8-495-589-8-123
8-926-633-94-78
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:
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.
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:
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/м3, 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.
Для того, чтобы правильно выполнить расчет количества опор столбчатого фундамента, необходимо обладать информацией. К таким исходным данным для расчета относится:
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.
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.
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:
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.
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.
Читайте также: Размеры фундаментов промышленных зданий под колонныЗадача – 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.
Исходные данные:
Определение весовой нагрузки:
Суммируя полученные данные, получаем общий вес дома равным 29110 кг. Для определения суммарной площади сечения столбов делим 29110/3,5 = 8317 см2.
Тогда площадь сечения каждого из 10-ти столбов будет равна 832 мм2, 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.
Возведение любого фундамента для жилого дома или другого строительного объекта требует точности, и поэтому необходимо проводить предварительный расчет столбчатого фундамента или основания другого типа. Но, если с основными параметрами бетонной ленты или плиты все более или менее понятно, то как делать расчеты столбовых опор, многие строители не знают. Поэтому рассмотрим расчет габаритов, несущей способности, материалов и других параметров именно для основания дома на столбах-опорах. Для этого необходим чертеж и/или проект фундамента:
Как строительная конструкция столбчатый фундамент выглядит как группа столбов из определенных стройматериалов, связанных между собой ростверком. Ростверк — это горизонтальная обвязочная конструкция, предназначенная для усиления основания и объединяющая разрозненные конструкции, в данном случае – столбы фундамента. Устойчивость столбовых опор обеспечивается погружением их в грунт на расчетную глубину, которая зависит от массы здания и свойств грунта.
Нагрузочные характеристики тем выше, чем больше точек опирания на почву, и чем выше поверхностное трение опор. Проще говоря, диаметр опор должен быть достаточно большим, глубина погружения столбов и количество опор должно обеспечивать достижение оптимальной нагрузки на каждую опору при распределении нагрузок при помощи ростверка. Неглубокое заложение столбчатых опор разрешается для каркасного дома, для малоэтажных, легких и небольших по площади зданий из пиломатериалов, ячеистых бетонов, а также для модульных конструкций. Кирпичные, бетонные или панельные дома на столбчатом фундаменте построить невозможно, так как удельный вес стен строения должен быть ≤ 1000 кг/м3.
Столбчатые опоры делают из различных стройматериалов – они могут быть металлические из полых труб, кирпичные, блочные, бетонные или железобетонные, бутобетонные, из асбоцементных или бетонных труб, залитых бетоном, и т.д.
Незаглубленное столбчатое основание рекомендуется строить на участках с глубоким прохождением грунтовых вод – подошва опор должна находиться выше как минимум на 0,5 м.
Преимущества:
Недостатки:
Подготовка к расчету Перед началом расчетов определяются исходные параметры для вычислений:
Эти данные необходимы в любом случае – и при ручных вычислениях параметров столбчатого фундамента с ростверком, и при расчетах при помощи программы-калькулятора:
Так как заказ исследования грунта обойдется недешево, можно сделать это самостоятельно — визуально. Нужно пробурить или выкопать скважину глубиной на 0,5 м ниже заглубления столбов, и убедиться в наличии/отсутствии грунтовых вод. Также визуально (по срезу) можно определить и тип грунта. На сложных участках такое исследование проводят в трех-четырех высотных точках.
Нагрузки делятся на постоянные и временные. Постоянные нагрузки – это вес дома, нагрузки временные бывают кратковременными или длительными. Длительные — вес предметов интерьера и бытовой техники, кратковременные — вес жильцов и осадочные нагрузки с учетом действия атмосферных влияний. Для фундамента это – снеговые нагрузки.
Для определения постоянной нагрузки при оперировании расчётами понадобится узнать:
В таблице ниже представлены данные по массе основных конструкций дома:
Строительная конструкция | Масса |
Утепленные каркасно-щитовые стены ≤ 15 см толщиной | 35-55 кг/м2 |
Утепленные деревянные перекрытия, плотность утеплителя ≤ 200 кг/м3 | 90-170 кг/м2 |
Вес ж/б основания | 2600 кг/м3 |
Кровля | |
Крыши стальные из листового металла | 40-65 кг/м2 |
Керамическая плитка для кровли | 70-150 кг/м2 |
Битумная черепица | 40-80 кг/м2 |
Это нормативно-справочные данные, и при расчетах с их применением необходимо пользоваться коэффициентом надежности (прочности), который указан в СП 20.13330.2011. Для каркасно-щитовых строений дома эти данные приведены в таблице ниже:
Строительная конструкция | Коэффициент прочности |
Из древесины | 1,10 |
Из армированного бетона плотностью ≥ 1700 кг/м3 | 1,30 |
Заводская тепло-, гидро- и шумоизоляция | 1,20 |
Тепло-, гидро- и шумоизоляция, сделанная на месте | 1,30 |
Регламент СП 20.13330.2011 предписывает соблюдение полезной длительной временной нагрузки не выше 150-170 кг/м2 при использовании коэффициента надежности 1,2. Таким образом, расчетное значение будет равно 180-204 кг/м2 поверхности пола.
Чтобы найти значение нагрузки от слоя снега, снова используются данные СП. Снеговой регион виден на картах в СП 131. 13330.2012. При расчетах используется коэффициент 1,4.
Сначала рассчитывается минимальная площадь фундамента по сумме площадей всех опор: Smin = P / Rо; где:
Почва под фундаментом | Расчетное сопротивление Rо на глубине ≥ 1,5 м, кг/см2 | Расчетное сопротивление Rо на поверхности грунта, кг/см2 |
Галька, глина | 4,6 | 3,0 |
Гравий, глина | 4,1 | 2,75 |
Песок крупных фракций | 6,1 | 4,1 |
Песок средних фракций | 5,1 | 3,3 |
Песок мелких фракций | 4,1 | 2,75 |
Пылевидный песок | 2,1 | 1,3 |
Супесчаные или суглинистые почвы | 3,6 | 2,3 |
Глинистая почва | 6,1 | 4,1 |
Слой насыпного уплотненного грунта | 1,6 | 1,1 |
Слой насыпного рыхлого грунта | 1,1 | 0,68 |
Зная общую площадь опор фундамента, можно вычислить сечение подошвы для столба и их общее количество.
Для наглядности рассмотрим пример расчета столбчатого фундамента для каркасного дома в два этажа. Исходные данные:
Нагрузка с применением коэффициента надежности:
[ads-mob-1] Для расчета массы основания со стороной опоры 40 см нужно знать шаг их размещения. Для примера возьмем одну колонну на 2 м, в результате получим 24 / 2 = 12 опор. Для IV снегового района глубина промерзания почвы равна 1,8 м. Опора заглубляется на 20 см ниже этой точки, и поднимается над поверхностью грунта на 50 см – для обвязки ростверком. То есть, общая высота опоры — 2,5 м.
В нашем примере четыре опоры возводятся по углам здания, а оставшиеся — по периметру. Строительные конструкции дома с разным весом рассчитываются по отдельности и обустраиваются на отдельных и независимых основаниях. Например, веранда, терраса, павильон или гараж.
Климатическое районирование и вес несущих строительных конструкций учитывается в обязательном порядке, так как эти данные виляют на надежность, прочность и долговечность столбчатого фундамента.
Уважаемые коллеги, продолжаем рассматривать пример расчета ленточного фундамента с помощью программы ФОК Комплекс, в этот раз мы рассмотрим расчет ленточного и столбчатого фундаментов.
Перед вводом данных в программу ФОК-Комплекс я стараюсь придерживать такого порядка действия:
1. Определяюсь с отметками, прорисовываю расположения фундаментов, ниже приведен пример:
СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*
5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле
(5.7)где gс1и gс2- коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4;
k - коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (jII и сII) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения Б;
Mg, Мq, Mc- коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5;
k z - коэффициент, принимаемый равным единице при bd (d- глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7) принимают d1 = dи db = 0.
Исходные данные
Основание фундаментом являются - Супесь лессовидная просадочная низкопористая твердая (ИГЭ 2)
gс1= 1,25; gс2= 1,00; k= 1,00; kz= 1,00; b = 3,00 м; gII = 1,800 т/м3; g'II = 1,653 т/м3;
сII= 0,6 т/м2; d1 = 2,30 м + 0,10 м * 2,00 т/м3 / 1,653 т/м3 = 2,30 м + 0,121 м = 2,421 м;
db = 1,05 м; Mg = 0,78; Мq= 4,11; Mc= 6,67;
R = (1,25 х 1,00) / 1,00 * [0,78 * 1,00 * 3,00 м * 1,800 т/м3 + 4,11 * 2,421 м * 1,653 т/м3 +
+ (4,11 – 1,00) * 1,05 м * 1,653 т/м3 + 6,67 * 0,6 т/м2] = 1,25 * (4,212 т/м2 + 16,44786243 т/м2 +
+ 5,3978715 т/м2 + 4,002 т/м2) =37,5746674125 т/м2.
RSoil v.3.0.4 ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА
Расчетное сопротивление грунта определяется согласно СНиП 2.02.01-83
'Основания зданий и сооружений' по формуле 7:
R= (Yc1*Yc2/k)*(My*kz*b*y2+Mq*d1*y21+(Mq-1)*db*y21+Mc*C).
----------------------------------------------------------------------------------------------
ВВЕДЕННЫЕ ДАННЫЕ:
Ширина подошвы фундамента b= 3 м
Глубина заложения фундамента d= 3.35 м
Гибкая конструктивная схема здания
Длина здания L= 0 м
Высота здания H= 0 м
Здание с подвалом - фундамент под наружную стену (колонну)
Толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала hs= 2.3 м
Толщина конструкции пола подвала hcf= 0.15 м
Удельный вес материала пола подвала ycf= 2.2 тс/м3
Тип грунта: пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с
показателем текучести грунта или заполнителя IL
Давно известно, что надежность здания зависит не только от правильного выбора фундамента, качественных стройматериалов, профессиональных работников, но и от определения грунтов на участке и соответствующий расчет нагрузок.
Стройка начинается с расчета. Это первое правило строительства и неважно, идет речь о жилом 9-этажном доме или хижине дяди Тома, к примеру. Для расчетов необходимы данные. Сбор сведений – такая же ответственная работа, как и проведение расчетов. Данные собираются по-разному. Это могут быть динамические или статические испытания, а зачастую параметры и значения из таблиц.
Для проектирования фундаментов нужны такие сведения:
Все указания по расчетам оснований зданий и сооружений приведены в одноименном СП 22.13330.2011, актуализированной версии СНиП 2.02.01-83.
При расчетах определают:
Основополагающим в расчетах является условие, что несущая способность грунтов вычисляется вместе со всеми элементами сооружения.
Разработкой должна быть решена задача обеспечение их устойчивости в любых проявлениях неблагоприятных вариантов нагрузок и воздействий. Ведь потеря устойчивости оснований соответственно повлечет деформацию, а, возможно, и разрушение всего или части здания.
Последствия сдвига фундамента
Проверке подвергаются такие вероятные потери устойчивости:
Помимо нагрузок и других сил, действующих на конструкции, устойчивость здания зависит от глубины заложения, формы, размера подошвы фундамента.
Расчетная схема определения нагрузок достаточно разнообразна и специфична для каждого объекта. На разных этапах до 1955 г. существовали разные методы расчета конструкций: а) допускаемых напряжений; б) разрушающих нагрузок. С момента указанной даты расчеты ведутся по методу предельных состояний. Его особенностью является наличие целого ряда коэффициентов, учитывающих предельную прочность конструкций. Когда такие конструкции перестают отвечать требованиям эксплуатации, их состояние называется предельным.
Упомянутыми СП и СНиП устанавливаются следующие предельные состояния оснований:
Деформация фундамента здания из-за смещения
По несущей способности входят состояния, при которых основание и сооружение не соответствуют эксплуатационным нормам. Это может быть лишение ими устойчивого положения, обрушение, разного рода колебания, избыточные деформации, как пример: оседание.
Вторая группа объединяет состояния, которые затрудняют эксплуатацию конструкций или снижают ее срок. Здесь могут иметь место опасные смещения – осадка, крен, прогибы, появление трещин и т. п. Расчет по деформациям выполняется всегда.
Основания рассчитываются по первой группе в таких ситуациях:
Проектированием учитываются все виды нагрузок, возникающих на этапах строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Порядок их нормативных и расчетных значений установлен в СП 20.13330.2011, обновленной версии СНиП 2.01.07-85.
Нагрузки классифицируются по длительности воздействия, и бывают постоянными или временными.
В постоянные нагрузки входят:
Диапазон временных нагрузок более широк. Можно сказать, что к ним относятся все остальные, не вошедшие в постоянные.
Как правило, на основание или конструкцию действует несколько сил, поэтому расчеты предельных состояний выполняются по критическим сочетаниям нагрузок или соответствующим усилиям. Такие сочетания проектируются при анализе состава одновременного приложения различных нагрузок.
По составу нагрузок различаются:
Пример формулы:
Пример формулы:
Ленточное основание
Пока лишь только поверхностно ознакомившись с методом предельных состояний, можно представить объем информации и количество расчетов, необходимых для правильного проектирования фундаментов. Здесь нет места ошибкам и оплошностям, ведь речь идет о безопасности не только строителей, но и жильцов или рабочих. И хотя риски массового строительства и индивидуального несопоставимы, малейшие сомнения должны побудить застройщика обратиться к проектировщикам.
Сложный расчет подошвы фундамента на опрокидывание начинается с проверки несущей способности основания. В первую очередь необходимо проверить условие:
На разных грунтах сила предельного сопротивления основания будет разной. Для скальных грунтов ее вычисляют таким образом:
На увлажненных грунтах она определяется из равенства между соотношениями нормальных и касательных напряжений в поверхностях скольжения.
Пример формулы:
Подошва фундамента
Необходимо из всех возможных поверхностей скольжения найти наиболее опасную, и для нее обеспечить равновесие сил: сдвигающих и удерживающих. Проверочными действиями охватываются сочетания нагрузок и различные воздействия. Для каждого случая вычисляется предельная нагрузка.
Обязательным условием расчетов является построение схем и чертежей (на заданную ось или относительно основания), позволяющих определить равенство сил или моментов. В схемах указываются:
Поскольку плоский сдвиг по подошве возможен в ситуации, когда механическое взаимодействие грунта и подошвы фундамента путем сцепления меньше горизонтального давления, необходимо произвести расчеты сил на сдвиг и сдерживающих сил. Проверка фундамента на устойчивое положение заключается в соблюдении условия:
где Q1 – составляющая расчетных нагрузок на фундамент, параллельная плоскости сдвига, кН; Еа и Ер – составляющие равнодействующих активного и пассивного давления грунта на боковые грани фундаментов, параллельные плоскости сдвига (кН); N1 – сумма расчитанных нагрузок по вертикали (кН); U – гидростатическое противодавление (кН); b, l – параметры фундамента (м); c1, f – коэффициенты грунтов: сцепления и трения.
Если условие не соблюдается, то сопротивление сдвигу можно увеличить, повышая коэффициент трения. Тогда под фундамент нужно готовить гравийно-песчаную подушку. Посмотрите видео, как сделать песчаную подушку для увеличения устойчивости фундамента.
Сдвиг по подошве обычно происходит на мало сжимаемых грунтах. Зачастую наблюдается глубинный сдвиг внутри грунтового массива.
Это последний этап проведения расчета на опрокидывание. Он скорее формальный, поскольку опрокидывание по одной из граней подошвы может быть вероятным при строительстве на жестком основании – скальных грунтах. В отличие от них сжимаемые основания предрасположены к возникновению кренов, тогда точка вращения смещается к центру фундамента.
В любом случае должно подтверждаться правило, что момент устойчивости сильнее опрокидывающего момента. Проверкой устанавливается следующая закономерность:
Проверка устойчивости ограждающей бетонной стены. Условия примера: ширина подошвы – 2,1 м, высота – 2 м. Одна сторона засыпана грунтом вровень со стеной: q=10 кН/м2, γ1 =18 кН/м3, φ1=16º.
Действие вертикальной нагрузки N1=400 кН/м, горизонтальной – Т1,1=120 кН/м.
Решение:
Вычисляются нагрузки, действующие на стену. Помимо указанных в условии примера, дополнительно действует горизонтальная сила от пригруза и засыпки. Она определяется по формуле:
Высчитывается собственный вес бетонной стены (плотность 25 кН/м3):
Теперь рассчитаем вес грунта на обрезах:
Рассчитывается сдвигающая сила по формуле:
Теперь удерживающая сила (коэффициент трения 0,45)
Для проверки истинности выражения (12.5) нужно взять коэффициент условий работы и коэффициент надежности (для сооружений III уровня ответственности – 1,1).
Подставляя данные 151,4≤1*221,9/1,1=201,7, получаем результат, что сила трения больше сдвигающей силы, следовательно, устойчивость обеспечивается.
Выявляются горизонтальные силы, их положение относительно подошвы фундамента:
Вычисляется опрокидывающий момент, действующий от горизонтальных сил:
Вертикальные силы создают момент устойчивости относительно выбранной точки подошвы фундамента:
Проверку на опрокидывание можно вывести по коэффициенту устойчивости фундамента
Данная стена является устойчивой.
Статьи по теме:
Использование типовых методов облегчит планирование и расчет фундаментов, пример расчета фундамента упростит вычисления. На основе приведенных в статье рекомендаций можно избежать ошибок при возведении выбранной конструкции (столбчатого, свайного, ленточного или же плитного типа).
Для примера используется одноэтажное строение с параметрами в плане 6×6 м, а также со стенами из бруса 15×15 см (объёмная масса составляет 789 кг/м³), отделанными с внешней стороны вагонкой по рулонной изоляции. Цоколь здания выполнен из бетона: высота – 800 мм и ширина – 200 мм (объёмная масса бетонных материалов – 2099 кг/м³). Он основан на железобетонной балке сечением 20×15 (объёмные показатели ж/б – 2399). Стены имеют высоту 300 см, а шиферная кровля отличается двумя скатами. Цоколь и чердак выполнены из досок, расположенных на балках сечением 15×5, а также теплоизолированы минеральной ватой (объёмная масса изоляции составляет 299 кг).
Зная нормы нагрузок (по СНиП), можно правильно осуществить расчет фундаментов. Пример расчета фундамента позволит быстро провести вычисления для собственного здания.
Точные показатели конструктивных и нормативных нагрузок позволяют правильно произвести расчет фундаментов. Пример расчета фундамента приведен для удобства начинающих строителей.
Конструктивное давление по оси «1» и «3» (крайние стены):
Лаги со сторонами 5×15 размещены через каждые 500 мм. Их масса составляет 200 см³ х 800 кг/м³ = 1600 кг.
Необходимо определиться с массой напольного перекрытия и подшивки, включенных в расчет фундаментов. Пример расчета фундамента указывает на слой утеплителя толщиной в 3 см.
Объём равен 6 мм х 360 см² = 2160 см³. Далее, значение умножается на 800, итог составит 1700 кг.
Изоляция из минеральной ваты имеет толщину 15 см.
Объёмные показатели равны 15 х 360 = 540 см³. При умножении на плотность 300,01 получаем 1620 кг.
Итого: 1600,0 + 1700,0 + 1600,0 = 4900,0 кг. Все делим на 4, получаем 1,25 т.
Норма нагрузок для столбчатых конструкций (для оси «1» и «3» требуется найти 1/4 часть от общего давления на кровлю) позволяет осуществить расчет свайного фундамента. Пример рассматриваемой конструкции идеально подойдет для набивного строительства.
В итоге: суммарный показатель конструктивных нагрузок составляет 9,2 т, нормативного давления – 4,1. На каждую ось «1» и «3» приходится нагрузка около 13,3 т.
Конструктивное давление по оси «2» (средняя продольная линия):
Ниже приведена нормативная нагрузка и расчет основания фундамента. Пример используется в приблизительных значениях:
В итоге: суммарный показатель конструктивного давления составляет 10,5 т, нормативных нагрузок – 4,2 т. На ось «2» приходится вес около 14700 кг.
Вычисления производятся с учетом конструктивного веса от сруба стеновых перекрытий, рандбалок и цоколя (3, 0,5 и 2 т). Давление на фундамент по этим стенам составит: 3000 + 500 +2000 = 5500 кг.
Для определения необходимого количества столбов сечением в 0,3 м, учитывается сопротивление грунта (R):
Для выбранного дома потребуется объем 0,02 м³ железобетона.
Если потребуется расчет фундамента на опрокидывание, пример вычислений и формулы приведены для больших коттеджей. Для дачных участков они не используются. Особое внимание уделяется распределению нагрузки, которая требует тщательного расчета количества столбов.
Пример 1:
R = 2,50 кг/см²
Для стеновых перекрытий по отрезку «1» и «3»:
13,3 /1,75 ~ 8 столбов.
По оси «2»:
14,7/1,75 ~ 9 шт.
По отрезкам «А» и «В»:
5,5 /1,75 = 3,1.
Всего приблизительно 31 столб. Объемный показатель бетонированного материала составляет 31 х 2 мм³ = 62 см³.
Пример 2:
R = 1,50
По линии «1» и «3» ~ по 12 столбов.
По оси «2» ~ 14.
По отрезкам «А» и «В» ~ по 6.
Итого ~ 50 штук. Объемный показатель бетонированного материала ~ 1,0 м³.
Пример 3:
Ниже можно узнать, как проводится расчет монолитного фундамента. Пример приведен для грунта с табличным показателем R = 1,0. Он имеет следующий вид:
По линии «1» и «2» ~ по 19 шт.
По стене «2» ~ 21.
По отрезкам «А» и «В» ~ по 8.
Итого – 75 столбов. Объемный показатель бетонированного материала ~ 1,50 м³.
Пример 4:
R = 0,60
По линии «1» и «3» ~ по 32 шт.
По оси «2» ~ 35.
По отрезкам «А» и «В» ~ по 13.
Итого – 125 столбов. Объемный показатель бетонированного материала ~ 250 см³.
В первых двух расчетах угловые столбы устанавливаются на пересечении осей, а по продольным линиям – с одинаковым шагом. Под цокольную часть по оголовкам столбов отливают в опалубке железобетонные рандбалки.
В примере №3 на пересекающихся осях размещаются по 3 столба. Аналогичное количество оснований группируется вдоль осей «1», «2» и «3». Среди строителей подобная технология называется «кусты». На отдельном «кусте» требуется установить общий ж/б оголовок-ростверк с дальнейшим его размещением на столбах, располагающихся на осях «А» и «В» рандбалок.
Пример №4 позволяет на пересечении и по продольной части линий (1-3) соорудить «кусты» из 4 столбов с дальнейшей установкой на них оголовков-ростверков. По ним размещаются рандбалки под цокольную часть.
Для сравнения ниже произведен расчет ленточного фундамента. Пример приведен с учетом глубины траншеи 150 см (ширины – 40). Канал будет засыпан песочной смесью на 50 см, дальше он заполнится бетоном на высоту одного метра. Потребуется разработка почвы (1800 см³), укладка песочной фракции (600) и бетонной смеси (1200).
Из 4-столбчатых оснований для сравнения берется третье.
Работы буром осуществляются на площади 75 см³ с утилизацией почвы 1,5 кубических метра, или в 12 раз меньше (остальной грунт используется для обратной засыпки). Необходимость в бетонной смеси – 150 см³, или в 8 раз меньше, а в песочной фракции – 100 (она необходима под несущей балки). Возле фундамента создается разведочный шурф, позволяющий узнать состояние почвы. По табличным данным 1 и 2 выбирается сопротивление.
Важно! В нижних строках эти данные позволят осуществить расчет плитного фундамента – пример указан для всех типов почвы.
Табл. 1
Песочная фракция | Уровень плотности | |
Плотный | Среднеплотный | |
Крупная | 4,49 | 3,49 |
Средняя | 3,49 | 2,49 |
Мелкая: маловлажная /мокрая | 3-2,49 | 2 |
Пылеватая: маловлажная/мокрая | 2,49-1,49 | 2-1 |
Табл. 2
Почва | Уровень пористости | Сопротивление почвы, кг/см3 | |
Твердой | Пластичной | ||
Супеси | 0,50/0,70 | 3,0-2,50 | 2,0-3,0 |
Суглинки | 0,50-1,0 | 2,0-3,0 | 1,0-2,50 |
Глинистая почва | 0,50-1,0 | 2,50-6,0 | 1,0-4,0 |
На первом этапе рассчитывается толщина плиты. Берется сводная масса помещения, включающая вес установки, облицовки и дополнительные нагрузки. По этому показателю и площади плиты в плане рассчитывается давление от помещения на почву без веса основания.
Вычисляется, какой массы плиты недостает для заданного давления на почву (для мелкого песка этот показатель составит 0,35 кг/см², средней плотности – 0,25, твердых и пластичных супесей – 0,5, твердой глины – 0,5 и пластичной – 0,25).
Площадь фундамента не должна превышать условия:
S > Kh × F / Kp × R,
где S – подошва основы;
Kh – коэффициент для определения надежности опоры (он составляет 1,2);
F – суммарный вес всех плит;
Kp – коэффициент, определяющий условия работ;
R – сопротивление почвы.
Пример:
Масса плит отстает на 80 т – это 29 кубов бетонной смеси. На 100 квадратов ее толщина соответствует 29 см, поэтому берется 30.
Итоговая масса плиты составляет 2,7 х 30 = 81 тонна;
Общая масса здания с фундаментом – 351.
Плита имеет толщину 25 см: ее масса равна 67,5 т.
Получаем: 270 + 67,5 = 337,5 (давление на почву составляет 3,375 т/м²). Этого достаточно для газобетонного дома с плотностью цемента на сжатие В22,5 (марка плит).
Момент MU определяется с учетом скорости ветра и площади здания, на которую осуществляется воздействие. Дополнительное крепление требуется, если не выполняется следующее условие:
MU = (Q — F)* 17,44
F – подъемная сила действия ветра на крышу (в приведенном примере она составляет 20,1 кН).
Q – расчетная минимальная ассиметричная нагрузка (по условию задачи она равна 2785,8 кПа).
При вычислении параметров важно учитывать местоположение здания, наличие растительности и возведенных рядом конструкций. Большое внимание уделяется погодным и геологическим факторам.
Приведенные выше показатели используются для наглядности работ. При необходимости самостоятельной постройки здания рекомендуется посоветоваться со специалистами.
сдвига
Устойчивость конструкций против опрокидывания следует рассчитывать по формуле
,
где и
– моменты соответственно опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) конструкции, проходящий по крайним точкам опирания, кН·м;
–коэффициент условий работы, принимаемый при проверке конструкции, опирающихся на отдельные опоры, для стадии строительства равным 0,95; для стадии постоянной эксплуатации равным 1,0; при проверке сечений бетонных конструкций и фундаментов на скальных основаниях, равным 0,9; на нескальных основаниях – 0,8;
–коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1 при расчетах для стадии постоянной эксплуатации и 1,0 при расчетах для стадии строительства.
Опрокидывающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы.
Удерживающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке для постоянных нагрузок < 1, для временной вертикальной подвижной нагрузки от подвижного состава железных дорог, метрополитена и трамвая
=1.
При расчете фундаментов опор мостов на устойчивость против сдвига по основанию сила стремится сдвинуть фундамент, а сила трения его о грунт
(по подошве фундамента) сопротивляется сдвигу. Сила
равна
,
где – коэффициент трения фундамента по грунту.
В соответствии с требованиями СНиП 2.05.03 –84 устойчивость конструкций против сдвига (скольжения) следует рассчитывать по формуле
,
где – сдвигающая сила, кН, равная сумме проекций сдвигающих сил на направление возможного сдвига;
–коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9;
–коэффициент надежности по назначению сооружения, принимае
мый равным 1,1;
–удерживающая сила, кН, равная сумме проекций удерживающих сил на направление возможного сдвига.
Сдвигающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы, а удерживающие силы – с коэффициентом надежности по нагрузке, указанные выше.
В качестве удерживающей горизонтальной силы, создаваемой грунтом, допускается принимать силу, значение которой не превышает активного давления грунта.
При расчете фундамента на сдвиг принимают следующие значении коэффициентов трения кладки по грунту:
Таблица 2.5.1. — Значении коэффициентов трения
Грунты | |
Глины во влажном состоянии | |
Глины в сухом состоянии | |
Суглинки и супеси | |
Гравийные и галечниковые | |
Пески | |
Скальные с омыливающейся поверхностью (глинистые сланцы, известняки и т.п.) | |
Скальные с неомыливающейся поверхностью |
Пример 2.5.1.Определить устойчивость фундамента опоры моста против опрокидывания, если дано: вертикальная сила =7704 кН; момент опрокидывающих сил
=2190 кН·м.Размеры фундамента и другие характеристики приведены на рис.5.
Рис.5. Схема к расчету фундамента на устойчивость против опрокидывания
Решение. Устойчивость конструкций против опрокидывания следует рассчитывать по формуле
.
кН·м
Принимаем и
.
Тогда .
Следовательно, проверка на устойчивость против опрокидывания обеспечена.
Пример 2.5.2. Определить устойчивость фундамента опоры моста, опирающейся на глину, против сдвига, если дано: вертикальная сила =7704 кН; момент опрокидывающих сил
=2190 кН·м.Размеры фундамента и другие характеристики приведены на рис.5.
Решение. Устойчивость конструкций против сдвига (скольжения) следует рассчитывать по формуле
.
Принимаем и
. Из табл.2.5.1. значение коэффициента
принимаем равным 0,3.
Тогда удерживающая сила будет равна
кН.
Сдвигающую силу определим по формуле
кН.
кН.
Так как728 < 1891,следовательно, устойчивость фундамента против сдвига по подошве обеспечена.
Расчет фундамента на устойчивость должен исключать возможность его опрокидывания, сдвига по основанию и сдвига совместно с грунтом по некоторой поверхности скольжения. Фундамент считают устойчивым, если выполняется условие (6.1), в котором под F понимают силовое воздействие, способствующее потере устойчивости (опрокидыванию или сдвигу) фундамента, а под Fu — сопротивление основания или фундамента, препятствующее потере устойчивости. Расчеты устойчивости выполняют по расчетным нагрузкам, полученным умножением нормативных нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке. Если для одной и той же нагрузки нормами предусмотрены два коэффициента надежности, то в расчете учитывают тот из них, при котором будет меньший запас устойчивости.
Рис. 7.7. Схема к расчету фундамента на устойчивость против опрокидывания
При расчете фундаментов опор мостов на устойчивость против опрокидывания все внешние силы, действующие на фундамент (включая его собственный вес), приводят к силам Fv, Qr и моменту Мu (рис. 7.7). Силы Fv и Qr равны проекциям всех внешних сил соответственно на вертикаль и горизонталь, а момент Ми равен моменту внешних сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно расчетной плоскости. Момент Ми способствует опрокидыванию фундамента (повороту его вокруг оси О — см. рис. 7.7). Момент Mz, сопротивляющийся опрокидыванию, будет равен Fva, где а — расстояние от точки приложения силы Fv до грани фундамента, относительно которой происходит опрокидывание.
Устойчивость конструкций против опрокидывания следует рассчитывать по формуле Ми≤(ус/уn)Мz, (7.5)
где Мu и Мz — моменты соответственно опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) конструкции, проходящей по крайним точкам опирания, кН·м; ус — коэффициент условий работы, принимаемый при проверке конструкций, опирающихся на отдельные опоры, для стадии строительства равным 0,95; для стадии постоянной эксплуатации равным 1,0; при проверке сечений бетонных конструкций и фундаментов на скальных основаниях, равным 0,9; на нескальных основаниях — 0,8; уn — коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1 при расчетах для стадии постоянной эксплуатации и 1,0 при расчетах для стадии строительства.