Расчет толстых фундаментных плит. План фундаментной плиты, сбор нагрузок на плиту

Когда речь заходит о строительстве дома, гаража, бани или иного сооружения, в первую очередь встает вопрос выбора типа фундамента. В большинстве случаев этот вопрос разрешается в пользу так называемого плитного фундамента, или фундаментной плиты.

Это неудивительно, поскольку данный тип является универсальным и имеет ряд неоспоримых преимуществ, а именно:

• легкость изготовления в силу простоты конструкции;
• сравнительно невысокая себестоимость;
• возможность использования на различных типах почв с разной глубиной промерзания и уровнем грунтовых вод;
• морозоустойчивость и высокие теплоизоляционные свойства.

Но для того чтобы такой тип основания в полной мере проявил все свои ценные качества, крайне важно произвести грамотный расчет фундаментной плиты. Разумеется, лучше доверить эту работу специалисту, который выполнит все расчеты в соответствии с определенными нормами и правилами. При наличии желания можно осуществить необходимые вычисления самостоятельно.

Плитный фундамент представляет собой монолитную (либо составленную из отдельных заводских плит) железобетонную плиту, располагающуюся подо всей площадью здания и размещенную на подложке из сыпучих материалов.

Наиболее часто используется монолитный плитный фундамент мелкого заложения. Расчет такого основания аналогичен расчету других типов фундамента и включает в себя:

• предварительный расчет основных размеров;
• расчет по несущей способности грунта;
• расчет армирующих конструкций.

Все перечисленные процедуры тесно взаимосвязаны, и изменение лишь одного из параметров неизбежно приведет к пересмотру всех расчетов в целом. Поэтому, приступая к рассмотрению каждого из пунктов, упустим расчет размеров, поскольку впоследствии они могут быть изменены, и примем длину и ширину фундамента равными размерам самого здания, а толщину – равной среднему рекомендуемому значению (около 25 см). Для того чтобы наиболее полно осветить все нюансы, рассмотрим простейший пример расчета .

Расчет фундаментной плиты по несущей способности грунта

После того как намечены основные , возникает необходимость проведения расчета конструкции по несущей способности грунта. Целью данного мероприятия является оценка способности подлежащего грунта выдерживать давление на него здания вместе с фундаментом и прочими несущими нагрузками.

Схема плитного фундамента: 1 – стены здания; 2 – монолитная армированная плита фундамента; 3 – ребра жесткости.

Давление здания на фундамент сопровождается его осадкой и смещением грунта, что может привести к катастрофическим последствиям. Надежная и безопасная эксплуатация основания возможна лишь при соблюдении следующего условия:

S>Kн×F/Kр×R, где:

1. S – площадь (см²).
2. Kн – коэффициент надежности, по умолчанию равный 1,2.
3. F – расчетная нагрузка на основание, включающая общий вес дома с фундаментом и эксплуатационными нагрузками (кг).
4. Kр – коэффициент условий работы.
5. R – условное расчетное сопротивление грунта (кг/см²).

Коэффициент условий работы может иметь различные значения для разных типов грунтов и сооружений. Так, если тяжелое здание возводится на грунте, сложенном преимущественно пластичными глинами, этот коэффициент будет равен 1,0. Для слабоглинистых и мелкопесчаных почв он составит 1,2. В случае если легкое здание базируется на крупнопесчаном грунте, данное значение возрастает до 1,4. Более подробно со всеми возможными вариантами можно ознакомиться в специальных таблицах.

Расчетное сопротивление грунта также определяется при помощи таблиц, причем значения этого показателя могут варьироваться в зависимости не только от типа грунта, но и от его влажности и пористости.

Итак, если в результате произведенных вычислений уравнение оказывается верным, значит, важнейшее условие безопасной эксплуатации фундамента соблюдено и можно приступать к дальнейшим расчетам. В противном случае необходимо будет либо увеличить площадь подошвы фундамента, либо уменьшить его толщину или изменить какой-то другой параметр и заново провести расчет по несущей способности. Вот почему изначально закладываются лишь приблизительные, ориентировочные .

Плитный фундамент представляет собой сплошную железобетонную конструкцию, размещаемую под всей площадью здания и равномерно воспринимающей все возможные весовые нагрузки. Стандартная схема включает дренаж из утрамбованного песка и щебня, плиту из качественного раствора с объемным армированием и гидроизоляцию, в особо сложных условиях основание утепляют. Главным требованием технологии заложения является выбор правильной толщины этих слоев, точное значение определяет расчет. Исходными данными служат параметры грунта, тип и вес постройки, в ходе вычислений важно соблюдать все нормы проектных стандартов.

Факторы, влияющие на толщину плитного фундамента

Этот тип основания относится к «плавающим», т.е. способным воспринимать и равномерно перераспределять нагрузки. В частных постройках толщина варьируется от 15 до 35 см, изменение в меньшую сторону не допускается по причине риска раскола плиты под воздействием собственного веса здания, в большую – из-за экономической нецелесообразности, увеличения общей массы и потери подвижности. Главным критерием влияния служит тяжесть конструкций, при использовании кирпича или плотных стройматериалов высота плитного фундамента возрастает на 5-10 см в сравнении с домами с газобетонными или каркасными стенами.

Вторым учитываемым фактором идут размеры будущей постройки. Следует помнить, что все фундаменты выдерживают не только нагрузку на сжатие, но и на изгиб, экстремум приходит на середину. Чем больше длина наружных стен, тем выше риск раскалывания монолитной плиты. Частично эта проблема решается увеличением числа внутренних перегородок с несущими способностями, но для полного исключения риска приходится наращивать толщину самого фундамента. Как следствие, при строительстве на узких участках составление проекта и выбор основания лучше доверить специалистам.

Помимо веса и типа здания при расчете фундаментной плиты (в том числе для проверки ее целесообразности) учитываются особенности грунта: глубина промерзания, несущие способности, однородность и уровень подземных вод. При высокой плотности слоев подбирается мелкозаглубленный вариант, в этом случае для его заложения достаточно вынуть около 50-70 см земли, единственным недостатком такого исполнения является отсутствие подвала. На неустойчивых грунтах фундаментная плита размещается ниже глубины промерзания на 60 см, тогда увеличивается вес постройки и на конструкцию действуют повышенные нагрузки.

Интенсивность влияния подземных вод учитывается при подборе марки бетона, материалов гидроизоляции и толщины дренажной подушки, при значительных рисках подтапливания целесообразно выбрать другой тип основания или провести его утепление влагостойкими материалами.

Последовательность и пример расчета

В ходе вычислений придерживаются следующей схемы:

1. Проводится анализ геологического состояния участка, в зависимости от его типа из таблиц выбирается величина оптимального удельного давления на грунт для плитных фундаментов. Также на этом этапе определяется требуемая глубина заложения основания. При строительстве на супесях и твердых глинах стоит провести сравнение с другими типами, воздействие морозного пучения на них будет максимальным, что приводит к необходимости значительного увеличения толщины плиты.

2. Рассчитываются все весовые нагрузки. Удельный вес любого стройматериала несложно найти в таблицах, исходя из размеров стен, кровли и перекрытий находится масса самого здания. К полученному значению прибавляется средняя нагрузка снежного покрова, выбираемая согласно региону проживания и углу наклона кровли (на скатных крышах свыше 60° она принимается равной нулю). Также обязательно учитывается эксплуатационная (полезная) нагрузка, в среднем для цокольных и межэтажных перекрытий она составляет 210 кг/см2, жилых чердаков – 105. Этот показатель рассчитывают для каждого этажа, по окончании они все суммируются.

3. Определяется площадь монолитной плиты (длина дома умножается на ширину) и величина удельной нагрузки на 1 м2 грунта (общие весовые делятся на полученное значение).

4. Находится оптимальный объем фундамента (путем деления на средний удельный вес армированного бетона – 2500 кг/м3) и его предварительная толщина. Показатель округляют до 5 см в ближайшую сторону.

5. Далее расчет плитного фундамента повторяют с учетом полученного веса основания, его прибавляют к общим весовым нагрузкам. Величину удельного давления на грунт (п.3 выше) сравнивают с оптимальным для данного участка, его допустимое отклонение – ±25 %.

6. Исходя из ожидаемых нагрузок находится марка бетона для заливки, с учетом толщины составляется схема армирования: подбираются диаметр прутьев и частота их расположения.

При отклонении расчетной толщины такой плиты от рекомендуемого диапазона (15-35 см) рассматриваются другие типы фундаментов или варианты ее усиления (ребрами жесткости или сваями). Составление проекта в последнем случае безоговорочно доверяется специалистам. В качестве примера представлен простой расчет двухэтажного дома из газобетона D600 8×8 м высотой в 6,5 м, с монолитным ж/б межэтажном и деревянным чердачном перекрытиях, кровлей из металлочерепицы при строительстве на пластичных глинах (оптимальная нагрузка для такого типа – 0,25кг/см2). Тип плиты – мелкое заложение, цокольное перекрытие отсутствует.

При толщине стен в 40 см объем коробки – 166,4 м3, с учетом удельного веса блоков в 180 кг/м3 ее масса равняется 29952 кг. При площади межэтажного перекрытия в 60 м2 оно весит 30000 кг, чердачного в 64 м2 – 9600. Удельный вес кровли – 30 кг/м3, общий согласно данным проекта: 30×84=2520 кг. Величина полезной нагрузки первого, второго этажей и чердака: 64×210+60×210+64×105=32760 кг. Масса снежного покрова для среднего региона РФ принимается равной 100 кг/м2, в данном случае общее значение: 84×100=8400 кг. В сумме весовые нагрузки достигают: 113232 кг.

Удельная нагрузка на 1 м2 грунта – 113232/64=1770кг/м2= 0,177 кг/см2. Разница между оптимальным равняется 0,25-0,177=0,073, требуемая масса монолитной плиты – 46720 кг. Объем – 46720/2500=18,688 м3, толщина – 0,292 м или 30 см, что соответствует норме. Поверка показывает, что при ее весе в 48000 кг и общем здания (113232+48000) =161232 кг, нагрузка на грунт – 0,252 кг/см2. Это отклонение минимальное, все требования соблюдены, расчет необходимой толщины считается завершенным. Далее с помощью онлайн-калькуляторов несложно составить схему армирования, подобрать диаметр продольных и вертикальных прутьев и определить количество стройматериалов.

Что следует учесть при возведении основания данного типа?

Помимо вышеперечисленных условий плитный фундамент требует соблюдения строительных стандартов, в частности, при выборе марки бетона и арматуры и расчете дренажной системы. Наличие подушки обязательно, этот слой защищает основу от подвижек грунта и влаги. Ее толщина зависит от веса и назначения здания, в идеале проводится ее расчет. Минимум для легких щитовых построек – 15 см, 25 – для гаражей, под дома из кирпича засыпается и уплотняется от 20 см щебня и 25-30 песка. Чем выше риск подтапливания, тем надежнее нужна дренажная система, при необходимости по периметру закладываются водоотводные трубы.

Фундамент-монолитная плита для жилых домов усиливается как минимум двумя продольными сетками арматуры диаметром в пределах 12-16 мм, поддерживаемыми вертикальными прутьями (от 6 мм и выше). Рекомендуемых шаг ячеек – от 20 до 30 мм. Соединения и стыки не свариваются, а обвязываются проволокой диаметром в 0,8-1,2 мм или пластиковыми хомутами. Минимальное отступление от края бетона составляет 5 мм, его нарушение приводит к коррозии и разрушению каркаса. С целью соблюдения этого требования под нижние ряды подкладывают специальные пластиковые стаканчики, сетки размещаются равноудаленно от центра и краев. Обязательным условиям является заливка бетона единым монолитом, с виброуплотнением и обеспечением правильных условий затвердевания.

• Характеристики грунтов, важные для плитного фундамента
  • Требования к бетону для плитного фундамента
  • Преимущества монолитного фундамента
  • Расчет основания по деформациям
  • Расчет осадки под плитным фундаментом

Армированный бетон надежно выдерживает сжимающие усилия, поэтому испытывать на прочность не имеет смысла. Армирование бетонной конструкции необходимо только для того, чтобы улучшить ее сопротивляемость растягивающим нагрузкам.

При этом по деформации основания (грунта) проверку необходимо выполнять обязательно. По несущей способности расчет выполняют, если:

1. На основание воздействует не только вес, но и большие горизонтальные нагрузки.
2. Стройку планируют на откосе или близко к его краю.
3. Основание сложено медленно уплотняющимися грунтами. Это пылевато-глинистые водонасыщенные или биогенные грунты.
4. В основании скальные грунты.

Расчет необходимо проводить на основании результатов геодезических, геологических и гидрометеорологических исследований. При необходимости следует проводить измерение деформаций грунта на местности.

Характеристики грунтов, важные для плитного фундамента

Расчет бетонной конструкции, какой является фундамент, учитывает .

Поэтому необходимо понимать общее количество обозначений всех величин, которые могут потребоваться.

Из всего многообразия характеристик грунтов укажем их виды и некоторые особенности, которые важны, чтобы рассчитать плитный вариант:

1. Глинистый грунт. Это связный грунт.
2. Песок. Несвязный грунт, в котором более 50% частиц имеют размеры, не превышающие 2 мм.
3. Крупнообломочный грунт. Несвязный грунт, в котором более 50% частиц имеют размеры, превышающие 2 мм.
4. Ил и сапропель. Насыщенный водой осадок с содержанием частиц менее 0,01 мм.
5. Грунт торфованный. Песчаный и глинистый, содержащий до 50% и более (по массе) торфа.
6. Набухающим называют грунт, который в условиях свободного набухания при замачивании водой, увеличивает объем и имеет относительную деформацию более 0,04.
7. У некоторых видов грунта при замачивании водой даже собственный вес может дать относительную вертикальную просадку более 0,01.
8. Пучинистый дисперсный грунт. Вследствие образования кристаллов льда имеет относительную деформацию более 0,01.

Вернуться к оглавлению

Требования к бетону для плитного фундамента

Бетон для строительной бетонной конструкции – это идеальный материал, так как он хорошо выдерживает сжимающие нагрузки. Но он очень плохо работает на растяжение. Этот недостаток стараются компенсировать за счет металлическим каркасом, помещая его внутрь. По прочности на сжатие бетон делят на классы (В3-В80) и марки М50-М1000.

Для фундаментов подходят марки не ниже М200. Это значит, что предел прочности на сжатие будет не менее 200 кгс/см². Нормируемой прочности бетон достигает примерно через 28 дней. С течением времени прочность имеет тенденцию к увеличению.

Плита требует как можно больше бетона для одноразовой заливки, поэтому ручной способ приготовления не подойдет. Необходим раствор, приготовленный на бетонном заводе, который хорошо перемешан, что очень важно для его прочности.

По морозостойкости бетон делят на марки F50-F1000, где число обозначает количество циклов замораживание-оттаивание, которое должна выдержать изготовленная из него конструкция.

Очень важной характеристикой является водонепроницаемость бетона. По этому показателю его разделяют на марки W2-W20, где число определяет давление воды (в МПа), которые выдерживает образец установленного размера. Для фундаментов рекомендуют бетон марки W6. Необходимо отметить, что для любой марки бетона гидроизоляция не помешает. Особенно это актуально для такой плитной конструкции.

Прочность основания зависит от соблюдения . Заливать плиту следует на хорошо очищенную поверхность слоями. Для ленточного основания толщина очередного слоя не должна превышать 40 см. Плиту достаточно залить одним слоем. В нем после затвердевания не должно быть пустот, поэтому заливать бетон необходимо с высоты, не превышающей 1,5 м, и его следует хорошо утрамбовывать.

Вернуться к оглавлению

Преимущества монолитного фундамента

1. Плитный фундамент применяют на пучинистых, глинистых и грунтах с высоким залеганием грунтовых вод. Учитывая, что к глинистым относятся все грунты, содержащие глину, то получается, что каких-либо инженерно-геологических исследований в пределах стройплощадки проводить нет необходимости.
2. Экономия на земляных работах. Для убедительности сравним с ленточным фундаментом, который необходимо заглублять ниже уровня промерзания грунта.

Например, в Подмосковье этот уровень составляет примерно 1,35 м. Фундамент необходимо заглублять на 20 см ниже этого уровня, то есть глубина траншеи составит примерно 1,6 м.

Для дома размером 10×10 м с двумя внутренними несущими перегородками общая длина ленточного основания составит 55,5 м. Если траншею рыть шириной 0,5 м, то общий объем извлекаемого грунта составит примерно 44 м³, не считая плодородного слоя (почвы), который обычно убирают.

В соответствие с указанной схемой общая деформация определяется суммированием осадки отдельных слоев по формуле:

s=0,8·SUM(σ zp.i ·h i)/E i , (2)

где σ zp. σ zp.с – среднее значение дополнительного напряжения (по вертикали) в i‑том слое; определяется как полусумма напряжений на границах этого слоя;
h i – толщины i-го слоя;
E i – модуль деформации i-го слоя кПа (кгс/см²).

Значение дополнительного напряжения по центру фундамента определяется по формуле:

• σ zp. = а·р 0 , (3)

а в угловых точках фундамента по формуле:

• σ zp с. = а·р 0 /4. (4)

Коэффициент а определяется в зависимости от формы фундамента (по подошве) и от соотношения сторон (если форма прямоугольная), или от диаметра (если форма круг) и от относительной глубины х=2z/b (z – глубина залегания слоя, b – ширина фундамента).

Одной из причин такого наплевательского отношения к компьютерам, существующим теориям и методикам расчета, программному обеспечению и прочим достижениям современной науки и техники являются небольшие размеры дома, ведь мы все-таки не завод собрались строить. А потому некоторый запас по прочности, получаемый при упрощенном расчете, и соответственно перерасход материалов могут обойтись дешевле, чем заказ расчета у специалистов.

Пример расчета монолитной фундаментной плиты

Далее будет рассматриваться расчет сплошного фундамента для некоего условного дома размерами 8.8х13.2 м, у которого также есть внутренние стены. Таким образом требуется рассчитать не просто некоторую плиту, опертую по контуру, а некую статически неопределимую конструкцию с дополнительными опорами посредине. При этом план первого этажа выглядит так:

Рисунок 345.1 . Примерный план 1 этажа для расчета фундаментной плиты.

Несколько необходимых пояснений:

План 2 этажа не приводится, предполагается, что он приблизительно такой же как и план 1 этажа. Отметка верха фундаментной плиты -0.400 м. Отметка пола 1 этажа +0.100 м. Таким образом подземная часть стен (или часть фундамента под стены) составляет 0.5 м (конструктивные аспекты устройства фундамента под стены в данной статье не рассматриваются). Пол 1 этажа - доски по лагам, перекрытие 1 и 2 этажа - металлические балки (см. рис. 345.1.б). Поэтому при расчете монолитной плиты используется приведенный план 1 этажа (рис. 345.1.в) на котором показаны нагрузки от стен на фундамент с учетом перераспределения нагрузок, при условии, что под дверными проемами фундамент под стены также делается. В итоге под оконными проемами с учетом того, что расстояние от низа проема до верха фундаментной плиты составляет 0.8 (от пола до подоконника) + 0.5 = 1.3 м, нагрузку от стен можно принимать равномерно распределенной по всей длине стены.

Все стены дома планируются из газобетона D600, толщина всех стен составляет 40 см. Над перекрытием 2 этажа планируется двухскатная кровля из профнастила по деревянным стропилам. Предполагаемое место строительства - живописное село под Киевом. Бурение скважин и прочие мероприятия, связанные с геологоразведкой, не планируются. Ожидаемый уровень грунтовых вод в весеннее время -0.500 м, определен опять таки не бурением скважин, а по рассказам жителей села, у которых весной затапливает подвалы.

Так как геологов в селе никогда не видели, тем не менее даже глинобитные хаты, простоявшие лет 100, в селе имеются, то даже если основанием дома будет самая пористая глина, расчетное сопротивление грунта составит R o = 1 кг/см 2 (согласно таблицы 3, приложения 3 к СНиП 2.02.01-83* "Основания и сооружения").

Конечно, можно воспользоваться формулами, приведенными в том же СНиП, и вычислить расчетное сопротивление грунта более точно, но с учетом того, что основание определено нами на глаз (как минимальное из возможных), не будем слишком углубляться в теорию оснований и сооружений, а перейдем к расчету плиты. Даже если действительное сопротивление грунта будет в 2 или даже в 3 раза больше, ничего страшного в этом нет, только дом будет стоять еще дольше.

Сбор нагрузок на фундамент

1.1 При ориентировочной толщине плиты 30 см плоская равномерно распределенная нагрузка на грунт от веса плиты составит:

q фунд.плиты = 2500х1.2х0.3 = 900 кг/м 2 (0.09 кг/см 2)

где 2500 - объемный вес железобетона, принимаемый для расчета при проценте армирования до 1% (вряд ли у нашей плиты процент армирования будет больше)

1.2 - коэффициент надежности по нагрузке

1.2. Нагрузку от пола 1 этажа (доски по лагам, выставленным на каменные столбики) можно считать условно равномерно распределенной, так как столбиков будет много, к тому же в теле фундамента плиты нагрузка от столбиков будет дополнительно перераспределяться. Таким образом расчетная нагрузка от пола 1 этажа составит:

q пол1эт. = 500х1.2 = 600 кг/м 2 (0.06 кг/см 2)

Общая равномерно распределенная нагрузка составит:

q ф = 900 + 600 = 1500 кг/м 2

Все остальные нагрузки будут рассматриваться как линейные равномерно распределенные, так как будут передаваться через стены на фундаментную плиту. А при рассмотрении метра ширины или длины плиты нагрузки, передаваемые стенами, могут рассматриваться, как сосредоточенные.

2.1. Нагрузка от подземной части стен (бетон) на расчетный метр ширины или длины плиты составит:

Q фунд.части стен = 2500х1.2х0.5х0.5 = 750 кг

2.2. Нагрузка от стен из газобетонных блоков марки D600 при общей высоте стен 6 м составит:

Q стен = 600х1.3х6х0.4 = 1872 кг

В данном случае коэффициент надежности по нагрузке (γ =1.3) дополнительно учитывает отделку стен внутри и снаружи здания.

2.3.1. Нагрузка от перекрытий на наружные стены составит:

Q нар.стен = 600х1.2х3 + 300х1.2х3 = 3240 кг

где 600 = 400 + 200 - нагрузка на перекрытие 1 этажа (200 - возможный вес конструкции перекрытия)

300 = 150 + 150 - нагрузка на перекрытие 2 этажа (чердачное перекрытие)

2.3.2. Нагрузка от перекрытий на внутреннюю стену составит:

Q вн.стены = (600 + 300)1.2х6 = 6480 кг

Снеговая нагрузка для Киева - 160 кг/м 2 . Вес кровли и стропильной системы - около 20 кг/м 2 . При этом распределение снеговой нагрузки и веса стропильной системы будет зависеть от конструктивного решения стропильной системы. В данной статье эти вопросы не рассматриваются, более подробно с принципами расчета стропильных систем можно ознакомиться . При устройстве стропильной системы с подкосами большая часть этой нагузки будет передаваться внутренней стене (если таковая имеется), на которую опирается лежень и подкосы. Однако в нашем случае (см. рис. 345.1.в) в большом помещении такой внутренней стены нет, а стена в правой части здания имеет достаточно широкий дверной проем. В итоге нагрузка на стены, как наружные так и внутренние, в правой и левой частях дома будет разной. Распределение нагрузок на стены мы сделаем на основании следующего примера . Конечно с точки зрения расчетов было бы проще планировать дом с симметричными правой и левой частью, однако с точки зрения бытовых удобств план дома может быть еще более сложным, чем показано на рис. 345.1.

3.1.1. Для всего здания нагрузка от кровли на наружные стены (на рис.345.1.в) показаны более светлым цветом) составит:

Q кровли на нар.стены = (160 + 20)х1.2х4.5х0.25 = 243 кг

где 4.5 - длина горизонтальной проекции стропил, м.

0.25 - коэффициент, учитывающий перераспределение нагрузки при стропильной системе с подкосами.

3.1.2. Для левой части здания нагрузка от кровли на наружную и внутреннюю стены (на рис.345.1.в) показаны более темным цветом) составит:

Q л кровли на стены = (160 + 20)х1.2х4.5х0.75/2 = 364.5 кг

где 0.75 - коэффициент, учитывающий перераспределение нагрузки при стропильной системе с подкосами

2 - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки на 2 стены

3.1.3. Для правой части здания нагрузка от кровли на внутреннюю стену (с большим дверным проемом) составит:

Q п кровли на вн.стену = (160 + 20)х1.2х4.5х0.75 = 729 кг

Теперь можно приступать к расчету фундаментной плиты, но сначала не мешает ознакомиться с основными положениями , принимаемыми при подобном расчете.

Монолитный фундамент, как и свайный идеально подходит для строительства буквально практически любого здания. Эти 2 типа оснований одинаково хорошо переносят воздействие высоких нагрузок и перемещения рыхлых грунтов.

При этом монолитные плиты чаще всего применяют при строительстве крупных торговых центров и многоэтажных домов, а сваи при возведении частного сектора из малоэтажных домов.

Монолитная плита в качестве крепкого основания строители выбирают по многим причинам, однако, для того чтобы придать ей прочность и надежность необходимо произвести грамотные расчеты.

Как и любой строительный процесс, расчет фундамента обуславливается правилами проектирования и соответствующими статьями СНиПов. Процесс расчета разделяется на 3 основных этапа:

1. Проведение замеров и изучение грунта на месте строительства,
2. Расчет толщины монолитной плиты,
3. Расчет количества арматуры, необходимой для создания прочного основания.

Есть специальные программы (Мономах, Лира), которые автоматизируют процесс расчета. В тоже время посчитать будущий фундамент можно и вручную.

Процесс изучения основных характеристик почвы

Отбор почвы для анализа

Перед проведением расчетов любого из типов фундамента, для начала необходимо определить базовые характеристики основания на местности под будущее здание или сооружение. Главные показатели, значения которых влияют на расчет фундамента следующие:

• Показатель водонасыщенности;
• Несущая способность грунта.

Для строительства крупного объекта, перед проведением этапа разработки всего комплекса проектной документации, нужно дополнительно провести процедуру геологических изысканий. Данное обследование включает в себя операции:

1. Бурение в грунте скважин;
2. Проведение лабораторных исследований с грунтом.

В результате заказчик получается разработанный отчет, в котором помечают все особенности и основные характеристики грунта. Однако проведение полного комплекса геологических изысканий грунта обходится застройщикам довольно дорого. Именно по этой причине для проектирования частных домов скважины не бурят, этап изучения грунта проводят с применением шурфов.

Что такое шурфы и для чего они нужны?

Отрывка шурфов необходима для изучения состава грунта. Шурфы представляют собой ямы, которые выкапываются строителями вручную. Для этого с помощью лопаты откапывается шурф, который должен на 50 см быть глубже, чем будут располагаться подошвы основания. Состав почвы в свою очередь изучается по полученному срезу.

Благодаря шурфам определяется примерный тип несущего слоя на участке строительства, а также соотношение грунта и воды в нем.

Если по итогам обследования грунт перенасыщен водой, то частные дома строят либо на плите, либо опорах из свай.

Во время проведения мероприятий на этапе исследования и оценки почвы нужно обязательно выкапывать шурфы или делать скважины в нескольких точках площадки.

Простой пример: для многоэтажных домов нормой считается бурение 5 скважин на каждые 100 м2 площади будущего здания.Располагаются скважины точно под пятном будущей застройки, которая описана на генплане.

Как только с монолитным основанием определились, останется выяснить только оптимальные удельные значения давления на грунт. Эта информация берется из таблицы в соответствующем разделе СНиПа.

Пример расчета толщины монолитной плиты

Правила расчета монолитной плиты полностью описаны в строительных правилах (нормах)по проектированию и устройству монолитных оснований и фундамента для зданий и сооружений. Этап расчета толщины плиты состоит из двух операций:

1. Собрать ;
2. Рассчитать значения несущей способности для основания.

При сборе нагрузки необходимо провести работы, связанные с вычислением общей массы здания вместе с учетом предполагаемого веса снеговой нагрузки в указанном регионе. Кроме того, при подсчете нагрузки от веса учитывается вес мебели, кровли, установленного оборудования и переменный вес людей в доме. Данные показатели берутся из таблицы в зависимости от материала, который будет применяться при возведении несущих стен, перегородок и перекрытий. Также при расчете необходимо учитывать коэффициент надежности – в среднем 1,3. Показания по снеговой нагрузке берутся из строительных норм по строительной климатологии и определаются в зависимости от снегового района, где будет возводиться сооружение.

При выборе значений из таблицы необходимо также учитывать толщину конструкций.

В итоге, общая масса здания формируется как сумма всех нагрузок на грунт, умноженная на общую площадь будущего здания. При этом обязательно учтите, что каждая из указанных при расчете нагрузок должна быть умножена на нормированный коэффициент надежности. Таким образом, проектировщики обеспечивают запас прочности по несущим способностям конструкции из монолитного бетона.

Основные формулы и коэффициенты при расчете толщины подошвы

Различные нагрузки имеют определенные коэффициенты надежности, которые нормируются СНиПом. Как правило, значения указываются в пределе от 1,05 до 1,4 в зависимости от типа нагрузки. Для монолитного основания из бетона строителями принимается коэффициент равный 1,3.

При уклоне кровли здания больше 60 градусов, можно давление от снеговой нагрузки в расчет не учитывать. При указанной крутизне ската кровли снег не будет скапливаться на поверхности крыши.

Формула для расчета подошвы и нагрузок на нее записывается в следующем виде:

Значения удельной нагрузки на почву без учета веса фундамента вычисляются, как P/S,

где под Р подразумевается сумма всех нагрузок на здание, а S - это проектная площадь будущей монолитной плиты из бетона.

Таким образом, узнав удельную нагрузку по таблице из строительных норм, вы подберете подходящую ширину подошвы.

Общий пример расчета для одноэтажного частного дома

Проведем пример. При расчете будем использовать следующие исходные данные об объекте:

1. Здание представляет собой конструкцию одноэтажного частного дом с небольшой мансардой и общей площадью 36 кв. м.;
2. Материал для возведения несущих стен – бруса, толщина которого 200 мм;
3. Общее значение площади стен (4 стены с наружной высотой равной 4,5 м) равно 108 кв.м.;
4. Внутренние перегородки выполнены из гипсокартона и составляют 75 кв.м. площади;
5. На крыше используется образец металлической четырехскатной кровли, с уклоном в 30ᵒ;
6. При исследовании грунт оказался пластичным, а качественный состав показал глину;
7. Значения снеговой нагрузки для выбранного региона равняется 180 кг/м²;
8. Перекрытия в частном доме будут из дерева, общая площадь составит 72 кв.м.

Пример сбора нагрузки для здания

Любой сбор нагрузки на будущее бетонное осуществляется с учетом всех конструкций, а также снеговой и ветровой нагрузки. Все данные заносятся в табличную форму. Посмотрите видео, как рассчитать все нагрузки, а также возвести монолитный фундамент.

При расчете необходимо учитывать нормативную и расчетную нагрузку в совокупности с коэффициентом надежности. Для нашего примера получим такие результаты:

1. Нагрузка от стен вычисляется: 108*160*1,1 = 19008 кг,
2. Нагрузка от гипсокартонных перегородок: 75*30*1,2 = 2750 кг,
3. Нагрузка от деревянных перекрытий: 72*150*1,1 = 11880 кг,
4. Давление металлической кровли: 42*60*1,1 = 2772 кг,
5. Полезная и снеговая нагрузки: 72*150*1,2 + 42*180*1,4 = 23544 кг.

В итоге, в данном примере, мы получаем общую нагрузку здания в районе 59904 кг (это с учетом коэффициента надежности). Ширина подошвы бетонного основания вычисляется с учетом условия, что его ширина на 20 см больше, чем у дома. Таким образом, общая площадь основания равна 372100 кв. см.

Высчитываем удельную нагрузку на почву под домом по формуле: 59904 кг: 372100 кв.см. = 0,16 кг/см². Сравниваем полученные и заданные при расчете значения — Δ = 0,25 - 0,16 = 0,09 кг/см². Высчитываем массу будущего здания — М = Δ*S = 0,09*372100 = 33489 кг. Получаем в итоге толщину подошвы: t = 33489/2500 = 13,4 см. Так как значение не целое, за толщину бетонного основания принимают либо 10 см, либо 15 см.

При проверке на наименьший расход бетонного раствора и массы арматуры требованиям расчета удовлетворило значение толщины в 15 см. Остается посчитать лишь расход арматуры на монолитный фундамент выбранного одноэтажного дома для нашего примера.

Расчет арматуры на плиту

Дальнейшие расчеты примера по количеству арматуры основаны на следующих данных:

1. Выбрана плита с общей толщиной в 15 см,
2. Будет использовано 2 рабочие сетки,
3. Диаметр металлических стержней выбран в 12 мм, а шаг стержней на расстоянии 150 мм,
4. По количеству стержней получаем следующее количество штук (для двух слоев): 84*2=168 штуки,
5. В результате, общую массу арматуру считаем по формуле: 1018,08 м * 0,888 кг/м = 905 кг.

Упрощенный расчет вручную необходимой толщины фундаментного основания и общего количества (веса) арматуры является несложной задачей, требующей небольшого количества свободного времени. Самое главное не запутаться в формулах и учесть всех коэффициенты.