Несущая способность основания фундамента — это максимальная нагрузка, которую грунт может выдержать без значительных деформаций или разрушения. Она зависит от физических и механических свойств грунта, а также от конструкции фундамента и его расположения под зданием.
Правильный расчет несущей способности основания необходим для обеспечения долговечности и устойчивости строительных объектов. Неудовлетворительное выполнение этих расчетов может привести к оседанию, трещинам и другим проблемам, угрожающим безопасности зданий.
Несущая способность в строительстве
В процессе эксплуатации любое здание или сооружение подвергается не только нормативным, но и дополнительным нагрузкам. Вследствие внешних воздействий со временем могут возникнуть видимые и невидимые дефекты, которые ухудшают техническое состояние конструкций и способны изменить их несущую способность. Если вовремя не устранить отклонения, то строение может стать предаварийным или аварийным. Чтобы избежать неприятных последствий необходимо периодически обследовать техсостояние строительного объекта, и одной из главных задач обследования является определение несущей способности здания.
Что такое несущая способность в строительстве
Несущая способность (НС) объекта капитального строительства – это максимально допустимая рабочая нагрузка, которая без изменения и понижения технико-эксплуатационных характеристик способна выдерживать все конструктивные элементы строения.
Фундамент, стены и перекрытия, колонны и балки, кровля – основные элементы зданий. Все они выполнены из разных материалов, от которых зависит прочность и устойчивость к горизонтальным, вертикальным и прочим нагрузкам. Способность возводимых конструкций выдерживать нагрузки определяется по ГОСТ и расчетные показатели заложены в проектной документации.
Для уже эксплуатируемой строительной конструкции несущая способность определяется в ходе технического обследования. Специалисты используют разные методы, например, способ импульсных механических и динамических вибрационных воздействий, направленных на конкретные элементы здания. Для получения значений на объект устанавливают специальные датчики, которые фиксируют все изменения. Далее по результатам рассчитывают реальную несущую способность отдельных конструкций и здания в целом.
Несущая способность грунта
Для любого сооружения или здания грунт выступает нулевым основанием, на котором находятся все конструкции. Поэтому для правильности проектирования и выбора типа фундамента крайне важно определить сопротивление грунта – максимальную нагрузку, которую он сможет выдерживать.
Способность сопротивления зависит от влажности и плотности грунта. Чем плотнее почва, тем меньше в структуре основания воздуха и соответственно выше несущая способность. Для участков с повышенной влажностью характерно снижение несущих характеристик, поэтому для достижения должной прочности фундамента потребуется дополнительно укреплять его сваями.
Для различных видов грунтов характеристики несущей способности детально описаны в СНиП 2.02.01-83. Физико-химическое состояние грунтов для конкретного объекта определяется по результатам лабораторных исследований предварительно взятых грунтовых проб.
Несущая способность фундамента
Фундамент – основной элемент строения, который воспринимает и распределяет по грунтовому основанию все нагрузки от других элементов и конструкций. От его прочности и устойчивости к внешним нагрузкам напрямую зависит надежность, долговечность и безопасность всего здания. В современном строительстве используют разные виды фундаментов:
- по форме и способу опоры на грунтовое основание фундаменты бывают ленточные, столбчатые, свайные и плитные;
- по глубине заложения фундамент может быть незаглубленным, мелкозаглубленным и заглубленным.
Для безошибочного выбора типа фундамента необходимо учитывать влажность, плотность, пучинистость и химический состав грунта, уровень залегания грунтовых вод, гидрологические условия и рельеф местности, глубину промерзания почвы и другие характеристики.
Оценка несущей способности фундамента определяется на основе значений сопротивления почвы эксплуатационным нагрузкам, площади его опирания на грунт, массы постройки, ветровых, снеговых и прочих нагрузок. Но для разных видов оснований расчеты отличаются. Например, чтобы рассчитать для ленточного фундамента несущую способность нужно иметь опорную площадь всей ленты. В случае со свайными конструкциями определяются несущие характеристики одной сваи и полученное значение умножается на количество используемых в фундаменте свай.
Несущая способность конструкций перекрытия
Перекрытия – горизонтальные конструкции, которые разделяют строение по высоте на уровни и этажи, воспринимают на себя нагрузки и распределяют их по стенам и фундаменту.
По расположению и функциональному назначению перекрытия классифицируются на межэтажные, чердачные, цокольные и подвальные. По конструктивным особенностям перекрытия могут быть:
- балочными или сборными – на стены с одинаковым шагом укладывают балки из железобетона, металла или древесного бруса. Поверх балок располагают блоки, панели или плиты;
- безбалочные – возводятся из нескольких панелей или монолитной плиты с применением сборной, монолитной или сборно-монолитной технологии.
Проверка несущей способности перекрытий предусматривает проведение ряда инструментальных исследований и испытаний, направленных на определение прочности конструкций, способности их сопротивления нагрузкам.
Расчетная методика включает оценку качества и фактического состояния материалов, из которых выполнены перекрытия, определение геометрических параметров конструкций с учетом глубин опирания, кривизны, ослаблений сечений, прогибов и прочих характеристик элементов.
Несущая способность колонн и столбов
Колонны и столбы принадлежат к вертикальным несущим конструкциям здания или сооружения. Возводятся на отдельном фундаменте в виде подстаканника. Столбы в основном выполняют из камня и кирпича, опоры – из монолита и железобетона. От качества и прочности элементов напрямую зависит эксплуатационная надежность строений. Чем больше площадь объекта и выше нагрузка на столб или колонну, тем глубже необходимо закладывать эти элементы.
Выполнение расчета несущей способности вертикальных опорных конструкций производят по предельным состояниям путем определения действующих нагрузок и размеров поперечного сечения колонн или столбов. Предельные состояния могут быть трех видов: по несущей нагрузке, по раскрытию трещин и по допустимым нагрузкам. Колонны и опоры рассчитывают по несущей способности.
Нагрузки делятся на нормативные и расчетные. В первом случае это установленные нормами наивысшие нагрузки, при которых достигается нормальная эксплуатация конструкций. Повышение или отклонение нагрузок от нормативных определяется использованием при расчете коэффициента перегрузки. Полученные значения с данным коэффициентом – это расчетные нагрузки.
Несущая способность кровли
Главная функциональная задача кровли – защита здания от атмосферных осадков, отвод талой или дождевой воды. Классифицируют покрытия по разным параметрам. По типу конструкции кровля может быть одно- и двухскатной, шатровой, вальмовой, мансардной, многощипковой, разноуровневой. В качестве кровельных материалов применяют металлочерепицу, битумную черепицу, профнастил, шифер, рулонные и прочие покрытия.
Но основной критерий классификации – конструктивное решение. По данному показателю кровли разделяют на:
- скатные – монтируются под наклоном, угол составляет больше 10%;
- плоские – от горизонтали угол наклона не превышает 10%.
Несущую способность кровли любого типа обеспечивает стропильная система (силовой каркас). В зависимости от характера воспринимающих нагрузок элементы каркаса работают по-разному:
- на сжатие работают опоры, стойки и прочие вертикальные конструкции;
- балки перекрытий, панели, рамы, фермы работают в основном на изгиб;
- на растяжение работают подвески, мембраны, своды, ванты и прочие пространственные детали.
Расчет несущей способности кровли производится по результатам комплекса исследовательских и измерительных мероприятий, направленных на определение прочности, устойчивости, способности сопротивления нагрузкам каждого конструктивного элемента.
Несущая способность фасада
Под понятием фасад принято понимать поверхность наружных стен здания. Фасад формирует внешний вид здания, отвечает за его устойчивость, прочность и долговечность.
Фасадные системы выполняются из различных материалов с использованием разных технологий монтажа. По прочности и несущей способности фасадные конструкции разделяются на:
- нагруженные – воспринимающие дополнительные нагрузки, исходящие от строительных конструкций и оборудования;
- самонесущие – системы, которые выдерживают исключительно собственный вес.
В обоих случаях крайне важно правильно определить наивысшие рабочие нагрузки, которые смогут выдерживать фасадные конструкции без повреждений, деформации и потери эксплуатационных качеств.
При проектировании для обеспечения требуемой несущей способности фасады рассчитывают с помощью специальных программных приложений. Чтобы проверить несущую способность фасада уже эксплуатируемого здания проводят инструментальные исследования и при потребности натурные испытания с определением и расчетом прочности, выносливости, показателей сопротивления материалов и способности восприятия конструкциями нагрузок. Наиболее часто для получения оценки несущей способности используют метод предельных состояний.
Важность правильного расчета несущей способности элементов конструкции здания
Техническая безопасность, устойчивость к агрессивным воздействиям и нагрузкам, надежность – обязательные требования, которым должны соответствовать здания и сооружения. Эти характеристики напрямую зависят от того, насколько правильно определена несущая способность конструкций. Поэтому расчет несущей способности нужно выполнять как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации объекта.
Для эксплуатируемых зданий необходимость проведения расчетов крайне важна при обнаружении деформаций, прогибов, трещин и других повреждений, причиняющих угрозу безопасности строения. Только по результатам расчетов можно определить способны ли конструктивные элементы без ухудшения характеристик выдерживать существующие эксплуатационные и дополнительные нагрузки.
На всех этапах жизненного цикла строительного объекта могут возникать различные дефекты. Вовремя выполненное обследование с правильным расчетом несущей способности поможет сохранить объект и предотвратить аварийные ситуации.
Что такое несущая способность
Несущая способность – это максимальная рабочая нагрузка, которую способны нести строительные несущие конструкции : фундаменты, сваи, стены, балки, перекрытия без разрушения, деформации и потери функциональности. В данном случае нагрузка – общая масса элементов, которые ставятся на конструкцию.
Строительные несущие конструкции
Несущий каркас здания состоит из конструктивных элементов: грунтов и фундамента, кровли, стен, перекрытий, балок, колонн, иногда фасада. Они выполнены из материалов, свойства которых влияют на прочностные показатели и устойчивость к внешним и внутренним нагрузкам. У этих конструкций имеется своя несущая способность, которая закладывается при проектировании здания в соответствии с назначением его каркаса. При строительстве и дальнейшей эксплуатации собственник и эксплуатирующая компания в первую очередь должны руководствоваться этими данными.
Однако во время использования любое помещение или здание подвергается нормативным и дополнительным нагрузкам, которые со временем могут изменить несущую способность как отдельных конструкции здания, так и общего каркаса. С течением времени и нарушением правил эксплуатации могут образоваться видимые и невидимые дефекты конструкций, которые становятся сигналом, что здание находится в предаварийном или аварийном состоянии. Поэтому определение несущей способности здания и отдельных конструкций – один из главных этапов в обследовании здания.
Рассмотрим несущие способности нескольких основных конструктивных элементов.
Несущая способность грунта
Несущая способность грунта – параметр, который необходимо учитывать при возведении любых строительных конструкций. Характеризует способность грунта выдерживать нагрузки от конструкций и определяет их устойчивость и безопасность.
В зависимости от типа грунта и его свойств, несущая способность различается. Например, грунты с пониженной несущей способностью (песок, глина или суглинок) выдерживают небольшие нагрузки, а грунты с высокой несущей способностью (гравий, камни, скалы) – значительно большие. Приведём таблицу с расчётным сопротивлением почв (фактически, несущей способностью), выраженным в кгс/см².
Расчётное сопротивление некоторых грунтов
Для определения несущей способности грунта используются методы и испытания, которые определяют грузоподъемность и допустимые нагрузки на грунтовое основание. При этом учитываются не только свойства грунта, но и глубина заложения основания, тип и размеры конструкции.
Несущая способность грунта изменяется со временем под воздействием факторов: изменение влажности грунта, затопление, залегание подземных вод, измельчение и перетаскивание грунта ветром и водой.
Расчёты допустимой несущей способности различных грунтов описаны в СНиП 2.02.01-83.
Несущая способность свай
Несущая способность сваи – величина нагрузки, которую выдерживает одна свая с учётом предельно допустимых деформаций грунта под ней. Сваи должны быть способны удерживать вес здания или сооружения и передавать его на грунт таким образом, чтобы не возникало деформаций или опасности обрушения.
Несущие балки
На несущую способность сваи влияет:
1. Тип грунта, в который вбивается свая . На разных грунтах несущая способность свай существенно различается. Например, на песчаном грунте свая выдерживает более тяжелые нагрузки, чем на глинистом или болотистом.
2. Длина сваи. Чем глубже она забита в грунт, тем большую нагрузку способна выдержать. Однако не всегда возможно забить сваю на большую глубину из-за ограничений – глубины залегания грунтовых вод или наличия подземных коммуникаций.
3. Материал, из которого изготовлена свая. Деревянные сваи обычно имеют меньшую несущую способность по сравнению с бетонными или стальными.
При проектировании строительных конструкций нужно учитывать несущую способность свай. Иначе возможно обрушение здания или его деформация. Расчёты проводятся согласно СНиП № 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».
Несущая способность основания
Основание – часть здания, которая находится под самим зданием. В зависимости от типа сооружения и местности, в которой оно строится, используются различные основания: фундамент, сваи, ленточный фундамент, монолитный железобетонный пол, несущее торцевое абрисное соединение. Несущей способностью основания считается величина максимально допустимой нагрузки, которую оно выдерживает без признаков деструкции на конкретном грунте.
На несущую способность основания влияют факторы:
- разновидности и характер оказываемых нагрузок в горизонтальной и наклонной плоскости с учетом массы самой подошвы;
- габариты основания, его характеристики и материал, использованный при строительстве;
- равномерность распределения нагрузки и центра тяжести здания;
- форма основания;
- структура грунта и его свойства;
- степень однородности грунта;
- величина заглубления фундамента, его массивность;
- правильно расположение фактически построенного основания в горизонтальной плоскости;
- присутствие заглублённых мягких, осадочных пород.
Глубина заложения основания определяется исходя из данных о грунте – информации о степени промерзания почвы, а также особенностей здания. При наличии подвального или цокольного этажа фундамент будет иметь наибольшую массивность и глубину заложения. В зависимости от региона и погодных условий в зимний период ленточное основание закладывается на глубину до 3-х метров, чтобы обеспечить максимальную устойчивость и необходимую несущую способность.
При расчете необходимой массивности фундамента учитывают вид применяемых для строительства стен материалов, вес самого основания, кровли, а также наличие снеговых нагрузок. При этом нагрузки делятся на статические, которые оказывают постоянное воздействие, и динамические, меняющиеся в амплитуде. К последним относят также людей, которые находятся или проживают в здании. Для устойчивости сооружения фундамент рассчитывается с запасом.
Наиболее тяжёлыми являются строения, стены которых выполнены из кирпича и железобетона. Помимо массы стен учитывают вес перекрытий и кровли, который принимается в соответствии с табличными значениями из учёта среднего значения на квадратный метр. Наибольшую нагрузку оказывают железобетонные перекрытия и шиферная кровля. В регионах с сильными ветрами, а также для зданий и строений, размещённых на открытой местности, учитывают при проектировании ветровые динамические виды повторно-кратковременных нагрузок.
Чтобы несущая способность основания с течением времени не снижалась, необходимо предусмотреть гидроизоляцию конструкции. Для этого чаще всего задействуют водоотталкивающие материалы и мастики, которые наносятся на поверхность фундаментных элементов.
Если несущая способность уже готового фундамента не соответствует требуемым значениям, основание подлежит укреплению. Для этого используются винтовые и свайно-винтовые конструкции, для которых расчёт производится по каждой свае в отдельности. При этом имеющееся основание на момент работ частично вскрывается.
Несущая способность стен
Несущая способность стен — предельная нагрузка, которую они способны выдерживать без деформации и возникновения видимых повреждений.
В зависимости от материала, из которого изготовлены стены, их несущая способность различна. Например, кирпичные стены обладают высокой несущей способностью и выдерживают большие нагрузки, а деревянные – менее прочные и и требуют особого внимания при расчёте нагрузок.
