Сбор нагрузок на фундамент начинается с определения всех действующих на здание нагрузок, включая собственный вес конструкции, нагрузку от мебели и людей, а также снеговые и ветровые нагрузки. Эти значения суммируются для вычисления общей нагрузки на фундамент, которая будет отвечать за прочность и устойчивость здания.
Для примера, если собственный вес здания составляет 300 кН, а дополнительные нагрузки от людей и мебели — 100 кН, то общая нагрузка на фундамент составит 400 кН. Учитывая коэффициенты надежности, можно провести дальнейшие расчеты для выбора типа фундамента и его габаритов, что обеспечит безопасность и долговечность строения.
Расчеты нагрузок на фундамент
В момент проектирования дома одним из самых важных моментов – это сделать расчёты нагрузок на фундамент. Это делается для того, чтобы понять, какая на фундамент и грунт будет действовать нагрузка, и исходя из этого определить площадь фундамента. Ведь от того, насколько верно будут произведены расчёты фундамента, будет зависеть очень многое: на доме не появятся трещины, он будет давать равномерную усадку. Для этого нужно посчитать суммарную нагрузку, состоящую из постоянной (непосредственно от дома) и временной (от ветра и снега). Общая нагрузка на фундамент будет складываться не только из веса самого дома, но и плюс с эксплуатационными нагрузками, т.е. мебелью, оборудованием, техникой, людьми и прочее.
При расчётах фундаментов также определяется его вес и площадь опоры, чтобы понять – выдержит ли грунт такую нагрузку. Если строительство ведут профессионалы, то помимо этого, производятся геологические изыскания грунта, чтобы иметь точные характеристики, а также рассчитывается точный вес дома.
Расчёт веса дома
Существует ряд справочных материалов, нормативов, СНИПов, в котором указаны различные характеристики материалов, нагрузок, грунтов. Воспользуемся ими и для примера рассмотрим строительство дома из бруса.
Удельный вес 1 м2:
- Стены деревянного дома составляет в 70 – 100 кг/ м2;
- Чердачных перекрытий по дер. балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м3 составит 200 кг/ м2;
- Цокольных перекрытий по дер. балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м3 составит 300 кг/ м2;
- Кровли из лист. стали 20-30 кг/м2
Площадь всех стен: 60 х 2,5 = 150 м2;
Площадь цокольного перекрытия и чердачного будет одинаковой: 6 х 6 = 36 м2;
Площадь кровли всегда выступает за стены дома, поэтому она составит: 7 х 7 = 49 м2.
На основе полученных данных произведём приблизительные расчёты общей нагрузки на фундамент.
Итак, брусовой дом с деревянными перекрытиями с утеплителем плотностью до 200 кг/м3 и кровлей из листовой стали, помимо постоянной нагрузки имеет и временные ветровые и от снежного покрова, которые для средней полосы РФ составляют 100 кг/м2 :
Для кровли площадью 49 м2 составит 49 х 100 = 4900 кг; Вес стен составит: 150 х 100 = 15000 кг; Цокольных перекрытий: 10800 кг; Чердачных 7200 кг; Вес кровли 1470 кг. Итого получится: 39370 кг.
Далее необходимо рассчитать площадь фундамента, его веса.
Для определения нагрузки на грунт нужно сложить вес дома с весом фундамента.
Произведём расчёт ленточного фундамента глубокого заложения.
В нашей полосе глубину промерзания берут 1,5 м и добавим к ней еще 50 см над уровнем земли, итого высота составит 2 м. Длина 30 м, из которых 24 метра – это периметр + 6 метров под внутренние стены. При ширине ленты 40 см, общий объём составит: 30 х 0,4 х 2 = 24 м3. Плотность ж/б 2400 кг/м3, итого вес фундамента = 57600 кг.
Опорная площадь: 3000 см х 40 см = 120000 см2.
И наконец, посчитаем общую нагрузку на грунт: (39370 + 57600)/120000 = 0,8 кг/см2.
Несущая способность любого сухого грунта от 2 кг/см2, что значительно выше нашей нагрузки, и свидетельствует о том, что фундамент выдержит наш дом.
Сбор нагрузок на фундамент — пример
Работы с фундаментом
Перед строительством дома важно грамотно запроектировать его несущие конструкции. Расчет нагрузки на фундамент позволит обеспечить надежность опор под здание. Его проводят перед подбором фундамента после определения характеристик грунта.
Какие воздействия испытывает фундамент и их определение
Самый главный документ при определении веса конструкций дома — СП «Нагрузки и воздействия». Именно он регламентирует, какие нагрузки приходятся на фундамент и как их определить. По этому документу можно разделить нагрузки на следующие типы:
- постоянные;
- временные.
Временные в свою очередь делятся на длительные и кратковременные. К постоянным относят те, которые не исчезают при эксплуатации дома (вес стен, перегородок, перекрытий, кровли, фундамента). Временные длительные — это масса мебели и оборудования, кратковременные — снег и ветер.
Постоянные нагрузки
Чтобы рассчитать постоянные нагрузки, потребуется знать:
- размеры элементов дома;
- материал, из которого они изготовлены;
- коэффициенты надежности по нагрузке.
Совет! Для начала рекомендуется нарисовать схему дома, на которой будут нанесены габариты здания, размеры его конструкций. Далее можно воспользоваться таблицей, в которой приведены массы для основных материалов и конструкций.
Тип конструкции Масса Стены Из керамического и силикатного полнотелого кирпича толщиной 380 мм (1,5 кирпича) 684 кг/м 2 То же толщиной 510 мм (2 кирпича) 918 кг/м 2 То же толщиной 640 мм (2,5 кирпича) 1152 кг/м 2 То же толщиной 770 мм (3 кирпича) 1386 кг/м 2 Из керамического пустотелого кирпича толщиной 380 мм 532 кг/м 2 То же 510 мм 714 кг/м 2 То же 640 мм 896 кг/м 2 То же 770 мм 1078 кг/м 2 Из силикатного пустотелого кирпича толщиной 380 мм 608 кг/м 2 То же 510 мм 816 кг/м 2 То же 640 мм 1024 кг/м 2 То же 770 мм 1232 кг/м 2 Из бруса (сосна) толщиной 200 мм 104 кг/м 2 То же толщиной 300 мм 156 кг/м 2 Каркасные с утеплением толщиной 150 мм 50 кг/м 2 Перегородки и внутренние стены Из керамического и силикатного кирпича (полнотелого) толщиной 120 мм 216 кг/м 2 То же толщиной 250 мм 450 кг/м 2 Из керамического кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм) 168 (350) кг/м 2 Из силикатного кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм) 192 (400) кг/м 2 Из гипсокартона 80 мм без утеплителя 28 кг/м 2 Из гипсокартона 80 мм с утеплителем 34 кг/м 2 Перекрытия Железобетонные сплошные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой 30 мм 625 кг/м 2 Железобетонные из пустотных плит 220 мм со стяжкой 30 мм 430 кг/м 2 Деревянное по балкам высотой 200 мм с условием укладки утеплителя плотностью не более 100 кг/м 3 (при меньших значениях обеспечивается запас по прочности, поскольку самостоятельные расчеты не имеют высокой точности) с укладкой в качестве напольного покрытия паркета, ламината, линолеума или ковролина 160 кг/м 2 Кровля С покрытием из керамической черепицы 120 кг/м 2 Из битумной черепицы 70 кг/м 2 Из металлической черепицы 60 кг/м 2 Также потребуется рассчитать собственную массу фундамента дома. Перед этим нужно определиться с глубиной его заложения. Она зависит от следующих факторов:
- глубина промерзания почвы;
- уровень расположения грунтовых вод;
- наличие подвала.
При залегании на участке крупнообломочных и песчаных грунтов (средний, крупный) можно не углублять подошву дома на величину промерзания. Для глин, суглинков, супесей и других неустойчивых оснований, необходима закладка на глубину промерзания грунта в зимний период. Определить ее можно по формуле в СП «Основания и фундаменты» или по картам в СНиП «Строительная климатология» (этот документ сейчас отменен, но в частном строительстве может быть использован в ознакомительных целях).
При определении залегания подошвы фундамента дома важно контролировать, чтобы она располагалась на расстоянии не менее 50 см от уровня грунтовых вод. Если в здании предусмотрен подвал, то отметка основания принимается на 30-50 см ниже отметки пола помещения.
Определившись с глубиной промерзания, потребуется подобрать ширину фундамента. Для ленточного и столбчатого ее принимают в зависимости от толщины стены здания и нагрузки. Для плитного назначают так, чтобы опорная часть выходила за пределы наружных стен на 10 см. Для свай сечение назначается расчетом, а ростверк подбирается в зависимости от нагрузки и толщины стен. Можно воспользоваться рекомендациями по определению из таблицы ниже.
Тип фундамента Способ определения массы Ленточный железобетонный Умножают ширину ленты на ее высоту и протяженность. Полученный объем нужно перемножить на плотность железобетона — 2500 кг/м 3 . Рекомендуем: Расчет ленточного фундамента. Плитный железобетонный Умножают ширину и длину здания (к каждому размеру прибавляют по 20 см на выступы на границы наружных стен), далее выполняют умножение на толщину и плотность железобетона. Рекомендуем: Расчет плитного фундамента по нагрузке. Столбчатый железобетонный Площадь сечения умножают на высоту и плотность железобетона. Полученное значение нужно помножить на количество опор. При этом вычисляют массу ростверка. Если у элементов фундамента имеется уширение, его также необходимо учесть в расчетах объема. Рекомендуем: Расчет столбчатого фундамента. Свайный буронабивной То же, что и в предыдущем пункте, но нужно учесть массу ростверка. Если ростверк изготавливается из железобетона, то его объем перемножают на 2500 кг/м 3 , если из древесины (сосны), то на 520 кг/м 3 . При изготовлении ростверка из металлопроката потребуется ознакомиться с сортаментом или паспортом на изделия, в которых указывается масса одного погонного метра. Рекомендуем: Расчет буронабивных свай. Свайный винтовой Для каждой сваи изготовитель указывает массу. Нужно умножить на количество элементов и прибавить массу ростверка (см. предыдущий пункт). Рекомендуем: Расчет винтовых свай. На этом расчет нагрузки на фундамент не заканчивается. Для каждой конструкции в массе нужно учесть коэффициент надежности по нагрузке. Его значение для различных материалов приведено в СП «Нагрузки и воздействия». Для металла он будет равен 1,05, для дерева — 1,1, для железобетона и армокаменных конструкций заводского производства — 1,2, для железобетона, который изготавливается непосредственно на стройплощадке — 1,3.
Временные нагрузки
Проще всего здесь разобраться с полезной. Для жилых зданий она равняется 150 кг/м2 (определяется исходя из площади перекрытия). Коэффициент надежности в этом случае будет равен 1,2.
Снеговая зависит от района строительства. Чтобы определить снеговой район потребуется СП «Строительная климатология». Далее по номеру района находят величину нагрузки в СП «Нагрузки и воздействия». Коэффициент надежности равен 1,4. Если уклон кровли более 60 градусов, то снеговую нагрузку не учитывают.
Определение значения для расчета
При расчете фундамента дома потребуется не общая его масса, а та нагрузка, которая приходится на определенный участок. Действия здесь зависят от типа опорной конструкции здания.
Тип фундамента Действия при расчете Ленточный Для расчета ленточного фундамента по несущей способности нужна нагрузка на погонный метр, исходя из нее рассчитывается площадь подошвы для нормальной передачи массы дома на основание, исходя из несущей способности грунта (точное значение несущей способности грунта можно узнать только с помощью геологических изысканий). Полученную в сборе нагрузок массу нужно разделить на длину ленты. При этом учитываются и фундаменты под внутренние несущие стены. Это самый простой способ. Для более подробного вычисления потребуется воспользоваться методом грузовых площадей. Для этого определяют площадь, с которой передается нагрузка на определенный участок. Это трудоемкий вариант, поэтому при строительстве частного дома можно воспользоваться первым, более простым, способом. Плитный Потребуется найти массу, приходящуюся на каждый квадратный метр плиты. Найденную нагрузку делят на площадь фундамента. Столбчатый и свайный Обычно в частном домостроении заранее задают сечение свай и потом подбирают их количество. Чтобы рассчитать расстояние между опорами с учетом выбранного сечения и несущей способности грунта, нужно найти нагрузку, как в случае с ленточным фундаментом. Делят массу дома на длину несущих стен, под которые будут установлены сваи. Если шаг фундаментов получится слишком большим или маленьким, то сечение опор меняют и выполняют расчет заново. Пример выполнения вычислений
Удобнее всего сбор нагрузок на фундамент дома делать в табличной форме. Пример рассмотрен для следующих исходных данных:
- дом двухэтажный, высота этажа 3 м с размерами в плане 6 на 6 метров;
- фундамент ленточный железобетонный монолитный шириной 600 мм и высотой 2000 мм;
- стены из кирпича полнотелого толщиной 510 мм;
- перекрытия монолитные железобетонные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой толщиной 30 мм;
- кровля вальмовая (4 ската, значит, наружные стены по всем сторонам дома будут одинаковой высоты) с покрытием из металлической черепицы с уклоном 45 градусов;
- одна внутренняя стена посередине дома из кирпича толщиной 250 мм;
- общая длина гипсокартонных перегородок без утепления толщиной 80 мм 10 метров.
- снеговой район строительства ll, нагрузка 120 кг/м2 кровли.
Далее рассмотрен пример расчета в табличной форме.
Определение нагрузки Коэффициент надежности Расчетное значение, тонн Фундамент 0,6 м * 2 м * (6 м * 4 + 6 м) = 36 м 3 — объем фундамента
6 м * 4 шт = 24 м — протяженность стен
24 м * 3 м = 72 м 2 -площадь в пределах одного этажа
6 м * 2 шт * 3 м = 36 м 2 площадь стен на протяжении двух этажей
6 м * 6 м = 36 м 2 — площадь перекрытий
36 м 2 *625 кг/м 2 = 22500 кг = 22, 5 тонн — масса одного перекрытия
10 м * 2,7 м (здесь берется не высота этажа, а высота помещения) = 27 м 2 — площадь
(6 м * 6 м)/cos 45ᵒ (угла наклона кровли) = (6 * 6)/0,7 = 51,5 м 2 — площадь кровли
Чтобы понять пример, эту таблицу нужно смотреть совместно с той, в которой приведены массы конструкций.
Далее необходимо сложить все полученные значения. Итого нагрузка для данного примера на фундамент с учетом собственного веса составляет 409,7 тонн. Чтобы найти нагрузку на один погонный метр ленты, необходимо разделить полученное значение на протяженность фундамента (посчитано в первой строке таблицы в скобках): 409,7 тонн /30 м = 13,66 т/м.п. Это значение берут для расчета.
При нахождении массы дома важно выполнять действия внимательно. Лучше всего уделить этому этапу проектирования достаточное количество времени. Если совершить ошибку в этой части расчетов, потом возможно придется переделывать весь расчет по несущей способности, а это дополнительные затраты времени и сил. По завершении сбора нагрузок рекомендуется перепроверить его, для исключения опечаток и неточностей.
