Основы проведения расчета фундамента

Всем хочется, чтобы построенный дом служил нескольким поколениям, чтобы его основание выдерживало любые нагрузки, не трескалось и не проседало.

Для этого нужно выполнить очень сложные расчеты, требующие хороших математических и инженерных познаний.

Прежде чем браться за калькулятор, следует выяснить, какие типы деформаций основания и какие виды нагрузок существуют.

Типы деформаций основания:

  • крен — когда разные стороны жесткого фундамента оседают в разной степени;
  • сдвиг — смещение в горизонтальной плоскости;
  • осадки — смещение в вертикальной плоскости без крена;
  • просадки — осадки, вызванные качественными изменениями структуры основания (оттаиванием вечной мерзлоты, уплотнением рыхлой почвы от вибрации, вымыванием и пр.).

И по каждому пункту есть свои сложные формулы расчета. Также есть некоторые виды деформаций фундамента, специфичные только для определенных видов конструкций. К примеру, продавливание.

Продавливающая нагрузка

Расчет на продавливание делается только для плитного фундамента. Этот тип нагрузки возникает в опоре, когда ее ширина и длина многократно превышают глубину.

Структура плитного фундамента

Продавливание возникает в том случае, если на плиту действует сосредоточенная нагрузка. Такая нагрузка характерна для колонн, свай, несущих столбов — элементов, которые давят на плиту в одном небольшом месте.

В таком случае сила давления стремится продавить фрагмент плиты вниз. И поэтому необходимо делать расчет на продавливание.

Давление происходит на небольшую площадь, поэтому оно может достигать больших значений. В теле железобетонной плиты давление расходится под углом в 45 градусов.

Формируется своеобразная опорная пирамида, которая держит на себе колонну. И на границе этой пирамиды с остальной частью плиты возникает растягивающее усилие, к которому бетон не особо устойчив.

Толщина покрытия

Выдержит плита нагрузку или нет, зависит от нескольких параметров. Влияет толщина плиты, чем она больше, тем лучше изделие противостоит продавливанию.

Также влияет площадь колонны или столба — чем она больше, тем больше площадь контакта опорной пирамиды с остальной частью плиты, соответственно больше удерживающая сила.

Также имеется зависимость от величины нагрузки и марки бетона. А еще важное значение тут играет наличие и количество прутков арматуры, которые соединяют опорную пирамиду с остальной плитой. Чем больше прутков, тем сильнее продавливание плита моет выдержать.

Есть еще один частный случай продавливающей нагрузки — когда плита опирается на точечную опору. Например, если закладывался свайный или столбчатый фундамент с плитным ростверком.

Расчет на продавливание в таком случае тоже необходим, просто конструкция получается перевернутой. Но на распределение сил в плите это не влияет.

Чтобы выполнить просчет на продавливание, необходимо предположительную нагрузку сравнить с допустимой. Делается это по формуле:

F=a*Rbt*u*h

  • F — допустимая нагрузка;
  • a — коэффициент бетона (1 для тяжелого, 0,85 для мелкозернистого, 0,8 для легкого);
  • Rbt — класс бетона на прочность в кг/кв.см;
  • u — среднее арифметическое между верхним и нижним периметром опорной пирамиды;
  • h — толщина плиты.

Если полученное значение больше, чем расчетная нагрузка по проекту, то значит, что продавливание не приведет к разрушению плиты. В противном случае нужно обязательно пересмотреть проект.

к оглавлению ↑

Прочие нагрузки и деформации

Для определения осадки или других типов деформации основания нужны тщательные предварительные исследования. Начинать нужно с выбора формы, геометрии опоры дома, исходя из характеристик различных конструкций, прочности используемых материалов.

Сравнение закладки

Нужно определить уровень закладки подошвы опоры.

Он зависит от глубины промерзания грунта, конструктивных особенностей постройки (наличие подвала, цоколя и пр.), геологических и гидрогеологических особенностей почвы, массы постройки, наличия особых условий на участке (сейсмичность, вечная мерзлота и пр.), наличия подземных коммуникаций и построек рядом, рельефа участка. Минимальная глубина — полметра.

Определившись с формой и глубиной закладки, высчитывают размеры опоры. И вот тут-то нужно будет выполнить калькуляцию устойчивости фундамента на опрокидывание, сдвиг и вертикальную нагрузку.

Важный параметр — расчет осадки. Она бывает абсолютная, средняя и дополнительная. Для вычисления этих параметров важно иметь детальные сведения о геологии участка. Но даже при этом задача вовсе не становится легкой.

Метод послойного суммирования

Есть несколько сотен методов просчета осадки.

Наиболее распространенные и известные из них это метод линейно деформируемого полупространства, метод линейно деформируемого слоя конечной толщины, метод эквивалентного слоя грунта и, пожалуй, самый распространенный — метод послойного суммирования.

Последний широко используется, потому что отличается сравнительной простотой расчетов, но его точность снижается при увеличении площади опоры и глубины ее залегания.

Тем не менее это вполне приемлемый способ для частного строительства.

Выполняется метод калькуляции осадки путем послойного суммирования по такому алгоритму:

  1. Строится геологический разрез площадки, на которой будет закладываться фундамент.
  2. Наносятся габариты фундамента.
  3. Выстраиваются эпюры напряжений от массы грунта и дополнительной внешней нагрузки.
  4. Высчитывается толщина сжимаемого слоя.
  5. Толща разбивается на отдельные фрагменты (слои).
  6. Высчитывается осадка одного фрагмента.
  7. Путем суммирования получается общая осадка.

Метода вычисления осадки

Метод очень удобен при расчете небольших однородных участков, в структуре которых нет плотных несжимаемых или плохо сжимаемых грунтов.

При использовании этого метода приходится делать целый ряд допущений.

Принимается как данность, что деформация линейно зависит от напряжения, вычисление ведется исходя из эпюры самых больших давлений — по середине фундамента, не берется во внимание слоистость напластований, игнорируется боковое расширение грунта, ограничивается глубина просчета, ниже которой грунт принимается несжимаемым.

Можно увеличить точность расчетов, если выполнить их для нескольких точек под постройкой, а затем построить пространственную модель.

Но это увеличивает объем просчетов в геометрической прогрессии, при этом точность растет не пропорционально росту объема калькуляции.

Не стоит игнорировать и такой вид деформации, как опрокидывание. Оно может возникнуть при сильном крене постройки или при огромных ветровых нагрузках.

Смещение основы

Последнее актуально для легких домов, установленных на незаглубленные фундаменты.

Тем не менее, в большинстве случаев расчет делается таким образом, чтобы выдерживать 25-процентный отрыв опоры (когда возникает отрицательное давление, часть опоры не давит на грунт, а наоборот — поднимается).

Чтобы исключить опрокидывание, нужно правильно рассчитать вес постройки, вес опоры, создаваемое ими сопротивление смещению и сопоставить его с возможными ветровыми нагрузками.

На самом деле, для частной постройки очень редко требуется делать такую калькуляцию. Но вот для основания под забором, столбом, рекламным щитом этот пункт становится обязательным.

к оглавлению ↑

Стоимость

Подсчет нагрузок опоры дома на продавливание, осадку или крен обычно не выполняется отдельно от проектирования дома. Выше можно прочитать, что для определения параметров фундамента нужно знать характеристики всей постройки, а также особенности участка.

Полный проект дома может серьезно разниться в цене.

Если это типовая архитектура, то за работу архитектора и инженера придется заплатить не менее 10000 рублей, за индивидуальный проект цена начинается от 1000 рублей за квадратный метр.

Смотрите нашу видео-подборку: