что такое нагрузки на фундамент
Как происходит расчет нагрузки на фундамент
Эксплуатационная долговечность любого строительного объекта напрямую зависит от фундамента. При его устройстве важное значение имеет расчет нагрузок от строения, способности грунта их выдерживать.
Расчет нагрузки на фундамент
В строительстве достаточно часто применяется фундамент на забивных сваях, представляющих железобетонные столбы квадратного сечения с заостренным концом длиной от 3 до 25 метров, которые способны выдерживать большой вес, независимо от типа почвы. Сечение варьирует от 150 до 500 мм. Главным показателем прочности конструкции является несущая способность каждой сваи. От этого находим необходимое их количество, частоту установки.
Правильно вычисленная нагрузка на фундамент позволяет:
Проводя расчет нагрузки на фундамент необходимо учитывать способность грунта на площадке выдерживать воздействующий на него вес. Рассчитываются следующие критерии:
На конструкцию действует вес всех элементов здания от основания до кровли, а также грунт, находящийся над подошвой. Это является постоянной нагрузкой. Также действует временная в виде природных явлений и осадков и имеющихся в здании мебели, оборудования, находящихся людей.
Нагрузка на фундамент в зависимости от материалов
В расчете нагрузок используются усредненные данные удельного веса материалов. Умножая эти величины на объем, получаем необходимый результат.
Перекрытия ( в кг/м2)
Чтобы определить массу здания, объем стен, перегородок, перекрытий, цокольного этажа, площадь крыши, умножается на удельный вес. Приплюсовываем дополнительные воздействия.
Формулы для расчета нагрузки на фундамент
Для определения воздействия осадков, других явлений используется СНИП. Это касается и определения полезной, куда входит вес мебели, оборудования, находящихся в здании людей. Для жилых домов берется средняя величина 150 кг/м2. Для промышленных, производственных объектов существуют соответствующие разделы СНИП.
При вычислении следует применять коэффициент запаса 1.2.
Используется следующая формула:
P=Pl Pf
где P – суммарная нагрузка
Pl – от строения
Pf – фундамента.
Затем следует рассчитать нагрузку самого фундамента, что является произведением объема и удельной плотности Vф x Q.
Vф = SxH (умножаем площадь фундаментной конструкции на его высоту).
Расчет свайной конструкции следует начинать с подсчета общей массы дома исходя из материалов, планируемых для строительства. Подсчитав ее, к ней следует добавить 30% запаса. Зная, что железобетонная свая длиной 4 метра способна выдержать нагрузку в 40 тонн, можно рассчитать, сколько их нужно для строительства дома, согласно имеющимся данным.
Несущую способность сваи находим по формуле 0.7 КФ х (Нс х По х Пс х 0.8 Кус х Нсг х Тсг), где:
Обязательно учитывается плотность грунта по результатам геодезических исследований. Более простой способ заключается в выкапывании шурфа глубиной 50 сантиметров. Следует выбрать наиболее низкий участок площадки. Насколько слои плотные, определяется визуально.
При достаточно плотной породе применяются сваи длиной 2,5 метра. Если она не плотная, шурф углубляется, достигается плотный слой, по фактической глубине подбирается длина сваи. Согласно полученным результатам, выявляются их несущие характеристики. По расчетным данным можно определить необходимое их количество и параметры.
Правильный подбор основания гарантирует устойчивость строения, исключает деформацию конструкций, так как в противном случае возможно проедание здания и разрушение отдельных конструкций. Особенно это важно, если имеются перепады высот.
В этих случаях подобранная согласно плотности грунта свая подойдет для высоких участков, на заниженные потребуются более длинные, соответствующие разности высот. Данная величина определяется при помощи нивелира. Целесообразно для этой работы привлекать специализированные организации. Также учитываются глубина промерзания грунта и места пролегания грунтовых вод.
Расчет нагрузки на фундамент
Расчет нагрузки на фундамент необходим для правильного выбора его геометрических размеров и площади подошвы фундамента. В конечном итоге, от правильного расчета фундамента зависит прочность и долговечность всего здания. Расчет сводится к определению нагрузки на квадратный метр грунта и сравнению его с допустимыми значениями.
Для расчета необходимо знать:
Исходя из требуемых данных, расчет фундамента или его окончательная проверка производится после проектирования строения.
Попробуем рассчитать нагрузку на фундамент для одноэтажного дома, выполненного из полнотелого кирпича сплошной кладки, с толщиной стен 40 см. Габариты дома – 10х8 метров. Перекрытие подвального помещения – железобетонные плиты, перекрытие 1 этажа – деревянное по стальным балкам. Крыша двускатная, покрытая металлочерепицей, с уклоном 25 градусов. Регион – Подмосковье, тип грунта – влажные суглинки с коэффициентом пористости 0,5. Фундамент выполняется из мелкозернистого бетона, толщина стенки фундамента для расчета равна толщине стены.
Определение глубины заложения фундамента
Глубина заложения зависит от глубины промерзания и типа грунта. В таблице приведены справочные величины глубины промерзания грунта в различных регионах.
Таблица 1 – Справочные данные о глубине промерзания грунта
Глубина заложения фундамента в общем случае должна быть больше глубины промерзания, но есть исключения, обусловленные типом грунта, они указаны в таблице 2.
Таблица 2 – Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта
Глубина заложения фундамента необходима для последующего расчета нагрузки на почву и определения его размеров.
Определяем глубину промерзания грунта по таблице 1. Для Москвы она составляет 140 см. По таблице 2 находим тип почвы – суглинки. Глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Исходя из этого глубина заложения фундамента для дома выбирается 1,4 метра.
Расчет нагрузки кровли
Нагрузка кровли распределяется между теми сторонами фундамента, на которые через стены опирается стропильная система. Для обычной двускатной крыши это обычно две противоположные стороны фундамента, для четырехскатной – все четыре стороны. Распределенная нагрузка кровли определяется по площади проекции крыши, отнесенной к площади нагруженных сторон фундамента, и умноженной на удельный вес материала.
Таблица 3 – Удельный вес разных видов кровли
Расчет снеговой нагрузки
Снеговая нагрузка передается на фундамент через кровлю и стены, поэтому нагружены оказываются те же стороны фундамента, что и при расчете крыши. Вычисляется площадь снежного покрова, равная площади крыши. Полученное значение делят на площадь нагруженных сторон фундамента и умножают на удельную снеговую нагрузку, определенную по карте.
Расчет нагрузки перекрытий
Перекрытия, как и крыша, опираются обычно на две противоположные стороны фундамента, поэтому расчет ведется с учетом площади этих сторон. Площадь перекрытий равна площади здания. Для расчета нагрузки перекрытий нужно учитывать количество этажей и перекрытие подвала, то есть пол первого этажа.
Площадь каждого перекрытия умножают на удельный вес материала из таблицы 4 и делят на площадь нагруженной части фундамента.
Таблица 4 – Удельный вес перекрытий
Расчет нагрузки стен
Нагрузка стен определяется как объем стен, умноженный на удельный вес из таблицы 5, полученный результат делят на длину всех сторон фундамента, умноженную на его толщину.
Таблица 5 – Удельный вес материалов стен
Предварительный расчет нагрузки фундамента на грунт
Нагрузку фундамента на грунт расчитывают как произведение объема фундамента на удельную плотность материала, из которого он выполнен, разделенное на 1 м 2 площади его основания. Объем можно найти как произведение глубины заложения на толщину фундамента. Толщину фундамента принимают при предварительном расчете равной толщине стен.
Таблица 6 – Удельная плотность материалов фундамента
Расчет общей нагрузки на 1 м 2 грунта
Результаты предыдущих расчетов суммируются, при этом вычисляется максимальная нагрузка на фундамент, которая будет больше для тех его сторон, на которые опирается крыша.
Условное расчетное сопротивление грунта R0 определяют по таблицам СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений».
Из расчета видно, что нагрузка на грунт находится в пределах допустимой.
Сбор нагрузок на фундамент. Как рассчитать, примеры
Статья рассказывает, как выполнить сбор нагрузок на фундамент, а также содержит примеры, как рассчитать нагрузки от каркасно-щитового дома с мансардой с размерами в плане 6х9 м.
Содержание статьи:
1. Классификация воздействий на фундамент
Нагрузки на основание бывают постоянные Pd и временные (длительные Pl, кратковременные Pt, особые Ps).
вес частей сооружений, в том числе несущих и ограждающих строительных конструкций.
вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование, вес стационарного оборудования, заполняющих его жидкостей, твердых тел и др.
воздействия от людей (животных, оборудования) на перекрытия, от подвижного подъемно-транспортного оборудования, от транспортных средств и климатические (снеговая, ветровая и т.д.).
Чтобы правильно рассчитать воздействие на фундамент, необходимо выполнить сбор всех нагрузок. В примерах, приведенных в этой статье, учтены те виды воздействия, которые принципиальны при расчете фундамента из винтовых свай для объектов ИЖС.
2. Постоянные нагрузки. Как рассчитать вес частей сооружения?
Чтобы посчитать вес строения, нужно знать только удельный вес материалов и их объемы. Такие данные с легкостью могут предоставить поставщики строительных материалов.
При выполнении расчетов можно также использовать усредненные значения удельного веса конструкций. Для удобства они приведены в таблице 2.
Удельный вес 1 м 2 стены
Каркасные стены толщиной 200 мм с утеплителем
Стены из бревен и бруса
Кирпичные стены толщиной 150 мм
Железобетон толщиной 150 мм
Удельный вес 1 м 2 перекрытий
Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м 3
Чердачное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м 3
Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м 3
Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м 3
Удельный вес 1 м 2 кровли
Кровля из листовой стали
Кровля из гончарное черепицы
Согласно п. 4.2. СП 20.13330.2011 расчетное значение нагрузки определяется как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке (γf) для веса строительных конструкций, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию:
Конструкции сооружений и вид грунтов
Коэффициент надежности, γf
Бетонные (со средней плотностью свыше 1600 кг/м), железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные
Бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м, изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки, стяжки и т.п.), выполняемые:
в заводских условиях
на строительной площадке
В природном залегании
На строительной площадке
Выполним расчеты на примере каркасно-щитового дома с мансардой с размерами в плане 6х9 м:
Чтобы посчитать вес от стен дома необходимо вычислить их периметр. Периметр наружных стен + внутренние стены: Р=47 м, среднюю высоту стен примем h=4,5 м. Тогда вес от конструкции стен будет равен: Р х h х удельный вес материала стен.
47 м х 4,5 м х 70 кг/м 2 = 14 805 кг = 14,8 т.
Далее посчитаем вес крыши. Принимаем, что вес крыши (деревянная стропильная система с покрытием из металлочерепицы) равен 40 кг/м 2 (суммарный вес металлочерепицы, обрешетки, стропилы). Тогда вес крыши будет равен:S крыши х удельный вес 1 м 2 .
Также необходимо посчитать вес от перекрытий. Принимаем, что вес деревянного пола вместе с утеплителем будет равен 100 кг/м 2 . Тогда вес от перекрытий будет равен:S перекрытия*удельный вес*количество.
После того как выполнены все необходимые расчеты, полученный вес сооружения умножаем на коэффициент надежности, о котором мы говорили ранее (в расчете для каркасно-щитового дома коэффициент принимаем равным 1,1 – для деревянных конструкций):
Нагрузка от самого здания составит 32,2 т. Этот вес принят условно, без вычета дверных и оконных проемов.
Сбор нагрузок на фундамент — пример
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.
Какие воздействия испытывает фундамент и их определение
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:
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
Чтобы рассчитать постоянные нагрузки, потребуется знать:
Совет! Для начала рекомендуется нарисовать схему дома, на которой будут нанесены габариты здания, размеры его конструкций. Далее можно воспользоваться таблицей, в которой приведены массы для основных материалов и конструкций.
| 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 |
Также потребуется рассчитать собственную массу фундамента дома. Перед этим нужно определиться с глубиной его заложения. Она зависит от следующих факторов:
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.
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:
Далее рассмотрен пример расчета в табличной форме.
| 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 (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.
Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.
Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.