Расчёт фундаментов мелкого заложения своими руками

Если вы решили построить какое либо сооружение, то без расчётов никуда. Расчёт нужен всегда, причём не только привычный нам расчёт затрат, но и другой. Например, расчёт фундаментов на прочность на деформацию, и так далее. Для того чтобы приступить к расчёту фундамента следует сначала определиться с типом возводимого фундамента. В общем случае их три:

1. Столбчатый;
2. Ленточный;
3. Плитный;

Первые два из трёх фундаментов могут быть как нормально заглубленными, так и малозаглубленными. Плитный фундамент по своей конструкции просто не может быть фундаментом глубокого заложения.

Теперь немного о самих расчётах. Как правило, производят два типа расчётов:

• На прочность;
• На деформации;

Первый расчёт, как фундаментов мелкого заложения, так и фундаментов нормального заложения выполняется для того, чтобы выяснить сможет ли фундамент выдержать весь груз от строения и при этом не просесть и не сломаться.

Как правило, не рассчитывают сам фундамент, а рассчитывают его площадь опоры и, исходя из этого, вычисляют давление, которое оказывается всем строением, включая и самим фундаментом, на единицу площади опоры. Потом это давление сравнивается с несущей способностью грунта и делается соответствующий вывод.

Фундамент мелкого заложения

Что касается расчёта на прочность самого фундамента, то она опускается, а особенно если речь идёт о частном строительстве. Всё дело в том, что даже обычный неармированный бетонный фундамент обладает огромным запасом прочности, которого вполне хватает, чтобы выдержать даже очень тяжёлое строение в два, и даже в три, этажа.

Теперь пару слов о расчётах на деформации фундаментов. Различного рода деформирующие факторы возникают во всех типах фундаментов, как в фундаментах мелкого заложения, так и в фундаментах глубокого заложения. Природа у таких факторов одна и та же.

Для того чтобы рассчитать фундамент на различного рода деформации, которых не мало, нужно обладать некоторыми специализированными знаниями в области строительства, которые относятся к инженерной сфере образования. Как правило, из-за отсутствия таких знаний расчёты не проводятся.

Если же всё-таки очень хочется рассчитать фундамент мелкого заложения на деформации, то лучше всего обратиться за помощью к специалистам – не стоит это делать самостоятельно.

Что такое малозаглубленные фундаменты?

Фундамент мелкого заложения является одной из разновидностей фундаментов. Все малозаглубленные фундаменты можно условно, следует подчеркнуть слово «условно», разделить на три категории:

• Малозаглубленные фундаменты;
• Фундаменты мелкого заложения;
• Незаглубленные фундаменты;

Разницы между ними самими, как собственно и между ними и нормально заглубленными фундаментами в конструктивной части нет. Некоторые различия всё же имеются, однако на расчёт они не оказывают никакого влияния.

Малозаглубленными фундаментами принято называть фундаменты, глубина закладки которых составляет не больше 70 сантиметров. Исключение есть только одно – это столбчатый фундамент, выполненный из ФБС колец. Так как само кольцо по высоте равно 90 сантиметров, то и глубина закладки такого фундамента равна 90 сантиметрам.

Фундаменты мелкого заложения представляют собой столбчатые фундаменты, у которых соотношение длины столба к ширине опорной части не превышает 4.

Например, столбчатый фундамент с длиной столба в 1,5 метра и шириной опорной части в 0,6 м будет являться фундаментом мелкого заложения, а вот фундамент с длиной столба в 0,9 м и шириной опорной части 0,2 метра не будет являться фундаментом мелкого заложения.

Незаглубленными считаются все фундаменты, глубина заложения которых не превышает полуметра.

Расчёт малозаглубленных фундаментов

Траншея под фундамент

Как уже было сказано, расчёт столбчатого или ленточного малозаглубленного фундамента ничем не отличается от такого же расчёта, но нормально заглубленного фундамента.

Для того чтобы рассчитать фундамент на его несущую способность нужно произвести:

• Расчёт массы строения;
• Расчёт площади опоры;
• Расчёт несущей способности грунта

Определение массы строения

Для того чтобы произвести расчёт примерного веса всей конструкции нужно определить вес каждого элемента той конструкции, в том числе и фундаментов мелкого заложения. Элементами конструкции являются:

• Сам фундамент мелкого заложения;
• Пол;
• Стены;
• Перекрытие;
• Стропильная система и покрытие крыши;

Также в общую массу будут входить такие компоненты, как:

• Снеговая нагрузка;
• Нагрузка от внутренних перегородок, людей, мебели, бытовых приборов и так далее;

Масса каждого элемента конструкции высчитывается исходя из того, что можно узнать размеры элементов, материал для их устройства и соответственно плотность этого материала. Размеры позволят узнать объём, который при умножении на плотность даст массу.

Из общей массы необходимо будет вычесть массу тех элементов, в которых будут устроены различные ниши, то есть, например, из массы стены вычесть массу куска, который нужен для устройства двери или окна.

Определение площади опоры

Площадь опоры определяется исходя из размеров фундамента. Если фундамент мелкого заложения имеет столбчатый тип, то можно определить площадь опоры только одного столба, а дальше, в зависимости от способа расчёта, либо умножить её на количество столбов, либо оставить так.

Если же фундамент мелкого заложения имеет ленточный тип, то площадь опоры является площадью подошвы фундамента и расчёт проиводится, как нахождение обычной площади прямоугольника.

Площадь опоры можно выражать в любых удобных для расчётов единицах измерения. Рекомендуется выражать её в килограммах на сантиметр квадратный, так как в большинстве справочников несущая способность грунта дана именно в этих единицах измерения.

Определение несущей способности грунта

Как уже было отмечено, при строительстве частных домов не проводятся многие расчёты, в частности все расчёты на деформации фундаментов. Это связано с тем, что, как правило, частный дом имеет сравнительно небольшие размеры, а значит и небольшую массу.

Однако провести расчёт фундамента мелкого заложения по несущей способности требуется. Для этого потребуется узнать несущую способность грунта. Чтобы узнать несущую способность грунта, не обязательно обращаться в геологическую службу – это можно сделать самостоятельно.

Практически все грунты могут выдержать строение подобного рода, то есть небольшой одноэтажный или даже двухэтажный дом, кроме илистых грунтов и торфяников. Если на вашем участке именно такой тип грунта, то даже не стоит и рассчитывать его, нужно его менять, то есть убирать весь грунт и завозить новый, или же менять место строительства, что гораздо сложнее.

Армирование фундамента

Итак, для определения несущей способности грунта необходимо взять горсть грунта на той глубине, которая соответствует максимальной глубине закладки фундамента. Поскольку речь идёт о фундаментах мелкого заложения, то пробу грунта нужно брать на глубине примерно в 0,7 метра, причём не важно, будет при этом строиться ленточный или же столбчатый фундамент.

После того, как взяли пробу, нужно обильно смочить её водой, но только до той степени, пока грунт ещё не расплывается, то есть просто, чтобы он был влажным. Дальше между ладоней скатываем грунт в катышек. Толщина катышка должна быть примерно 12-15 мм, а длина порядка 15 см. Дальше берём этот катышек и пытаемся свернуть его в кольцо.

Теперь по результату этой несложной операции можно определить тип грунта, а соответственно и его несущую способность. Если катышек развалился на несколько мелких частей, то в руках у нас супесь, если остались пару крупных частей, или же кольцо имеет большие трещины, то перед нами суглинок.

И, наконец, если кольцо получилось сделать, и при этом практически нет трещин, или есть, но они мелкие, то мы имеет дело с глиняным типом грунта.

Теперь, когда известны все данные остаётся дело только за математикой. Стоит напомнить, что расчёт фундаментов мелкого заложения по несущей способности подразумевает проведение расчёта только тогда, когда грунт способен выдержать вес здания, при этом восстановить свою первоначальную форму.

Если же форма не восстанавливается, то происходит деформация грунта, тогда следует проводить расчёт на деформацию грунта или, как было сказано выше, самого фундамента. Однако такие расчёты требуют точных данных о грунте, которые можно получить только лабораторным испытанием, что просто неосуществимо в домашних условиях.

Для того чтобы конкретно показать, как проводятся расчёты, приведём пример такого расчёта фундаментов мелкого заложения по несущей способности грунта.

Пример расчёта

Чтобы произвести расчёт фундаментов нужно иметь некоторые исходные данные.

Исходные данные

Стены и перегородки

Пусть строится дом из пеноблоков в один этаж, при этом он имеет следующие размеры:

• Длина 10 м;
• Ширина 5 м;
• Высота 4 м;

В доме имеется две несущие перегородки, выполненные также из пеноблока, которые имеют следующие размеры:

• Длина каждой равна 3 м;
• Высота каждой равна 4 м;

Пол

Пол везде имеет одинаковое устройство – он залит бетоном, при этом не опирается на фундамент.

Чердачное перекрытие и покрытие крыши

Чердачное перекрытие выполнено из балок перекрытия и деревянной обрешётки. При этом использовался брус с сечением 100х200 в качестве балки. Всего израсходовано 11 брусов по 5,3 метра каждый. Брусы, как и все доски сделаны из сосны.

Обрешётка сплошная. Выполнена из досок толщиной в 3 сантиметра. В качестве утеплителя использовался песок, который рассыпан по всему чердачному перекрытию равномерным слоем толщиной в 5 сантиметров. Также использовалась стекловата.

Стропильная система состоит из брусов сечением 50*100. Крыша имеет два ската, при этом стропилы установлены через каждые 50 сантиметров. Длина каждой стропилы равна 5 метров. Обрешётка выполнена в шахматном порядке досками с толщиной в 25 миллиметров. Покрытие выполнено в виде обычного волнового шифера.

Фундамент

Фундамент возводился ленточного типа. Ширина подошвы рана 40 сантиметрам. Глубина равна 70 сантиметрам.

Весь фундамент сделан из бетона, армирован. При этом использовалась арматура сечением 12 миллиметров. Из арматуры сооружался арматурный каркас, который имеет два пояса из 5 прутьев и перемычек длиной по 25 сантиметров каждая. Перемычки установлены с шагом в 50 сантиметров.

Между собой пояса соединены кусками арматуры длиной 40 сантиметров каждый, установленных с обеих сторон через каждые 50 сантиметров.

Производство расчёта

Итак, расчёт следует начать с того, что найдём последовательно массы всех составных элементов конструкции. Начнём с фундамента.

Масса фундамента

Сказано, что фундамент ленточный. Для нахождения его массы потребуется знать:

• Геометрические размеры:
• Плотность материала;

Узнаем геометрические размеры. Длина фундамента равна периметру здания, то есть сумме длин всех сторон. Найдём периметр:

10+10+5+5+3+3=36 метров.

Здесь две стены по десять метров, две по пять и две перегородки, под которые также будет заливаться фундамент.

Теперь, зная, что высота равна 0,7 метра, а ширина 0,4 метра, можно найти объём, как произведение трёх сторон:

36*0,7*0,4=10,08 кубического метра.

Однако это объём всего фундамента, но поскольку сказано, что фундамент армирован, то нужно из этого объёма вычесть объём арматуры, который необходимо вычислить.

Сказано, что каркас имеет два пояса, каждый из которых имеет пять прутов. По правилам армирования, арматурный каркас не должен доходить до каждого угла примерно полуметра. Значит, всего у нас имеется 4 каркаса на каждой стене. Не трудно посчитать длину каждого каркаса:

10-0,5-0,5=9 метров, и

5-0,5-0,5=4 метра, и два по 2,5 метра. Перегородки соединяются с арматурным каркасом основных стен, но к концу перегородки, арматура также не доходит полметра.

Тогда всего длина поясов равна:

2*(9*2+4*2+2,5*2)=62 метра.

Так как в каждом поясе по пять прутьев, то общая длина прутьев равна:

62*5 = 310 метров.

Теперь вычислим длину перемычек.

Сказано, что они установлены через каждые полметра. Это значит, что на верхнем и нижнем поясе большей стены всего будет перемычек:

9/0,5+1=19 штук, тогда на стене меньшей длины:

4/0,5+1=9 штук, и на перегородках:

2,5/0,5+1=6 штук.

Тогда один верхний пояс содержит всего перемычек:

19*2+9*2+6*2=68 штук. При этом каждая равна 0,25 метра, тогда общая длина равна:

68*0,25=17 метров. Исходя из этого, получим, что общая длина горизонтальных перемычек на всём каркасе равна:

17*2=34 метра.

Теперь посчитаем длину вертикальных перемычек. С одной стороны их столько же, сколько и горизонтальных, так как сказано, что устанавливаются они с тем же шагом. Значит вертикальных перемычек с одной стороны 68 штук, а соответственно и с другой столько же.

Всего выходит 136 перемычек, при этом каждая имеет длину в 40 сантиметров. Отсюда общая длина перемычек равна:

136*0,4=54,4 метра.

Теперь вычислим общую длину арматуры, как сумму всех длин:

310 +34+54,4=388,4 метра.

Теперь, зная сечение и длину арматуры, можно найти объём, для чего воспользуемся школьной формулой нахождения объёма цилиндра, как площадь сечения, умноженная на длину. Для того чтобы узнать площадь сечения нужно воспользоваться формулой площади круга. Узнаем площадь:

3,14*0,000036= 0,00011 квадратного метра.

Теперь умножим на длину всей арматуры и получим объём:

0,00011*388,4= 0,04 кубического метра.

Вычтем эту цифру из общего объёма фундамента, получим:

10,08-0,04-0,04 = 10 кубических метров. Вторая цифра 0,04 взялась из расчёта того, что углы также будут армироваться, но прутья арматуры будут не сгибаться под прямым углом, а идти дугой и заходить на треть длины каждой стены, именно поэтому в самом каркасе они не должны доходить до угла.

Таким образом, мы выяснили, что фундамент состоит из 10 кубических метров цемента с плотностью примерно в 2500 килограмм на метр кубический и 0,08 кубического метра железа плотностью в 7800 килограмм на метр кубический. Зная это, можно легко найти его массу:

10*2500=25000 килограмм, и

0,08*7800=624 килограмм, тогда общая масса фундамента равна 25624 килограмма.

Масса пола

Готовый фундамент

Поскольку сказано, что пол бетонный, но он не опирается на фундамент, значит и учитывать его вес не стоит, так как он не будет оказывать на опорную площадь фундамента никакого давления. Чаще пол зависит от фундаментов, то есть он опирается на них или на цоколь, а тот в свою очередь передаёт нагрузку на фундамент. В нашем случае учитывать массу пола не требуется.

Масса стен

В нашем случае масса стен складывается из двух масс:

• Массы блоков;
• Массы цементного раствора.

Массу цементного раствора можно не учитывать, так как она будет не слишком большой по сравнению с массой блоков. Точно так же можно было поступить и при расчёте фундамента, где была учтена масса арматуры. Практически всегда при расчёте фундаментов не учитывают и массу арматуры, заменяя её объём объёмом бетона.

Масса блоков находится, как количество пеноблоков умноженное на массу одного блока. Тогда найдём общее число затраченных блоков, как общая площадь всех стен, разделённая на площадь покрытия одним блоком.Вторая величина зависит от того, как именно будет ложиться блок.

Он имеет следующие размеры:

• Длина 60 сантиметров;
• Высота 30 сантиметров;
• Ширина 20 сантиметров;

Если блок будет ложиться на ребро, то его площадь покрытия равна:

0,6*0,3=0,18 метра квадратного, а если плашмя, то она равна:

0,6*0,2=0,12 метров квадратных.

Пусть блок кладётся плашмя. Тогда найдём общую площадь стен, как длина каждой стены, умноженная на высоту:

10*4+10*4+5*4+5*4+3*4+3*4=144 квадратных метра. Поскольку один блок, который располагается на углу, покрывает и площадь одной стены, и площадь второй, то его стоило бы не учитывать, однако, поскольку мы не учли массу цемента в швах, то будем считать, что это два разных блока.

Теперь разделим эту площадь на площадь одного блока и получим количество блоков:

144/0,12 =1200 штук.

Вес одного пеноблока в среднем равен 17 килограммам, округлим до 20, тогда получим общий вес стен:

20*1200=24000 килограмма.

Масса перекрытия

Мелкозаглубленный фундамент

Сказано, что всего было затрачено 11 брусов сечением 200х100 по 5,3 метра. Из этих данных легко найти объём брусов:

0,2*0,1*5,3=0,106 кубического метра – один брус, тогда:

0,106*11=1,166 кубического метра все брусы.

Найдём объём всех досок. Сказано, что обрешётка сплошная, значит, вся площадь дома покрыта досками толщиной в 3 сантиметра, тогда найдём объём досок:

10*5*0,03=1,5 кубического метра.

Тогда общий объём деревянной части равен:

1,5+1,166=2,666 метра кубического, а, следовательно, масса досок при их плотности в 800 килограмм на метр кубический (так как все деревянные элементы изготовлены из сосны):

2,666*800=2132,8 килограмма.

Теперь вычислим массу песка, а для этого рассчитаем его объём. Сказано, что песком покрыта вся площадь перекрытия, при этом толщина равна пяти сантиметрам. Зная и площадь, и толщину можно найти объём:

5*10*0,05=2,5 кубического метра. Плотность песка в насыпном состоянии составляет примерно 1500 килограмм на метр кубический, тогда вычислим массу песка:

2,5*1500=3750 килограмм.

Тогда общая масса чердачного перекрытия равна:

3750+2132,8=5882,8

Масса крыши

Сказано, что крыша двухскатная, значит, для устройство нужны пары стропил. Также сказано, что расстояние между ними составляет 0,5 метра, тогда не трудно посчитать, сколько пар стропил потребовалось:

10/0,5+1=21 пара стропил, при этом каждая стропила по длине равна 5 метрам, значит, всего метраж стропил составляет:

21*2*5=210 метров.

Сечение стропил равно 100*50, следовательно, объём всех стропил равен:

0,1*0,05*210=1,05 кубического метра.

Теперь рассчитаем объём досок. Сказано, что обрешётка выполнена в шахматном порядке. Это даёт право считать, что досками будет покрыта ровно половина площади всей крыши, то есть половина от двух скатов. Это означает, что в сумме досками покроется ровно один скат крыши. Осталось узнать размеры ската крыши.

Поскольку сказано, что стропилы имеет в длину 5 метров, то можно считать, что и скат в высоту будет иметь ровно пять метров, по длине он равен длине большей стены, то сеть 10 метрам. Тогда рассчитаем площадь ската, а соответственно и площадь всех досок:

10*5=50 квадратных метров.

Теперь найдём объём досок, как площадь, умноженная на толщину доски:

50*0,025=1,25 кубического метра.

Тогда общий объём деревянной части крыши составит:

1,25+1,05=2,3 метра кубического.

Зная плотность сосны, рассчитаем массу:

2,3*800=1840 килограмм.

Теперь рассчитаем массу шифера. Размер стандартного восьмиволнового листа шифера составляет 175 сантиметров по длине и 113 сантиметров по ширине.

Это значит, что в одном вертикальном ряду одного ската всего поместится:

5/1,75= примерно 3 листа. Округлять нужно для того, что нужно снизу оставить отпуск сантиметров на 15 и для того, что все листы шифера кладутся внахлёст друг на друга.

Тогда в одном горизонтальном ряду будет листов:

Замес бетона

10/1,13=10 листов. Здесь также округлили за счёт наличия нахлёста.

Тогда на один скат потребуется листов:

10*3=30 листов, а соответственно на два:

30*2=60 листов шифера.

Один лист такого шифера при его толщине в 5,3 миллиметра имеет вес примерно 23 килограмма, тогда рассчитаем массу всего шифера:

23*60=1380 килограмм.

Теперь можно посчитать общую массу крыши:

1840+1380=3220 килограмм.

Общая масса строения

Когда найдены массы всех элементов конструкции, можно определить общую массу всего дома, как сумму масс:

25624+24000+5882,8+3220=58726,8 килограмм, то есть примерно 60 тонн.

Определение площади опоры

При определении площади опоры фундаментов нужно понимать, какой фигуры рассчитывается площадь. Если фундамент ленточный, то считать нужно площадь прямоугольника, если столбчатый, то, как правило, площадь равна сумме площадей квадратов.

Если же фундамент столбчатый и выполнен из труб, то площадь опоры находится, как сумма площадей кругов и так далее.

В нашем случае нужно находить площадь прямоугольника, как длина, умноженная на ширину.

Длина фундамента равна периметру, то есть 36 метров. Ширина фундамента дана и она равна 0,4 метра, тогда найдём площадь опоры:

36*0,4= 14,4 квадратного метра, или 144000 квадратных сантиметров.

Определение несущей способности грунта

Поскольку тип грунта мы уже определили, то останется только посмотреть по таблице его несущую способность. Предположим, что у нас суглинок, и его несущая способность равна примерно 2 килограммам на сантиметр квадратный.

Расчёт фундаментов

Теперь зная массу и несущую способность, приступают к расчёту фундаментов по несущей способности. Делается это так: берётся полученная масса и делится на площадь опоры, получим давление от дома, дальше прибавляем давление от мебели, людей и снеговую нагрузку.

В итоге получим общее давление на грунт:

60000/144000=0,4166 килограмм на метр квадратный.

Прибавим к этому числу массу от мебели людей и так далее, что примерно составляет 0,018 килограмм на сантиметр квадратный, получим:

0,4166+0,018=0,4346 килограмм на сантиметр квадратный. Теперь прибавим снеговую нагрузку:

0,4346+0,02=0,4546 килограмм на сантиметр квадратный.

Поскольку несущая способность грунта равна 2 килограмма, то давление оказываемое домом на него мало, чтобы привести к осадке или деформации, значит, такая конструкция и фундамента, и дома может смело возводиться. Если бы давление оказалось выше несущей способности, то , как правило, просто увеличивается площадь опоры фундаментов.