Нагрузки, передаваемые на фундамент здания, можно классифицировать на несколько видов в зависимости от их природы. Основными являются вертикальные нагрузки, которые включают собственный вес конструкции, динамические нагрузки от эксплуатации и временные нагрузки, такие как снег и вода. Вертикальные нагрузки способствуют сжатию фундамента, что требует учета прочности и устойчивости материалов.
Кроме того, важными являются горизонтальные нагрузки, возникающие от ветра, землетрясений и других динамических воздействий. Эти нагрузки могут вызывать смещение и наклон конструкции, что требует специального проектирования фундамента для обеспечения его надежности и безопасности. Таким образом, комплексный анализ всех видов нагрузок является ключевым этапом в проектировании фундаментов.
Сбор нагрузок на фундамент. Как рассчитать, примеры
Статья рассказывает, как выполнить сбор нагрузок на фундамент, а также содержит примеры, как рассчитать нагрузки от каркасно-щитового дома с мансардой с размерами в плане 6х9 м.
В процессе проектирования фундаментов крайне важно учитывать различные виды нагрузок, которые будут передаваться на них. Основные из них делятся на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Вертикальные нагрузки, как правило, включают в себя вес здания, а также нагрузки от мебели, оборудования и людей. Эти нагрузки воспринимаются фундаментом как давление на грунт и могут быть статическими или динамическими, в зависимости от характера их приложения.
Горизонтальные нагрузки часто возникают в результате воздействия внешних факторов, таких как ветер, землетрясения или смещение грунта. Эти нагрузки могут значительно влиять на устойчивость конструкции, особенно в сейсмоопасных зонах. Проектировщики должны тщательно анализировать такие нагрузки с помощью специальных расчетов, чтобы обеспечить необходимую прочность и стабильность фундамента. Одним из методов учета горизонтальных нагрузок является использование анкеров и других противодействующих элементов, которые помогают распределить нагрузки по всей площади фундамента.
Кроме того, важным аспектом в проектировании фундаментов являются временные нагрузки, такие как снег, дождь или лед. Их следует учитывать при оценке общей несущей способности фундамента, особенно в климатических условиях, где сезонные изменения могут значительно варьироваться. В таких случаях проектировщики должны применять дополнительные меры, чтобы гарантировать безопасность и долговечность конструкции. Учет всех этих видов нагрузок способствует созданию устойчивых и надежных оснований для различных типов зданий.
Классификация воздействий на фундамент
Нагрузки на основание бывают постоянные Pd и временные (длительные Pl, кратковременные Pt, особые Ps).
Постоянные Pd – вес частей сооружений, в том числе несущих и ограждающих строительных конструкций.
Длительные Pl – вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование, вес стационарного оборудования, заполняющих его жидкостей, твердых тел и др.
Кратковременные Pt – воздействия от людей, животных, оборудования на перекрытия, от подвижного подъемно-транспортного оборудования,
от транспортных средств и климатические (снеговая, ветровая и т.д.).
Особые Ps – сейсмическое, взрывное воздействие, воздействие от столкновения транспортных средств с частями сооружения, воздействия, обусловленные пожаром или деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта.
Чтобы правильно рассчитать воздействие на фундамент, необходимо выполнить сбор всех нагрузок. В примерах, приведенных в этой статье, учтены те виды воздействия, которые принципиальны при расчете фундамента из винтовых свай для объектов ИЖС.
Постоянные нагрузки. Как рассчитать
вес частей сооружения?
Чтобы посчитать вес строения, нужно знать только удельный вес материалов и их объемы. Такие данные с легкостью могут предоставить поставщики строительных материалов.
При выполнении расчетов можно также использовать усредненные значения удельного веса конструкций. Для удобства они приведены в таблице 2.
| Удельный вес стены, 1 м 2 | |
| Каркасные стены толщиной 200 мм с утеплителем | 40-70 кг/м 2 |
| Стены из бревен и бруса | 70-100 кг/м 2 |
| Кирпичные стены толщиной 150 мм | 200-270 кг/м 2 |
| Железобетон толщиной 150 мм | 300-350 кг/м 2 |
| Удельный вес перекрытий, 1 м 2 | |
| Чердачное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 200 кг/м 3 | 70-100 кг/м 2 |
| Чердачное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м 3 | 150-200 кг/м 2 |
| Цокольное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 200 кг/м 3 | 100-150 кг/м 2 |
| Цокольное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м 3 | 200-300 кг/м 2 |
| Железобетонное | 500 кг/м 2 |
| Удельный вес кровли, 1 м 2 | |
| Кровля из листовой стали | 20-30 кг/м 2 |
| Рубероидное покрытие | 30-50 кг/м 2 |
| Кровля из шифера | 40-50 кг/м 2 |
| Кровля из гончарной черепицы | 60-80 кг/м 2 |
Таблица 1 — Справочные данные с усредненными значениями
удельного веса конструкций дома: стен, перекрытий, кровли.
Согласно п. 4.2. СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия» расчетное значение нагрузки определяется как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке (γf) для веса
строительных конструкций, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию:
| Конструкции сооружений и вид грунтов | Коэффициент надежности, γf |
| Конструкции | |
| Металлические | 1,05 |
| Бетонные (со средней плотностью свыше 1 600 кг/м), железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные | 1,05 |
| Бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м, изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки, стяжки и т.п.), выполняемые: | |
| в заводских условиях | 1,2 |
| на строительной площадке | 1,3 |
| Грунты: | |
| в природном залегании | 1,1 |
| на строительной площадке | 1,15 |
Таблица 2 — Таб. 8.2. СП 20.13330
Выполним необходимые расчеты на примере каркасно-щитового дома с мансардой с размерами в плане 6х9 м.
Чтобы посчитать вес от стен дома необходимо вычислить их периметр. Периметр наружных стен + внутренние стены: Р = 47 м, среднюю высоту стен примем h = 4,5 м. Тогда вес от конструкции стен будет равен: Р × h × удельный вес материала стен.
47 м × 4,5 м × 70 кг/м 2 = 14 805 кг = 14,8 т
Далее посчитаем вес крыши. Принимаем, что вес крыши (деревянная стропильная система с покрытием из металлочерепицы) равен 40 кг/м 2 (суммарный вес металлочерепицы, обрешетки, стропилы). Тогда вес крыши будет равен: S крыши × удельный вес 1 м 2 .
92 м 2 × 40 кг/м 2 = 3 680 кг = 3,7 т
Также необходимо посчитать вес от перекрытий. Принимаем, что вес деревянного пола вместе с утеплителем будет равен 100 кг/м 2 . Тогда вес от перекрытий будет равен: S перекрытия × удельный вес × количество.
54 м 2 × 0,1 т/м 2 × 2 = 10,8 т
После того как выполнены все необходимые расчеты, полученный вес сооружения умножаем на коэффициент надежности, о котором мы говорили ранее (в расчете для каркасно-щитового дома коэффициент принимаем равным 1,1 – для деревянных конструкций):
29,3 т х 1,1 = 32,2 т
Таким образом, нагрузка от самого здания составит 32,2 т. Этот вес принят условно, без вычета дверных и оконных проемов.
Кратковременные нагрузки
На перекрытия
Так как при проектировании и строительстве невозможно точно определить значение показателя воздействия на перекрытия, к весу конструкции перекрытия добавляют нормативное значение равномерно
распределенной нагрузки – Рt (таблица 8.3 СП 20.13330), действующей на 1 м 2 .
Пример:
Для жилых зданий она равна 1,5 кПа (150 кг/м 2 ). При расчете получаем: Sперекрытия × 150 кг/м 2 × количество перекрытий. Нагрузки от людей (животных, мебели, оборудования) на перекрытия:
54 м 2 × 150 кг/м 2 × 2 = 16 200 кг = 16,2 т
Снеговая
Чтобы рассчитать климатические нагрузки на фундамент, нужно учесть снеговой район (вес снегового покрова на 1 м 2 ) и конструктив покрытия
Нагрузки влияющие на фундамент здания: виды
Грунт
На фундамент здания влияет большое количество самых разных нагрузок, поскольку он является одним из центральных элементов всей конструкции. Для удобства, их необходимо классифицировать на несколько различных типов. Это окажет существенную помощь при проектировании здания, а также расчета его основных параметров и необходимых строительных материалов.
Виды нагрузок на фундамент
| Первые – это те, которые воздействуют на него постоянно и не изменяют своего значения с течением времени. | Второй тип сил, влияющих на фундамент, непостоянен и возникает только периодически. |
Постоянные, они же статические, нагрузки возникают в результате воздействия внешних и внутренних факторов. Центральное место занимает давление на фундамент со стороны надземной части здания. В целом, оно имеет довольно большой показатель, который может достигать десятков тонн. Но если рассчитать его на определённую площадь, то ситуация изменится, поскольку давление не должно превышать определённого параметра. Если это не соблюдается, произойдёт осадка или структура основания может начать рушиться.
К самой главной внутренней силе, воздействующей на фундамент, относится стремление материала сопротивляться деформации. Оно её больше усиливается, если выполнено армирование.
Распространённой проблемой является неравномерная осадка различных частей здания. Именно это и приводит к тому, что конструкция стремиться вернуться в исходное состояние. Если значение нагрузки велико, может произойти деформация или растрескивание.
Далеко не все нагрузки влияют на фундамент регулярно.
Например, каждый год земля промерзает и вода, содержащаяся в ней, переходит в твёрдое состояние. Это приводит к тому, что изменяется объём почвы и она вспучивается. Процесс этот происходит неравномерно и на фундамент начинают воздействовать несколько сил. Их принято разделять на вертикальные и касательные.
Первый тип нагрузки подразумевает расширение под конструкцией, которое стремится приподнять его. Чем легче фундамент, тем опаснее расширение для структуры. Но для тяжёлых типов конструкции (ленточной или монолитной плиты) этот фактор не представляет опасности. Касательные нагрузки не так опасны для большинства оснований, но могут нанести значительный вред, если стенки обладают недостаточной прочностью.
Чтобы фундамент здания успешно противостоял нагрузкам, воздействующим на него, требуется использование качественных материалов. Не стоит экономить на компонентах бетона и других типах изделий, поскольку в будущем это способно обернуться значительными затратами не только денег, но и людских ресурсов.
Анастасия Викторовна
Инженер-строитель ПГС — опыт работы 15 лет
Я отвечу на все интересующие Вас вопросы, в том числе проконсультирую, подберу оптимальный тип фундамента, рассчитаю его полную стоимость, в зависимости от Ваших потребностей и финансовых возможностей.
