Как правильно рассчитать фундамент

Фундамент — это конструкция здания ниже отметки планировки. Его назначение — передать нагрузки от всего сооружения грунтовому основанию. Нагруженный грунт может менять свою структуру, вызывая в строениях деформации, предел которых ограничен нормами. Правильно сделанный расчёт фундаментов обеспечит долговечность и надёжность любого здания.

Фундаменты по своим возможностям сопротивляться нагрузкам можно подразделить на жёсткие и гибкие. Конструкции из бутобетона и бетона относятся к жёстким. Они хорошо сопротивляются сжатию и плохо работают при растяжении и изгибе.

Фундаменты из железобетона имеют внутри конструкции арматуру. Она воспринимает растягивающие и изгибающие усилия, поэтому железобетон применим для гибких элементов.

Важно! Обязательное условие расчёта любых фундаментов — это наличие результатов геологических и топографических изысканий в месте строительства.

Здание и грунтовое основание в расчёте рассматриваются как работающие совместно. Неблагоприятное влияние факторов окружающей среды тоже может изменять грунтовое основание. Например, температура влияет на свойства набухающих и пучинистых, а вода может менять структуру просадочных и засолённых грунтов.

Уровень расположения воды в грунте, его возможное изменение, химический состав воды тоже определяют выбор материала, конструкции и способа строительства фундамента. Все эти данные указываются в отчёте изысканий.

Глубина заложения фундамента

При определении уровня расположения подошвы фундамента учитывается следующее:

• конструкция здания и его назначение;
• наличие примыкающих сооружений и отметка низа их фундаментов;
• свойства грунтов;
• грунтовые воды и изменение их положения;
• глубина промерзания грунта;
• неблагоприятное влияние окружающей среды;

Отметка низа фундамента принимается не зависимо от уровня промерзания грунта, если основанием является непучинистый грунт, и здание отапливается в зимний период. Также, если исследования и расчёты показывают, что не происходит деформаций, нарушающих прочность всего здания, при периодическом замерзании и оттаивании грунта.

Фундамент отапливаемых помещений под наружные стены закладывается на глубину больше расчётного значения глубины замерзания грунта, если основанием для них является пучинистый грунт.

Расчётное значение этой глубины находится по формуле:

d_f = k_h*d_fn, где

• k_h — коэффициент теплового режима в здании;
• d_fn — нормативная глубина замерзания грунта.

Для зданий, которые не отапливаются в зимний период k_h=1,1; для отапливаемых k_h принимается по таблице.

Нормативная величина d_fn принимается как средняя величина максимальных ежегодных сезонных глубин промерзания за 10 лет.

Эту величину можно рассчитать по формуле:

M_t- безразмерное число, равное сумме абсолютных значений температур ниже нуля зимой в конкретном районе. Его находят в СП 131.13330.2012.

d₀ принимается:

• 0,23 — глины и суглинки;
• 0,28 — пылеватые и мелкозернистые пески ;
• 0,3 — крупнозернистые и среднезернистые пески;
• 0,34 — крупнообломочные грунты.

К пучинистым относятся грунты:

• глиносодержащие;
• мелкозернистые и пылеватые пески;
• крупнообломочные с глинисто-пылеватыми включениями.

Расчёт ленточных фундаментов по формулам

Расчёт фундаментов зданий делается по 2-м группам предельных состояний:

• несущей способности — первая группа;
• деформациям — вторая группа.

Первое предельное состояние предполагает полную невозможность эксплуатировать здание. Второе — это, когда нормальная эксплуатация затруднена. Расчёт выполняется для определения оптимальных размеров конструкции фундамента.

Нагрузки и воздействия

Нормативная нагрузка, умноженная на коэффициент надёжности (перегрузки) — γ_f, даёт значение расчётной.

Для снеговой и ветровой нагрузки γ_f = 1,4, для температурного действия γ_f = 1,1.

По количеству времени действия нагрузки разделены на постоянные и временные. Во время строительства, а также эксплуатации постоянные нагрузки действуют без перерывов. К ним относятся вес всех конструкций здания и вес грунта. Временные нагрузки разделяются на:

• длительного действия (временно располагаемое оборудование, складирование материалов и деталей какого-либо производства, вес людей и животных, подвесные и мостовые краны);
• кратковременного действия (снеговые, ветровые, гололёдные, пуско-наладочное и ремонтное оборудование, люди и т. д.);
• особого действия (от взрыва, чрезвычайных происшествий, поломки оборудования, изменения структуры основания, и т. д.).

При расчёте используется сочетание нагрузок:

1. Основные — постоянные + длительного действия + кратковременного действия.
2. Особые — постоянного действия + длительного + кратковременного + одна особого действия.

Рассчитывая основания по деформациям, используется основное сочетание нагрузок. На прочность в расчёте тоже берётся основное сочетание, но, если имеются особые нагрузки, расчёт ведётся на особое сочетание. Для определённого вида сочетания нагрузок в расчёте учитываются понижающие коэффициенты сочетания — ψ.

В конечном итоге выбирается более опасное сочетание нагрузок. Для жилых зданий с жёсткой схемой конструкции нагрузка на фундамент состоит из веса:

• Постоянные нагрузки:
  • Стены, междуэтажные перекрытия, подвальное перекрытие (при наличии).
  • Фундамент и вес на его уступах грунта.
• Временные нагрузки:
  • Снег.

Равномерно распределённую нормативную нагрузку для жилых домов можно принять по СНиП — 1,5 кПа (коэффициент перегрузки — γ_f = 1,3).

Определение ширины подошвы

Фундаменты жилых зданий с жёсткой схемой конструкции рассчитываются как центрально сжатые. Они устраиваются симметрично относительно стены этажа или подвала. Расчёт делается исходя из условия предельного равновесия всех сил, влияющих на фундамент.

F — полная нагрузка на фундамент,  h — глубина фундамента b — ширина подошвы фундамента

Чтобы сделать предварительный расчёт, можно использовать значение R₀ по нижеприведённым таблицам.

Для сплошного ленточного фундамента ширина подошвы определяется:

• F — нагрузка, действующая на верхнюю часть фундамента;
• R₀ — сопротивление грунта, которое взято из таблиц;
• γ_mt- усреднённый удельный вес фундамента и грунта на его обрезах;
• h — высота фундамента.

Для примера определим ширину подошвы сплошного ленточного фундамента с жёсткой схемой при следующих данных:

• F = 255 кН;
• R0 = 250 кПа — для суглинка с коэффициентом пористости 0,7;
• Глубина заложения — 1,8 м, высота h = 2,0 м. Материал фундамента — бетон М 200, γ_mt=2,0 кг/м³.

При глубине менее 1,5 м применяется коэффициент m.

Необходимая ширина подошвы получается:

Далее уточняем R0 для глубины подошвы фундамента менее 2,0 м по формуле:

R= R₀*[1 + k₁ (b — b₀) / b₀]*(d + d₀)/2d₀;

• k₁ — для глин, суглинков, супесей и пылеватых песков — 0,05; для крупных песков и крупнообломочных грунтов — 0,125.
• b и d — ширина и глубина заложения фундамента
• b₀ и d₀ — значения ширины и глубины, принятые в таблицах

R = 250∙[1 + 0,05 (1,2 — 1) / 1]∙(1,8 + 2)/2∙2 = 240 кПа

Уточняем ширину подошвы фундамента

Чтобы получить более точные данные, вычисляется расчётное значение сопротивления грунта по данным изысканий.

Расчёт ленточных фундаментов по графику

График расчёта сплошных ленточных фундаментов под наружные кирпичные стены

График расчёта сплошных ленточных фундаментов под внутренние стены

По графику, созданному для зданий гражданского назначения с кирпичными стенами, расчёт делается по данным R и количеству этажей. Найденная ширина подошвы умножается на поправочные коэффициенты к₁, к₂, к₃:

• к₁ — учитывает высоту этажа;
• к₂ — отношение площади окон к площади стены в %;
• к₃ — нагрузка, которую передаёт перекрытие одного этажа.

Определить с помощью графика ширину подошвы можно только, если толщина стены, указанная на графике совпадает с принимаемой толщиной кирпичной кладки.

Для примера найдём ширину подошвы фундамента наружной кирпичной стены толщиной 77 см дома в три этажа (с подвалом). При этом R = 2,0 кг/см²; Н = 3,0 м; ɷ = 20%; Р = 1800 кг/пог. м. По графику находим, что ширина подошвы составляет b’ = 110 см; b = 110∙0,98∙1,5 = 113 см.

Все приведённые таблицы и графики имеют ориентировочный характер. Более точный расчёт производится специалистами на основе исследований грунта (полевых и лабораторных) на площадке строительства.

рмнт.ру