Зазвичай розрахунок фундаменту для будинку включає в себе наступні розрахунки:
- по несучої здатності грунту на ділянці будівництва;
- на деформацію грунту.
Тут ми будемо розглядати розрахунок фундаменту, тільки виходячи з несучої здатності грунту, так як він більш простий і може бути виконаний самостійно. Такий розрахунок дозволяє зрозуміти загальні принципи конструювання фундаменту і дозволяє досить достовірно обчислити основні розміри майбутнього фундаменту під будинок.
Такий розрахунок умовно можна розбити на два етапи:
- Обчислення ваги всіх конструкцій майбутнього будинку, сніговий і корисного навантаження, а також питомої тиску на грунт в підошві майбутнього фундаменту.
- Розрахунок і уточнення розмірів майбутнього фундаменту.
Нижче ми розглянемо обидва ці етапи на прикладі заглибленого стрічкового фундаменту. Таким способом можна, наприклад, зробити розрахунок фундаменту під цегляний будинок. Крім цього, розглянемо особливості розрахунків інших видів фундаменту. стрічкового мелкозаглубленного, столбчатого і пальового.
Стрічковий фундамент, особливо заглиблений, відрізняється досить великою вагою і витратами на його спорудження. У той же час, він може витримувати великі навантаження від ваги важких будівель. Навантаження на підставу такого фундаменту складається з ваги конструкцій будинку, сніговий, корисного навантаження і ваги самого фундаменту.
Для того, щоб визначити вагу всього будинку необхідно визначити вагу окремих його елементів, включаючи і фундамент. Елементи, які визначають навантаження на підошву фундаменту наступні:
- сам фундамент разом з цоколем;
- цокольне перекриття і підлоги;
- стіни і внутрішні перегородки;
- внутрішня і зовнішня обробка стін, а також тепло- і гідроізоляція;
- вікна та двері;
- міжповерхові і горищні перекриття;
- елементи даху і покрівлі;
- міжповерхові сходи.
Для того щоб визначити вагу всіх цих конструкцій необхідно обчислити їх обсяг і помножити на питому вагу або щільність (кг / м 3) матеріалів з яких вони зроблені. Обчислити обсяг буде простіше, якщо скласти ескіз кожного елементу окремо. Якщо це конструкція прямокутної форми, то обчислити об'єм не скласти праці. Якщо ж форма складної конфігурації, то її необхідно розбити на прості форми, обчислити їх обсяг окремо, а потім все підсумувати і знайти вагу.
Питома вага або щільність (кг / м 3) матеріалів можна взяти з довідкової літератури або легко знайти в інтернеті. Можна також розрахувати вагу конструкцій виходячи з їх питомої ваги (ваги 1 м 2 площі даху і перекриттів або ж 1 м 3 стін), які можна також взяти з довідкової літератури, інтернету або ж з наведених нижче таблиць.
Питома навантаження від горизонтальної проекції покрівлі
Для визначення попереднього ваги фундаменту спочатку приймаємо його розміри приблизно, виходячи з його виду, матеріалу і глибини закладення. Якщо це стрічковий фундамент глибокого закладення, то його висота повинна залежить він виду і характеристики грунту, рівня підземних вод і глибини промерзання в даній місцевості, а ширину можна прийняти - не менш товщини стін, які він буде утримувати.
Ширина підошви фундаменту може бути такою ж, як і його верхнє підставу або більшою (якщо фундамент буде розширюватися донизу). Довжина фундаменту обчислюється за ескізом, відповідно до розмірів майбутнього будинку. Помноживши всі ці прийняті значення, отримаємо попередній обсяг фундаменту. Для того, щоб дізнатися його вага, помножимо знайдений обсяг на щільність матеріалу, з якого планується його споруджувати. Щільність деяких матеріалів приведена нижче.
Важливим параметром для подальшого розрахунку фундаменту бути ширина його підошви (Ш). Помноживши її на довжину фундаменту (Д) отримаємо площу підошовної частини, від якої безпосередньо залежить питомий тиск будинку на грунт.
снігове навантаження
Для того, щоб дізнатися снігове навантаження необхідно помножити площу даху на значення ваги снігового покриву, яке залежить від району будівництва і кута нахилу даху. Середні значення питомої ваги снігового покриву наведені нижче:
Для півдня Росії і України
Для середньої смуги Росії і півночі України
Для сервера Росії
При розрахунку це значення множиться на поправочний коефіцієнт, який залежить від кута нахилу даху і має значення від 0 (60 о і більше) до 1 (25 о і менше). Для кутів нахилу даху між значеннями 25 про і 60 про значення коефіцієнта приймається методом екстраполяції (1/35 на 1 о).
Корисне навантаження
Корисне навантаження - це вага всієї меблів, опалювальних приладів, побутових приладів та обладнання, а також максимальної кількості людей, які можуть перебувати в будинку одночасно. Найчастіше, приймається середнє питоме значення цього навантаження - 180 кг / м 2 і множиться на загальну площу будинку.
Питомий тиск на підошву фундаменту
Розрахунковий опір грунту (R, т / м 2) - це величина питомих навантажень (Р), яку той витримує без опади. Для забезпечення надійності фундаменту будинку необхідно, щоб питомий тиск будинку на грунт під підошвою фундаменту було менше розрахункового опору цього грунту.
- щебінь (галька) 40-60;
- гравій 35-50;
- крупний пісок 50-60;
- середній пісок 40-50;
- супесь 20-30;
- суглинок 20-30;
- глина 20-60.
Для того, щоб фундамент міг мати запас міцності, бажано, щоб розрахунковий опір ґрунту в його підошві було на 15-20% більше питомої тиску будинку.
Тип грунту - як його визначити самостійно?
Відрізнити між собою щебінь, пісок і глинистий грунт можна навіть візуально. Складніше відрізнити схожі між собою грунти: супісок, суглинок і глину
У міру проходки шурфу, через кожні 0,5 м необхідно відібрати проби грунту. При цьому їх потрібно маркувати і помістити в закриті ємності. Після завершення відбору проб проводяться дослідження для визначення їх виду. Невеликий обсяг грунту з проби необхідно зволожити і скачати з нього джгут діаметром 10-15 мм, який скручується в кільце. Якщо при згинанні в кільце джгут розсиплеться, то швидше за все відібраний грунт - супісок, якщо ж розділиться на 2-3 частини - суглинок, а якщо залишиться цілим - глина.
При виникненні сумнівів у правильності визначення типу грунту, краще вибирати менше значення розрахункового опору грунту, краще нехай підошва фундаменту буде трохи ширше, з запасом, ніж навпаки.
Якщо на ділянці грунт біогенного походження (торфовище, мул), засолений, набухають або такий, що викликає сумніви, то краще для визначення його типу запросити фахівців.
Уточнення розмірів фундаменту
За результатами розрахунків необхідно провести уточнення попередньо обраних розмірів фундаменту. У тому випадку якщо R виявилася більшою Р на 15-20% - умова виконана і нічого змінювати не потрібно. Якщо ж R менше цього значення - необхідно збільшити ширину, а значить і площа підошви фундаменту, а якщо R більше ніж на 20% перевищує Р, то можна її зменшити.
Так як зміна ширини підошви призведе до зміни ваги фундаменту і тому необхідно буде зробити перевірочний розрахунок.
Розрахунок мелкозаглубленного стрічкового фундаменту також заснований на обліку навантаження від будинку, несучої здатності грунту, його глибини промерзання і властивостей, а також матеріалу самого фундаменту. Від звичайного заглибленого такий фундамент відрізняється меншою глибиною залягання, яка, як правило, менше глибини промерзання в даній місцевості. Крім цього, особливістю такого фундаменту є те, що піщано-гравійна подушка в його підставі має досить велику висоту і може займати до 50% глибини його закладення.
При розрахунку такого виду стрічкового фундаменту визначають: необхідну глибину його залягання, висоту цоколя над землею і ширину.
Глибина закладення мелкозаглубленного стрічкового фундаменту
Глибина закладення такого фундаменту фундаменту залежить від ступеня сдимистості грунту, глибини його промерзання, а також глибини грунтових вод. Нижче наведені рекомендації по вибору глибини закладення мелкозаглубленного фундаменту, в залежності від типу грунту і глибини його промерзання.
Глибина промерзання різних типів грунтів, м Глибина закладення, м
Непучиністих грунт: слабоздимистих грунт:
до 2 м до 1 м 0,5
до 3 м до 1,5 м 0,7
більше 3 м від 1,5 до 2,5 м 1,0
- від 2,5 до 3,5 м 1,5
Варто також відзначити, що наявність високого рівня грунтових вод може унеможливити вибір мелкозаглубленного стрічкового фундаменту для будинку.
Висота надземної частини мелкозаглубленного фундаменту
Максимальна висота стрічкового мелкозаглубленного фундаменту над землею, тобто висота його цоколя, не повинна бути більше його ширини помноженої на 4. При цьому надземна частина не повинна бути більше підземної частини такого фундаменту. Найбільш поширений варіант пристрою мелкозаглубленного стрічкового фундаменту, коли наземна та підземна його частина (без урахування подушки) в межах 50 см, якщо це дозволяють характеристики грунтів на ділянці будівництва.
Ширина фундаменту
Як правило, ширина мелкозаглубленного стрічкового фундаменту приймається не менше товщини спиратися на нього стіни. Мінімальна ширина для легких садових і господарських споруд - 25 см, для будинку - 30 см. Після попереднього вибору ширини фундаменту, її необхідно перевірити на відповідність несучої здатності грунту під його підошвою. Питома навантаження від будинку не повинна бути більше 70% несучої здатності грунту. Якщо попередньо обрана ширина фундаменту не задовольняє цю вимогу, то її необхідно збільшити.
Для розрахунку стовпчастого фундаменту під будинок необхідно вибрати перетин стовпів і відстань між ними, яке, найчастіше вибирають в межах 2 м. Кількість стовпів буде залежати від розмірів будівлі, його форми і конструкції, а також від відстані між стовпами. Перед розрахунком, також як і у випадку з стрічковим фундаментом, необхідно скласти детальний ескіз - план майбутнього стовпчастого фундаменту.
Після цього розраховуємо загальне навантаження від ваги будинку і питоме навантаження на підошву фундаменту. Для цього загальне навантаження без ваги самого фундаменту необхідно розділити на загальну довжину фундаменту. Отриманий результат множимо на відстань між стовпами і додаємо вагу одного стовпа. Якщо по стовпах влаштовується ростверк, то його вага необхідно враховувати при підрахунку загального навантаження.
Для того, щоб дізнатися вагу одного стовпа необхідно обчислити його обсяг і помножити на щільність матеріалу, з якого він буде виготовлений. Після цього необхідно обчислити опорну поверхню підошви стовпа і помножити її на несучу здатність грунту під нею. Отриманий результат повинен перевищувати навантаження, яка діє на стовп на 15-20%. Якщо ж ця умова не виконується, то необхідно збільшити ширину опори стовпів або зменшити між ними відстань, т. Е. Збільшити їх кількість.
Розрахунок пальового фундаменту під будинок ставить собі за мету визначення необхідного діаметра, довжини, кількості і кроку паль, а також правильного їх розміщення по периметру фундаменту і всередині будинку. Всі ці показники обчислюються відповідно до ваги будинку, характеристиками грунту і глибиною його промерзання. З спрощеним розрахунком такого типу фундаменту можна ознайомитися в статті «Спрощений розрахунок пальового фундаменту».