Сооружение крупных жилых и промышленных объектов производится силами компаний, внутри которых существуют целые проектные бюро, занимающиеся расчетом всех частей конструкции, включая фундамент.
При строительстве частных домов владельцы участков ИЖС и ТСН зачастую пытаются обойтись своими силами. В самом начале процесса они сталкиваются с необходимостью расчета фундамента, который должен выдерживать разнообразные нагрузки. Некоторые воздействия порой не принимаются во внимание из-за отсутствия необходимых знаний и опыта. При обустройстве свайно-винтового основания количество и размер опор иногда подбираются “на глазок”, а в результате могут возникать просадки и нарушения целостности конструкции.
В большей степени от недостатка внимания страдают два аспекта, касающихся возведения фундамента на винтовых сваях:
- Роль геологических условий территории — рельефа и свойств грунта;
- Всеобъемлющая оценка разноплановых нагрузок при определении несущей способности основания.
Более полная информация о характеристиках природной среды, строительных материалов и деталях планировки сооружения позволит рассчитать максимально надежное основание на винтовых опорах.
Приведенные ниже схемы расчета являются обобщенными и усредненными, но демонстрируют основные моменты, которые нельзя оставлять без внимания при проектировании фундамента.
Способы уточнения геологических особенностей участка
При проектировании фундамента необходимо иметь представление о поведении грунтов, которые будут испытывать нагрузку от строящегося здания. По ГОСТу 30672-2019 для строительства должны определяться физико-механические свойства и состояния грунтов, их деформационные и прочностные характеристики. Для этого применяются разные методы, отличающиеся объемом исследований, подробностью получаемых данных и стоимостью процедуры.
1. Инженерно-геологические изыскания — максимально полный комплекс изучения особенностей структуры грунтов на участке. ИГИ предполагают бурение скважин на значительную глубину с выемкой образцов пород и их лабораторными исследованиями. В итоговом отчете составляется схема геологического разреза со слоями залегания, возрастом и происхождением грунтов, их физико-механическими свойствами, уровнем грунтовых вод и степенью пучинистости. Если речь не идет о массивном здании с расчетом на длительный срок эксплуатации, например, кирпичном доме в два-три этажа, такое мероприятие может оказаться избыточным и чрезмерно затратным.
2. Экспресс-методы являются отдельными составляющими комплекса ИГИ и позволяют получить информацию о значимых для малоэтажного строительства свойствах почвы в полевых условиях с меньшими расходами, без бурения скважин:
- Геотехнические исследования производятся путем зондирования грунта в нескольких точках участка. Датчики зонда фиксируют статическое и динамическое сопротивление грунта, что позволяет рассчитать его несущую способность. В свою очередь, несущая способность грунта влияет на выбор диаметра и длины сваи, а также формы и размеров лопастей. Метод можно применять на дисперсных грунтах, позволяющих внедрять зонд непрерывно на достаточную глубину.
- Определение коррозионной агрессивности грунта важно при расчетах свайно-винтового фундамента, так как от скорости коррозионных процессов зависят необходимая толщина стали в деталях изделия и плотность антикоррозийного покрытия. Коррозионную опасность оценивают по значению удельного электрического сопротивления грунта — если оно ниже 20 Ом*м, агрессивность почвы высокая и запас прочности опор должен быть выше среднего. Для измерений используются полевые электроразведочные приборы.
Применения геотехнических экспресс-методов обычно достаточно для полноценных расчетов свайно-винтовых оснований большинства сооружений индивидуального строительства.
3. Пробное закручивание винтовой сваи, строго говоря, не является методом исследования грунта, но как предварительная процедура довольно часто используется строительными бригадами для проверки правильности подбора параметров опор. При пробном закручивании вращение сваи выбранной длины должно стать затрудненным при достижении расчетной глубины. Если опора проваливается или упирается в прочный грунт раньше, корректируются размеры основной опоры. Метод пробного закручивания не дает точной информации по свойствам грунта на всей площади участка и может применяться по принципу “лучше, чем ничего” при возведении легких и временных построек.
Сбор нагрузок: что и как учитывать
Одним из распространенных недочетов при самостоятельном проектировании фундамента оказывается понимание нагрузки на основание только как веса здания. В действительности для правильного расчета необходимо собрать все возможные нагрузки. К ним относятся постоянные (тот самый вес строительных конструкций) и временные. Временные нагрузки могут быть длительными (вес съемных перегородок и оборудования), кратковременными (от воздействия людей, животных, движущихся механизмов, климатических факторов в виде ветра и осадков), особыми (сейсмическими или возникающими в чрезвычайных ситуациях).
Постоянные нагрузки. Для расчета веса постройки необходимо знать предполагаемое количество стройматериалов и их удельный вес. Удельный вес тех или иных материалов можно узнать у поставщиков или воспользоваться средними значениями из справочных таблиц, представленных в специализированном сегменте интернета. Так, средние удельные веса в кг на 1 м2 составляют:
- Для перекрытий железобетонных — 500;
- Перекрытий цокольных — 100-300;
- Перекрытий чердачных по деревянным балкам — 100-200;
- Для стен железобетонных 150 мм — 300-350;
- Стен кирпичных 150 мм — 200-270;
- Стен бревенчатых — 70-100;
- Стен каркасных 200мм с утеплителем — 40-70;
- Для кровли из черепицы — 50-80;
- Кровли из рубероида — 30-50;
- Кровли из шифера — 40-50;
- Кровли из профнастила — 20-30.
Умножив площадь соответствующей детали конструкции на ее удельный вес, получаем нужное значение веса части сооружения. В качестве примера возьмем расчет постоянной весовой нагрузки каркасного утепленного дома площадью 5х8 метров с деревянными перекрытиями и крышей из профлиста, разделенного внутренними стенами на 4 помещения:
Вес перекрытий при удельном весе 100 кг/м2 = площадь*удельный вес*число перекрытий = 5*8*100*2 = 8000 кг = 8 т.
Для получения веса стен высчитываем их площадь как произведение их общей длины на высоту, которую примем за 4 метра:
5 м*3 стены*4м + 8 м*3 стены*4м = 60м2 + 96м2 +156 м2.
Вес стен при удельном значении 50 кг/м2 равен 156*50 = 7800 кг = 7,8 т.
Двускатная кровля из профнастила с площадью одного ската 4 х 8 м при удельном весе 25 кг/м2 будет весить:
4*8*2*25 = 1600 кг = 1,6 т.
Сложив полученные значения, получаем общий вес конструкции 8 + 7,8 +1,6 = 17,4 т.
Итоговый вес строения следует умножить на коэффициент надежности Yf, который принимается за:
- 1,05 для металлических конструкций;
- 1,1 для деревянных, железобетонных, бетонных с плотностью выше 1600 кг/м
- 1,2 для бетонных изделий заводского изготовления;
- 1,3 для бетонных конструкций, изготовленных на стройплощадке.
В нашем случае применим коэффициент 1,1. Таким образом, постоянные нагрузки в примере расчета получаются равными 17,4 т*1,1 = 19,14 т.
Кратковременные нагрузки. Кратковременные воздействия, как природные, так и нагрузки на перекрытия, могут быть выражены в разной степени, но пренебрегать ими не стоит.
- Нагрузки на перекрытия на этапе проектирования можно учесть только приблизительно, ориентируясь на количество проживающих и стандартную меблировку и оснащение бытовой техникой. По усредненным данным для жилых помещений они составляют около 150 кг/м2. Для нашего примера с площадью перекрытия 40 м2 принимаем в расчет 40*150*1,1 = 6600 кг = 6,6 т, если жилые помещения находятся только на первом этаже. В случае жилой мансарды значение удваивается.
- Снеговые нагрузки зависят от климата в регионе и угла наклона кровли — чем круче скат, тем меньше нагрузка. Для СПб и окрестностей вес снегового покрова в среднем равен 180 кг/м2. Коэффициент уклона покрытия при 30-45° принимается за 0,7, а коэффициент надежности по нагрузке 1,4. Для площади кровли из расчетного примера вычисления выглядят как 64м2*180*0,7*1,4 = 11290 кг = 11,3 т.
- Ветровые нагрузки опасны для сооружений с высокой парусностью, например, сплошных заборов или легких построек с крутой кровлей. Парусность строения увеличивает выдергивающие и горизонтальные нагрузки на сваи фундамента. В расчетном примере здания ветровой нагрузкой можно пренебречь.
Сбор нагрузок означает суммирование всех полученных значений постоянных и временных воздействий на фундамент. Исходя из несущей способности одной сваи и общей суммы нагрузок можно рассчитать необходимое количество опор.
❗❗❗👍 Понравился материал? Подписывайтесь на наш канал — впереди огромное количество интересной информации о строительстве и еще больше мнений экспертов!
