Перед строительством дома важно грамотно запроектировать его несущие конструкции. Расчет нагрузки на фундамент позволит обеспечить надежность опор под здание. Его проводят перед подбором фундамента после определения характеристик грунта.

Самый главный документ при определении веса конструкций дома — СП «Нагрузки и воздействия». Именно он регламентирует, какие нагрузки приходятся на фундамент и как их определить. По этому документу можно разделить нагрузки на следующие типы:

• постоянные;
• временные.

Временные в свою очередь делятся на длительные и кратковременные. К постоянным относят те, которые не исчезают при эксплуатации дома (вес стен, перегородок, перекрытий, кровли, фундамента). Временные длительные — это масса мебели и оборудования, кратковременные — снег и ветер.

Постоянные нагрузки

• размеры элементов дома;
• материал, из которого они изготовлены;
• коэффициенты надежности по нагрузке.

Тип конструкции	Масса
Стены
Из керамического и силикатного полнотелого кирпича толщиной 380 мм (1,5 кирпича)	684 кг/м 2
То же толщиной 510 мм (2 кирпича)	918 кг/м 2
То же толщиной 640 мм (2,5 кирпича)	1152 кг/м 2
То же толщиной 770 мм (3 кирпича)	1386 кг/м 2
Из керамического пустотелого кирпича толщиной 380 мм	532 кг/м 2
То же 510 мм	714 кг/м 2
То же 640 мм	896 кг/м 2
То же 770 мм	1078 кг/м 2
Из силикатного пустотелого кирпича толщиной 380 мм	608 кг/м 2
То же 510 мм	816 кг/м 2
То же 640 мм	1024 кг/м 2
То же 770 мм	1232 кг/м 2
Из бруса (сосна) толщиной 200 мм	104 кг/м 2
То же толщиной 300 мм	156 кг/м 2
Каркасные с утеплением толщиной 150 мм	50 кг/м 2
Перегородки и внутренние стены
Из керамического и силикатного кирпича (полнотелого) толщиной 120 мм	216 кг/м 2
То же толщиной 250 мм	450 кг/м 2
Из керамического кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм)	168 (350) кг/м 2
Из силикатного кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм)	192 (400) кг/м 2
Из гипсокартона 80 мм без утеплителя	28 кг/м 2
Из гипсокартона 80 мм с утеплителем	34 кг/м 2
Перекрытия
Железобетонные сплошные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой 30 мм	625 кг/м 2
Железобетонные из пустотных плит 220 мм со стяжкой 30 мм	430 кг/м 2
Деревянное по балкам высотой 200 мм с условием укладки утеплителя плотностью не более 100 кг/м 3 (при меньших значениях обеспечивается запас по прочности, поскольку самостоятельные расчеты не имеют высокой точности) с укладкой в качестве напольного покрытия паркета, ламината, линолеума или ковролина	160 кг/м 2
Кровля
С покрытием из керамической черепицы	120 кг/м 2
Из битумной черепицы	70 кг/м 2
Из металлической черепицы	60 кг/м 2

• глубина промерзания почвы;
• уровень расположения грунтовых вод;
• наличие подвала.

При залегании на участке крупнообломочных и песчаных грунтов (средний, крупный) можно не углублять подошву дома на величину промерзания. Для глин, суглинков, супесей и других неустойчивых оснований, необходима закладка на глубину промерзания грунта в зимний период. Определить ее можно по формуле в СП «Основания и фундаменты» или по картам в СНиП «Строительная климатология» (этот документ сейчас отменен, но в частном строительстве может быть использован в ознакомительных целях).

При определении залегания подошвы фундамента дома важно контролировать, чтобы она располагалась на расстоянии не менее 50 см от уровня грунтовых вод. Если в здании предусмотрен подвал, то отметка основания принимается на 30-50 см ниже отметки пола помещения.

Определившись с глубиной промерзания, потребуется подобрать ширину фундамента. Для ленточного и столбчатого ее принимают в зависимости от толщины стены здания и нагрузки. Для плитного назначают так, чтобы опорная часть выходила за пределы наружных стен на 10 см. Для свай сечение назначается расчетом, а ростверк подбирается в зависимости от нагрузки и толщины стен. Можно воспользоваться рекомендациями по определению из таблицы ниже.

Тип фундамента	Способ определения массы
Ленточный железобетонный	Умножают ширину ленты на ее высоту и протяженность. Полученный объем нужно перемножить на плотность железобетона — 2500 кг/м 3 . Рекомендуем: .
Плитный железобетонный	Умножают ширину и длину здания (к каждому размеру прибавляют по 20 см на выступы на границы наружных стен), далее выполняют умножение на толщину и плотность железобетона. Рекомендуем: .
Столбчатый железобетонный	Площадь сечения умножают на высоту и плотность железобетона. Полученное значение нужно помножить на количество опор. При этом вычисляют массу ростверка. Если у элементов фундамента имеется уширение, его также необходимо учесть в расчетах объема. Рекомендуем: .
Свайный буронабивной	То же, что и в предыдущем пункте, но нужно учесть массу ростверка. Если ростверк изготавливается из железобетона, то его объем перемножают на 2500 кг/м 3 , если из древесины (сосны), то на 520 кг/м 3 . При изготовлении ростверка из металлопроката потребуется ознакомиться с сортаментом или паспортом на изделия, в которых указывается масса одного погонного метра. Рекомендуем: .
Свайный винтовой	Для каждой сваи изготовитель указывает массу. Нужно умножить на количество элементов и прибавить массу ростверка (см. предыдущий пункт). Рекомендуем: .

На этом расчет нагрузки на фундамент не заканчивается. Для каждой конструкции в массе нужно учесть коэффициент надежности по нагрузке. Его значение для различных материалов приведено в СП «Нагрузки и воздействия». Для металла он будет равен 1,05, для дерева — 1,1, для железобетона и армокаменных конструкций заводского производства — 1,2, для железобетона, который изготавливается непосредственно на стройплощадке — 1,3.

Временные нагрузки

Проще всего здесь разобраться с полезной. Для жилых зданий она равняется 150 кг/м2 (определяется исходя из площади перекрытия). Коэффициент надежности в этом случае будет равен 1,2.

Снеговая зависит от района строительства. Чтобы определить снеговой район потребуется СП «Строительная климатология». Далее по номеру района находят величину нагрузки в СП «Нагрузки и воздействия». Коэффициент надежности равен 1,4. Если уклон кровли более 60 градусов, то снеговую нагрузку не учитывают.

Определение значения для расчета

При расчете фундамента дома потребуется не общая его масса, а та нагрузка, которая приходится на определенный участок. Действия здесь зависят от типа опорной конструкции здания.

Тип фундамента	Действия при расчете
Ленточный	Для расчета ленточного фундамента по несущей способности нужна нагрузка на погонный метр, исходя из нее рассчитывается площадь подошвы для нормальной передачи массы дома на основание, исходя из несущей способности грунта (точное значение несущей способности грунта можно узнать только с помощью геологических изысканий). Полученную в сборе нагрузок массу нужно разделить на длину ленты. При этом учитываются и фундаменты под внутренние несущие стены. Это самый простой способ. Для более подробного вычисления потребуется воспользоваться методом грузовых площадей. Для этого определяют площадь, с которой передается нагрузка на определенный участок. Это трудоемкий вариант, поэтому при строительстве частного дома можно воспользоваться первым, более простым, способом.
Плитный	Потребуется найти массу, приходящуюся на каждый квадратный метр плиты. Найденную нагрузку делят на площадь фундамента.
Столбчатый и свайный	Обычно в частном домостроении заранее задают сечение свай и потом подбирают их количество. Чтобы рассчитать расстояние между опорами с учетом выбранного сечения и несущей способности грунта, нужно найти нагрузку, как в случае с ленточным фундаментом. Делят массу дома на длину несущих стен, под которые будут установлены сваи. Если шаг фундаментов получится слишком большим или маленьким, то сечение опор меняют и выполняют расчет заново.

Пример выполнения вычислений

Удобнее всего сбор нагрузок на фундамент дома делать в табличной форме. Пример рассмотрен для следующих исходных данных:

• дом двухэтажный, высота этажа 3 м с размерами в плане 6 на 6 метров;
• фундамент ленточный железобетонный монолитный шириной 600 мм и высотой 2000 мм;
• стены из кирпича полнотелого толщиной 510 мм;
• перекрытия монолитные железобетонные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой толщиной 30 мм;
• кровля вальмовая (4 ската, значит, наружные стены по всем сторонам дома будут одинаковой высоты) с покрытием из металлической черепицы с уклоном 45 градусов;
• одна внутренняя стена посередине дома из кирпича толщиной 250 мм;
• общая длина гипсокартонных перегородок без утепления толщиной 80 мм 10 метров.
• снеговой район строительства ll, нагрузка 120 кг/м2 кровли.

Определение нагрузки	Коэффициент надежности	Расчетное значение, тонн
Фундамент 0,6 м * 2 м * (6 м * 4 + 6 м) = 36 м 3 — объем фундамента 36 м 3 *2500 кг/м 3 = 90000 кг = 90 тонн	1,3	117
Наружные стены 6 м * 4 шт = 24 м — протяженность стен 24 м * 3 м = 72 м 2 -площадь в пределах одного этажа (72 м 2 * 2) *918 кг/м 2 — 132192 кг = 133 тонны — масса стен двух этажей	1,2	159,6
Внутренние стены 6 м * 2 шт * 3 м = 36 м 2 площадь стен на протяжении двух этажей 36 м 2 * 450 кг/м 2 = 16200 кг = 16,2 тонн — масса	1,2	19,4
Перекрытия 6 м * 6 м = 36 м 2 — площадь перекрытий 36 м 2 *625 кг/м 2 = 22500 кг = 22, 5 тонн — масса одного перекрытия 22,5 т * 3 = 67,5 тонн — масса подвального, междуэтажного и чердачного перекрытий	1,2	81
Перегородки 10 м * 2,7 м (здесь берется не высота этажа, а высота помещения) = 27 м 2 — площадь 27 м 2 * 28 кг/м 2 = 756 кг = 0,76 т	1,2	0,9
Кровля (6 м * 6 м)/cos 45ᵒ (угла наклона кровли) = (6 * 6)/0,7 = 51,5 м 2 — площадь кровли 51,5 м 2 * 60 кг/м 2 = 3090 кг — 3,1 тонн — масса	1,2	3,7
Полезная нагрузка 36м 2 * 150 кг/м 2 * 3 = 16200 кг = 16,2 тонн (площадь перекрытий и их количество взяты из предыдущих расчетов)	1,2	19,4
Снеговая 51,5 м 2 * 120 кг/м 2 = 6180 кг = 6,18 тонн (площадь кровля взята из предыдущих расчетов)	1,4	8,7

Чтобы понять пример, эту таблицу нужно смотреть совместно с той, в которой приведены массы конструкций.

Далее необходимо сложить все полученные значения. Итого нагрузка для данного примера на фундамент с учетом собственного веса составляет 409,7 тонн. Чтобы найти нагрузку на один погонный метр ленты, необходимо разделить полученное значение на протяженность фундамента (посчитано в первой строке таблицы в скобках): 409,7 тонн /30 м = 13,66 т/м.п. Это значение берут для расчета.

При нахождении массы дома важно выполнять действия внимательно. Лучше всего уделить этому этапу проектирования достаточное количество времени. Если совершить ошибку в этой части расчетов, потом возможно придется переделывать весь расчет по несущей способности, а это дополнительные затраты времени и сил. По завершении сбора нагрузок рекомендуется перепроверить его, для исключения опечаток и неточностей.

Начинаем публикацию статей по расчету кирпичных стен. Прежде, чем приступить к расчетам, необходимо собрать нагрузки. На стены здания в пределах каждого этажа действуют нагрузки от вышележащих этажей, нагрузки от плит перекрытия рассматриваемого этажа и собственный вес отдельных участков стен.

Для начала давайте определимся, какие же нагрузки бывают?

Нагрузки бывают:

- нормативные - их значения приведены в СНиП "Нагрузки и воздействия" .

- расчетные - значения расчетных нагрузок определяются путем умножения нормативных на коэффициент надежности по нагрузке (γ ƒ)

Также они классифицируются на:

- постоянные

- временные , которые в свою очередь бывают:

a. длительными

b. кратковременными

c. особыми

К постоянным относится собственный вес конструкций, который находится путем умножения объема на плотность.

К кратковременным относятся нагрузки от людей, снега, ветра (полные значения) и пр.

К длительным - перегородки, оборудование и пр., а также пониженные кратковременные от людей и снега.

В СНиПе указаны дополнительно особые нагрузки, но в данном примере они нас не интересуют.

Давайте для наглядности представим, что нам необходимо произвести сбор нагрузок на стену первого этажа двухэтажного коттеджа. Высота этажа 3м, длина 6м. Перекрытия железобетонные толщиной 220мм. Для упрощения расчетов принимаем плоскую рулонную кровлю.

Для начала произведем подсчет нагрузок на 1 м 2 перекрытия и покрытия и внесем данные в таблицу. Предположим, что пол второго этажа состоит из стяжки, поверх которой уложен ламинат. Покрытие второго этажа состоит из пароизоляции, утеплителя, цементно-песчаной стяжки и трехслойного гидроизоляционного ковра.

Наименование	γ ƒ
Покрытие
Собственный вес плиты покрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м 3	0,55	1,1	0,61
Пароизоляция из 1 слоя рубероида	0,003	1,3	0,004
Утеплитель из керамзита плотностью 400 кг/м 3 , толщина 100мм	0,04	1,3	0,052
	0,054	1,3	0,07
Гидроизоляционный ковер из 3 слоев рубероида	0,01	1,3	0,013
Итого постоянная			0,749
Временная для прочих покрытий (таблица 3, п.9, в)	0,05	1,3	0,065
Временная снеговая (в районе III -180 кг/м 2). Внимание! В СНиП Нагрузки и воздействия дана уже расчетная нагрузка. Нормативная нагрузка определяется путем умножения расчетного значения на 0,7. (μ=1)	0,126	1,4	0,18
Итого временная			0,245
		0,994
Перекрытие первого этажа
Собственный вес плиты перекрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м 3	0,55	1,1	0,61
Цементно-песчаная стяжка толщиной 30мм, плотностью 1800 кг/м 3	0,054	1,3	0,07
Ламинат толщиной 10мм + подложка 3мм	0,008	1,2	0,01
Итого постоянная			0,69
Временная для помещений жилых зданий	0,15	1,3	0,2
Итого временная			0,2
		0,89

Теперь нам нужно определить грузовую площадь. Чтобы лучше понять, что такое грузовая площадь, посмотрим на картинку ниже.

Если нагрузка собирается для 1 погонного метра стены, то грузовая площадь будет равна произведению 1-го метра на половину расстояния между наружной и внутренней несущей стеной.

Розовым цветом отмечена грузовая площадь для средней стены, а зеленым цветом - для наружных стен.

Таким образом, для рассматриваемого нами участка кладки грузовая площадь будет равна 1м*2м=2м 2

Перемножив грузовую площадь на значения из таблицы, получим нагрузку от перекрытия и покрытия для 1 погонного метра кирпичной кладки.

От покрытия:

Постоянная - 0,749*2=1,498 т

Временная - 0,245*2=0,49 т

Полная P 2 = 0,994*2=1,988 тонны

От перекрытия:

Постоянная - 0,69*2=1,4 т

Временная - 0,2*2=0,4 т

Полная P 1 = 0,89*2=1,8 тонн

Вес 1 погонного метра равен:

G 2 =1*0,25*3*1,8=1,35 т

G п =1*0,25*0,7*1,8=0,315 т

Полная нагрузка, которая действует на 1 пог.м кладки первого этажа составит:

N=G п +P 2 +G 2 +P 1 =0,315+1,988+1,35+1,8=5,5 т

Для дальнейших расчетов нам также понадобится значение длительной продольной силы. Она равна сумме постоянной нагрузки от перекрытий и покрытий, веса вышележащих стен и длительной временной от перекрытий и покрытий. В нашем примере длительную временную мы не рассматривали.

N g =0,315+1,498+1,35+1,4=4,563 т

Теперь, когда все нагрузки собраны, можно приступать к Расчету стены на прочность.

Статья была для Вас полезной?

Оставьте свой отзыв в комментарии

Непомерная нагрузка на фундамент приведет к разрушению всей постройки. Поэтому в процессе проектирования конструкции дома нужно уделить особое внимание расчету (сбору) нагрузок, действующих на фундамент строения.

И в этой статье мы познакомим вас с процессом вычисления самых заметных нагрузок, оказывающих влияние и на габариты, и на конструкцию основания для жилого дома или коммерческого строения. Но вначале мы дадим немного теории, рассказав о разновидностях нагрузок проецируемых на фундамент со стороны строения и грунта и о типах деформаций конструкции основания спровоцированных этими нагрузками.

Сбор нагрузок на фундамент формируется под влиянием следующих факторов:

• Веса самого строения: от кровли до нижнего венца (или первого ряда кирпичей/блоков), возведенного по уже существующему проекту.
• Эксплуатационной нагрузки — веса всех предметов интерьера, жильцов, отделочных материалов, меблировки, внутренних коммуникаций, бытовой техники и прочего содержимого жилища.
• Веса самого фундамента: от пяты до ростверка со всеми сопутствующими элементами – отделкой, гидроизоляцией, утеплением и так далее.
• Динамической нагрузки – предполагаемого веса снежного покрова и силы давления ветра на стены и кровлю строения.

Точное определение суммы нагрузок, а равно и каждой составляющей сбора, относится к достаточно затруднительным операциям.

Поэтому большинство вышеприведенных параметров считают исходя из объемов стройматериалов и площади пола, кровли и стен строения, умножая эти данные на соответствующие коэффициенты.

К счастью для проектантов вычисление веса дома и основания строения, а равно и эксплуатационной, и динамической нагрузок, производится путем ввода исходных данных в специальную программу – калькулятор фундамента.

Помимо конструкционного, эксплуатационного и динамического веса, проводя расчет нагрузки на фундамент, следует учесть такие характеристики и качества опорного грунта, как:

Впрочем, перед тем, как посчитать нагрузку на фундамент со стороны почвы, необходимо провести полноценную геологическую разведку с контрольным бурением и статическими испытаниями опор. Поэтому, в большинстве случаев, вышеуказанные параметры берутся из таблиц или вычисляются по средним значениям на основе сопоставления наименьших и наибольших значений.

Под влиянием нагрузок со стороны основания и гранта в конструкции, в теле фундамента возникает сразу несколько разновидностей деформации, а именно:

• Деформация по тикали – прогиб и выгиб, провоцируемая моментом сил, возникающим в процессе неравномерной усадки (погружения) всей подошвы фундамента в грунт.
• Деформации по горизонтали и вертикали фундамента – крен, перекос или сдвиг, которые провоцирует нагрузка на одно «плечо» конструкции. Источник нагрузки в данном случае — заметна усадка грунта под одним углом, опорой или гранью (свайной линией) фундамента.
• Деформация горизонтали – смещение, вызываемое сейсмическими нагрузками, провоцируемыми смещением слоев грунта.

Причем необходимо понимать, что указанные деформации возникнут в теле фундамента в любом случае. Однако, если прогиб, сдвиг, крен и прочие разновидности деформаций не выйдут за разумные пределы, то конструкция основания не пострадает.

Но хватит теории. Давайте рассмотрим пример сбора нагрузок ленточного и столбчатого фундамента. И начнем мы с нагрузок, действующие на фундамент со стороны строения. Эти рекомендации подойдут и для столбчатых, и для ленточных оснований.

Выше по тексту уже говорилось, что нагрузки со стороны строения разделяются на:

• Конструкционные (вес самого дома).
• Эксплуатационные (вес содержимого дома).
• Динамические (вес снега на кровли, усилие, передаваемое на конструкцию ветром).

Конструкционные нагрузки считают по объему и удельному весу стройматериала. Например, если вы приобрели для строительства стен 15 кубометров пиломатериала с плотностью 600 кг/м3, то конструкционная нагрузка приблизится к 9 тоннам. Ну а строение, возводимое из 8 тысяч ординарных кирпичей – масса одной штуки – 3,5 килограмма – сгенерирует конструкционную нагрузку в 28 тонн.

Но это только стены. Конструкционную нагрузку перекрытий и кровли следует вычислить отдельно. Вес одного листа 8-волнового шифера равен 26 килограммам, а квадратный метр такого покрытия весит 14 кило. Плотность соснового бруса, расходуемого на каркас кровли равна 550-600 кг/м3.

В итоге, двускатная крыша с площадью кровли в 60 «квадратов» сгенерирует вес в 0,8 тонны по кровле и 1,2 тонны по каркасу (до двух кубометров пиломатериалов на брус и доски обрешетки). Точные объемы стройматериала можно вычислить по калькулятору кровли – специальной программе, в которую вводят габариты крыши и получают на выходе данные по метражу кровельного покрытия и объему пиломатериалов для каркаса и обрешетки.

Эксплуатационная нагрузка определяется по метражу цокольного и межэтажного перекрытия. По СНИП квадратный метр площади дома можно нагрузить 300-350 килограммами. В итоге, дом площадью в 100 м2 сгенерирует 3,5 тонны эксплуатационной нагрузки.

Динамическую нагрузку считают по площади кровли, умножаемой на массу снега, давящую на квадратный метр крыши. В наших широтах снеговая масса доходит до 180 кг/м3. И в рассматриваемом случае она равняется 10,8 тонны.

Следующий этап сборки нагрузок – определение массы самого фундамента. Зная внешние усилия, генерируемые общей массой строения можно подсчитать объемы ленточного основания и количество опор в столбчатом фундаменте.

Сбор нагрузок на столбчатый фундамент начинается с определения несущей способности одного столба, вычисляемой по площади его подошвы и несущей способности грунта. И если последняя характеристика равняется 2 кг/см2 (это минимальное значение), а площадь подошвы доходит до 1600 см2 (40х40 сантиметров), то один столб удержит не менее 3,2 тонны.

Общее количество столбов, вычисляется по сбору нагрузок со стороны строения. В нашем случае она равна 44,3 тонны, увеличим этот результат на 50 процентов (коэффициент запаса прочности) и получим 66,45 тонны. На этот вес нужно, как минимум 21 столб.

Ну а зная количество столбов и объемы одной опоры (0,4х0,4 (площадь основания) х1,5 (высота)) можно вычислить общий объем фундамента. В нашем случае он равен 5,04 м3. Столбы заливают бетоном, следовательно, вес такого фундамента равен 12,6 тонны (5,04м3 х 2500 кг/м3 (удельный вес бетона)).

Сбор нагрузок на ленточный фундамент начинают с вычисления площади подошвы. Ее определяют по сбору нагрузок со стороны строения и несущей способности грунта. В нашем случае она равна 33225 см2 (66450 кг (вычисленная выше масса дома) / 2 кг/см2).

Но эти данные определяются только по конструкционным характеристикам, а есть еще и эксплуатационные – морозостойкость, влагостойкость, минимальная ширина ленты и прочее. И по этим параметрам при минимальной ширине ленты в 40 сантиметров площадь основания лучше всего вычислить по периметру самого здания. И для дома в 100 м2 (условные габариты 10х10 м) периметр будет равен 40 метрам, а площадь основания 16 м2 (40х0,4).

Зная площадь основания и глубину залегания фундамента можно вычислить объем заливки. И при высоте стены фундамента в 1,5 метра на заливку основания уйдет до 24 м3 раствора. А масса фундамента будет равна 60 тоннам (24м3 объема умножаем на 2500 кг/м3 плотности железобетона)

Выдержит ли такой вес наш грунт? Разумеется, да. Ведь 160 000 см2 грунта (16 м2 подошвы нашего фундамента) с несущей способностью в 2 кг/см2 могут принять 320-тонную нагрузку, а общий вес нашего фундамента и строения – всего 126,45 тонны.

В завершении следует отметить, что все вышеприведенные расчеты можно выполнить с помощью специальных программ – калькуляторов, в которые загружают сведения о габаритах строения и характеристиках грунта. А на выходе получают информацию по объемам используемых стройматериалов. На основе этих данных сбор нагрузок вычисляется путем простейшего перемножения рекомендуемого объема на плотность соответствующего стройматериала.

Перед началом расчета любой конструкции мы должны собрать все нагрузки на эту конструкцию. Давайте узнаем, какие бывают нагрузки для расчета гражданских зданий:
1.) Постоянные (собственный вес конструкции и вес вышележащих конструкций, которые опираются на данную);
2.) Временные ;
- кратковременные (снеговые нагрузки, ветровые нагрузки, гололедные нагрузки, вес людей);
- длительные (вес временных перегородок, вес слоя воды);
3.) Особые (сейсмические воздействия, взрывные воздействия, воздействия из-за деформации основания).
Теперь рассмотрим пару примеров. Например, у вас 2-ухэтажное кафе каркасного типа (ж/б колонны) в городе Минске и вам необходимо узнать какая нагрузка идет на колонну. Для начала мы должны определиться, какие нагрузки будут действовать на нашу колонну (рисунок 1 ). В данном случае это будут – собственный вес колонны, собственный вес перекрытия/покрытия, снеговая нагрузка на покрытие, полезная нагрузка на 2-ой этаж и полезная нагрузка на 1-ый этаж. Далее мы должны найти площадь, на которую действуют нагрузки (грузовая площадь, рисунок 2 ).

Рисунок 1 – Схема приложения нагрузок на колонну

Рисунок 2 – Грузовая площадь на колонну

Нормативное значение снеговой нагрузки в г. Минск – 1,2 кПа . Грузовую площадь умножаем на наше нормативное значение и на коэффициент надежности по нагрузке и получаем – 6 м * 4 м * 1,2 кПа * 1,4=43,2 кН . Т.е. только лишь от снега на нашу колонну давит 4,32 тонны!
Нормативное значение полезной нагрузки в обеденных залах (кафе) – 3 кПа . Так же как и со снеговой нагрузкой, мы должны умножить грузовую площадь на значение нормативной нагрузки, на коэффициент безопасности по нагрузке и на два (потому что 2 этажа). Получаем – 6 м * 4 м * 3 кПа * 1,2 *2 этажа= 172,8 кН.
Нормативное значение собственного веса перекрытия будет зависеть от состава перекрытия. Пусть состав перекрытия 1-ого этажа, перекрытия 2-ого этажа и покрытия совпадают и нормативное значение нагрузки равно 2,5 кПа . Его также умножаем на грузовую площадь, на коэффициент надежности по нагрузке и на три этажа. Имеем – 2,5 кПа*6 м*4 м*1,2*3 = 216 кН .
Осталась только нагрузка от собственного веса колонны. Колонна у нас сечением 300х300 мм и высотой 7,2 м. При плотности железобетона 2500 кг/м3 масса колонны будет равна – 0,3 м*0,3 м* 7,2 м* 2500 кг/м3= 1620 кг . Тогда расчетный вес колонны будет равен – 1620 кг * 9,81 * 1,2 = 19070 Н= 19,07 кН.
Если просуммировать все нагрузки, то получим максимальную возможную нагрузку на уровне низа колонны:

43,2 кН + 172,8 кН + 216 кН + 19,07 кН = 451,07 кН.

Таким же образом рассчитывается и, например, ригель. Грузовая площадь на ригель представлена на рисунке 3 .

Рисунок 3 - Грузовая площадь на ригель

Советы:
1.) Давление ветра (в Паскалях) на стену можно определить путем возведения скорости ветра в квадрат (м/с) и умножением на 0,61 .
2.) При наклоне кровли больше 60 градусов – снег задерживаться на крыше не будет.
3.) Нормативное значение полезной нагрузки в квартирах жилых зданиях 150 кг/м2

Мероприятия, предшествующие определению нагрузки на фундамент

При строительстве дома вначале закладывается фундамент, через который на грунт передаются нагрузки от всего строения. Нагрузка на фундамент определяет стабильность, надежность и долговечность всего здания, поэтому, приступая к устройству фундамента, нужно соблюсти все технологические процессы. Правильный расчет нагрузки на фундамент позволяет избежать трещин и разрушений и обеспечить равномерную осадку зданий.

В основе всех домов лежит фундамент. От качества его строительства зависит стабильность, надежность и долговечность всего здания в целом.

Перед началом строительства дома нельзя обойтись без геологических работ на месте планируемого строительства, исследования грунт. К важным показателям относится показатель глубины залегания грунтовых вод и сезонного промерзания почвы. Эти показатели меняются в зависимости от регионов строительства. В московском регионе грунт промерзает на глубину 1,6 метра, на Юге России может быть менее 1 метра.

Показатели грунта, важные для прочности фундамента

Основанием фундамента служит грунт. Самыми прочными считаются скальные породы.

Для грунта, который является основанием под строение, наиболее важны два показателя - прочность и несжимаемость.

Самые прочные - полускальные и скальные породы. Поэтому при устройстве фундамента деревянных домов котлованов не делают, а ограничиваются тем, что снимают просадочный верхний слой грунта.

Если дом закладывается в условиях непучинистых грунтов при их промерзании до 2 и более метров, следует рассчитать глубину котлована под фундамент в соответствии с расчетной глубиной промерзания почвы. Исключение - дома, которые эксплуатируются постоянно, но и при этом под фундамент роют котлован с глубиной не менее 0,5 метров.

С позиций промерзания следует учесть, что грунт бывает непучинистый и пучинистый (дисперсный).

Таблица видов грунтов и нагрузки на них.

Дисперсный грунт промерзает в морозные зимние месяцы, что вызывает деформации и изменения основания фундамента из-за нагрузок.

Поэтому основание котлована делают на уровне, который располагается ниже, чем глубина промерзания.

Если грунт непучинистый, деформация не происходит, но тем не менее можно несколько уменьшить осадку с помощью практически не сжимаемого материала (крупного строительного песка, в который вмешивается рыхлая горная порода - гравий) под основание.

Определение несущей способности грунта

Около 15-20 % затрат от строительства дома занимает обустройство фундамента.

Устройство фундамента любого дома составляет от 15 до 20% затрат на общую стоимость строительства. Причем чем глубже фундамент закладывается в грунт, тем выше стоимость проводимых строительных работ. Эта причина довольно часто заставляет большинство застройщиков поднимать подошву фундамента ближе к поверхности грунта. В таком случае необходимо правильно рассчитать возможности несущей способности грунтов. Расчет начинается после сбора и анализа информации о пористости грунта, которая обусловлена его сопротивлением и степенью влажности.

Важный показатель, который стоит брать в расчет - сейсмичность.

Одновременно возникающее давление вследствие статической нагрузки и вибрации снижает прочность грунта, вызывает псевдожидкое состояние. Расчетное сопротивление грунтов в зоне сейсмичности обычно увеличивают в 1,5 раза, что влечет за собой соответствующее увеличение площади фундамента строения.

Классификация нагрузок на фундамент здания

Схема классификации нагрузок на фундамент.

Все нагрузки условно делят на постоянные и временные.

• вес всего здания, включая массу фундамента дома;
• эксплуатационные нагрузки (вес людей, мебели, оборудования).

Временные нагрузки чаще всего возникают сезонно:

• снеговая нагрузка, определяемая углом ската кровли и регионом строительства дома;
• ветровая нагрузка, зависящая от месторасположения строения: лесная или открытая местность, городская черта.

Расчет временных нагрузок проводится с учетом района строительства.

Расчет нагрузки с учетом площади основания

Таблица значений удельного сопротивления для различных грунтов.

Главное условие - нагрузка на 1 см грунта не должна быть выше критического значения сопротивления. Расчет сопротивления производят в зависимости от вида грунта:

• для гравелистых или крупных песков он составляет от 3,5 до 4, 5 кг/см 2 ;
• для песков средней крупности - от 2,5 до 3,5 кг/см 2 ;
• твердой глинистой почвы - от 3,0 до 6,0 кг/см 2 ;
• мелких влажных песков - в пределах 2,0 - 3,0 кг/см 2 ;
• пластичной глинистой почвы - от 1,0 до 3,0 кг/см 2 ;
• мелких очень влажных песков - 2,0 -2,5 кг/см 2 ;
• гальки, гравия, щебня - от 5,0 до 6,0 кг/см 2 .

Давление на грунт под воздействием постоянных и временных нагрузок приводит к его сжатию. В результате этого начинается опускание фундамента, зачастую неравномерное, что приводит к появлению трещин и деформаций. Часто это следствие того, что было неправильно рассчитано давление нагрузок строительных конструкций.

Поэтому уже на стадии планирования строительства и калькуляции расходов нужно правильно подбирать материалы, в частности, учитывать удельный вес материалов, определяющих нагрузку.

Для бутового камня этот показатель определяется в пределах от 1600 до 1800 кг/м 3 , бутобетона и кирпича - в пределах 1800-2200 кг/м 3 , железобетона - кг/м 3 .

Таблица удельного веса стен из разных материалов.

Важно учитывать удельный вес стен, тоже определяемый материалами. Для деревянных каркасно-панельных стен удельный вес составляет от 30 до 50 кг/м 2 , для брусчатых, бревенчатых - от 70 до кг/м 2 .

При расчете чердачных перекрытий учитывают, что они могут оказывать давление в пределах 150-200 кг/м 2 . Цокольные перекрытия могут иметь различный удельный вес, в зависимости от материалов он колеблется от 100 до 300 кг/м 2 . Для железобетонных монолитных перекрытий показатель еще выше - до 500 кг/м 2 .

Допустимые деформации строений и их превышение

Таблица показателей деформации зданий и сооружений.

Допустимые деформации жилого дома учитываются заранее, когда производится расчет общей нагрузки на основание.

Осадки, деформации фундаментов - неизбежное явление, величина которого регламентируется предельными значениями деформаций Приложением 4 СНиП 2.02.01-8.

Нарушение строительных норм наряду с неравномерной осадкой дома приводит к изменению положения дома или деформациям строения.

К распространенным деформациям дома относятся:

Прогиб и выгиб, возникающие при неравномерности осадки строения. При прогибе опасной зоной считается фундамент, при выгибе самой опасной становится кровля сооружения.

Сдвиг может быть результатом существенной просадки основания с одной стороны. Самый опасный участок - стена, располагающаяся в средней зоне.

Формы деформаций сооружений.

Крен происходит у зданий достаточно большой высоты, для которых характерна высокая степень изгибной жесткости. С ростом крена возрастает опасность разрушения здания.

Перекос возникает как следствие неравномерной осадки дома, которая приходится на определенный участок длинной стороны здания.

Горизонтальное смещение возникает, как правило, в районе фундамента или стен подвала чрезмерной горизонтальной загруженности.

При правильном расчете допустимых деформаций основания для гражданских многоэтажных и одноэтажных зданий максимальная осадка оснований должна находиться в пределах 8-12 см в зависимости от материалов каркаса.

Причины и способы устранения неравномерных осадок оснований

Схема причин деформации зданий.

Сложная деформация сооружения может наступить вследствие следующих причин:

• нарушение систем отопления, канализации, в том числе ливневой, водоснабжения, вызывающее вымывание грунта из-под основания дома;
• неоднородное основание, представленное пластами разной толщины или плотности;
• наличие подземных выработок;
• изменение уровня производственных или грунтовых подземных вод;
• повышение пористости грунта из-за перемещения его частиц при подмывании водяными потоками;
• избыточное увлажнение какой-либо части основания;
• излишнее удаление грунта при устройстве фундамента (выравнивающая подсыпка, заменяющая его, имеет более низкую прочность);
• наличие неравномерной нагрузки на основание;
• постройка отдельных частей здания в разные периоды времени;
• наличие в основании материалов, которые поддаются гниению (древесина, корни деревьев);
• уплотнение грунта, связанное с возрастанием веса в течение процесса эксплуатации дома;

Не допустить неравномерные осадки возможно с помощью следующих изменений:

• придать дому, отдельным частям строительный подъем, соответствующий величине возможной осадки;
• увеличить изгибную жесткость короткого дома, а также уменьшить изгибную жесткость длинного дома;
• построить компенсирующий фундамент;
• провести горизонтальное армирование всех стен;
• при проектировании дома следует предусмотреть необходимость равномерной передачи всей нагрузки здания на основание;
• устроить осадочные и деформационные швы;
• проводить профилактику систем канализации, водоснабжения, а также осуществляющих отвод дождевой воды.

Принятые меры позволят увеличить прочность и долговечность дома.

Технологические особенности столбчатого фундамента

Столбчатый фундамент устраивается по принципу свайного. Столбчатый фундамент придает всему каркасу устойчивость и повышает способность противостоять разрушительным воздействиям.

Схема устройства столбчатого фундамента.

Главная особенность конструкции - установка системы столбов в точках строения, которые наиболее подвержены нагрузке, например, в его углах, местах соединения стеновых панелей. Это позволяет стабилизировать все здание.

Располагают столбы в местах, требующих особого внимания из-за возможных проблем с устойчивостью и безопасностью конструкции. При расчете фундамента столбчатого типа включается установка ростверка - армированного пояса и элементов монтажа (обвязочных балок и рандбалок). Благодаря ростверку предотвращается смещение фундамента в горизонтальной плоскости, давление равномерно распределяется по системе столбов.

В качестве материала для столбчатого фундамента чаще всего используют монолитный железобетон.

Пример расчета нагрузок на столбчатый фундамент

При определении несущей способности фундамента учитываются следующие показатели:

• периметр стен - 12,0х6,0 м;
• два этажа;
• стены из газоблоков плотностью D600 и толщиной 40 см;
• полы на 1-ом этаже по грунту, насыпные;
• перекрытие между этажами - железобетонные плиты;
• крыша черепичная, скатная (угол 45°), по деревянным лагам;
• грунт - пластичная глина;
• сечение верхней части столба - 40х40 сантиметров;
• сечение нижней части (подошвы) столба - 80х80 сантиметров;
• промежуток между двумя столбами - 2,0 м.

Чтобы конструкция фундамента противостояла морозному пучению, ей придают наружную наклонную поверхность. В верхней части фундамент будет шириной 0,4 метра, а к подошве расширяется до 0,5 метров.

При расчете общей нагрузки на 1 м длины подошвы фундамента учитывают нормативную нагрузку от снега, перекрытий, стен дома, кровли и строительного материала.

Если допустить, что общая нагрузка составила 4380 кгс, следует умножить ее на 2 метра (расстояние между устанавливаемыми столбами), получится 8760 кгс. К полученному результату следует добавить массу одного столба.

Столбчатый фундамент будут иметь объем для данной конструкции 0,25 м 3 . По таблице определяется плотность для железобетона - 2500 кг/м 3 . Вес фундамента будет равен 625 кгс (0,25 м 3 х2500 кг/м 3).

Опорная поверхность каждого из столбов - 80 см х 80 см = 6400 см 2 . Зная показатель, определяющий несущую способность грунта (в нашем случае - 1,5 гкс/ м 2) , можно рассчитать предельные нагрузки всего фундамента на нижележащий грунт: 6400 см 2 х 1,5 гкс/ м 2 = 9600 кгс. Этот показатель больше 9385 кгс - расчетных нагрузок, поэтому рассчитанный столбчатый фундамент будет надежной опорой всей конструкции дома.

Расчет нагрузки на фундамент: показатели грунта, удельный вес материалов

При расчете нагрузки на фундамент учитывают показатели грунта и свойства материалов. Нужно правильно подбирать материалы, вести расчет нагрузки с учетом площади основания.