Расчет монолитного столбчатого фундамента под колонну пример

Расчет монолитного столбчатого фундамента под колонну включает в себя определение его размеров, материалов и глубины заложения в зависимости от нагрузки на колонну и свойств грунта. Для этого сначала рассчитывается опорная площадь, которая должна превышать площадь сечения колонны с учетом коэффициента запаса для предотвращения просадок.

После определения размеров фундамента производится выбор арматуры и бетона, а также прокладываются анкеры для связи с колонной. Важно также учесть влияние внешних факторов, таких как уровень грунтовых вод и возможные нагрузки от здания, что позволит обеспечить долговечность и стабильность конструкции.

Как сооружают столбчатые фундаменты под колонны?

При необходимо определить всю нагрузку возводимого сооружения, которая будет действовать на грунт под . Сюда входят:

Схема свайного фундамента

вся нагрузка от самого сооружения, в который входит вес кровли, стен, перекрытий;
нагрузка от объектов, предметов, которые будут находиться в помещении (мебель, камины, люди);
сезонные снежные нагрузки (северная полоса — 190 кг/м², средняя полоса — 100 кг/м², южная — 50 кг/м²).

Для определения объема бетона, количества опор необходимы следующие данные: диаметр, высота столбиков.

Для заливки бетона круглых столбов необходимо рассчитать поперечную площадь по формуле S=3,14хR2, где S — площадь поперечного сечения, R — радиус. Если диаметр столба 30 см с расширением внизу до 50 см, то поперечная площадь составит 3,14х(15)2=706,5 см³. Объем 2-метрового столба при таком сечении — 706,5х2= 1413 м³. Площадь опоры определяется по формуле Sj=3,14хD2/4. В данном случае эта площадь равна 3,14х50х50/4=1962,5 см².

Подошва столбчатого фундамента необходима для того, чтобы грунт под нагрузкой не продавливался. Расчет подошвы фундамента производится по следующей формуле:

Sp — площадь подошвы (см²);

Y1 — коэффициент надежности (=1,2);

F — общая нагрузка на основание, кг;

Процесс изготовления фундамента.

Y2 — коэффициент условий, зависит от грунта и жесткости конструкции здания (1,0 — глина, каменные стены здания; 1,1 — глина, деревянные и каркасные стены; 1,2 — глина, пески маловлажные, короткие стены с соотношением длины к высоте

R — расчетное условное грунтовое сопротивление, в кг/см² на глубину 1,5-2 м (гравий 4-5; щебень 4,5-6; пески 1,5-4,5; супесь 2-4; суглинок 1-4; глина 1-9)

Предположим, здание имеет F = 100 000 кг, грунт — мелкий песок, R = 4. В этом случае:

Sp = 1,2х100 000/1,3х4 = 23076,9 см.

Определить количество свай можно по следующей формуле:

N — количество столбов, шт.;

F — вся нагрузка на грунт, кг;

R — грунтовое сопротивление, кг/см²;

Sp — площадь подошвы, см².

Средний объемный вес железобетона 2400 кг/м³, следовательно, вес одной железобетонной колонны составит 0,1413 м³х2400=339 кг. Значит, масса 15 опор составит 5085 кг.

Проверочный расчет. R=1,2х105085/1962,5х15=4,28. При строительстве данного сооружения надежна с 15 опорами.

Размер сечения кирпичных опор наиболее часто применяется 380х380 мм. Ширина подошвы из щебня, камня имеет следующие размеры: 500х500 мм. Высота кирпичного столба в зависимости от грунта от 1,5 до 2 м, для этого применяется полнотелый красный кирпич М-150, М-200 весом 3,3 кг. В одном м³ содержится 513 кирпичей.

При F = 100 000 кг, мелком песке, R = 4, сечении опоры 380х380 мм, высоте опоры 2м расчет будет следующий:

Объем одной колонны 0,38х0,38х2=0,29 м³ (149 кирпичей), ее вес — 149х3,3= 491,7 кг.

Количество кирпичных столбов для данного строительства следующее:

Масса всех колонн составит 21х491,7=10321,7 кг.

Проверочный расчет. R=1,2х110321,7/1444х21=4,36. Сооружение с 21 столбом надежно.

Достоинства

Главным образом, этот фундамент является наиболее практичным, т. к. его можно использовать на грунте любого типа. Если на песчаной почве не рекомендуется строить дом на монолитном основании или ленточном, то столбовые опорные системы можно обустраивать даже на таких «зыбучих» поверхностях. Рассмотрим основные преимущества такой конструкции:

Можно устанавливать без дополнительной системы гидроизоляции. В отличие от монолитного, который нужно при помощи дренажных систем дополнительно защищать от подтопления, опорные столбы в этом не нуждаются; Ленточно-столбчатый фундамент легко ремонтировать своими руками. По нормам, косметический ремонт можно проводить каждый год, а капитальный раз в пять лет

Обращаем внимание, что для лент и монолита требуется использовать специальную технику подкопа, в это же время для опор нужно просто установить дополнительный армирующий пояс; Низкая стоимость. Устройство такой несущей системы можно осуществить из кирпича, пеноблоков, раствора, асбестоцементных плит и даже строительного мусора, залитого цементом. Купить материалы можно в любом строительном магазине или на рынке; Скорость возведения

Даже простой незаглубленный ленточный фундамент должен сохнуть по меньшей мере неделю, не говоря уже про более тяжелый – монолитный. Свайный винтовой и столбчатый требует только нескольких дней для застывания раствора между проветриваемыми швами строительного материала (если не используется заливной вариант).

Купить материалы можно в любом строительном магазине или на рынке; Скорость возведения. Даже простой незаглубленный ленточный фундамент должен сохнуть по меньшей мере неделю, не говоря уже про более тяжелый – монолитный. Свайный винтовой и столбчатый требует только нескольких дней для застывания раствора между проветриваемыми швами строительного материала (если не используется заливной вариант).

Фото — особенности

Но у такого каркаса есть и некоторые недостатки.

Во-первых, эта конструкция считается не ГОСТированной, т. е. могут возникнуть проблемы с оформлением документов на строительство такого домика. Во-вторых, его можно использовать только для легких построек. К примеру, для дачи, гаража, забора, под сарай или деревянный дом из бруса или бревен.

В-третьих, в такой системе нельзя оборудовать подвал. Народные умельцы всячески пытаются устранить этот минус конструкции, но при этом они уменьшают несущую способность и без того «легкой» опорной системы.

Фото — конструктивные особенности

Нужно отметить, что в холодных регионах нужно дополнительно закрыть цоколь, иначе здание будет продуваться снизу, теряя большое количество тепла. Утепление может производиться различными материалами, начиная от пенопласта и заканчивая фанерными листами с фиброцементными панелями.

Способы вязки арматуры

Существует два способа фиксации арматурных прутков: ручной и автоматизированный.

При ручном методе используются четыре вида инструментов:

Пассатижи;
Крючок (простой и реверсивный);
Шуруповерт с насадкой.

Пользоваться пассатижами не очень удобно. Поэтому их применяют редко и только для сборки небольших каркасов. Крючком пользуются чаще. Это простое приспособление при известной сноровке помогает быстро соединять стальные стержни.

Существует усовершенствованная модификация простого крючка (реверсивный). Ее основа — винт, который вращается при вытягивании рукоятки назад.

Объединив крючок с шуруповертом, домашние умельцы создали еще одно удобное приспособление для фиксации стальных прутков в каркасе.

Автоматизированную вязку выполняют так называемым пистолетом. Это довольно сложное и дорогое устройство, применяемое на крупных объектах. Производительность его такова, что завязывание одного узла происходит за 1 секунду.

Устройство снабжено отсеком, в котором установлена бобина с проволокой. Рабочий орган пистолета подает ее к арматуре и связывает в узел.

Основные конструктивные особенности фундамента на столбах

Устройство столбчатого фундамента выполняется при соблюдении требований из СНиП 3.02.01-87 и 2.02.01-83, а также ГОСТ 20522-75. В соответствии с ними при строительстве опорной конструкции для бани учитывают следующие ее конструктивные особенности:

Столбы заглубляются в почву на 1500 мм. Средняя глубина может составлять 500-700 мм. При этом вверх конструкций размещают от земли на расстоянии 200-500 мм.
Опоры устанавливаются под внешними углами постройки, всеми стенами и в местах, где они пересекаются.
Столбы размещаются друг от друга на удалении 1500-3000 мм. Оно зависит от почвы и массы бани.
Опоры длиною до 3600 мм устанавливаются, если постройка возводится на стройплощадке с уклоном.

Фундамент со столбами может изготавливаться с ростверком. В его конструкции присутствуют обвязочные опоры и рандбалки. Последние элементы представляют собой фундаментные балки, которые воспринимают нагрузки от стен. Рандбалки опираются на столбы и образуют ленточный пояс. Благодаря его наличию механическая нагрузка равномерно распределяется по всем опорам.

Один из вариантов фундамента со столбами и ростверкомИсточник algoritm-stroi.ru

Рекомендуется начинать строительство только после того, как баня на столбчатом фундаменте будет полностью спроектирована специалистами. Ведь они во время расчета конструкций учтут климатические условия региона, особенности местности и эксплуатации постройки.

Особенности фундамента под железобетонные колонны

Основания под столпы из железобетона выбираются исходя из положительных и отрицательных характеристик каждого вида в отдельности. В указанном случае самым оптимальным будет использование стаканного основания, имеющего следующие положительные характеристики:

Они надежны;
Имеют повышенную прочность.

В строительстве применяется два вида оснований:

Этапы строительства

Соблюдение правил при строительстве фундамента под железобетонные колонны, способствует увеличению срока службы конструкции, качества.

Столпы устанавливаются в грунт на глубину не меньше 70 сантиметров;
На участке строительства почва не должна быть подвижной или подвергаться температурному пучению;
Грунтовые воды должны залегать не менее, чем на 1,5 метра вглубь;
Рекомендуется выравнивать площадку, чтобы она не имела резких наклонов и поворотов;
Чтобы обеспечить прочность фундамента, ростверк должен быть смонтирован из железобетона. Конечно, устройство ростверка потребует финансовых затрат, но это сделает каркас более долговечным;
Для стен рекомендуется использовать строительные материалы, относящиеся к легким: пеноблоки, брус, панели, бревно.

Предварительное проектирование позволяет сделать основание крепким, но должны соблюдаться нормы:

Сечение колонн – 20х20 см. Практика показывает использование столпов с сечением 25х25см;
Рекомендуется делать башмак под каждую колонну. Это значит расширить нижнюю часть скважины под сваю. В результате получают распределение и снижение нагрузки от здания;
Колонны размещать на расстоянии от 1 до 2 метров. При этом столпы должны находиться по углам строения, в местах стыка стен, под выступами: камин, печь.

Для увеличения прочности столпы армируют прутами с сечением от 12 до 16 мм. В зависимости от материала для ростверка, регулируется высота арматуры:

Для деревянной связки прутья не должны достигать верхней части 1-2 см;
Когда планируется железобетонный ростверк, то арматура должна выступать на 40 см.

Работать с арматурой следует только после того, как бетон наберет нужной прочности.

Монтаж башмака

Как уже было сказано, в скважинах рекомендуется делать увеличение нижней части для создания башмака. На песчано-щебневой подушке устанавливается опалубка из фанеры. Высота 20-30 см. Диаметр подготавливаемой опалубки должна быть в 1,5 раза больше, чем диаметр будущих столпов. Теперь в подготовленную емкость заливается раствор.

В течение 10 дней бетон застывает, при условии, что стоит теплая сухая погода.

Монтаж колонн

Следующим шагом идет монтаж непосредственно опалубки под столпы. Деревянные доски необходимой длины скрепляют хомутами. Внутренние стенки рекомендуется укрыть рубероидом. В результате выполненных мероприятий стены колонн получаются гладкие, а главное, что при снятии опалубки отсутствуют повреждения.

Теперь установить арматуру и можно заливать раствор бетона марки 200М. Если строительство происходит в зимний период, то лучше добавить пластифицирующие добавки, улучшающие застывание раствора. Специалисты рекомендуют такие работы проводить, когда температура воздуха держится выше 15 градусов тепла. С помощью металлического штыря из жидкого бетона удаляется воздух. При температуре внешнего воздуха 20 градусов и сухой погоде, раствор застывает в течение 7 дней.

Необходимо дождаться полного высыхания и только тогда снимать опалубку. Теперь по всей высоте колонн и башмака наносят гидроизоляцию.

Ростверк

Самый надежной считается монолитная конструкция. Но есть и другие варианты связки фундамента и здания:

Крепление с помощью швеллера или двутавра. В этом случае элемент укладывается полкой вниз и крепится с помощью болтов. Такой связке не страшны большие нагрузки;
Железобетонный или монолитный ростверк. Для его сооружения потребуется опалубка и установка армирующей конструкции. Как правило, монолитный ростверк применяется для панельного дома, каркасного строительства, деревянного сруба;0
Деревянный ростверк. Использование бруса считается самым дешевым вариантом для связки столбчатого фундамента.

Преимущества и недостатки столбчатого фундамента

Лучше всего столбчатый фундамент работает в условиях морозного пучения, которое опасно для ленточного. Это обусловлено тем, что силы выталкивающие основание из почвы, воздействуют на существенно меньшую площадь конструкции, в результате чего усадочные деформации будут менее выраженными, чем в случае с монолитной лентой.

Основные плюсы устройства столбчатого основания:

Невысокая стоимость – примерно на 35-50 % дешевле по сравнению с монолитным ленточным основанием.
Минимальный объем земляных работ – не требуется копать траншею по периметру всего дома.
Возможность самостоятельного выполнения работ – привлечение спецтехники и рабочей силы необязательно.
Сжатые сроки устройства – за счет сравнительно небольшого объема работ.

Из недостатков следует выделить невозможность строительства подвала в доме совместно с таким фундаментом. На столбчатом основании не рекомендуется строить здания из тяжелых материалов (кирпич, газобетон, бетонные блоки) и строения высотой более 1-этажа. Также он не подходит для строительства на слабых, глинистых, водонасыщенных и торфяных грунтах, на местности со сложным рельефом, особенно где перепад высот более 1,5-2 м.

Какой бывает конструкция?

Существует несколько разновидностей:

для многоэтажных зданий, возведения промышленных сооружений применяют сборный ростверк. Детали подготавливаются заранее – это литые железобетонные элементы высокой прочности, соединяющиеся так, что образуют монолит. Для частного жилого строительства такой способ оказывается чересчур дорогостоящим и сложным. При возведении не обойтись без специальной техники;
сборно-монолитный изготавливается из металлопроката. Довольно сложный в монтаже, креплении и установке на месте, он предназначен для построек, которые не предназначены для длительной эксплуатации – беседок, дачного строительства, обустройства террас. Сроки службы – до двадцати лет;
монолитный соединяет все столбы в единую конструкцию. В малоэтажном строительстве ему отдают предпочтение.

Монолитный ростверк – наиболее подходящее решение для частного жилого строительства. Он подходит для зданий из газобетона, отличается невысокой стоимостью и достаточно прост в возведении.

подземный или низкий характерен для промышленного строительства. Заглубляется в грунт, для чего создается котлован. Почти не используется в частном строительстве;
надземный – так называемый высокий. Находится над поверхностью, не соприкасаясь с ней. Нагрузка распределяется на опоры. Подходит для регионов с суровыми климатическими условиями, применяется на участках, где возможно подтопление, на заболоченных грунтах или если будущее здание располагается над водой;
повышенный – то есть надземный ростверк устанавливается таким образом, что совпадает с поверхностью грунта. Нагрузка таким образом распределяется не только на столбы, но и на землю через балку ростверка. Отличается высокой надежностью.

Виды деформации

Основание возводится из различных материалов. Столбы делают из асбестовых и металлических труб с армированным бетоном внутри. Также популярны фундаменты в виде монолитных опор и кирпичных столбиков. Редко опоры делают из брёвен.

Все они деформируются с различными степенями:

Минимальные. Малозаметные изменения несущей способности проявляются растрескиванием отделки фасада дома;
Средние. Деформация опорных столбов может проявляться прогибами напольного покрытия, перекосами дверных коробок и оконных проёмов, трещинами в стенах и потолке.
Катастрофические. Следствием деформации фундамента может быть резкий наклон дома, фрагментарное обрушение кровли, перегородок и несущих стен. В этом случае требуется полная замена фундаментного основания.
Неустранимые. Потеря несущей способности более 30% количества столбов может привести к резкому наклону и проседанию всего строения с последующим разрушением. Конструкции дома и фундамента подлежат полному сносу.

Что дает армирование столбчатого фундамента

Несмотря на внешнюю прочность и твердость, бетон в столбчатом фундаменте под нагрузкой ведет себя, как колкая и твердая субстанция, например, лед или стекло. Обладая солидным запасом прочности, бетонная столбчатая опора может разрушиться задолго до наступления предельного состояния только из-за неоптимального распределения нагрузок внутри отливки.

Арматура для столбчатого фундамента позволят решить несколько важных задач обеспечения прочности:

Большая часть критически важных напряжений на поверхности столбчатой опоры переносится в более глубокие внутренние слои бетона и преимущественно воспринимается не камнем, а стальной арматурой;
Армирующему каркасу удается эффективно соединить между собой два основных элемента столбчатого фундамента –железобетонный ростверк и бетонные столбчатые опоры;
Благодаря арматуре ресурс железобетонных элементов фундамента вырос в разы по сравнению с обычной неармированной конструкцией.

Важно! В отдельных случаях использование арматуры позволяет избежать катастрофических последствий разрушения бетона. Вместо скачкообразного обрушения происходит медленное, пластичное расползание конструкции

Расчет столбчатого фундамента под колонну

Расчет фундамента выполняем под колонну среднего ряда, которая работает как центрально сжатый элемент. Фундамент под колонну среднего ряда считается как центрально-нагруженный.

8.1 Расчет геометрических параметров столбчатого фундамента.

Усилия от расчетной нагрузки определяются приблизительно, путём деления расчётных нагрузок на средний коэффициент надежности по нагрузке:

где γt = 1,1 – средний коэффициент надежности по нагрузке для грунтов в природном залегании [5].

1) Предварительная расчетная площадь подошвы фундамента:

где – сопротивление грунта давлению по подошве фундамента: R0 = 180 кПа;

расчетная глубина заложения фундамента с учетом теплового режима: где d – глубина сезонного промерзания грунтов: согласно нормативному документу (СНиП 2.01.01- 82 «Строительная климатология и геофизика») d = 1,34 м;

kf – коэффициент, учитывающий тепловой режим здания: выберем kf = 1,1 – для отапливаемых помещений; итого ;

средний объемный вес грунта выше подошвы фундамента:

2) Предварительное определение длины стороны фундамента:

при центрально-загруженном фундаменте принимаем квадратную форму основания фундамента, длина стороны которого равна:

Предварительно принимается фундамент с размерами на плане 2,8 м ´ 2,8 м и расчетной площадью Аф р = 7,84 м 2 .

3) Давление на подошву грунта:

следовательно, расчет ведем на продавливание плитной конструкции (фундамента).

4) Определение полезной минимальной высоты фундамента: назначим размеры подколонника, а именно ширину и высоту bп х hп = 0,4 м х 0,4 м, тогда полезная минимальная высота фундамента будет равна

где Rbt – расчетное сопротивление бетона класса В25 осевому сжатию по первой группе предельных состояний: Rbt = 1,05 МПа.

По данной высоте фундамента назначаем количество и размер ступеней с соблюдением условий: (с шагом 50 мм); причем для первой ступени:

, где ширина первой ступени фундамента; высота первой ступени фундамента; для последующих ступеней: , где ширина ступеней фундамента;

высота ступеней фундамента.

Для данной расчетной высоты фундамента возьмем две ступени:

, тогда ;

, тогда .

Тогда полезная высота фундамента будет составлять:

5) Определение высоты фундамента с учетом величины защитного слоя:

примем а0 = 70 мм (п.5.5 [4]), тогда высота фундамента составит

При найденной глубине промерзания для заданного района строительства окончательно принимаем глубину заложения фундамента, равную dф = 1,5 м, т.о. размеры подколонника в поперечном сечении составят bп х hп = 0,40 м х 0,73 м.

6) Фактическая ширина подошвы фундамента:

7) Окончательно принимаем фундамент с размерами на плане 2,3 м ´ 2,3 м и фактической площадью плитной его части Аф = b 2 = (2,3) 2 = 5,29 м 2 .

Рис. 7. Расчетная схема фундамента под колонну

8.2 Проверка плиты основания фундамента на продавливание.

где расчетная продавливающая сила, вычисляемая по формуле: ,

где фактическая площадь основания фундамента: ;

площадь большего основания пирамиды продавливания:

где , тогда ;

коэффициент, зависящий от вида бетона: для тяжелого бетона (п. 3.42 [4]);

средний периметр граней пирамиды продавливания:

;

высота фундамента без учета толщины защитного слоя арматуры: ;

Условие выполняется: , следовательно, принятые геометрические параметры фундамента подходят под заданный вид нагрузки.

8.3 Расчет параметров армирования столбчатого фундамента.

1) Изгибающий момент в сечении I-I:

где давление на грунт со стороны фундамента: P = 150 кПа;

ширина первой ступени фундамента;

2) Расчетная рабочая площадь арматуры в сечении I-I:

где ширина фундамента: ;

расчетное сопротивление арматуры класса А-III растяжению: RS =365МПа; высота фундамента без учета толщины защитного слоя арматуры: ;

3) Аналогично найдем изгибающий момент и расчетную рабочую площадь арматуры в сечении II-II:

Т.о. в качестве фактической (расчётной) рабочей площади арматуры примем наибольшее из полученных значений, т. е.

Определение количества и диаметра продольной арматуры для фундамента под колонну.

Расчётная площадь поперечного сечения арматуры , см 2	Количество и диаметр стержней (мм), класс арматуры	Фактическая площадь поперечного сечения арматуры , см 2
6,7	6 Ø12 А-III	6,79

Принимаем для армирования фундамента тяжелую сетку 2 типа

шириной и длиной, равными 230 см с шагом продольных и поперечных стержней 200 мм.

Для сопряжения колонны с фундаментом в последнем монтируют вытянутый подколонник, который скрепляется с колонной посредством стыковки арматуры внахлестку. Согласно п. 5.38 [4] стыки сварных каркасов в рабочем направлении должны иметь длину перепуска (нахлестки) l не менее величины lan, определяемой по формуле:

но не менее lan = lan d, где значения wan,D lan и lan, а также допускаемые минимальные величины lan определяются по табл. 37 [4].

Опираясь на данные таблицы, для заданных условий, а именно при установке стыков арматуры периодического профиля внахлестку в сжатом бетоне, имеем следующие значения параметров:

lan min = 200 мм;

Rs – расчётное сопротивление арматуры растяжению: для арматуры класса А-III равно

Rb — расчетное сопротивление бетона сжатию: для бетона класса В25 Rb = 14,5 МПа;

d – диаметр продольной арматуры: ранее было принято d = 16 мм.

Подставив данные значения, получим длину перепуска продольной арматуры:

(мм);

(мм).

Округлив до сантиметра, окончательно примем длину перепуска продольной арматуры lan = 40 см.

Армирование подколонника производим аналогично колоннам, а именно в качестве продольной арматуры принимаем стержни 4 Ø16 А-III, в качестве поперечной – хомуты А-I Ø 6 мм.

9. Определение конечной осадки фундамента колонны.

1) Определение мощности элементарного слоя : данная мощность должна удовлетворять условию

2) Определение напряжения, вызванного собственным весом грунта:

, где

напряжение на рассматриваемом i -ом слое грунта;

напряжение, соответствующее вышележащему элементарному слою грунта;

hi – мощность элементарного слоя;

γi – соответствующий объемный вес грунта.

а) Напряжение на «нулевом уровне» (слоя грунта, лежащего выше подошвы фундамента до поверхности):

(кПа).

б) Напряжения слоев грунта, лежащих ниже подошвы фундамента:

(кПа);

(кПа).

3). Определение напряжений от дополнительной нагрузки: , где

давление на грунт со стороны фундамента;

коэффициент, зависящий от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины (табл.1 прил.2 обязат. [3]): (*), где глубина от подошвы фундамента до рассматриваемого слоя);

фактическая ширина фундамента.

В процессе вычислений возникает необходимость нахождения промежуточных значений и , которые находятся методом интерполяции. Этот метод можно представить в виде формулы: где

— вычисленное значение относительной глубины по формуле (*);

и — значения коэффициентов, для которых вычисленное значение является промежуточным, т.е. и которым соответствуют значения

а) Напряжение выше подошвы фундамента:

б) Напряжения ниже подошвы фундамента:

Расчет фундамента ведется до тех пор, пока не выполнится условие:

. Данное условие выполняется при , а именно

15 кПа ≤ 19,68 кПа. Т.о. в следующих пунктах рассчитаем осадку фундамента до соответствующего слоя.

4). Определение средней осадки фундамента для каждого слоя:

, где

— среднее значение напряжения от дополнительной нагрузки на грунт;

мощность i- го слоя грунта;

модуль деформации i- го слоя грунта;

n – количество слоев грунта: n = 2;

β – безразмерный коэффициент, равный 0,8 [3].

Найдем осадку для каждого слоя, испытывающего значительное давление (1 слой – супесь, 2 слой – песок):

5). Определение полной осадки фундамента: , где n – количество слоев грунта:

Т.о. окончательно получим: мм < 80 мм, что удовлетворяет предельному значению осадки для производственных одноэтажных и многоэтажных зданий с полным железобетонным каркасом (прил. 4 реком. [3]).

Найденные величины напряжений и .

Как рассчитать столбчатый фундамент?

Столбчатый фундамент

Надежность фундаментной конструкции в значительной мере зависит от расчета столбчатого фундамента и правильного расположения опорных столбов.

Фундаментное основание столбчатого типа представляет собой бетонную или металлическую раму (ростверк), опирающуюся на вертикальные столбы, заглубленные в грунт на определенную глубину.

Материалом для устройства столбов может служить железобетон, полнотелый глиняный кирпич, блоки, металлические трубы или бутовый камень. В нижней части каждой опорной колонны может быть предусмотрена более широкая подошва для увеличения площади опоры. Поперечное сечение вертикальных опор может быть круглым или квадратным.

Надежность фундаментной конструкции в значительной мере зависит от расчета столбчатого фундамента и правильного расположения опорных столбов, которые должны быть установлены:

под всеми углами здания;
в местах примыкания и пересечения стен;
на прямых участках ростверка не далее двух метров друг от друга.

Конструкция рамы ростверка должна служить опорой для всех несущих стен и перегородок. При большой длине здания следует предусмотреть дополнительные поперечные перемычки для обеспечения более надежной связи между продольными балками.

Требования к применению столбчатых оснований

Низкая стоимость конструкции с опорой на вертикальные столбы делает ее весьма привлекательной для частных застройщиков. Однако этот тип фундаментов имеет ряд ограничений по применению.

К неблагоприятным условиям для применения столбчатых оснований относят:

вероятность горизонтальной подвижности грунтов и боковые внешние нагрузки;
склонную к просадке или пучинистости почву;
высокий уровень грунтовых вод, которые не должны подходить к подошве ближе 500 мм;
глубина промерзания грунта более 1,5 м;
перепады высот на участке застройки больше 2-х метров;

Уменьшенная несущая способность позволяет использовать его только для каркасных домов, строительства легких жилых зданий из щитовых и деревянных материалов, а так же небольших бань, веранд, пристроек, хозяйственных сооружений и под каркасный гараж.

Удельный вес стенового материала для одноэтажных зданий не должен превышать 1000 кг/м 3 , а толщина стен — менее 400 мм. Применение тяжелых железобетонных перекрытий, балок и перемычек не допускается.

Для таких помещений как веранды, пристройки и флигеля, рекомендуется делать собственный фундамент. Вес их конструкций намного меньше самого жилого дома. Поэтому можно использовать более простую и дешевую конструкцию. Кроме того, такое отделение может значительно уменьшить общую площадь дома и приведет к другим расчетным результатам.

Исходные данные для проведения расчета

Для того, чтобы правильно выполнить расчет количества опор столбчатого фундамента, необходимо обладать информацией. К таким исходным данным для расчета относится:

отчет об инженерно-геологических изысканиях, включающий структуру поперечных разрезов почвы и данные о залегании грунтовых вод;
несущая способность грунта;
глубина промерзания и величина снегового покрова в данной местности, взятые из СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»;
данные об удельном весе строительных конструкций, из которых будет построено здание, взятые из СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

Если вы решили не привлекать специалистов для проведения изыскательских работ, а сведений о геологии участка у вас нет, то потребуется выполнить изучение грунтов самостоятельно.

Для этого на участке застройки необходимо выкопать 2-3 шурфа на глубину не менее чем 0,5 метра ниже опорной подушки фундамента. Если при этом будет обнаружен влагосодержащий слой, то использовать для постройки столбчатый фундамент нельзя. Придется выбрать более дорогое основание.

Оценка несущей способности грунта

Природный состав грунта определяет его несущую способность и поэтому, после изучения геологических данных, необходимо выбрать из табл. 1-5 на стр.6 СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» данные о расчетном сопротивлении грунтов, соответствующих реальной ситуации. При этом следует учитывать, что приведенные числовые значения относятся к глубине заложения более 1,5 метра. Подъем на каждые 500 мм вверх увеличивает это значение в 1,4 раза.

Определение весовых нагрузок на фундаментное основание

Вес строительных конструкций здания, снегового покрова в зимнее время, инженерного оборудования и бытового оснащения является важнейшим определяющим фактором для расчета фундамента. Можно попытаться выполнить расчет каждой отдельной конструкции по удельному весу составляющих ее элементов, но это очень большая и сложная задача. В справочной литературе уже приводятся средние обобщенные данные, которые можно взять за основу. Вот некоторые из них:

стена из бруса при толщине 150 мм – 120 кг/м 2 ;
бревенчатые стены 240 мм – 135 кг/м 2 ;
каркасные стены с утеплителем толщиной 150 мм – 50 кг/м 2 ;
пенобетонные блоки марки D600300 мм – 180 кг/м 2 ;
междуэтажное перекрытие по деревянным балкам с утеплителем – 100 кг/м 2 ;
такое же чердачное перекрытие с учетом утеплителя – 150 кг/м 2 ;
бетонные пустотные плиты – 350 кг/м 2 ;
эксплуатационная нагрузка перекрытий – 200 кг/м 2 ;
кровля с покрытием из металлочерепицы – 30 кг/м 2 ;
крыша с шифером – 50 кг/м 2 ;
кровля с керамической черепицей – 80 кг/м 2 ;
снеговая нагрузка для средней полосы России – 100 кг/м 2 ;
для южных регионов — кг/м 2 .

При проведении расчетов так же следует учесть массу самого фундамента. Для этого следует определить его объем и умножить на средний удельный вес железобетона – 2500 кг/м2. Угол скатной крыши может уменьшить или увеличить указанную здесь величину при его изменении.

Общий расчет столбчатого фундамента

Выполнение расчета фундаментной конструкции основано на определении суммарной площади сечения всех опорных столбов фундамента (S). Она определяется как отношение общей массы здания (Р) к расчетному сопротивлению грунта (Ro) по формуле:

S = 1.4 x P/Ro, где 1,4 — это коэффициент запаса прочности.

При составлении предварительной схемы расположения фундаментных столбов была определена их расстановка и минимально возможное количество. Поэтому, разделив общую площадь сечения на число опор, можно получить размеры сечения каждого отдельного столбчатого фундамента под колонну.

Если размер колонн получился менее 400 мм, то следует принять этот минимальный размер. При необходимом сечении столбов более 600 мм, требуется увеличить их количество на схеме, изменяя расстояния между опорами на прямых участках таким образом, чтобы весовая нагрузка распределялась более равномерно.

Минимальная площадь опорной подушки должна превышать сечение столба в полтора раза при толщине 400 мм.

Опирающаяся плоскость нижней части опоры должна находиться на 30-40 см глубже уровня промерзания грунта.

Пример расчета количества столбов

Задача – рассчитать фундамент для небольшого каркасного дома в средней климатической полосе России размером 5 х 6 метров при высоте этажа 3,0 метра и кровле из металлочерепицы. Пример расчета столбчатого фундамента включает несколько пунктов.

принимаем в качестве опоры фундамент на круглых железобетонных столбах;
основной грунт на участке застройки суглинок (Ro – 3,5 кг/см 2 );
глубина промерзания 1,1 метра;
при бурении контрольного шурфа грунтовые воды не обнаружены.

Определение весовой нагрузки:

общая площадь наружных стен и перегородок составляет 76 м 2 и тогда их общий вес составит 76 х 50 = 3800 кг;
масса цокольного перекрытия площадью 30 м 2 составляет 30 х 100 = 6000 кг., а вес чердачного перекрытия – 9000 кг;
площадь крыши составляет 52 м 2 , а значит весит такая кровля 30 х 52 = 1560 кг;
снеговая нагрузка составит 20% от нормативной при скате 46˚, что составит 100 х 52 х 0,2 = 1040 кг;
эксплуатационная нагрузка на одном этаже составляет 30 х 210 = 6300 кг;
для оценки массы фундамента возьмем количество столбов из предварительно составленной схемы и примем их диаметр равным 400 мм, тогда масса 10 столбов высотой 1,5 метра составит 540 кг;
вес ростверка — это масса железобетонных балок сечением 400х400 м, которая будет равна 980 кг.

Суммируя полученные данные, получаем общий вес дома равным 29110 кг. Для определения суммарной площади сечения столбов делим 29110/3,5 = 8317 см 2 .

Тогда площадь сечения каждого из 10-ти столбов будет равна 832 мм 2 , что соответствует диаметру 326 мм. Принимаем диаметр равным 400 мм и определяем, что для данного здания необходимо минимальное количество столбов составляет 9 штук.

Однако, учитывая необходимость прочностного запаса 40%, к установке должно быть принято 13 столбов диаметром 400 мм.

Пример расчета монолитного столбчатого фундамента для колонны