Чтобы найти длину подошвы фундамента, необходимо учитывать проектные требования и характеристики грунта. В первую очередь, следует определить тип фундамента и его параметры, такие как ширина и глубина, а также нагрузку, которую он будет воспринимать.
После этого, учитывая размеры строения и распределение нагрузки, можно рассчитать необходимую длину подошвы. Важно также провести геологические исследования для оценки несущей способности земли, что поможет предотвратить возможные деформации фундамента в будущем.
Подошва для фундамента: что это, особенности устройства и расчетов конструкций
Важным и неотъемлемым конструктивным элементом любого объекта капитального строительства является фундамент. От его надежности напрямую зависит безопасность и продолжительность эксплуатационного срока сооружения. Чтобы нагрузочное воздействие конструкции равномерно распределялось на почву устраивается подошва под фундамент, особенно важно создание ее при возведении здания на слабом почвенном составе.
Что такое подошва фундамента
Основание или подошва фундамента – это горизонтальная плоскость, которой конструкция опирается на грунтовую основу. Подошва принимает на себя не только нагрузку от возведенного объекта, но также от бокового давления грунта, защищая при этом здание от разрушения. В зависимости от типа фундамента и особенностей грунтовой породы подошва обустраивается по-разному, но в любом случае ширина подошвы фундамента должна быть вдвое больше от самой фундаментальной конструкции, а высота как правило не превышает 30 сантиметров.
Особенности устройства подошв фундамента
Строительство любого объекта всегда начинают с закладки фундамента. Чтобы повысить прочность и надежность фундаментальной основы выполняют устройство подошвы фундамента.
По классификации фундаментных конструкций выделяют разные виды подошв фундаментов, которые отличаются между собой конструктивными особенностями и обустраиваются по определенным технологиям.
Ленточные фундаменты
Подошва ленточного фундамента укладывается вдоль периметра стен здания в виде замкнутой железобетонной полосы. Такое основание равномерно распределяет нагрузку, предотвращает перекосы и просадку строения, отлично справляется с силами пучения.
Для ленточных фундаментов подошвы могут быть:
- естественными, когда непосредственно на грунтовую породу передается нагрузка;
- свайными – первоначально нагрузка оказывается на сваи, а потом на грунт.
Чтобы подошва не разрушалась от воздействия грунтовых вод, для защиты ее обустраивают гравийно-песчаную подушку.
Монолитные ленточные фундаменты отличаются расположенной максимально близко к поверхности широким основанием, образующим надежную опору. Как правило такие конструкции выполняют в условиях высоко залегающих подземных вод или при слабом грунте.
Столбчатые фундаменты
Подошва столбчатого фундамента являет собой плитную поверхность с небольшими размерами. Для более прочного и надежного соединения от фундамента в тело подошвы заводятся арматурные стержни.
При использовании естественной основы подошва устраивается на утрамбованной и залитой бетонной смесью площадке. Если основание свайное, то подошва монтируется в виде верхнего сегмента, который распределяет нагрузку на созданную из объединенных ростверком балок поверхность.
Свайные фундаменты
Подошва выполняемого на уходящих в землю сваях фундамента монтируется из бетона и может быть монолитной или кольцевой. Основание подошвы фундамента монолитного типа выступает разновидностью опирающейся на заглубленные сваи плитной фундаментной конструкции.
Кольцевая подошва по конструктивным особенностям напоминает ленточный фундамент, который может находиться на уровне почвы, быть заглубленным в землю на определенную глубину или приподнятым вверх. При этом высота подошвы фундамента составляет 20-30 сантиметров.
Плитные фундаменты
При устройстве плитного фундамента лента подошвы может заливаться одновременно с плитой или же для нее делается отдельная опалубка и заливка бетонной смеси осуществляется перед созданием фундаментной конструкции. В обеих случаях подошва должна создаваться только на материнском твердом грунте и ни в коем случае не на насыпном. Глубина и структура подошвенного основания определяется по характеристикам грунтовой породы.
Плюсы и минусы подошв под фундаменты
Устройство фундамента на опорной подошве сопровождается рядом преимуществ:
- усиление прочности и долговечности строительного объекта;
- нагрузка на подошву в разы повышает несущие возможности фундамента;
- минимум ограничений по типу возводимого здания;
- возможность проводить строительные работы в любое время года;
- возможность выполнять строительство в местах с разными видами грунтовых пород, учитывая и слабые грунты.
В числе минусов создания фундаментов на подошвах отмечают:
- для грунтов с сильным вспучиванием или с глубоким уровнем промерзания подошвы не подходят;
- в случае с бетонным монолитом устройство подошв требует значительных трудозатрат и сам процесс занимает много времени, что в свою очередь увеличивает сроки строительства объекта;
- создание подошвенного основания существенно повышает расход материалов, в частности арматурных прутьев, опалубных досок и бетонного раствора;
- при возведении фундаментов заглубленных разновидностей устройство подошв требует наличия специализированной строительной техники и оборудования;
- фундаменты с опорной подошвой обходятся дороже в сравнении с обычными.
Наряду с относительно большим перечнем недостатков выполненный на опорном основании фундамент гарантирует сооружению надежность и долговечность, и пользуется высокой популярностью среди большинства застройщиков.
Расчет подошвы фундамента
При проектировании фундамента с опорным основанием обязательным этапом является расчет подошвы фундамента. Основная цель такого расчета состоит в точном определении ширины, глубины и площади основания, при которых оказываемое весом здания удельное давление будет меньше нежели сопротивление грунта подошве фундамента.
Предварительно площадь подошвы фундамента можно установить по условию:
PII ≤ R, в котором
- РII – это среднее давление под подошвой фундамента в отношении к основному сочетанию нагрузок при вычислениях по деформациям;
- R – это расчетное сопротивление грунта основания. Показатель вычисляется по формуле СНиП.
На рисунке ниже подробно представлена расчетная схема центрально нагруженной фундаментальной подошвы.
При расчете фундаментов с повышенной жесткостью реактивная эпюра грунта принимается прямоугольной. Уравнение равновесия в этом случае выглядит так:
В данном уравнении есть определенная сложность. Дело в том, что в обеих его частях содержатся искомые геометрические размеры фундамента. Но при выполнении предварительных вычислений вес грунта и самого фундамента в АВСD заменяют на:
- Ɣm – средний показатель удельного веса фундаментальной конструкции и грунтовой породы на ее уступах. Как правило Ɣm составляет 20кН/м³;
- d – это глубина заложения подошвы фундамента, вычисляется в метрах.
По указанной ниже формуле определяется необходимая площадь фундаментальной подошвы:
При этом расчет ширины подошвы фундамента (b) выполняется:
- для ленточного фундамента: А = b х 1п.м.:
- для квадратного столбчатого фундамента: А = b²
- для прямоугольного столбчатого фундамента: По этой формуле определение размеров подошвы фундамента выполняется исходя из соотношения длины (l) к ширине (b) проектируемого фундамента, поскольку он полностью повторяет конфигурацию конструкции, которая на него опирается. Из этого следует, что
- для круглого столбчатого фундамента – b = D, где D – это диаметр конструкции
Когда завершено предварительное определение ширины подошвы b = f(Ro) нужно уточнить расчетную сопротивляемость грунтового основания: R = f (b, φ, c, d, γ).
Рассчитав точную сопротивляемость опять нужно вычислить ширину. Повторять действия необходимо до тех пор, пока оба показателя не будут одинаковыми.
Когда с учетом унификации и модульности конструкций размер фундамента подобран, то необходимо проверить фактическое давление на грунт и напряжение под подошвой фундамента.
Чем меньшая разница будет между величинами РII и R, тем экономичнее получится проектное решение.
Данным способом поверяется достоверность расчета по линейной теории деформации грунта. Когда же условие не соблюдается, то для вычислений применять следует нелинейную теорию, а это существенно осложняет расчетные мероприятия.
В зависимости от жесткости и схемы нагружения фундаментов, типа сопряжения их со зданиями возможны пространственные перемещения из-за перераспределения усилий в бетоне и арматуре. Поэтому при выполнении расчетов следует учитывать допустимый отрыв подошвы фундамента, который не окажет негативного воздействия на строительный объект.
Используемые при устройстве подошвы материалы
При обустройстве фундаментальной подошвы потребуются следующие материалы и инструменты:
- совковые и штыковые лопаты, необходимы для выполнения земляных работ ручным методом;
- вязальная проволока и арматурные стержни, с помощью которых осуществляется армирование подошвы фундамента дома;
- гвозди и молоток;
- крючок, которым выполняется вязка металлического каркаса;
- шнур для разметки;
- доски для монтажа опалубки;
- скобы монтажные;
- материалы для подошвы: песок, гравий, бетонный раствор.
Для проведения съемки местности потребуется также нивелир, который поможет с точностью установить уровень подошвы фундамента.
Технология устройства фундаментальной подошвы
Вне зависимости от того, устраиваются подошвы фундаментов мелкого заложения, ленточных, столбчатых или других типов конструкций, работы по их монтажу проводятся поэтапно:
- подготовительный этап состоит в рытье котлована. На его дне выполняется разметка, с точностью определяющая расположение будущей конструкции;
- устройство опалубки. Здесь обязательно учитывается толщина подошвы фундамента. Выставляется опалубка таким образом, чтобы по центру подошвы распределялись фундаментальные стенки. для формирования наружных углов пара досок соединяется между собой под прямым углом и выносится на расстояние 17,5 см от разметочного шнура. При наличии слабых участков опалубки их нужно подсыпать снаружи грунтовой смесью для предотвращения протечки бетона. Если строительство предстоит на участке в повышенным уровнем грунтовых вод, то в целях безопасности выполняется гидроизоляция подошвы фундамента;
- следующий этап – армирование. Металлические прутья обеспечивают усиление подошвы фундамента и соответственно повышают прочностные свойства всей строительной конструкции;
- заливка бетона. После расположения арматуры выполняется бетонирование подошвы. При этом должна контролироваться расчетная отметка основания. Для более прочного сцепления фундамента с подошвой на ней прорезается шпоночная канавка по центральной оси кромки. После застывания бетона выполняется затирка поверхности.
Если несущая способность грунтов в месте строительства недостаточная, то для достижения нужных эксплуатационных показателей выполняется уширение подошвы фундамента путем устройства двусторонних или односторонних банкет.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА
Размеры подошвы фундамента устанавливают на основе расчетов оснований по деформациям, которые включают:
— построение эпюры давлений в подошве фундамента и величине отрыва;
— расчет давлений под подошвой;
расчет величины давления на кровлю слабого слоя;
расчет осадок и крена;
— проверку размеров подошвы фундамента по несущей способности основания (для скального — по прочности; для других видов оснований — по прочности и устойчивости; для всех видов оснований — на сдвиг по подошве и по слабому слою).
В первом приближении площадь подошвы фундамента (А) определяют по конструктивным соображениям и вычисляют по формуле:
где NП — сумма всех вертикальных нагрузок в обрезе фундамента для расчетов по П группе предельных состояний, кН;
Ro — табличное значение условного сопротивления грунта сжатию, кПа;
гmt — среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое в инженерных расчетах равным 20 кН/м 3 ;
d — глубина заложения фундамента, м.
Глубину заложения фундамента принимаем исходя из отметки назначения обреза и высоты фундамента. Согласно СНиП 2.02.01-83*, обрез фундамента рекомендуется назначать ниже поверхности грунта не менее чем на 0,25 м. Назначаем обрез фундамента на высоту 0,3 м от отметки земли. Следовательно d = 0,3 + 1,5 = 1,8м.
Значение NП определяют как сумму наибольшей вертикальной нагрузки NПmax из всех заданных сочетаний нагрузок от колонны для расчетов по П группе предельных состояний и дополнительных нагрузок в обрезе фундамента в виде, например, веса фундаментной балки, веса стены и т.д.
Для условий курсового проекта:
где G1 — вес стены, кН;
G1 = H1 * b0 * n * г1 * kn * гn,
где H1 — высота здания, м;
b0 — толщина стены, м;
n — шаг колонн (n=6), м;
г1 — удельный вес материала стены, кН/м 3 ;
kn — коэффициент проемности. Принимаем kn=0,8;
гn — коэффициент надежности по назначению (гn=0,9).
NП = (359 + 666) + 82,94 = 1107,94 кН
Определим площадь подошвы фундамента
А = 1107,94/(350 — 20 * 1,8) = 3,53 м 2 .
При центрально нагруженном фундаменте его подошву проектируют квадратной, и сторона подошвы определяется как корень квадратный из площади (А). При внецентренно нагруженном фундаменте его подошву развивают в направлении действия наибольшего момента, т.е. проектируют прямоугольный в плане фундамент. Отношение ширины подошвы фундамента (b) к его длине (l) принимают в пределах m= b/l = 0,6. 0,85.
Задаваясь соотношением сторон, по вычисленному значению площади определяет длину (l) и ширину (b) подошвы фундамента, округляя их до ближайшего размера, кратного 300 мм.
Принимаем фундамент с размерами подошвы 1,8 х 1,8 м.
Первой проверкой найденных размеров подошвы является установление формы эпюры давлений в подошве фундамента (контактных давлений) и сравнение ее с допустимой.
Форма эпюры контактных давлений обусловлена значениями эксцентриситетов, и проверка сводится к выполнению условия:
где оi — расчетное значение относительных эксцентриситетов для каждого i — го сочетания нагрузок при расчетах по П гр. предельных состояний;
n — число сочетаний нагрузок при расчетах по П группе предельных состояний;
оu — предельный эксцентриситет, принимающий следующее значение:
оu =1/6 — для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад.
Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки в подошве фундамента для каждого сочетания определяется по формуле
где a — сторона подошвы фундамента (a = l или b), вдоль которой действуют моменты, м;
ei — эксцентриситет вертикальной нагрузки, приложенной к подошве фундамента, определяемый по формуле:
где У MПi — сумма всех моментов, относительно выбранных координатных осей в подошве фундамента;
У NПi — сумма всех вертикальных сил, приложенных к подошве фундамента.
При учете моментов от временных нагрузок (снеговой, крановой, ветровой и т.д.) подколонник и подошву фундамента проектируют симметричными относительно колонны и начала их координат, полагая находящимися на одной оси, т.е. центры тяжести колонны, подколонника и подошвы в плане совпадают. Направления координатных осей назначают параллельными сторонам колонны, подколонника и подошвы фундамента.
В курсовом проекте заданы моменты в обрезе фундамента только относительно одной оси О1У (вдоль оси О1Х). Поэтому условно можно определить моменты относительно точки О1 пересечения оси колонны с подошвой фундамента. При этом за положительное направление нагрузок условно принимается:
— для вертикальной нагрузки (N v) сверху вниз;
— для момента (М) против часовой стрелки;
— для горизонтальной силы (Q <) справа, налево.
Для первого сочетания:
где Gf — ориентировочный вес фундамента, грунта на его уступах иподготовки под полы, определяемый по формуле:
где гn — коэффициент надежности по назначению (гn=0,9).
У N П1 = 359 + 82,94 + 113,72 = 555,66 кН.
где bст — толщина стены, м;
lcт длина стены, равная 1 м.
У M П1 = 44 + 17 * 1,5 + 555,66 * 0 + 82,94 (0,25 + 1) * 0,5 = 121,34 кНм.
Эксцентриситет приложения равнодействующей вертикальной нагрузки в подошве фундамента в первом сочетании:
e1 = (У M П1)/(У N П1)
e1 = 121,34/555,66 = 0,218 м.
Для второго сочетания:
У N П2 = 666 + 82,94 + 113,72 = 862,66 кН
У M П2 = -55,5 + (-46) * 1,5 + 862,66 * 0 + 82,94 (0,25 + 1) * 0,5 = — 72,66 кНм.
В обоих сочетаниях о2 и о1 меньше ои = 1/6, поэтому на данном этапе проектирования размеры подошвы фундамента не изменяем и смещение центра тяжести подошвы относительно оси колонны не производим.
В соответствии со СНиП 2.02.01-83* среднее давление под подошвой фундамента (Р) не должно превышать расчетное сопротивление грунта (R), краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента (Pmax) не должно превышать 1,2 R и в угловой точке (P с max) не должно превышать 1,5 R .
При действии момента только в одной плоскости должны выполняться два условия:
Расчетное сопротивление грунта основания для бесподвальных зданий определяют по формуле:
где гС1 и гС2 — коэффициенты условий работы приведены в табл 5.1 (СНиП 2.02.0I-83*, табл.3);
к — коэффициент, принимаемый равным: к = 1 — т. к. прочностные характеристики грунта (С и ц) определены непосредственными испытаниями;;
Mg , Mq , Mc — коэффициенты, принимаемые по табл. 5.2 методических указаний в зависимости от угла внутреннего трения цП:
КZ — коэффициент, принимаемый равным:
b — ширина подошвы фундамента, м;
гП — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 ;
гП 1 — то же, залегающих выше подошвы;
CП — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
d — глубина заложения фундамента, м.
гП 1 = 18,9 * 1,1 / 1,1 = 18,9 кН/м 3
Давления под подошвой определяют по формулам: среднее давление
максимальное и минимальное краевые давления
В курсовом проекте для используемого сочетания нагрузок проверяются следующие условия PПi ? R, PПmaxi ? 1,2R.
PПi = 266,25 кПа ? R = 314,40 кПа
PПmaxi = 341,33 кПа ? 1,2R = 1,2 * 314,40 = 377,28 кПа
Т. к. условия выполняются, то окончательно принимаем фундамент с размерами 1,8 х 1,8 м.
Расчет подошвы фундамента
Расчет ширины фундамента, подошвы, опорной части — актуально при выборе в качестве основного фундамента – железобетонной монолитной ленты. Если опорная часть фундамента рассчитана некорректно, то вес дома будет превышать сопротивление грунта, дом будет продавливать грунт под собой. При этом усадка, как правило, происходит неравномерно, и, как следствие, на фундаменте и кладке стен будут появляться структурные трещины.
Как правильно рассчитать фундамент самостоятельно, потратив для этого минимум времени? Тем более, что статистика показывает, что более 70% частных застройщиков не заказывают расчеты у конструкторов, а подбирают тип фундамента и его характеристики на свой страх и риск.
Расчет подошвы фундамента в данной статье позволит Вам за 5 минут получить все необходимые значения для выбора оптимального фундамента Вашего дома.
Одни только приведенные ниже расчеты не являются гарантией надежности фундамента. Кроме правильного расчета фундамента, необходимо профессиональное конструктивное решение (КЖ), качественное строительство, надежная консервация фундамента с противопучинистыми мероприятиями (если фундамент остается без нагрузок в зимний период) и правильная эксплуатация дома. Только при соблюдении всех этих условий фундамент будет надежным и долговечным.
Основная задача фундамента – принять нагрузки от дома, частично перераспределив их в своей толще и максимально равномерно передать их на грунтовое основание, расположенное под фундаментом. Поэтому в формуле расчета основания фундамента:
S опоры фундамента > Р1 (вес дома) /Р2 (сопротивление грунта) х 1,2 — представлены следующие показатели:
- Вес дома P 1 (тонна/м 2 ) – сила, с которой дом давит вниз на грунт;
- Коэффициент надежности 1,2 — величина, показывающая способность конструкции выдерживать прилагаемые к ней нагрузки выше расчётных, предусмотренных нормами. Наличие запаса прочности обеспечивает дополнительную надёжность конструкции, чтобы избежать повреждений, разрушений в случае возможных ошибок проектирования, изготовления или эксплуатации.
- Сила сопротивления грунта P 2 (кг/см 2 ) – обратная сила, направленная снизу-вверх. Не рекомендуется данную величину умножать на дополнительные коэффициенты, т.к. это приведет к уменьшению площади основания фундамента, снижая его несущую способность.
Для определения силы сопротивления грунта необходимо знать его состав. Для этого не обязательно делать геологию. Достаточно выкопать на участке яму глубиной до 1,5м и исследовать грунт тактильно и визуально. Наиболее распространенными в Московской и Ленинградской области являются следующие несущие грунты: 1) Глина ; 2) Суглинок — если глинистая порода с примесью песка, где преобладает глина; 3) Супесь — если песок с примесью глины, где преобладает песок; 4) Песок .
