, то естественно ожидать в этих местах при возрастании нагрузки зарождение зон предельного равновесия. Предположим, что действует непрерывная нагрузка интенсивностью q.

с в — собственный вес

, так как точка М расположена в зоне сдвигов, где грунт находится в пластичном состоянии и давление во все стороны одинаково, принимаем дополнительное допущение о гидростатическом распределении давлений от собственного веса грунта.

2β – угол видимости из точки М

Подставим σ1 и σ3 в уравнение предельного равновесия:

Из этого уравнения выразим z(глубина расположения точки М в пределах зоны сдвигов).

Для первой критической нагрузки необходимо чтобы выполнялось требование, чтобы зоны сдвигов имели размеры точки. Это условие будет выполнено, если максимальный размер зоны сдвигов z_max=0.Z_maxполучим исследовав функциюzна максимум. В этом случае надо найти первую производную равную 0, определить те переменные, которые соответствовали быz_maxи подставить их вz.

– формула Пузыревского

Нормативное давление на грунт. Расчетное давление грунта основания.

Рис 1.3

z_max— максимальная величина зон сдвигов (ее максимальная величина =b/4).

До 1962 года при расчете грунтовых оснований принималось условие, что фактическое среднее давление по подошве фундамента р не должно было превышать первой критической нагрузки Р₁. (р ≤Р₁). В 1962 году вышел первый СНиП.

Р_кр->А_кр->S_расч.

Критериям являлось фактическое наблюдение за осадками S_факт. Фактические осадки были намного меньше расчетныхS_факт<<S_расч, значит в этом случае можно повысить значение критической нагрузки. В СНиП 1962г. ВвелиR^н– нормативное давление на грунт.R^н = Р_кр.

R^н— была получена, как первая критическая нагрузка, но не приz=0, а приz=b/4.

Р₁, приz=0 – пластических зон нет.

R^н, приz=b/4 – пластические зоны есть.

R^н>P^кр,P<R^н

Наблюдения продолжались и в 1975 году вышел другой СНиП – R– расчетное давление на грунт:

При наблюдениях увеличили давление за счет коэффициентов

m₁— коэффициент, зависящий от вида грунтов основания

m₂— коэффициент, зависящий от вида грунтов и конструктивной схемы здания (сооружения)

k_n— коэффициент надежности

P<R¹⁹⁷⁵

Рис 1.4

Р^*полного разрушения еще нет

Лекция 2 – 22.03.12

Несущая способность оснований фундаментов: расчет

Последствия неправильного расчета несущей способности фундамента

Сразу же после сдачи любого сооружения в эксплуатацию, происходит процесс медленного опускания фундамента за счет прикладываемых нагрузок. Фундамент всегда опускается на расчетную глубину, это значение всегда учитывается и закладывается при проведении расчетов.

Большие, неравномерные осадки оснований влекут за собой деформацию конструкций с дальнейшим разрушением здания. Как правило причина кроется в неправильном расчете несущей способности фундаментов, а также из-за ошибок в расчетах допустимых нагрузок на грунты.

Необходимость геологических исследований

Для определения типа фундаментов, а также в расчете ориентировочной просадки грунтов зоны строительства, в обязательном порядке проводятся геологические исследования. С их помощью определяется тип почвы, глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, структура грунта и прочие параметры. Поэтому несущая площадь фундамента должна быть такой, чтобы ее масса вместе с будущим зданием не превышала расчетное сопротивление грунта на строительной площадке.

Только тогда получится качественный, надежный фундамент, способный выдерживать горизонтальные и вертикальные нагрузки. При этом строить дополнительные этажи без укрепления существующего фундамента запрещено, так как в таком случае резко увеличивается масса объекта в целом.

Что подразумевают под расчетной способностью грунтов?

Данные о несущей способности различных типов грунта для расчета фундамента

Несущую способность грунтов оценивают в комплексном порядке при расчете фундаментов и сооружений. Главная цель такого расчета – это обеспечить прочность, устойчивость грунтов под подошвой фундамента, не допустить сдвиг здания по подошве в любую сторону.

Нарушение правильного состояния здания может привести не только к накоплению осадок, но впоследствии к нарушению конструкции самого основания. На фундамент также влияют вертикальные, горизонтальные нагрузки со стороны почвы и самого здания, поэтому грунт может просто не справиться с такой массой. Именно по этой причине особое внимание уделяют расчетам несущей способности оснований фундаментов, чтобы максимально определить допустимую зону нагрузки и защитить грунт от полного разрушения.

Какие факторы влияют на состояние грунта и основания?

Таблица с указанием допустимой нагрузки на грунт для расчета несущей способности основания

На несущую способность влияет огромное количество различных факторов, среди которых стоит отметить:

• вид и характер нагрузок − вертикальная, наклонная, горизонтальная или, непосредственно, нагрузка под подошвой;
• распределение центра тяжести площади фундамента относительно эксцентричной нагрузки;
• размеры, характеристики, габариты и материал выполнения подошвы;
• структура грунта;
• форма подошвы;
• глубина погружения основания в грунт, а также наличие под подошвой мягких осадочных пород с малой сопротивляемостью;
• насколько ровно расположена подошва относительно горизонтали;
• степень однородности почвы;
• наличие внешних факторов, которые могут нанести вред подошве, такие как вибрация, сейсмические сдвиги, сезонный подъем грунтовых вод.

Все расчеты несущей способности оснований нужно делать по СНиП 2.02.01-83. Поэтому, обеспеченная несущая способность вычисляется по формуле:   F ≤ YcFu/Yn, где:

• F – это равнодействующая сила, она должна быть разнонаправлена к основной нагрузке;
• γ_с – коэффициент условий работы;
• F_u— это максимальное сопротивление основания всем нагрузкам;
• γ_n— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается равным 1,2; 1,15; 1,10 для сооружений I, II и III классов соответственно.

Когда нужно делать расчет оснований на несущую способность

Чертеж расчета фундамента по несущей способности

1. Если на существующее или новое основание воздействуют значительные горизонтальные нагрузки, особенно от строящихся по соседству домов или регулярные вибрации от автомагистралей, промышленных предприятий.
2. Сооружение было построено на уклоне или откос образовался со временем, обнажив внешнюю часть основания.
3. Если подошва фундамента установлена на влагонасыщенных почвах.
4. Когда на основание может воздействовать выталкивающая сила различного происхождения.
5. Если нужно проверить устойчивость естественных и искусственных склонов.

Если на строительной площадке или в фундаменте существующего здания уже появились видимые деформации конструкций, всегда сначала обращают внимание на состояние почвы под подошвой и определяют их состояние. Поэтому, по нормативам существует сразу несколько различных видов деформаций почвы, которые зависят от внутренних и внешних факторов.

Этапы деформаций грунтов в классическом виде

Схема развития деформаций и возможных перемещений грунта при неправильном расчете несущей способности

В современной литературе принято различать три основных фазы деформирования грунтов:

1. Начальная. Это этап уплотнения почвы под влиянием внешних факторов, происходит из-за уменьшения пор между частицами почвы под подошвой. Фаза отличается тем, что сейчас не происходит сдвига фундамента, ведь все касательные нагрузки равноценные и компенсируются нагрузкой. Но нагрузка всегда возникает спонтанно, она распределяется неравномерно. В результате, в одной точке деформация может быть незначительной, а в другой – сильной. Как итог – происходят сдвиги основания.
2. Вторая стадия – фаза сдвига подошвы основания. По мере увеличения нагрузок грунт сжимается все сильнее, захватывает новые районы, происходит значительный сдвиг подошвы в сторону большей нагрузки. Нарушается стандартное равновесие, под подошвой образуется плотный шар почвы, а по сторонам – пустое пространство. Материал фундамента стремится занять освободившееся место за счет естественных сил тяготения, поэтому возникают трещины и разрывы в основании, а затем в несущих стенах дома.
3. Третья фаза – это разрушение подошвы. Тут уже материал подошвы выпирает плотный шар грунта и сразу деформируется.

Такая ситуация возникает с теми фундаментами, которые заложены выше граничной глубины промерзания почвы или сверху над горизонтами грунтовых вод. Немного иная картина происходит с глубоко заложенными основаниями. В таких случаях под подошвой также образуется плотный слой грунта, но его не выпирает на поверхность из-за большой площади перекрытия подошвы. Поэтому такой фундамент обладает лучшими несущими способностями, чем мелкозаглубленный.

Если начинается процесс деформации грунтов, то его порой остановить уже нет возможности. Единственный выход, это устраивать специальные защитные конструкции, способные нивелировать нагрузки или по максимуму снизить их воздействие.

Влияние размеров фундамента на несущую способность основания

Графическое изображение зависимости осадки основания фундамента от несущей нагрузки

Некоторые строители вынуждены для одного сооружения использовать сразу несколько различных видов фундаментов. Причем расчеты нужно делать для каждой подошвы индивидуально. Также возможно применение оснований с длиной, значительно превышающих их ширину.

Графики указывают, что с увеличением ширины фундамента увеличивается объем грунта, способного привести к разрушению подошвы. Поэтому при абсолютно одинаковых условиях и составу грунта, узкие фундаменты менее склонны к деформации, чем широкие.

Также несущая способность оснований зависит от их формы и используемых строительных материалов. Если два фундамента имеют абсолютно одинаковые размеры, одинаково заглублены в грунт, но один имеет длину и ширину практически одинаковую, а другой – более длинный, тогда первая конструкция будет создавать большую нагрузку на грунт, чем другая.

Причина кроется в особенностях подошвы. Для деформации и сдвига квадратного или круглого фундамента нужно затратить больше энергии, чем для ленточного длинного. Также необходимо учесть, что на песчаное основание размеры и форма фундамента влияет больше, чем на глинистые грунты.

Как влияет глубина заложения фундамента на несущую способность оснований

Эскиз неравномерного поднятия дна котлована из-за неправильного расчета несущей способности основания

Почему глубоко погруженные основания менее склонны к разрушениям, чем мелкозаглубленные? Ведь мелкие основания нужно обязательно укреплять, подбирать оптимальную конструкцию свай и делать сложные расчеты. Причина здесь кроется в характере поведения грунтов на различных глубинах.

Так для песчаных оснований увеличение глубины погружения фундамента ведет за собой снижение осадки, а вот несущая способность резко увеличивается. Аналогичная ситуация наблюдается с любыми иными почвами, в составе которых есть песок в больших количествах.

Поэтому в зависимости от глубины заложения, различают мелкие и глубокие основания. Понятно, что для каждого типа приходится использовать свои строительные материалы и технику, но при этом надежность конструкций отличается в несколько раз.

Как происходит деформация песчаных грунтов под подошвой фундаментов мелкого заглубления? Сначала происходит укрупнение почвы под подошвой, затем она клиньями поднимается по разные стороны конструкции и формирует свободную полость под подошвой. Поэтому даже незначительные сдвиги и подвижки почвы, повлекут за собой частичное разрушение несущих конструкций. Часто наблюдаются сдвиги и провалы.

А вот фундаменты глубокого заложения разрушить значительно сложнее. Смещение почвы будет практически полностью нейтрализовано вертикальным перемещением почвы по сторонам поверхности основания, и в данном случае могут быть только локальные уплотнения почвы. Разрушение фундамента в третьей фазе деформации почвы имеет спокойный характер. Зависимость глубины фундамента от осадки на глинистых почвах практически не проявляется.

Таким образом, несущая способность оснований – это важный показатель состояния грунтов и пренебрегать им нельзя. Если правильно сделать расчет и учесть все факторы, то уже по готовому результату можно подобрать не только оптимальные размеры и форму будущего фундамента, но и обнаружить скрытые проблемы в уже существующем. И в дальнейшем оперативно принять меры по срочному ремонту или усилению конструкций, чтобы они не деформировались от внешнего воздействия.