Для чего необходим и как грамотно произвести расчет столбчатого фундамента?

Испытание забивных свай статической нагрузкой.

Существует несколько методов определения несущей способности основания. Самый действенный из них – практическое испытание забивных свай статической нагрузкой. После установки опоры, её оставляют в покое на 2 – 3 суток. Затем ступенчатым домкратом оказывается нагрузка, сравнимая с давлением веса будущего сооружения. Прогибометром вычисляется степень усадки конструкции.

ИСПЫТАНИЕ ЗАБИВНЫХ СВАЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ.

Динамические испытания схожи со статическими по принципу проведения действий. Опорные столбы погружают в грунт, оставляют отдыхать. По истечении периода времени начинается воздействие нагрузками. Именно в этом моменте выражается разница в процессах. Давление происходит посредством дизель молота, который передает ударную нагрузку. После каждого (до 10) ударов мера осадки фиксируется прогибометром. Чаще всего этот вид испытаний происходит в совокупности с предыдущим.

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование применяемого в настоящее время метода расчета строительных конструкций и оснований по предельным состояниям возможно путем использования методов теории вероятностей и положений теории надежности. Вероятностный подход является более общим по сравнению с детерминированным и позволяет учесть в расчетах случайную природу целого ряда факторов без существенного усложнения расчетных моделей.

Модель статистически неоднородного основания более точно отражает свойства грунтового массива, а расчет с использованием такой модели более соответствует действительной работе системы основание-сооружение.

Для каркасных промышленных зданий с отдельностоящими фундаментами на естественном основании разработана методика оценки проектного уровня надежности оснований и фундаментов на основе учета случайной изменчивости характеристик грунтов и нагрузок на здание. Для оснований зданий рассмотрен их расчет по второму предельному состоянию.

Исследования, проведенные в НИИОСП, показали, что расчетный уровень надежности оснований и фундаментов при проектировании по действующим нормам может быть существенно различным в зависимости от исходных параметров проектирования.

При переходе к вероятностным методам расчета в качестве основной нормированной величины принимается некоторая заданная вероятность отказа конструкции или основания (нормативный уровень надежности). Выбор нормируемого уровня вероятности появления предельных состояний дифференцируется в зависимости от назначения элемента системы основание-здание и от выбранного критерия возникновения предельного состояния, т.е. каждому предельному состоянию предписывается своя допустимая вероятность его наступления.

Величины нормативных уровней надежности, рекомендуемые для проектирования, получены на основе анализа результатов многочисленных расчетов по разработанной методике для зданий, запроектированных в соответствии с действующими нормативными документами. Переход к расчету на заданный уровень надежности позволяет получать в случаях, когда проектный уровень надежности выше нормативного, более экономичные решения.

Глава РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

§ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Как уже известно, при расчете прочности элементов сооружения допускаемой нагрузкой считается такая, при которой наибольшее напряжение (в опасной точке элемента) равно допускаемому напряжению. При этом допускаемое напряжение принимается равным пределу текучести деленному на нормативный (требуемый) коэффициент запаса прочности

Величина нагрузки [Р], при которой напряжение в опасной точке элемента равно допускаемому, называется допускаемой нагрузкой, а величина при которой напряжение в этой точке равно пределу текучести, — опасной нагрузкой.

Рис.

При напряжениях в материале, не превышающих предела пропорциональности, усилия и напряжения в конструкции прямо пропорциональны действующим на нее нагрузкам. Поэтому коэффициент является коэффициентом запаса не только по напряжениям, но и по нагрузкам:

При нагрузке как правило, еще не происходит полное исчерпание несущей способности конструкции, так как при этой нагрузке напряжения лишь в ограниченной зоне равны пределу текучести; в остальной части конструкции имеются меньшие напряжения. Например, в стальной балке, изображенной на рис. , при опасной нагрузке только в верхних и нижних точках опорного сечения нормальные напряжения равны пределу текучести Во всех остальных точках сечения 1-1 при опасной нагрузке напряжения меньше предела текучести. Следовательно, несущая способность (прочность) конструкции будет полностью исчерпана при некоторой нагрузке превышающей значение величина называется предельной нагрузкой.

Как определить несущую способность грунта

Копаем котлован или бурим яму до уровня заглубления фундамента.

На арматуру или шпильку диаметром 10-16 мм навариваем небольшую площадку для груза. Штырь опираем на грунт основания и начинаем нагружать (добавляем пригруз на площадку). Фиксируем при какой нагрузке конструкция начнет погружаться в основание.

Чтобы зафиксировать перемещение, устанавливаем на поверхности неподвижную опору: столб, штатив и т.д. Удобно фиксировать перемещение лазерным уровнем.Измерения делаем в нескольких точках.

Несущую способность определяем, как нагрузку от конструкции поделенную на площадь поперечного сечения, вдавливаемой в грунт арматуры (шпильки). В расчет подставляем нагрузку, предшествующую той при которой стержень продавил грунт. Учитываем вес пригруза и арматуры с площадкой.

Пример.Вес арматуры с грузом — 9кг.Площадь поперечного сечения арматуры ф10 мм — 0,785 см2 (по таблице или формуле: 3,14 умножить на радиус в квадрате).9 кг / 0,785 см2 = 11,4 кг/см2

Основные этапы расчета монолитной плиты

Как и любой строительный процесс, расчет фундамента обуславливается правилами проектирования и соответствующими статьями СНиПов. Процесс расчета разделяется на 3 основных этапа:

1. Проведение замеров и изучение грунта на месте строительства,
2. Расчет толщины монолитной плиты,
3. Расчет количества арматуры, необходимой для создания прочного основания.

Есть специальные программы (Мономах, Лира), которые автоматизируют процесс расчета. В тоже время посчитать будущий фундамент можно и вручную.

РАСЧЕТ СТЕН

Прочностной расчет стен

Прочностной расчет кирпичных стен проведен в соответствии с СП «Каменные и армокаменные конструкции» [3].

Произведен расчет кирпичных столбов (b×h=500×650 мм) по оси Б.

Проверено выполнение требования п.7.1 СП [4]:

Значение расчетного сопротивления кладки сжатию R принято равным 2,0 МПа. Плотность кирпичной кладки ро, а также раствора штукатурных слоев, принята на основе справочных данных равной 1900 кг/м3. Коэффициент надежности по нагрузке от веса кладки принят по Таблице 7.1 [1] равным 1,1.

2) Расчет кирпичных столбов (b×h=500×650 мм) по оси Б Продольная сила, действующая на нижней плоскости столба

Минимальная несущая способность участка столба

Вывод: несущая способность кирпичных столбов по оси Б достаточна для восприятия действующих на них нагрузок.

4.2. Теплотехнический расчет стен

1) Общие положения Теплотехнический расчет кирпичных стен проведен в соответствии с СП «Тепловая защита зданий» [6]. Произведен расчет наружной кирпичной стены толщиной в два кирпича дореволюционного размера

выполненной из кирпича полнотелого керамического и оштукатуренной с двух сторон (средняя толщина слоя 25 мм, γ0=1800 кг/м3).

2) Теплотехнический расчет наружных стен Характеристики стены

Вывод: сопротивляемость наружной стены теплопередаче недостаточна

РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ И ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ

1) Общие положения Расчет фундаментов и грунтов основания проведен в соответствии с СП «Основания зданий и сооружений» [5]. Произведен расчет фундамента кирпичного столба по оси Б. Проверено выполнение требования п.5.6.7 СП [5]:

где p ср. – среднее давление под подошвой фундамента; R – расчетное сопротивление грунтов основания фундамента.

В соответствии с инженерно-геологическими изысканиями в сжимаемой толще залегают супеси пылеватые. Расчетное сопротивление грунта основания R принято равным 250 кПа. Плотность бутовой кладки принята на основе справочных данных равной 2400 кг/м3.

2) Расчет фундамента продольной стены

Вывод: пластические деформации под подошвой фундамента несущих столбов не развиваются глубже допускаемого значения.

Определение характеристик и параметров фундамента

Для того, чтобы спроектировать фундамент, необходимо произвести расчеты по следующему алгоритму:

1. Вычислить общую массу строящегося здания.
2. Определить типы грунтов и вычислить их физико-механические параметры. Для этого берут образцы грунта на разной глубине из пробных скважин.
3. Определить силу, с которой дом давит на фундамент.
4. Произвести расчет несущей способности буронабивной сваи.
5. Определить общее количество буронабивных свай и их конфигурацию.

Определение массы здания

1. Массу подсчитывают для каждого элемента конструкции – стен, перегородок, перекрытий и кровли. Сначала рассчитывают объем:

V = L х D х H; (1)

L, D, H – соответственно длина, ширина и высота элементов дома.

2. Вычисляют вес:

m = V х p; (2)

где p – плотность материала.

Для подсчета используют нормативные значения удельных масс. Плотность бетона составляет, к примеру, 2494 кг, а удельный вес древесины – 480–520 кг.

3. Рассчитывают вес полезной нагрузки – добавляют массу полов, штукатурки, декоративных отделочных материалов. Эта величина – постоянная, нормативная. Она зависит от общего размера помещений дома на всех этажах. Значение веса полезной нагрузки равно 150 кг/м2.

4. Увеличивают общую массу на коэффициент запаса прочности: конструкция должна противодействовать давлению снега зимой. Величину коэффициента берут из СП «Нагрузки и воздействия». Для средней полосы России значение коэффициента надежности равно:

• 1,3 – для бетонных монолитных сооружений;
• 1,2 – для сборных кирпичных и плитных конструкций;
• 1,1 – для домов из бруса и бревен;
• 1,05 – для сооружений из стали.

Определение физико-механических параметров грунтов

1. Несущую способность грунта можно определить по таблице 1:

Таблица нормативных сопротивлений грунтов под торцом опоры, кг/м2

Свая опирается на грунт не только нижним торцом, но и всей боковой поверхностью. Это сопротивление также учитывается при расчете фундамента.

Таблица нормативных сопротивлений грунтов вдоль поверхности опоры, кг/м2

Важно: глубина шурфов должна быть на 0,3–0,5 м большей, чем глубина промерзания. Обобщенные сведения о параметрах промерзания грунтов изложены в СП Строительная климатология. Для выполнения расчетов пользуются актуализированными данными из СНиП 23-01-99 (действует с 2013 года).

Определение параметров, влияющих на несущую способность свай

Опоры изготавливаются из бетона марки 100 и выше. Для того, чтобы опора выдерживала поперечные нагрузки, ее армируют стальными прутками. Чтобы перераспределить и выровнять между сваями весовую нагрузку, придать конструкции жесткость, вершины опор обвязывают бетонным ростверком. Монолитную ленту армируют стальными прутками.

а — при е£ l/; б — при l/> e> l/6

Аналогично вычисляются моменты Мpi,y с заменой величин e0,x, l соответственно на e0,y , b;

при неполном касании подошвы фундамента и грунта при l/4 > e0 > l/6, для ci < 3e0 — l/2 изгибающие моменты Мpi = 0.

При невыполнении условия (35) сечение горизонтальной арматуры в растянутой зоне от действия обратного момента определяется по формуле (43) для прямоугольного (для нижней ступени) или таврового сечений.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЧЕНИЙ АРМАТУРЫ ПЛИТНОЙ ЧАСТИ ФУНДАМЕНТА

Сечение рабочей арматуры подошвы фундамента (Аsl и Asb -соответственно вдоль сторон l и b) определяется из расчета на изгиб консольного вылета плитной части фундамента на действие отпора грунта под подошвой в сечениях по грани колонны или подколонника и по граням ступеней фундамента. Подбор арматуры Аsl (Аsb) рекомендуется вести на ширину (длину) фундамента.

При действии на фундамент изгибающих моментов в двух направлениях расчет прочности плитной части производится раздельно для каждого направления.

Определение площади сечения арматуры в i-м расчетном сечении плитной части производится следующим образом: вычисляется значение

, (42)

где — расчетный момент в расчетном сечении i;

bi(li) — ширина сжатой зоны (в верхней части) рассматриваемого сечения;

h0,i — рабочая высота рассматриваемого сечения.

По табл. 20 «Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры» в зависимости от значения a0 определяется величина n, площадь сечения арматуры вычисляется по формуле

Asl(sb) = / Rs n h0,i , (43)

где Rs — расчетное сопротивление арматуры.

Изгибающие моменты в расчетных сечениях плитной части определяются от действия реактивного давления грунта по подошве фундамента без учета нагрузки от собственного веса фундамента и грунта на его уступах. В зависимости от вида эпюры давления грунта изгибающие моменты в i-м сечении на расстоянии сi от наиболее нагруженного края фундамента вычисляются по формулам:

при трапециевидной и треугольной эпюрах давления грунта [при e0,x = Mx + Qxh) / N £ l/6] в направлении действия момента Mx (черт. 18, a,б)

= Nci2 (1 + 6e0,x / l — 4e0,x ci / l2) / 2l ; (44)

при неполном касании подошвы фундамента с грунтом (при l/4 > e0,x > l/6) в направлении действия момента Mx (черт. 18, в)

= 2Nci2 [1 — 2ci / 9 (l — 2e0,x)] / 3 (l — 2e0,x) . (45)

Аналогично вычисляются моменты с заменой величин e0,x, l соответственно на e0,y, b.

Черт. 18. Расчетные схемы для определения арматуры внецентренно нагруженного фундамента

Заключение

Расчёт ленточного фундамента выполняется согласно действующим строительным нормам и правилам, в первую очередь СП Точный расчёт фундамента по несущей способности и его осадки невозможен без отчета об инженерно-геологических изысканиях.

Приближенным образом требуемая ширина ленточного фундамента может быть определена на основании усредненных показателей несущей способности тех или иных видов грунтов, приведенных в СП Расчёт осадки обычно не показателен для простых, однородных геологических условий в рамках «частного» строительства (легких строений малой этажности).

Принятие решения о самостоятельном, приближенном, неквалифицированном расчёте ширины подошвы ленточного фундамента владельцем будущего строения неоспоримым образом возлагает всю возможную ответственность на него же.

Целесообразность применения он-лайн калькуляторов вызывает обоснованные сомнения. Правильный результат можно получить, используя методики расчёта, приведенные в нормах и справочной литературе. Готовые калькуляторы лучше применять для подсчета требуемого количества материалов, а не для определения ширины подошвы фундамента.

Точный расчет ленточного фундамент не так уж прост и требует наличия данных по грунтам, на которые он опирается, в виде отчета по инженерно-геологическим изысканиям. Заказ и оплата изысканий, а также кропотливый расчет окупятся сторицей правильно рассчитанным фундаментом, на который не будут потрачены лишние деньги, но который выдержит соответствующие нагрузки и не приведет к развитию недопустимых деформаций здания.

Пример расчета основных параметров плиты фундамента

Эскиз оптимальной толщины плиты фундамента

Чтобы правильно разобраться в расчете параметров плитного фундамента, а также четко рассчитать необходимое количество бетона, стоит использовать следующий пример:

1. Принимается типичное здание из газобетона площадью 100 м² (10х10) и под него подбирается плитный фундамент на скальных породах толщиной 0,25 м мелкозаглубленного типа.
2. Объем плиты в таких случаях составляет 25 м³. Это суммарное количество бетона, необходимое для заливки такой конструкции. Тут объем арматурной сетки принимается за ноль, чтобы не усложнять расчеты. На практике такие расчеты также проводятся, но уже для больших сооружений.
3. Установка ребер жесткости, которые используются для повышения надежности конструкции. Шаг ребер жесткости составляет 3 м, при этом создаются квадраты.
4. Длина ребер жесткости будет соответствовать длине фундамента, а высота – это толщина плиты.

Итак, для заливки плитного фундамента площадью 100 м² нужно использовать 25 м³ бетона. Также сюда пойдет некоторое количество арматуры, гидроизоляции и песка со щебнем для подушки. В целом хочется отметить, что любому застройщику посчитать толщину плиты можно самостоятельно, достаточно иметь минимальные математические знания.

Зато, если сразу сделать расчет фундаментной плиты, то можно в общем контролировать расходы строительных материалов, и следить за недобросовестными строителями, а также четко определиться с размерами дома из газобетона или кирпича. Необходимое количество материалов Вы так же можете посчитать на нашем онлайн калькуляторе.

Видео: как определить несущую способность свай эксплуатируемого здания

Железобетонный ленточный

Процесс расчета осуществляется по такой формуле:

• S>Yn×F/Yc×Ro
• S – площадь основания (опорная).
• Yn – коэффициент надежности.
• F – совокупность всей нагрузки дома.
• Yc – коэффициент работы основания в почве.
• Ro – расчетное сопротивление почвы.

Подобные вычисления представлены ниже:

Рис. 1.5: коэф. надежности при работе основания в почве.

Винтовые сваи

В этом случае за основу вычислений берутся хар. одной сваи, а потом умножается на общее количество используемых свай для фундамента.

Совет эксперта! Как показывает наша практика, фундамент на сваях одно из лучших решений. Также нашим клиентам мы рекомендуем микросваи. Если смотреть на них в разрезе цены и качества, то это оптимальное решение. Поэтому мы рекомендуем его к реализации, особенно в сложных грунтах.

Рис. 1.6: схема, как работают сваи в грунте винтового типа.

Чтобы определить опорную площадь одной сваи диаметром 133 мм с лопастями в 300 мм используется следующая формула:

• «R2*» — 15*15*3,14 = 706.5 см2

По силе сопротивления несущая способность рассчитывается так: 706,5×3,6=2,55 тонн. Как следствие, несущая способность фундамента будет равняться следующему 14×2,55 = 35,7 тонн.

Важно! Во всех случаях выполняются индивидуальные расчеты, важно чтобы несущая способность свай соответствовала ожидаемой нагрузки всего строения. По этой причине следует обращаться исключительно к профессионалам

Железобетонные сваи

Преимущество ЖБИ свай в том, что они имеют рабочие боковые стенки, как следствие они имеют улучшенную несущую способность.

Вычисления выполняются посредством такой формулы: P = 10Rh×F+u×l×f>P.

• Rh – сопротивление грунта под острием свай.
• u – поперечное значение (периметр).
• F – поперечное значение.
• f – сопротивление грунта боковыми стенками.
• l – глубина забивки.

Расчет количества опор столбчатого фундамента

Количество столбов во многом зависит от площади основания каждого из них. Предположим, что вы выбрали к установке буронабивные сваи диаметром 300 мм. с расширением в нижней части (башмаком) в 500 мм (50 см).

Площадь подошвы каждой опоры S будет равна pi×D2/4= 3,14×50×50/4=1960 , что нагрузка F = 100000 кг, R=4, тогда необходимо решить простое уравнение с одной неизвестной типа: R=F/(S×n), где n – количество опор. В нашем случае получаем n = 13 шт. Но ведь сами опоры также будут оказывать воздействие на грунт, поэтому их также необходимо включить в нагрузку.

Проводим поправочные вычисления. Пусть длина столба составляет 2 м, диаметр оставляем тем же – 0,3 м. Объем одной опоры составит: 2×3,14×0,3×0,3/4=0,14 м3.

Принятый средний объемный вес железобетона равен 2400 кг/м3, тогда масса одной опоры составит: 0,14×2400=336 кг (340 кг). Тогда масса 13 опор составит, соответственно, 4500 кг. Умножаем эту величину на коэффициент надежности 1,3, суммируем с F и подставляем в уравнение выше: 4=105850/(1960n).

n=14 – количество опор, которые потребуется установить в нашем случае. Перед строительством столбчатого основания советуем ознакомиться с информацией по армированию железобетонных опор, которая представлена в этой статье. Также неплохо прочитать статью о расчете бетона для фундамента, изучив которую вы сможете определиться с количеством и качественными показателями бетонной смеси для основания своего дома.

Как видите, рассчитать количество столбов для столбчатого фундамента не так-то и сложно.

Краткое руководство по утеплению деревянного дома Если вы действительно хотите жить в деревянном доме круглый год, и при этом вас не устраивают высокие затраты на отопление, то обязательно подумайте над утеплением постройки.

Возможно, старый фундамент дома пугает вас обилием трещин и нехарактерным перекосом? Все это свидетельствует о необходимости усиления фундамента. Мы постарались обобщить данные, которые будут полезными при решении этого быстро и правильно утеплить балкон?

Пара квадратных метров площади никогда не будут лишними! Если вы еще не утеплили свой балкон, то самое время приступать к работе – winter is coming. Пусть без отопления здесь не будет очень тепло, зато утепленный балкон послужит неплохой буферной зоной между улицей и комнатой. 7 простых шагов, сделать которые сложно лишь в вашем воображении!

Название «столбчатый фундамент» говорит само за себя. Это фундамент представляющий собой несколько столбов заглубленных в грунт в определённом порядке и связанных в единую раму посредством деревянной (иногда металлической) обвязки или железобетонного ростверка.

Столбчатые фундаменты в основном применяются для возведения на них деревянных (брус, бревно) или каркасных домов (не более 2-х этажей), бань, веранд и других хозяйственных построек, а также заборов и каменных ограждений.

Реже на них возводят стены одноэтажных домов из облегчённых каменных материалов (ячеистый бетон и т. п.), удельная масса которых не превышает 1000 кг/м³. Более тяжёлые дома на таких фундаментах строить не целесообразно, в связи с относительно не высокой прочностью столбов и недостаточно большой суммарной площадью подошвы.

Самым главным противопоказанием для выбора столбчатого фундамента является высокий уровень грунтовых вод. Нельзя допускать, чтобы он подходил ближе чем на 50 см к подошве столбов. Кроме того столбы обязательно должны быть заложены глубже слоя плодородных неустойчивых органических грунтов.

Достоинствами столбчатого фундамента являются экономия денежных средств и трудовых затрат за счёт уменьшения объёма земляных и бетонных работ, а также высокая скорость строительства нулевого цикла. Основным недостатком является непредсказуемое поведение отдельных столбов фундамента при легкомысленном отношении застройщика к исследованию свойств грунта на участке. Особенно это касается фундаментов без монолитного ростверка.

Самой распространённой ошибкой частных застройщиков при возведении столбчатого фундамента является отсутствие хоть какого, даже приближённого расчёта. Количество столбов, также как и площадь их оснований, берутся «с потолка».

Практически на всех строительных сайтах написано одно и тоже — ставьте столбы по углам и на пересечении стен, при необходимости на длинных стенах добавляйте ещё, чтобы расстояние между ними было от 1,5 до 2,5 метров. Нормальный такой разброс! К тому же про площадь основания практически нигде ни слова. А ведь именно от этих показателей зависит, будет ли Ваш дом стоять на месте или со временем начнёт перекашиваться и садиться.