Расчет фундамента является чрезвычайно ответственным этапом подготовки к стройке, который поможет определить размеры сечения, количество и диаметр арматуры, габариты фундамента и другие нюансы. Но для этого необходимо правильно собрать исходные данные и сделать некоторые вычисления.
Обычно в частом строительстве используется ленточный фундамент, позволяющий обустроить подвал, но иногда он может быть экономически невыгодным решением. Чтобы составить смету на выполнение работ, надо выполнить расчет арматуры такого фундамента, определить его геометрические размеры и подсчитать кубатуру требуемого для заливки бетона.
Методика расчета предполагает определение трех основных величин:
- Глубины заложения подошвы;
- Ширины основания;
- Ширины по всей высоте.
Любой расчет фундамента начинается с определения глубины заложения, которая будет зависеть от грунтовых вод, климата и пучинистости грунтов.
Если расчеты будут неверными, то лента будет одновременно подвергаться воздействию влаги и холода, деформироваться, трескаться и разрушаться под воздействием морозного пучения.
Ширина основания должна быть достаточной тому, чтобы равномерно передавать массу конструкции на грунт. Чем хуже прочность грунта, тем шире понадобится подошва. Благодаря большой площади получится распределить нагрузку таким образом, чтобы на каждый участок приходилось не более допустимой массы.
Ширину ленты по всей высоте выбирают конструктивно – она должна быть больше наружных стен. Нужно учесть метод изготовления плиты.
Для монолитного фундамента хватит ширины сечения 20-30 см, а для сборного фундамента – не менее 40-60 см. Также этот показатель будет зависеть от глубины заложения – чем она больше, тем более мощные стены подвала потребуются из-за опрокидывающего воздействия.
Подготовка
Перед расчетом фундамента для дома необходимо определить геологию участка. Для крупных конструкций нужно провести специальные геологические изыскания, а для частного дома с этим вполне можно справиться самостоятельно.
Для расчета фундамента можно исследовать почву двумя методами:
- Отрывка шурфов – глубоких ям с размерами в плане 1х2 метра в среднем. Тип грунта определяют по стенкам шурфа;
- Бурение ручным буром. Тип грунта определяют по почве на лопастях бура.
Исследование делается до глубины на 50 сантиметров превышающей заложение ленты, назначенное по отметке промерзания. При проведении работ обязательно надо выяснить три вещи:
- Тип грунта на уровне подошвы;
- Глубина залегания грунтовых вод;
- Наличие линз слабой почвы.
Чтобы понять уровень грунтовых вод, исследование проводится в нескольких точках. Одна из них должна находиться в низине участка. При этом, работа в засушливое время не даст точного результата, так как вода может уходить достаточно глубоко. Лучше всего делать эти работы весной, тогда, если сделать все правильно, даже половодья не будут страшны ленточному фундаменту.
Линзы слабого грунта зачастую сложно найти. Для этого нужно делать очень частые шурфы и скважины, но в большинстве ситуаций это не так уж и необходимо. Если во время стройки вам попадется такой участок, его просто засыпете щебнем, гравием или ПГС.
Если уровень грунтовых вод залегает глубоко, то можно использовать ленту глубокого заложения более полутора метров. При этом вода должна находиться минимум на 50 сантиметров ниже подошвы конструкции. Если УГВ находится на расстоянии менее 1,5 метров от поверхности, стоит выбирать мелкозаглубленные конструкции, но учитывайте их ограничения. Если влага находится выше, стоит рассмотреть другие варианты фундаментов – сваи или плиты.
Чтобы рассчитать основание фундамента, вам понадобится выяснить прочность почвы. Характерные свойства каждого грунта описываются в ГОСТ 25100-2011. Отдельное внимание уделите приложениям к этому ГОСТ. Несущую способность грунтов можно посмотреть в таблице:
Типы грунта, обладающие прочностью менее 2 кг\см2 не стоит использовать в качестве основания. Перед началом работ нужно будет заменить их на средний или крупный песок.
Как выяснить глубину заложения?
Тут понадобится учесть еще три параметра:
- Уровень грунтовых вод, который должен быть минимум на 50 сантиметров ниже подошвы;
- Отметку пола подвала, где подошва должна находиться минимум на 20-30 сантиметров ниже;
- Отметку промерзания, где подошва должна быть на 30 сантиметров ниже и более.
- Глубина промерзания рассчитывается по формуле из нормативных документов, но есть и готовые таблицы по крупным городам и регионам, на которые можно опираться.
Определение нагрузок
Перед расчетом фундамента, необходимо рассчитать нагрузки. Удобнее всего собирать нагрузки в табличной форме.
Все нагрузки делятся на 2 вида: временные и постоянные. Постоянные – это нагрузки, состоящие из массы конструкций здания, а временные – это условные нагрузки, включающие в себя мебель, оборудование, людей и прочее.
Расчет нагрузок можно сделать самостоятельно при наличии точных характеристик материалов, применяемых в строительстве. Можно и упростить задачу и воспользоваться усредненной таблицей.
Нагрузки на разные виды фундамента, для верного подсчета сечения, умножаются на коэффициент надежности.
Как рассчитать подошву по несущей способности?
Ленточный фундамент, который нужно рассчитать, нуждается всего в одной формуле. Для подбора размеров используем следующую:
В = Р/(L*R),
Тут буква В означает ширину фундамента, которую надо вычислить. P — это вес здания с подземной частью, которую поможет найти посчитанный сбор нагрузок. R – это прочность основания из первой таблицы статьи. L — это общий периметр ленточной конструкции. Чтобы рассчитать фундамент, в периметр должны быть включены как наружные, так и внутренние стенки подвала.
Вычисления включают в себя подбор геометрических параметров, расчет бетона для фундамента и расчет арматуры.
Пример расчета геометрии
Рассчитывать фундамент будем для двухэтажного кирпичного дома с наружными стенами в 510 мм, суммарная высота наружной стены —4,5 м. Внутренних стен нет. Находится в Москве на среднезернистом песчаном грунте (R = 5 кг/см2). Перекрытия (2 шт., над подвалом и над первым этажом) выполнены из плит ПК, перегородки гипсокартонные высотой 2,7 м и общей протяженностью 20 м. Высота этажа — 3 м, размеры в плане — 6х6 м. УВГ на участке находится глубоко, поэтому принято решение строить заглубленный фундамент в 2 м. Крыша четырехскатная с металлическим покрытием. Уклон ската — 30°.
Пример расчета начинается со сбора нагрузок в форме таблицы.
В = Р/(L*R) = 349989кг/ (36000см*5кг/см2) = 1,94м. Расчет готов.
Рассчитанный размер ширины можно округлить до 2 метров. Для ширины по всей высоте это много, хватит 50 см под стены 51 см. Свес 1 сантиметр вполне допустим – максимальный составляет 4 сантиметра в одну сторону. Ширина подошвы будет больше той, которая использована в расчете, но по всей высоте размер меньше изначального, поэтому нет нужды переделывать вычисления с новой массой подземной конструкции.
Как рассчитать объем бетона?
Перед покупкой нужно вычислить кубатуру бетона, которая равна объему ленты по расчетам. К высчитанному количеству нужно прибавить запас в 5-7% с учетом возможного перерасхода.
Армирование
Арматура компенсирует изгибающие воздействия, поэтому в фундаменте нужна почти всегда. Какую арматуру нужно выбрать? Это будет зависеть от высоты подземной части и её длины. Расчет количества арматуры делают так, чтобы её суммарное сечение составляло 0,1% от сечения бетонной конструкции. При этом, есть минимальные конструктивные требования:
- Для конструкции с длиной стороны менее 3 метров понадобится минимальное сечение в 10 мм;
- Для конструкции с длиной стороны более 3 метров понадобится 12 миллиметровая арматура.
Расчеты количества арматуры максимально точно может выполнить только профессионал. Шаг прутов подбирают таким образом, чтобы они распределялись равномерно. Лучше всего использовать одинаковых шаг, располагая арматуру внизу, посредине и вверху ленты.
Далее рассчитывается количество хомутов, которые будут соединять между собой каркас. Раскладка в ленте предполагает как вертикальные, так и горизонтальные хомуты, которые делают из стержней диаметром в 8 миллиметров и используют с шагом 20-30 см. В углах шаг уменьшается в два раза.
Рассчитав правильное количество арматуры вы сможете сэкономить деньги и закупить именно подходящее количество прутьев для фундамента.