Прямоугольный фундамент с соотношением длины к ширине менее 4

Обновлено: 16.05.2024

Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83)

РАЗРАБОТАНО Ленпромстройпроектом - канд. техн. наук М.Б.Липницкий, В.А.Егорова; совместно с ЦНИИпромзданий - кандидаты техн. наук Н.А.Ушаков, А.М.Туголуков, Ю.В.Фролов; ПИ-1 - канд. техн. наук А.Л.Шехтман, А.В.Шапиро; НИИЖБом - кандидаты техн. наук Н.Н.Коровин, М.Б.Краковский; НИИОснований - д-р техн. наук Е.А.Сорочан.

Рекомендовано к изданию решением технического совета Ленпромстройпроекта Госстроя СССР.

УТВЕРЖДЕНО приказом Ленпромстройпроекта от 14 декабря 1984 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие разработано к СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" и СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений".

В Пособии содержатся основные положения по проектированию монолитных и сборных фундаментов под железобетонные и стальные колонны, их расчет и конструирование; приводятся указания по выбору оптимального варианта проектирования фундаментов, расчет и проектирование анкерных болтов и приемы армирования фундаментов.

Для облегчения труда проектировщиков приведены графики и таблицы для определения размеров фундаментов, примеры расчета и конструирования различных типов фундаментов.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Настоящее Пособие, разработанное к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83, распространяется на проектирование отдельных железобетонных фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений.

1.2. Проектирование оснований зданий и сооружений, то есть подбор размеров подошвы фундамента из расчета оснований, рекомендуется выполнять в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и "Пособием по проектированию оснований зданий и сооружений" (к СНиП 2.02.01-83).

1.3. Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений, должны устанавливаться расчетом, как правило, исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания или фундамента и основания. Учет нагрузок и воздействий в расчетах оснований рекомендуется выполнять в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и "Пособием по проектированию оснований зданий и сооружений".

1.4. Проектирование фундаментов, эксплуатирующихся в агрессивной среде, производится с учетом требований СНиП 2.03.11-85.

1.5. Применяемые в строительстве железобетонные фундаменты могут быть представлены следующими типами:

монолитные с применением многооборачиваемой инвентарной опалубки (черт.1, 2);

Правильные пропорции дома.

Сразу хочу оговориться, что точка зрения описанная в статье описывает общие принципы гармоничного восприятия домостроений. И если чей-то проект не вписывается в принцип описанный ниже это вовсе не означает, что проект неудачный.

Итак, с древних времен, люди искали гармонию. Гармонию во всех проявлениях окружающего мира и явлений. Какой человек воспринимается нами как наиболее гармонично сложенный, какие пропорции здания, вещи, предмета или явления окружающего мира наиболее комфортно воспринимаются нашим взглядом.

Результатом поисков гармонии стало понимание о так называемом "золотом сечении" - соотношении величин воспринимаемым человеком, как идеальное. Причем величинами могут быть не только линейные размеры, но и угловые размеры, объемы, временные интервалы и математические величины.

Пропорции золотого сечение часто встречаются в природе. Люди, чьи пропорции вписываются в золотое сечение подсознательно воспринимаются нами как хорошо сложенные А архитектуре пропорции золотого сечения используются с античных времен Пропорции золотого сечение часто встречаются в природе.

В данной статье я не буду подробно рассказывать о всех теоретических выкладках, связанных с золотым сечением, скажу одно - это действительно "работает", причем, работает во всех сферах жизни.

Примеры "работы" золотого сечения можно найти во многих природных явлениях, пропорциях человеческого тела, в математике и даже на финансовых рынках.

Чтобы не утомлять читателя формулами и определениями, работает принцип очень просто:

Если нам необходимо разделить какой-либо отрезок на две части, наиболее гармоничным нами будет восприниматься разделение, при котором две полученные части соотносятся друг с другом как 1,618.

Применительно в теме статьи, этот принцип широко используется в архитектуре и дизайне. Так, в идеале, геометрические размеры, объемы, наполнения и свободные пространства должны соотносится с коэффициентом 1,618.

В практике частного домостроения можно использовать данный коэффициент для определения общих пропорций дома. Наиболее гармонично смотрятся дома у которых отношение ширины к высоте составит значение 1,618.

Дом у которого реальная высота будет выбиваться из золотого сечения в большую сторону могут восприниматься нами как непропорциональные. Еще раз оговорюсь, что не всегда размеры, форма участка или иные моменты позволяют вписать дом в золотое сечение. Это отнюдь не означает что дом неэстетичен. Кроме того очень часто архитектурная концепция поселка подразумевает именно непропорциональные дома.

В двух домах, из-за особенностей участка,не соблюдены пропорции. В доме справа ситуация исправлялась внешней отделкой и вальмовой крышей. В двух домах, из-за особенностей участка,не соблюдены пропорции. В доме справа ситуация исправлялась внешней отделкой и вальмовой крышей.

Пропорции одноэтажных домов, как правило, ближе к золотому сечению чем двух- или трехэтажные, и потому, воспринимаются нами как более уютные.

Если же по различным причинам нам не удается вписать дом в золотое сечение, можно изменить ситуацию внешней отделкой или архитектурными элементами. При этом опять-же используем принцип золотого сечения. В качестве примера можно привести очень популярный проект комбинированного дома из камня и дерева.

Как видно высота и ширина дома соотносятся совсем не пропорциях золотого сечения. И вместе с тем, дом смотрится гармонично. Причина проста - в доме использованы две абсолютно разные фактуры - камень и дерево. Причем соотношение площадей поверхностей одного и другого материала соотносится примерно в пропорциях золотого сечения.

В общем, когда будете выбирать проект, или думать об отделке фасада дома, держите этот простой прием в голове!

Столбчатый фундамент

Эта статья продолжает цикл публикаций, посвящённых строительству фундаментов. Настало время уделить внимание столбчатому фундаменту, разобраться, в каких условиях он покажет свои лучшие характеристики, понять, как он устроен и по какому принципу работает, изучить основные технологические операции по его возведению.

Особенности столбчатых фундаментов

Столбчатый фундамент можно считать младшим братом более индустриального свайного фундамента, так как он имеет схожую конструкцию и принцип работы. В обоих случаях по осям здания располагается система отдельных вертикальных опор прямоугольного или круглого сечения, которые есть во всех точках пересечения несущих стен, по углам, под особо нагруженными участками (каменные печи, межкомнатные перегородки основания лестничных маршей, колонны). И там и там может применяться ростверк для связки основных элементов фундамента, пространство между стойками заполняется — выполняется так называемая «забирка».

Главное отличие заключается в следующем — столбы не заводят ниже глубины промерзания (это уже будут сваи, длина которых в земле стартует с 2 метров), поэтому они оказывают только подошвенное сдавливающее воздействие на грунт, тогда как сила трения в зоне боковых стенок имеет незначительные показатели. Исходя из этого обстоятельства, технологически столбчатый фундамент может быть не только цельным/монолитным, но и собираться из готовых штучных элементов. Согласитесь, выполнить кирпичную кладку, например, в трёхметровом шурфе просто нереально, а при заглублении в 40–70 см — без проблем.

Фото prom.ua Фото prom.ua

Столбчатый фундамент имеет свои явные преимущества:

сравнительно невысокая стоимость — он примерно в 1,5–2 раза дешевле своего прямого конкурента, мелкозаглублённого ленточного монолитного фундамента (меньше материалов и земляных работ, не нужна техника);
малая трудоёмкость;
строить его можно даже в одиночку, поэтапно изготавливая отдельные элементы.

Естественно, этот фундамент не является универсальным, иначе все бы строили на столбах, и просто не существовало бы других вариантов. Не будем называть это его недостатком, правильнее будет — специфика.

Из-за небольшой суммарной опорной поверхности столбчатый фундамент не может корректно передать на грунт массу тяжёлого дома. Сжимающие силы под подошвами опор оказываются настолько велики, что основание не способно выдержать вес строения, требуется увеличение количества столбов и площади их поперечного сечения, что нейтрализует экономическую выгоду от применения такого фундамента. Поэтому столбчатые фундаменты целесообразно применять только для лёгких домов из древесины (каркасных, из бруса, из бревна), для строений из облегчённых минеральных материалов, только если они небольшие, малоэтажные, с деревянными перекрытиями. В любом случае, нагрузки и сопротивляемость грунта следует считать, об этом будет ниже.

Вытекающее из первого пункта ограничение — нельзя такой фундамент закладывать на водонасыщенных, слабонесущих и пучинистых грунтах. Заболоченные и слабонесущие основания не могут выдержать концентрированных нагрузок и просаживаются, а возможные силы морозного пучения легко преодолевают небольшую загруженность фундамента от лёгкого здания (с весовым моментом мы уже определились). На рыхлых нестабильных участках лучше работают сваи, которые либо «достают» до плотных пород, либо, благодаря своей длине и большой наружной поверхности, цепляются, используя силы трения.

Опасно использовать столбы на крутых склонах (если перепад высот под домом приближается к 1,5–2 метрам). В таких условиях слишком активно действуют горизонтально направленные сдвигающие силы, которые способны просто опрокинуть строение. Тем более что глубина залегания столбчатого фундамента маленькая по определению, а, следовательно, и цепляется дом за основание сравнительно слабо.

Конструктивно этот фундамент не предполагает устройства заглублённых помещений. Если нужен подвал или подземный гараж, то лучше (во всех отношениях выгоднее) возвести монолитную, либо сборную ленту, которая сама по себе будет формировать стены в грунту.

Ну, и чтобы завершить наше вступление, заметим, что конструктивно и по материалу изготовления столбчатые фундаменты разделяют на:

деревянные (в шурфе располагают брёвна со всевозможными расширениями на торце — стулья);
сборные (кладка из обожжённого кирпича, готовые железобетонные изделия);
монолитные (самые надёжные, бетон заливают в скважину непосредственно на участке);
бутобетонные (в раствор вводится бутовый камень).

Проектирование столбчатого фундамента

Разработка конструкции фундамента — это наиболее сложная и очень ответственная задача для частного застройщика. Ведь нам нужно учесть массу важнейших моментов, главными среди них будут свойства грунта, на котором мы возводим дом, а также уровень нагрузок, которые будет оказывать на дом во время эксплуатации. В статье «Ленточный фундамент. Часть 1: типы, грунты, проектирование, стоимость» мы очень подробно рассказали о том, как рассчитать нагрузки, а также определить тип и, соответственно, несущие характеристики грунта. Что касается столбчатого фундамента, то здесь проектировочных вопросов никак не меньше.

Длина столбчатых опор

Уже было сказано, что столбчатый фундамент закладывают выше глубины промерзания. При качественном исполнении каждой единичной опоры, уже при глубине заглубления фундамента в 40–50 см дом нормально зацепится за естественное основание. Есть смысл углубиться на несколько десятков сантиметров, только если ниже располагаются более устойчивые пласты и на них можно опереться. Стойки, проходящие ниже глубины промерзания, давайте всё же отнесём к набивным сваям и поговорим о них в следующей статье.

Теперь о высоте над землёй. Чтобы на достаточное расстояние удалить пол и стеновые конструкции от земли, оголовки столбов примерно на 30–50 см поднимают над поверхностью. Это положительно сказывается на влаго- и теплоизоляции первого перекрытия, позволяет создать цоколь в виде забирки, и тем самым защитить нижнюю часть деревянных стен.

Сечение столбов

Сборный столбчатый фундамент придётся устраивать в прямоугольном или квадратном шурфе, монолит можно изготовить круглого сечения, а следовательно, применить для разработки грунта буры, облегчающие работу, и позволяющие уйти от использования съёмной опалубки.

В большинстве случаев сечение опор делают неравномерным — внизу организовывают расширение, а к поверхности выходят с меньшим поперечным размером. Благодаря такой конструкции увеличивается суммарная площадь опоры всего фундамента и снижается нагрузка на грунт. Вариантов несколько:

Для деревянного столба это «стулья» (перпендикулярно расположенные к стойкам отрезки брёвен), пятно бетона на дне скважины, куда торцом «насырую» утапливается опора, иногда в каждую выборку просто укладывают крупный плоский камень.
Для кирпичного фундамента это расширенные 3–4 ряда в два кирпича, тогда как последующие ряды кладутся в полтора кирпича или в один кирпич.
Монолитные столбы могут стартовать с плоской плиты толщиной примерно в 100–150 мм, которая на 200–250 мм шире самой стойки, в известной технологии ТИСЭ опорная платформа получается сферической.
Для сборного фундамента ЖБ иногда применяют более крупные блоки, или, например, элементы ФЛ.

К оголовку столбы выводят шириной, как правило, не более 60 см, тогда как минимум составляет 200 мм (для стоек с несъёмной стальной оболочкой). В среднем же самым распространённым и технически оправданным считается сечение столба в 40–50 см.

Количество столбов, расстояние между опорами

На практике стойки фундамента удаляются друг от друга на расстояние от 1,5 до 3 метров. Точные показатели можно получить, если мы знаем, сколько нужно использовать столбов. Для проведения необходимых вычислений мы должны понять, какой вес передаётся от каждой подошвы, и какую массу способен выдерживать грунт.

Сначала высчитываем опорную площадь столба:

для квадратной стойки/плиты с сечением 40x40 см — это 1600 см2 (перемножаем стороны сечения);
круглую подошву, например, диаметром 40 см, рассчитаем по формуле S = πr2 (3,14 * 202 = 1256 см2), или как вариант — S = 3,14D2/4.

Разбираемся с типом грунта (особое внимание уделяем слоям, которые примут нагрузку — от 50 см и ниже). По таблице определяем несущую способность основания. Например, суглинки средней твёрдости/пластичности успешно сопротивляются нагрузкам в 2,5 кг/см2.

Выходит, что квадратного сечения столб с подошвой 40 см должен нагружаться на плотных суглинках не более чем на 4 тонны (1600 * 2,5 = 4000 кг).

Чтобы вы увидели соотношение типа почвы и проектной нагрузки на отдельный столб, приведём ещё примеры для стойки того же сечения: если строим на пластичных суглинках (несущая способность в среднем составляет 1,5 кг/см2) — грузить можно не более 2,4 тонны, для очень мокрых песков (1 кг/см2) — не более 1,6 т.

Зная общий вес всех строительных конструкций здания, добавив к этому массу возможного снежного покрова и эксплуатационные нагрузки (люди, предметы интерьера…), получим расчётную массу строения. Для примера возьмём дом 100 тонн.

При несущей способности грунта 2,5 кг/см2 дом массой 100 тонн необходимо будет установить не менее чем на 25 столбов (100 т./4 т. = 25 шт.).

Если наше гипотетическое здание имеет площадь 10x10 метров, при этом есть одна центральная несущая стена, то суммарная длина всех осей фундамента составит 50 м. п. — это нагрузка 2 тонны на один погонный метр. Зная, сколько максимально должен нести один столб (в нашем случае это 4 т.), можем предварительно высчитать минимально допустимое расстояние между опорами — 4 т./2 т. = 2 метра.

Разметка и подготовительные работы

Перед началом работ необходимо в обязательном порядке: произвести исследования грунта, сделать замеры перепадов высот, создать план-схему фундамента, выполнить временный водоотвод в виде дренирующих канав, очистить площадку от дёрна.

Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83)

Рекомендовано к изданию решением технического совета Ленпромстройпроекта Госстроя СССР.

УТВЕРЖДЕНО приказом Ленпромстройпроекта от 14 декабря 1984 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.5. Применяемые в строительстве железобетонные фундаменты могут быть представлены следующими типами:

монолитные с применением многооборачиваемой инвентарной опалубки (черт.1, 2);

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 3)

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются исходя из условий:

p ≤ R;

(5.50) p_max ≤ 1,2R;

(5.51) p c _max ≤ 1,5R,

(5.52)

где р — среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; p_max — максимальное краевое давление под подошвой фундамента; р c _max — то же, в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях; R — расчетное сопротивление грунта основания.

Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции площади подошвы определяется по формуле

(5.53)

где N — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его обрезах, кН; A — площадь подошвы фундамента, м 2 ; М_х — момент сил относительно центра подошвы фундамента, кН·м; y — расстояние от главной оси инерции, перпендикулярной плоскости действия момента сил, до наиболее удаленных точек подошвы фундамента, м; I_x — момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси, м 4 .

Для прямоугольных фундаментов формула (5.53) приводится к виду

(5.54)

где W_x — момент сопротивления подошвы, м 3 ; e_x = M_x/N — эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, м; l — размер подошвы фундамента в направлении действия момента, м.

При действии моментов сил относительно обеих главных осей инерции давления в угловых точках подошвы фундамента определяется по формуле

(5.55)

или для прямоугольной подошвы

(5.56)

где М_х, M_y, I_х, I_y, e_x, e_y, x, у — моменты сил, моменты инерции подошвы эксцентриситеты и координаты рассматриваемой точки относительно соответствующих осей; l и b — размеры подошвы фундамента.

Условия (5.50)—(5.52) обычно проверяются для двух сочетаний нагрузок, соответствующих максимальным значениям нормальной силы или момента.

Относительный эксцентриситет вертикальной нагрузки на фундамент ε = е/l рекомендуется ограничивать следующими значениями:

ε_u = 1/10 — для фундаментов под колонны производственных зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше и открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью более 15 т, для высоких сооружений (трубы, здания башенного типа и т.п.), а также во всех случаях, когда расчетное сопротивление грунтов основания R < 150 кПа;

ε_u = 1/6 — для остальных производственных зданий с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад;

ε_u = 1/4 — для бескрановых зданий, а также производственных зданий с подвесным крановым оборудованием.

Форма эпюры контактных давлений под подошвой фундамента зависит от относительного эксцентриситета (рис. 5.25): при ε < 1/6 — трапециевидная (если ε = 1/10, соотношение краевых давлений p_min/p_max = 0,25), при ε = 1/6 — треугольная с нулевой ординатой у менее загруженной грани подошвы, при ε > 1/6 — треугольная с нулевой ординатой в пределах подошвы, т.е. при этом происходит частичный отрыв подошвы.

Рис. 5.25. Эпюры давлений под подошвой фундамента при действии центральной и внецентренной нагрузки

В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле

(5.57)

где b — ширина подошвы фундамента; l₀ = l /2 – e — длина зоны отрыва подошвы (при ε = 1/4, l₀ = 1,4).

Следует отметить, что при отрыве подошвы крен фундамента нелинейно зависит от момента.

Распределение давлений по подошве фундаментов, имеющих относительное заглубление λ = d/l > 1, рекомендуется находить с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента. При этом допускается применять расчетную схему основания, характеризуемую коэффициентом постели (коэффициентом жесткости). В этом случае краевые давления под подошвой вычисляются по формуле

(5.58)

где i_d — крен заглубленного фундамента; c_i — коэффициент неравномерного сжатия.

Пример 5.11. Определить размеры фундамента для здания гибкой конструктивной схемы без подвала, если вертикальная нагрузка на верхний обрез фундамента N = 10 МН, момент M = 8 МН·м, глубина заложения d = 2 м. Грунт — песок средней крупности со следующими характеристиками, полученными по испытаниям: е = 0,52; φ_II = 37°; c_II = 4 кПа; γ = 19,2 кН/м 3 . Предельное значение относительного эксцентриситета ε_u = е/l = 1/6.

Решение. По табл. 5.13 R₀ = 500 кПа. Предварительные размеры подошвы фундамента определим исходя из требуемой площади:

м 2 .

Принимаем b · l = 4,2 · 5,4 м ( A = 22,68 м 2 ).

Расчетное сопротивление грунта по формуле (5.29) R = 752 кПа. Максимальное давление под подошвой

кПа < 1,2 R = 900 кПа.

Эксцентриситет вертикальной нагрузки

м,

Таким образом, принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям, ограничивающим краевое давление и относительный эксцентриситет нагрузки.

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 1)

Основные размеры фундаментов мелкого заложения (глубина и размеры подошвы) в большинстве случаев определяются исходя из расчета оснований по деформациям, который включает:

– подсчет нагрузок на фундамент;
– оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; определение нормативных и расчетных значений характеристик грунтов;
– выбор глубины заложения фундамента;
– назначение предварительных размеров подошвы по конструктивным соображениям или исходя из условия, чтобы среднее давление на основание равнялось расчетному сопротивлению грунта, приведенному в табл. 5.13;
– вычисление расчетного сопротивления грунта основания R по формуле (5.29), изменение в случае необходимости размеров фундамента с тем, чтобы обеспечивалось условие p ≤ R ; в случае внецентренной нагрузки на фундамент, кроме того, проверку краевых давлений;
– при наличии слабого подстилающего слоя проверку соблюдения условия (5.35);
– вычисление осадок основания и проверку соблюдения неравенства (5.28); при необходимости корректировку размеров фундаментов.

В случаях, оговоренных в п. 5.1, выполняется расчет основания по несущей способности. После этого производятся расчет и конструирование самого фундамента.

А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Определение размеров подошвы фундамента по заданному значению расчетного сопротивления грунта основания. Обычно вертикальная нагрузка на фундамент N₀ задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента будет:

p = N₀/A + d,

(5.39)

где — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое обычно равным 20 кН/м 3 ; d и А — глубина заложения и площадь подошвы фундамента.

Если принять p = R , получим следующую формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:

A = N₀/(R – d).

(5.40)

Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b , получим:

b 2 = N₀/[η(R – d)].

(5.41)

Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес N_f , а также вес грунта на его обрезах N_g и проверяют давление по подошве:

p = (N₀ + N_f + N_g)/(bl) ≤ R.

(5.42)

Определение размеров подошвы фундамента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания. Как видно из формулы (5.29), расчетное сопротивление грунта основания зависит от неизвестных при проектировании размеров фундамента (глубины его заложения d и размеров в плане b×l ), поэтому обычно эти размеры определяются методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимают размеры фундамента по конструктивным соображениям или из условия (5.41), т.е. принимая R = R₀ .

Однако необходимые размеры подошвы фундамента можно определить за один прием. Из формулы (5.41)

ηb 2 (R – d) – N₀ = 0 ,

а с учетом формулы (5.29) при b < 10 м (когда k_z = 1)

(5.43)

Уравнение (5.43) приводится к виду:

для ленточного фундамента

a₀b 2 + a₁b = n₀ = 0;

(5.44)

для прямоугольного фундамента

a₀ηb 3 + a₁ηb 2 – N₀ = 0,

(5.45)

;

Решение квадратного уравнения (5.44) производится обычным способом, а уравнения (5.45) — методом последовательного приближения или по стандартной программе.

После вычисления значения b с учетом модульности и унификации конструкций принимают размеры фундамента и проверяют давление по его подошве по формуле (5.42).

Пример 5.7. Определить ширину ленточного фундамента здания жесткой конструктивной схемы без подвала ( d_b = 0). Отношение L/H = 1,5. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Нагрузка на фундамент на уровне планировки n₀ = 900 кН/м. Грунт — глина с характеристиками, полученными при непосредственных испытаниях: φ_II = 18°, c_II = 40 кПа, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , I_L = 0,45.

Решение. по табл. 5.10 имеем: γ_с1 = 1,2 и γ_с2 = 1,1; по табл. 5.11 при φ_II = 18°; М_γ = 0,43; М_q = 2,73; М_c = 5,31. Поскольку характеристики грунта приняты по испытаниям, k = 1.

Для определения ширины фундамента b предварительно вычисляем:

;

Подставляя эти значения в формулу (5.44), получаем 10,22 b 2 + 370,1 b – 900 = 0, откуда

м.

Принимаем b = 2,4 м.

Пример 5.8. Определить размеры столбчатого фундамента здания гибкой конструктивной схемы ( γ_с2 = 1). Соотношение сторон фундамента η = l/b = 1,5, нагрузка на него составляет: N₀ = 4 МН = 4000 кН. Грунтовые условия и глубина заложения те же, что и в предыдущем примере.

Решение. Вычисляем:

Затем, подставляя в уравнение (5.45) полученные величины (13,93 b 3 + 499,22 b 2 – 4000 = 0) и решая его по стандартной программе, находим b = 2,46 м, тогда l = 1,5 b = 3,7 м.

Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,5×3,7 м.

Определение размеров подошвы фундамента при наличии слабого подстилающего слоя. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания (на глубине z от подошвы фундамента) слоя грунта с худшими прочностными свойствами, чем у лежащего выше грунта, размеры фундамента необходимо назначать такими, чтобы обеспечивалось условие (5.35). Это условие сводится к определению суммарного вертикального напряжения от внешней нагрузки и от собственного веса лежащих выше слоев грунта ( σ_z = σ_zp + σ_zg ) и сравнению этого напряжения с расчетным сопротивлением слабого подстилающего грунта R применительно к условному фундаменту, подошва которого расположена на кровле слабого грунта.

Пример 5.9. Определить размеры столбчатого фундамента при следующих инженерно-геологических условиях (см. рис. 5.24). На площадке от поверхности до глубины 3,8 м залегают песни крупные средней плотности маловлажные, подстилаемые суглинками. Характеристики грунтов по данным испытаний: для песка φ_II = 38°, с_II = 0, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , E = 40 МПа; для суглинков φ_II = 19°, с_II = 11 кПа, γ_II = 17 кН/м 3 , E = 17 МПа. Здание — с гибкой конструктивной схемой без подвала ( d_b = 0). Вертикальная нагрузка на фундамент на уровне поверхности грунта N₀ = 4,7 MH. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Предварительные размеры подошвы фундамента примяты исходя из R = 300 кПа (табл. 5.13) равными 3×3 м.

Решение. по формуле (5.29) с учетом табл. 5.11 и 5.12 получаем;

кПа.

Для определения дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки на кровле слабого грунта предварительно находим:

среднее давление под подошвой

p = N₀/b 2 + d = 4,7 · 10 3 /3 2 + 20 · 2 = 520 + 40 = 560 кПа;

дополнительное давление на уровне подошвы

По табл. 5.4 при ζ = 2z/b = 2 · 1,8/3 = 1,2 коэффициент α = 0,606. Тогда дополнительное вертикальное напряжение па кровле слабого слоя от нагрузки на фундамент будет:

Ширина условного фундамента составит:

м.

Для условного фундамента на глубине z = 1,8 м при γ_c1 = γ_c2 = k = 1 расчетное сопротивление суглинков по формуле (5.29) будет:

R_z = 0,47 · 4 · 17 + 2,88 · 3,8 · 18 + 5,48 · 11 = 30 + 196 + 60 = 286 кПа.

Вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z = 3,8 м

Проверяем условие (5.35):

315 + 62 = 377 > R_z = 286 кПа,

т.е. условие (5.35) не удовлетворяется и требуется увеличить размеры фундамента. Расчет показал, что в данном случае необходимо принять b = 3,9 м.

СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. Часть 4

s _zp,i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-₁ и нижней z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента (см. пп. 2-4);

h_i и Е_i - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных 2 напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.

1 В настоящем приложении, кроме специально оговоренных случаев, приняты следующие единицы:

для линейных величин – м (см), для сил – кН (кгс); для напряжений, давлений и модулей деформации – кПа (кгс/см 2 ); для удельного веса – кН/м 3 (кгс/см 3 ).

2 Далее для краткости слово «нормальное» опускается.

Примечание. При значительной глубине заложения фундаментов расчет осадки рекомендуется производить с использованием расчетных схем, учитывающих разуплотнение грунта вследствие разработки котлована.

2. Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента: s _zp – по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, и s _zp,c – по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, определяются по формулам:

s _zp = a p₀; (2)

s _zp,c = a p₀ / 4, (3)

где a - коэффициент, принимаемый по табл.1 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: о = 2z/b при определении у_zp и о = z/b при определении у_zp,c;

p_{0 =} p - s _zg,₀ - дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b ? 10 м принимается р₀ = р);

р - среднее давление под подошвой фундамента;

s _zg,₀ - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается s _zg,₀ = g _d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой s _zg,₀ = g d_n, где g / - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, d и d_n – обозначены на рис.1).

Рис.1. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве DL – отметка планировки; NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL - уровень подземных вод; В,С - нижняя граница сжимаемой толщи; d и d_n глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b - ширина фундамента; р - среднее давление под подошвой фундамента; р₀ - дополнительное давление на основание; s _zg и s _zg,₀ – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; s _zp и s _zр,₀ – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Н_с – глубина сжимаемой толщи.

Коэффициент a для фундаментов

x = 2z / b

Прямоугольных с соотношением сторон h = l / b, равным

Произведение расчетов, какой ширины должен быть фундамент

При постройке своего собственного дома необходимо помнить о такой важной вещи как правильно сделанная основа. Это связано с тем, что здание будет оказывать давление на фундамент и в том случае если основа слабая, здание будет деформировано, а возможно и разрушено. Перед началом строительства стоит узнать, какой ширины должен быть фундамент, на какую глубину его нужно закладывать, и какую нагрузку выдерживает основа.

Первый шаг к мечте

Чтобы приблизиться к своей мечте, и построить собственный дом, нужно подготовить участок к проведению работ. Сначала нужно избавиться от всех деревьев и кустов, которые находятся по периметру строительного участка. На следующем шаге избавляемся от верхнего слоя почвы, так как, скорее всего он плодородный.

После очистки территории нужно позаботиться о том, чтобы поверхностные воды отходили в сторону и не скапливались на строительном участке. Теперь согласно ранее составленному плану необходимо самостоятельно нанести разметку на участок. Чаще всего строящееся здание привязывают к какому-нибудь объекту. В качестве пунктира может выступать рядом стоящая постройка или дорога.

Разметка фундамента дома

Перейдя непосредственно к разметке, нужно заняться внешними стенами. В качестве разметки можно использовать колышки, изготовленные из металла или дерева.

Когда колья вставлены по углам, по периметру нужно установить обноску. Она поможет при сооружении здания. Обноска – это брусок, прибитый к двум кольям. Важно установить обноску так, чтобы она препятствовала работе.

Второй этап строительства

Закончив с разметкой территории, нужно переходить к следующему этапу. На этом шаге работ нужно вырыть траншеи. Глубина фундамента будет зависеть от вида грунта, с которым придется работать. Что касается формы траншеи, в которую заливается фундамент, то она также будет зависеть от типа почвы. Если грунт имеет плотную структуру, тогда траншея будет вертикальной. В других случаях траншея копается в виде трапеции, чтобы избежать осыпания почвы.

Существует несколько стандартных размеров траншеи:

В песчаной почве глубина должны быть равна 1 м;
В глинистой почве глубина достигает 1,5 м;
В супеси максимальная глубина равна 1,25 м.

Бывают случаи, когда инструкция по установке основы рекомендует изменить глубину. Если это сделать, тогда придется устанавливать дополнительную опалубку или можно вырыть траншею в виде трапеции.

Траншея для фундамента и её наполнение

Чтобы избежать обваливания траншеи из-за влияния погодных условий, необходимо сразу приступать к укладке основы. Если на маленьком участке строится большой дом, тогда нужно вырыть траншею только на половину периметра. Когда ров будет залит ростверком, можно заняться остальной частью. Такой подход связан с размерами участка. Излишки земли некуда убирать.

Если же по некоторым причинам было решено заниматься фундаментом в другой день, рекомендуется ров не докапывать до конца примерно на 10 см. Это поможет сохранить характеристики несущего грунта, если в траншею попадет дождь.

Категорически запрещается досыпать в ров ранее выкопанную землю. Если это сделать, то в будущем начнется неравномерная усадка основания, а это повлечет за собой раскол дома.

При необходимости выравнивания дно рва нужно использовать песок, гравий или качественный уплотнитель. Самым лучшим вариантом является использование кирпичной кладки, которая заливается бетоном.

Влияние глубины будущего фундамента на строительство

Многие малоопытные строители считают, что прочность дома будет лучшей, если глубже установить основу. К сожалению, это ошибочное мнение. Стоит помнить о таком природном явлении как промерзание бокового грунта. При низкой температуре он начинает пучиться. Тем самым воздействует на стенки фундамента.

Если был произведен глубокий монтаж основы дома, тогда при пучении вся основа будет разделена пополам. Нижняя часть останется в земле, а верхняя будет приподнята к верху. Это случается тогда, когда основа изготовлена из кирпичей, камней или блоков. Также может влиять масса дома. Если она слишком маленькая, то будет должным образом воздействовать на основу.

Чтобы предотвратить пучение грунта, лучше всего утеплить отместку. Лучше использовать пенопласт, керамзит или пумпан. Также вместо утепления подойдет каркас из металла, который будет связывать стенки фундамента. Каркас нужно размещать по всей высоте.

Производим расчеты

Чтобы определить какой шириной должен быть фундамент, необходимо произвести расчеты. Любая почва воспринимает нагрузку, которую оказывает здание.

Чтобы произвести правильные расчеты, важно знать о двух основных параметрах:

Вес здания рассчитывается вместе с мебелью и снеговой нагрузкой. Это сделать не сложно. Нужно потратить немного времени, и расчет будет выполнен.
Тип несущего грунта. Так как существует несколько типов грунта, то стоит знать, что все они имеют различную несущую способность.

Теперь можно перейти непосредственно к расчетам. В качестве примера возьмем двухэтажное здание. Расчет дома будем производить без учета подвала. Лучше всего все расчеты производить в килограммах и сантиметрах.

Определим приблизительный вес кровли:

Расчёты веса дома

Крыша изготовлена из дерева, поэтому ее вес будет равен приблизительно 3000 кг;
Кровля будет изготовлена из металлочерепицы, поэтому она составит 800 кг;
Ветровая, а также снеговая нагрузка имеет относительно небольшую массу, поэтому будем считать, что она равна 2000 кг.

Из всего этого следует, что общая масса крыши будет равна 5800 кг.

Теперь стоит рассчитать вес коробки дома, которая будет изготавливаться своими руками:

Для строительства коробки понадобится приблизительно 15 тысяч кирпичей. Вес одного кирпича составляет 4 кг. Умножаем массу на количество кирпичей: 15000*4 в итоге получаем 60 тысяч кг;
При строительстве будет использовано приблизительно 2,5 тысяч ракушечника, один блок которого весит около 15 кг. Умножаем массу на количество: 15*2500 в итоге получаем 80700 кг;
Для изготовления перегородок и капитальных стен будет использовано 12 тысяч красных кирпичей. Вес одного кирпича составляет 3,8 кг. Умножаем массу на количество: 3,8*12000 получаем 45600 кг;
Перекрытие дома изготавливается из железобетонных плит в количестве 34 штук. Вес одной плиты равен 2200 кг. Умножаем массу на количество: 2200*34 получаем 74800 кг;
Вес ракушечника и раствора для укладки кирпича равен 63 тысячи кг;
Вес мебели и оборудования приблизительно равен 5 тысячам кг.

Сложив все полученные результаты, получается, что масса коробки здания будет составлять 329100 кг.

Теперь необходимо произвести расчет массы фундамента и цоколя:

Для строительства цоколя потребуется приблизительно 6,5 тысяч кирпичей. Вес одного красного кирпича составляет 3,8 кг. Умножаем массу на количество: 3,8*6500 получаем 24700 кг;
Для основы будут использованы фундаментные блоки в количестве 20 штук. Фундамент выкладывается в два ряда. Вес одного блока составляет 1600 кг. Значит, 20*2*1600 получаем 64 тысячи кг;
Вес ростверка, изготовленного из бетона, составляет 15840 кг;
Раствор для кирпичей будет весить 1040 кг;
Используемая арматура для ростверка весит 500 кг.

В итоге получается, что масса фундамента и цоколя составит 106080 кг. Общий вес здания с округлением составит 441000 кг.

Теперь нужно узнать, какая будет минимальная ширина подошвы. Чаще всего ширина подошвы будет совпадать с шириной используемого блока. Размер блока составляет 50,0 сантиметров. Длина всего периметра равна 4800 сантиметров.

Умножим периметр на ширину блока, получим площадь опоры дома, которая составит 240 тысяч квадратных сантиметров.

Если здание строится на почве, содержащей глину, тогда можно предположить, что ее пластичность равна 2 килограммам на кв. сантиметр. Поучаем, что площадь сооружения равна 480 тысяч килограмм на 1 кв. сантиметр.

Зная все эти характеристики, можем узнать запас прочности. Отнимаем от максимально допустимой нагрузки массу всего дома: 480000-440989 получаем 39011.

Из всего этого следует, что размер фундамента имеет ширину 50 сантиметров, а запас допустимой массы 39 тонн. При желании можно добавить нагрузку, которая будет не более 39 тонн.

Читайте также: