Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дачаРозрахунок стрічкового фундаменту складається з двох основних етапів – збору навантажень і визначення несучої здатності грунту. Співвідношення навантаження на фундамент до несучої здатності ґрунту визначить необхідну ширину стрічки.

Товщина стінової частини приймається в залежності від конструктиву зовнішніх стін. Армування зазвичай призначається конструктивно (від чотирьох стрижнів Ф10мм для одноповерхових газоблочных/каркасних і до шести поздовжніх стрижнів Ф12мм для цегляних будівель у два поверхи з мансардою). Розрахунок розмірів і кількості арматурних стрижнів виконується тільки для складних геологічних умов.

Абсолютна більшість он-лайнових калькуляторів фундаментів дозволяють лише визначити необхідну кількість бетону, арматури і опалубки при заздалегідь відомих габаритних параметрів фундаменту. Деякі калькулятори можуть похвалитися збором навантажень та/або визначенням несучої здатності грунту. На жаль, алгоритми роботи таких калькуляторів не завжди відомі, а інтерфейси найчастіше незрозумілі.

Точніший результат можна отримати за допомогою методики розрахунку, викладену в будівельних нормах і правилах. Наприклад, СП 20.13330.2011 «Навантаження і впливи», СП 22.13330.2011 «Підстави будівель і споруд». За допомогою першого документа будемо збирати навантаження, другого – визначати несучу здатність грунту. Ці зводи правил являють собою актуалізовані (оновлені) редакції старих радянських Сніпов.

Збір навантажень

Збір навантажень здійснюється підсумовуванням їх кожного виду (постійні, тривалі, короткочасні) з множенням на вантажну площу. При цьому враховуються коефіцієнти надійності по навантаженню.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Значення коефіцієнтів надійності за навантаженням згідно СП 20.13330.2011.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Нормативні значення корисних навантажень в залежності від призначення приміщення згідно СП 20.13330.2011.

До постійних навантажень відносять власна вага конструкцій. До тривалим – вага не несучих перегородок (стосовно приватного будівництва). Короткочасними навантаженнями є меблі, люди, сніг. Вітровими навантаженнями можна знехтувати, якщо мова не йде про будівництво високого будинку з вузькими габаритами в плані. Розподіл навантажень на постійні/тимчасові необхідно для роботи з поєднаннями, якими для простих приватних будівель можна знехтувати, підсумовуючи все навантаження без понижуючих коефіцієнтів поєднання.

За своєю суттю збір навантажень являє собою ряд арифметичних дій. Габарити конструкцій множаться на об’ємна вага (щільність), коефіцієнт надійності по навантаженню. Рівномірно розподілені навантаження (корисна, снігове, вага горизонтальних конструкцій) формують опорні реакції на нижчих конструкціях пропорційно вантажної площі.

Збір навантажень розберемо на прикладі приватного будинку 10х10, один поверх з мансардою, стіни з газоблоку D400 товщиною 400мм, покрівля симетрична двосхилий, перекриття із збірних залізобетонних плит.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Схема вантажних площ для несучих стін в рівні перекриття першого поверху (в плані.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Схема вантажних площ для несучих стін на рівні покрівлі (у розрізі.

Деяку складність представляє собою збір снігового навантаження. Навіть для простої покрівлі згідно СП 20.13330.2011 слід розглядати три варіанти навантаження:

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Схема снігових навантажень на покрівлю.

Варіант 1 розглядає рівномірне випадання снігу, варіант 2 – не симетричне, варіант 3 – утворення снігового мішка. Для спрощення розрахунку і для формування деякого запасу несучої здатності фундаментів (особливо він необхідний для приблизного розрахунку) можна прийняти максимальний коефіцієнт 1,4 для всієї покрівлі.

Кінцевим результатом для збору навантажень на стрічковий фундамент повинна бути лінійно розподілена (погонна уздовж стін) навантаження, діюча в рівні підошви фундаменту на грунт.

Таблиця збору рівномірно розподілених навантажень

Найменування навантаження

Нормативне значення, кг/м2

Коефіцієнт надійності за навантаженням

Розрахункове значення навантаження, кг/м2

Власний вага плит перекриття

275

1,05

290

Власний вагу підлогового покриття

100

1,2

120

Власний вагу гіпсокартонних перегородок

50

1,3

65

Корисне навантаження

200

1,2

240

Власний вагу крокв і покрівлі

150

1,1

165

Снігове навантаження

100*1,4 (мішок)

1,4

196

Всього: 1076 кг/м2

Нормативне значення снігового навантаження залежить від регіону будівництва. Його можна визначити по додатку «Ж» СП 20.13330.2011. Власні ваги покрівлі, крокв, підлогового перекриття і перегородок взяті орієнтовно, для прикладу. Ці значення повинні визначатися безпосереднім обчисленням ваги того чи іншого конструктиву, або наближеним визначенням по довідковій літературі (або в будь-якій пошуковій системі запит «власний вагу ххх», де ххх – найменування матеріалу/конструкції).

Розглянемо стіну по осі «Б». Ширина вантажної площі становить 5200мм, тобто 5,2 м. Множимо 1076кг/м2*5,2 м=5595кг/м.

Але це ще не вся навантаження. Потрібно додати власний вагу стіни (надземної та підземної частини), підошви фундаменту (орієнтовно можна прийняти її ширину 60 см) і вага грунту на обрезах фундаменту.

Для прикладу візьмемо висоту підземної частини стіни з бетону 1м, товщина 0,4 м. Об’ємна вага неармованого бетону 2400кг/м3, коефіцієнт надійності по навантаженню 1,1: 0,4 м*2400кг/м3*1м*1,1=1056кг/м.

Верхню частину стіни приймемо в прикладі дорівнює 2,7 м з газобетону D400 (400кг/м3) тієї ж товщини: 0,4 м*400кг/м3*2,7 м*1,1=475кг/м.

Ширина підошви умовно прийнята 600мм, за вирахуванням стіни в 400мм отримуємо звиси загальною сумою 200мм. Щільність грунту зворотної засипки приймається рівною 1650кг/м3 при коефіцієнті 1,15 (висота товща визначиться як 1м підземної частини стіни мінус товщина конструкції підлоги першого поверху, хай буде в підсумку 0,8 м): 0,2 м**1650кг/м3*0,8 м*1,15=304кг/м.

Залишилося визначити вагу самої підошви при її звичайній висоті (товщині) в 300мм і вазі армованого бетону 2500кг/м3: 0,3 м*0,6 м*2500кг/м3*1,1=495кг/м.

Підсумовуємо всі ці навантаження: 5595+1056+475+304+495=7925кг/м.

Більш детальна інформація про навантаженнях, коефіцієнтах та інших тонкощах викладена в СП 20.13330.2011.

Розрахунок несучої здатності ґрунту

Для розрахунку несучої здатності ґрунту знадобляться фізико-механічні характеристики інженерно-геологічних елементів (ІГЕ), формують грунтовий масив ділянки будівництва. Ці дані беруться із звіту про інженерно-геологічних вишукуваннях. Оплата такого звіту найчастіше окупається сторицею, особливо це стосується несприятливих грунтових умов.

Середнє тиск під підошвою фундаменту не повинен перевищувати розрахунковий опір підстави, визначається за формулою:

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Формула визначення розрахункового опору грунту основи.

Для цієї формули існує ряд обмежень по глибині закладення фундаментів, їх розмірів і т. д. Більш детальна інформація викладена в розділі 5 СП 22.13330.2011. Ще раз підкреслимо, що для застосування даної розрахункової методики необхідний звіт про інженерно-геологічних вишукуваннях.

В інших випадках з деяким ступенем наближення можна скористатися усередненими значеннями в залежності від типів ІГЕ (супіски, суглинки, глини тощо), наведеними в СП 22.133330.2011:

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору великоуламкових грунтів.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору піщаних грунтів.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору глинистих грунтів.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору суглинних ґрунтів.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору заторфованих пісків.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору элювиальных великоуламкових грунтів.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору элювиальных пісків.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору элювиальных глинистих грунтів.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Розрахункові опору насипних грунтів.

В рамках прикладу візьмемо суглинним грунтом з коефіцієнтом пористості 0,7 при значенні числа пластичності 0,5 – при інтерполяції це дасть значення R=215кПа або 2,15 кг/см2. Самостійно визначити пористість і число пластичності дуже складно, для приблизної оцінки варто оплатити взяття хоча б одного зразка грунту з дна траншеї спеціалістом лабораторії, що виконує дослідження. У загальному і цілому для суглинних ґрунтів (найпоширеніший тип) чим вище вологість, тим вище значення числа пластичності. Чим легше грунт ущільнюється, тим вище коефіцієнт пористості.

Визначення необхідної ширини підошви («подушки») стрічкового фундаменту

Необхідна ширина підошви визначається відношенням розрахункового опору підстави до лінійно розподіленої навантаженні.

Раніше ми визначили погонну навантаження, діючу в рівні підошви фундаменту – 7925кг/м. Прийняте опір грунту у нас становило 2,15 кг/см2. Наведемо навантаження в ті ж одиниці виміру (метри в сантиметри): 7925кг/м=79,25 кг/див.

Ширина підошви стрічкового фундаменту складе: (79,25 кг/см) / (2,15 кг/см2)=36,86 див.

Ширину фундаменту зазвичай приймають кратною 10см, тобто округляємо в більшу сторону до 40см. Отримана ширина фундаменту характерна для легких будинків, що зводяться на досить щільних суглинних грунтах. Однак по конструктивним міркувань у деяких випадках фундамент роблять ширше. Наприклад, стіна буде облицьовуватися фасадною цеглою з утепленням товщиною 50мм. Необхідна товщина цокольної частини стіни складе 40см газобетону + 12см облицювання + 5см утеплювача = 57см. Газобетонну кладку на 3-5см можна «звісити» внутрішньої грані стіни, що дозволить зменшити товщину цокольної частини стіни. Ширина підошви повинна бути не менше цій товщини.

Осадка фундаменту

Ще однією жорстко нормованою величиною при розрахунку стрічкового фундаменту є його осаду. Її визначають методом елементарного підсумовування, для якого знову знадобляться дані зі звіту про інженерно-геологічних вишукуваннях.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Формула визначення середньої величини опади за схемою лінійно-деформівного шару (додаток Г СП 22.13330.2011).

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Схема застосування методики лінійно-деформівного шару.

Виходячи з досвіду будівництва і проектування відомо, що для інженерно-геологічних умов, характерних відсутністю грунтів з модулем деформації менш 10МПа, слабких підстилаючих шарів, макропористых ІГЕ, ряду специфічних ґрунтів, тобто при відносно сприятливих умовах розрахунок опади не призводить до необхідності збільшення ширини підошви фундаменту після розрахунку по несучій здатності. Запас по розрахункової осаді по відношенню до максимально допустимої зазвичай виходить в кілька разів. Для більш складних геологічних умов розрахунок та проектування фундаментів повинен виконуватися кваліфікованим фахівцем після проведення інженерних вишукувань.

Висновок

Розрахунок стрічкового фундаменту виконується згідно з діючими будівельними нормами і правилами, в першу чергу СП 22.13330.2011. Точний розрахунок фундаменту по несучій здатності і його опади неможливий без звіту про інженерно-геологічних вишукуваннях.

Наближеним чином необхідна ширина стрічкового фундаменту може бути визначена на підставі усереднених показників несучої здатності тих чи інших видів ґрунтів, наведених у СП 22.13330.2011. Розрахунок опади зазвичай не показовий для простих, однорідних геологічних умов в рамках «приватного» будівництва (легких будівель малої поверховості).

Прийняття рішення про самостійне, наближеному, некваліфікованому розрахунку ширини підошви стрічкового фундаменту власником майбутньої будови незаперечним чином покладає всю можливу відповідальність на нього ж.

Доцільність застосування онлайн калькуляторів викликає обґрунтовані сумніви. Правильний результат можна отримати, використовуючи методики розрахунку, наведені в нормах і довідковій літературі. Готові калькулятори краще застосовувати для підрахунку необхідної кількості матеріалів, а не для визначення ширини підошви фундаменту.

Точний розрахунок стрічкового фундаменту не так вже простий і вимагає наявності даних по грунтам, на які він спирається, у вигляді звіту з інженерно-геологічних вишукувань. Замовлення й оплата вишукувань, а також копітка розрахунок окупляться сторицею правильно розрахованим фундаментом, на який не будуть витрачені зайві гроші, але який витримає відповідні навантаження і не призведе до розвитку неприпустимих деформацій будівлі.

Стрічковий фундамент – розрахунок на прикладі | Фундамент будинку | Дім і дача

Поділитися з друзями
Ремонт та вироби своїми руками