Расчёт фундаментов — задача серьёзная и ответственная, включающая несколько этапов проектирования и анализа нагрузок, сопротивления грунта и характеристик самого материала основания.
Исходные данные.
Для расчёта рассмотрим основные исходные данные проекта:
Основные размеры конструкции:
- Дом размером 10×10 м,
- Два этажа из газобетонных блоков толщиной стены 375 мм,
- Железобетонное перекрытие между этажами и чердаком.
- Расчетные нагрузки от конструкций здания
- При расчете фундаментной плиты учитываются следующие виды нагрузок:
Постоянные нагрузки:
- Вес стен (газобетон) Толщина блока: 375 мм = 0.375 м
- Плотность газобетона класса D500: ρ стены=500 кгм3
Тогда нагрузка от одного метра погонного стены равна: Fстен = H×t×g×ρстеныГде: H = 6 мH = 6м (общая высота двух этажей),
t = 0.375 м,
g = 9.81 Нкгg = 9.81кгН (ускорение свободного падения).
Подставляем значения: Fстен = 6 м × 0.375 м × 9.81 Нкг× 500 кгм3 ≈11 040 H/м.п. .Общая нагрузка от всех четырёх стен :
Qстен = Pстенсуммарная = Fстен × Pпериметр здания составляет 4×10 м = 40 м, тогда общая нагрузка:
Qстен = 11 040 N/м.п. × 40 м = 441 600 Н(или около 45 т.)
Нагрузка от перекрытия (железобетон):
Плита толщиной h=15 см=0.15 м
Площадь перекрытия каждого этажа:
S=100 м2
Объём перекрытия на один этаж:
V=S×h=100 м2×0.15 м=15 м3
Масса железобетона (класс B25):
ρЖБ=2 500 кгм3
Нагрузка от одного перекрытия составит:
Fплиты = ρЖБ×V×g = 500 кгм3×15 м3×9.81 Нкг≈367 875 Н(около 37 т.)
Поскольку плит две (два этажа), суммарная нагрузка:
Qперекрытий=2×367 875 Н=735 750 Н(около 75 т.)
Дополнительные постоянные нагрузки (полы, отделка, коммуникации и прочее):
Для упрощённого расчета примем нагрузку примерно равной 1 000 Н/м2 на каждый этаж:
Qдополн.нагрузки=1 000 Н/m2×200 м2=200 000 Н(примерно 20 т.)
Суммируем полученные постоянные нагрузки:
Qпост.нагрузок=441 600+735 750+200 000≈1 377 350 Н(почти 140 т.)
Временные нагрузки (эксплуатационные): Обычно принимают временные эксплуатационные нагрузки равными 1 500 Н/м2. Это включает вес мебели, оборудования, людей и прочие переменные факторы:
Qвременн.нагрузок = 1 500 Н/m2 × 200 м2 = 300 000 Н(примерно 30 т.)
Тогда итоговая сумма вертикальных нагрузок:
Qитоговые = Qпост.нагрузок + Qвременн.нагрузок ≈ 1 377 350 + 300 000 = 1 677 350 Н(чуть больше 170 т.)
Определение площади подошвы фундамента и толщины плиты
Фундамент должен равномерно передавать всю нагрузку на грунт таким образом, чтобы напряжения были ниже допустимых значений несущей способности грунта.
Допустимая нагрузка на типичные грунты средней плотности (например, суглинки, супеси, глины) находится в диапазоне от 0.15 до 0.35 MПа
Возьмем среднее значение R=0.25 MПа .
Рассчитаем площадь подошвы фундамента исходя из общей массы здания и прочности грунта:
Площадь плиты определяется отношением общей нагрузки к допускаемой нагрузке грунта: A=Qитог / R=1 677 350 Н / 0.25 MПа≈6 709 м2
Очевидно, что эта цифра значительно больше реальных размеров площади нашего фундамента =100 м2, то есть у нас большой запас прочности.
Нам необходимо учитывать коэффициент запаса прочности и распределённую плотность бетона самой плиты.
Минимальная толщина плиты рассчитывается исходя из требований минимального армирования и распределения давления на грунт. Примем толщину плиты минимум 30 см . Если её сделать тоньше, придётся значительно увеличить арматуру и глубину заложения, что увеличит стоимость строительства. Толщина фундаментной плиты: hплиты ≥ 30 см = 0.3м.
Объём бетонной плиты составит: Vфундамента = Sоснования × hплиты = 100 м2×0.3 м=30 м3
Масса плиты (при удельном весе железобетона 2 500 кгм3) : mплиты = Vфундамента × ρбетон = 30 м3 × 2 500 кгм3 = 75 000 кг (около 75 т.) Это дополнительная постоянная нагрузка, которую тоже надо учесть.
Армирование плиты
Плиту армируют двумя сетками арматуры диаметром 12−14 мм с ячейкой 200×200 мм. Для оптимального восприятия усилий от изгибающих моментов используют дополнительную продольную арматуру вдоль периметра и в зонах повышенной нагрузки. Подбор сечения арматуры осуществляется на основании нормативных документов СНиП и СП (например, СП 63.13330). Обычно расчет выполняется специализированными инженерными методами, включая расчеты коэффициентов запаса и факторов безопасности.
Пример ориентировочного расхода арматуры:
Расход арматуры без учёта перехлёста и обрезков. Также в расчёт не входят П - эшки и лягушки.
Количество стержней = L / ( a + b ) × n, L = 40 м, a = b = 0.2 м, n = 2 (сетка сверху и снизу)
Количество стержней = L / ( a + b ) × n, L = 40м, a = b = 0.2м, n = 2 сетка сверху и снизу) Итого примерно потребуется около 400 метров арматуры диаметром 12 мм.
Заключение
Полученная информация позволяет принять предварительные решения о проектировании монолитной фундаментной плиты для двухэтажного дома размерами 10×10 м из газоблоков с ЖБ-перекрытиями: Минимальная толщина плиты должна составлять порядка 30 см
Ориентировочный расход материалов:Бетон марки M300–M350 объемом примерно 30 м3.
Арматура диаметром 12−14 мм общим количеством около 400 м.