Расчет ленточного фундамента под наружную стену в доме без подвала

Чаще всего частные дома строят на ленточном фундаменте. В этой статье изложен пример расчета ленточного фундамента по второму предельному состоянию, точнее первая его часть – с определением ширины подошвы ленточного фундамента в зависимости от расчетного сопротивления грунта.

В одном расчете всех нюансов не охватить, поэтому тем, кто хочет разобраться с расчетом фундаментов и не упустить ни одной детали, стоит обратиться к «Пособию по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)», стр. 93 – 199.

До того, как приступать к расчету, нужно выяснить, что же нам нужно сделать. Расчеты фундаментов выполняются по первому и по второму предельному состоянию. И в отличие от других конструкций здесь важнее выполнить расчет по второму предельному состоянию (по деформациям основания), а по первому предельному состоянию (по прочности основания) расчет выполнять нужно в редких случаях (см. п. 2.259 пособия). Объясняется такая особенность тем, что возникновение деформаций основания возникнет быстрее, чем нарушение прочности, и эти деформации сразу вызовут разрушение здания. Вообще в расчете ленточного фундамента мы, по сути, выполняем расчет грунтового основания, а не фундамента, и по итогам этого расчета подбираем такую ширину ленты, чтобы основание не деформировалось и не разрушилось.

Расчет выполнен в программе Exel для удобства и возможности повторного использования единожды подготовленного файла. В статье выложены скрины всего расчета и даны пояснения к ним. Скачать файл с расчетом без пояснений в формате pdf можно здесь.

 

Исходные данные для расчета ленточного фундамента.

Исходные данные для расчета ленточного фундамента

Для расчета принят стандартный ленточный фундамент под наружную стену дома. Уровень природного рельефа не совпадает с уровнем будущей планировки срезкой, в расчет можно было не вводить понятие уровня природного рельефа вообще, но т.к. в инженерно-геологическом разрезе все значения завязаны именно на уровне природного рельефа, то намного легче не пересчитывать все данные по грунтам и не плодить возможные ошибки, а просто внести в расчет это значение.

Обратите внимание, что значение А3 должно быть не меньше глубины промерзания грунта. А уровень пола этажа всегда желательно делать выше уровня планировки срезкой (это обусловлено вопросами гидроизоляции и теплотехники).

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 1,2

Классическое начало расчета – это исходные данные. Коэффициентов в нашем расчете не много, точнее он один и равен единице, поэтому в формулах мы его упустим. Геометрия стены была показана выше на рисунке.

Важным моментом является уровень грунтовых вод. Дело в том, что любые грунты в замоченном состоянии, как правило, имеют худшие показатели, чем в нормальном. И это обязательно нужно учитывать в расчете.

Последнее значение L = 1 м означает, что мы делаем расчет не всей стены (сколько бы метров она не была), а лишь одного ее погонного метра – это удобное допущение, позволяющее проще оперировать с данными нагрузок, площадей и т.п.

Характеристики грунта в данном расчете взяты из инженерно-геологического отчета – и взяты именно расчетные значения характеристик для расчета оснований по деформациям.

 

Характеристики грунта для расчета оснований по деформациям

Имеется три слоя грунта, и в третьем, самом глубоком на уровне 5 метров от поверхности залегают грунтовые воды.

Номер слоя грунтов

Показатели грунтов

Удельный вес, т/м3

Модуль деформации, т/м2

Сцепле- ние, т/м2

Угол внутр. трения

Коэфф. Пористо- сти

Ограничение давления, т/м2

Природное состояние

Водонасыщен- ное состояние

Природное состояние

Водонасыщен- ное состояние

ИГЭ-1

1,7

1,83

2000

1500

0,1

18

0,73


ИГЭ-2

1,75

1,89

1960

960

2,2

20

0,78

15

ИГЭ-3

1,84

1,93

1950

1950

2,8

24

0,7


Для данного расчета нам не понадобятся коэффициент пористости и модуль деформации, но они будут нужны при расчете осадок фундамента.

Для чего нужны две характеристики – природное и водонасыщенное состояние. Как видно из таблицы, иногда грунт в водонасыщенном состоянии имеет иные характеристики (больший удельный вес и меньший модуль деформации). А в водонасыщенном состоянии грунт оказывается в двух ситуациях – при наличии грунтовых вод и при прорыве коммуникаций (верхние 1-2 метра грунта). Так как в нашем случае грунтовые воды находятся в ИГЭ-3 (ИГЭ – это инженерно-геологический элемент, по-простому – слой грунта), то для расчета мы разделили его на два слоя – третий и четвертый, для третьего мы потом выберем характеристики в природном состоянии, для четвертого – в водонасыщенном.

Еще следует обратить внимание на ограничение давления. Если какой-то слой грунта имеет неблагоприятные характеристики (чаще всего это просадочные свойства, но бывает, что новый фундамент строится вблизи существующего – это тоже повод поразмыслить), то мы можем ограничить давление на этот слой. В нашем случае ИГЭ-2 – просадочный суглинок с начальным просадочным давлением 16,5 т/м2, т.е. при таком давлении под подошвой грунт резко начинает деформироваться, чего мы допустить не должны. Поэтому мы задаем начальное просадочное давление для этого слоя несколько меньшим, чем 16,5 т/м2, чтобы иметь запас. Слой ИГЭ-2 является основанием для фундамента, но если бы он был где-то глубже, то согласно п. 2.177 пособия, расчетное сопротивление следует определять по наиболее слабому грунту – об этом забывать не следует.

Итак, исходные данные по грунтам сведены ниже в расчетную таблицу.

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 3

Последней частью исходных данных являются данные о грунте обратной засыпки и нагрузках.

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 4

Нагрузки в нашем примере следующие:

- нагрузка на грунте обычно задается в расчетах 1,0 т/м2, если нет каких-то других данных. Эта величина может показаться завышенной, но ситуации всякие могут быть – либо гору песка насыпете, либо крыльцо бетонное сделаете, либо машина груженая подъедет – лучше подстраховаться;

- нагрузка на стену подвала в уровне пола этажа – это нормативная полная нагрузка от веса конструкций здания, от временных нагрузок на перекрытии и снеговой нагрузки на крыше – в общем, от всех возможных нагрузок, которые будут воздействовать на наш фундамент. Нагрузка в нашем случае взята из примера сбора нагрузок для фундамента по оси «1», т.е. для фундамента под крайнюю стену, и равна она сумме постоянных и временных нагрузок из шестой таблицы примера 7391 кг/м + 724 кг/м = 8115 кг/м = 8,115 т/м (так как расчет у нас ведется на 1 погонный метр фундамента, то нагрузка Nс берется уже не в тоннах на метр, а в тоннах);

- нагрузка на пол этажа 0,2 т/м2 подбирается в зависимости от типа помещения на первом этаже и берется из таблицы 6.2 ДБН «Нагрузки и воздействия».

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 5

Для дальнейшего расчета нам нужно определить предварительную ширину подошвы. Для этого из таблиц 45-50 пособия мы предварительно подбираем значение расчетного сопротивления грунта, а затем находим предварительную ширину подошвы, разделив нагрузку от конструкций дома на это расчетное сопротивление. Округляем всегда в большую сторону!

 

Определение расчетного сопротивления грунта основания и ширины подошвы фундамента (расчет основания по деформациям – по 2 предельному состоянию).

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 6.1 - начало

Прежде всего, необходимо определить, какой слой грунта является основанием для нашего фундамента и выбрать для него угол внутреннего трения и удельное сцепление из исходных данных.

Удельный вес грунта берется в осредненном расчетном значении с учетом удельного веса всех слоев грунта и их толщин. Расчет этого осредненного удельного веса ведется по формуле Формула расчета удельного веса , где Хi – это удельное сцепление i-го слоя грунта, а hi – толщина этого слоя. Посчитав осредненное значение для четырех слоев, мы получаем значение 1,873 т/м3.

Обратите внимание, что удельный вес грунта нужно брать с учетом водонасыщенного состояния. В нашем случае водонасыщен 4 слой (т.к. он находится ниже уровня грунтовых вод).

Если в инженерно-геологическом отчете вы не найдете значения удельного веса грунта в водонасыщенном состоянии, можно воспользоваться формулой (36) пособия.

Далее приступаем к определению расчетного сопротивления грунта.

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 6.1 - продолжение

Значения коэффициентов выбираем из таблицы 43 пособия, при этом нужно учитывать данные пункта 2.178 о том, какие здания относятся к жесткой конструктивной схеме.

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 6.1 - конец

Следующим шагом будет окончательное определение ширины подошвы фундамента.

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 6.2

Происходит оно в несколько этапов. Сначала мы определяем ширину подошвы без учета нагрузок от грунта на срезах фундамента и собственного веса фундамента – получаем ширину 0,4 м. Затем с учетом этой ширины определяем нагрузки, которые обязательно нужно учесть в расчете:

- нагрузку от собственного веса конструкций фундамента (стена ниже пола этажа и подошва, здесь 2,5 т/м3 – собственный вес железобетона; b*t – площадь подошвы; a*(A1-t) – площадь стены);

- нагрузку от собственного веса грунта, лежащего на обрезах фундамента;

- нагрузку от временной нагрузки на грунте и на полу.

Все эти нагрузки зависят от ширины подошвы, и раньше мы их определить не могли.

Затем мы находим общую нагрузку N, действующую на основание, и уточняем ширину подошвы, которая у нас снова получается 0,4 м. На этом подбор ширины можно было бы закончить, если бы не ограничение давления под подошвой фундамента – а у нас оно равно 15 т/м2.

Определив среднее давление под подошвой фундамента, мы видим, что оно больше заданного нами ограничения. Это значит, что при ширине подошвы 0,4 м давление под ней будет больше допустимого. Нужно увеличивать ширину подошвы.

Уточняя площадь подошвы с учетом ограничения давления, мы получаем ширину подошвы 0,7 м. Обратите внимание на разницу между шириной подошвы почти в два раза – если бы суглинок не был просадочным, экономия была бы значительной. Но если бы мы не учли эту просадочность в расчете, то при малейшем замокании, дом дал бы неравномерную осадку, которая обязательно привела бы к трещинам.

Расчет ленточного фундамента под наружную стену без подвала. П. 6.3-6.5

В конце расчета нам необходимо проверить несколько условий.

Во-первых, нам нужно уточнить все нагрузки, которые увеличились с увеличением ширины подошвы от 0,4 до 0,7 м. Затем мы находим среднее давление под подошвой и убеждаемся, что оно не превышает ограничения давления. Если бы это было не так, пришлось бы еще увеличивать подошву.

Затем нам следует определить максимальное давление под подошвой (или убедиться, что его определять не надо). Дело в том, что помимо условия pср < R = 15 т/м2, которое у нас выполняется, нужно проверить еще условие pmax < 1.2R. Откуда берется pmax? Если на подошву не действует момент и все нагрузки проходят через центр тяжести фундамента (либо уравновешены), то давление под всей подошвой равномерное и равно pср, т.е. эпюра давлений – прямоугольная. Но если есть воздействие момента, т.е. суммарная вертикальная сила приложена с эксцентриситетом по отношению к центру тяжести подошвы, то фундамент давит на основание не равномерно, эпюра давления на подошву – трапециевидная, и по краям фундамента возникает с одной стороны максимальное давление pmax, а с другой стороны – минимальное pmin. Если же эксцентриситет большой (например, стена опирается на подошву не посередине), то эпюра превращается в треугольную, а может возникнуть даже отрыв фундамента. Все это очень доступно показано на рисунке 12 пособия.

Эпюры давлений по подошве фундаментов

Итак, в пункте 6.4 расчета мы находим момент относительно центра тяжести подошвы, который возник в связи с тем, что нагрузка на полу значительно меньше нагрузки на грунте со стороны улицы.

Затем в пункте 6.5 находим эксцентриситет и проверяем основные условия:

1) е < b/6 – этим мы выясняем, что эксцентриситет достаточно мал, и эпюра давления под подошвой – трапециевидная (как на рисунке «б»); если бы оказалось е > b/6, значит эпюра уже треугольная и нужно проверить следующее условие, отвечающее за отрыв фундамента;

2) е < b/4 – это условие можно не проверять, если выполняется первое, но так как расчет у нас автоматический, то заодно проверили и его; суть этого условия в том, что нельзя допустить, чтобы эксцентриситет е был больше b/4 – 25% подошвы, т.к. это означает, что отрыв подошвы превышает 25% от ее площади, и фундаменту грозит опрокидывание;

3)  е < b/30 – наш эксцентриситет оказался настолько мал, что при таком его значении допускается считать давление под подошвой равномерным и равным pср, и максимальное значение давление определять не нужно; если бы было е > b/30, то следовало бы определить максимальное давление по формулам п. 2.208 пособия.

На этом расчет ширины подошвы ленточного фундамента окончен.


Комментарии   

+3 #1 David 31.07.2015 16:55
S P A S I B O
Цитировать
+1 #2 Серик 05.01.2016 15:09
Подскажите ! как рассчитать ребра жесткости в плитных фундаментах ?
Цитировать
0 #3 Серж 04.02.2016 19:18
Подскажите пожалуйста, чем отличается расчетная глубина сезонного промерзания грунта от максимальной глубины проникновения 0С в почву.
Выдали отчет ИГЭ ( Нормативная глубина сезонного промерзания для суглинков – 0,97 м, для супесей и песков пылева-тых – 1,21м. Максимальная глубина проникновения 0С в почву составляет – 1.36 м.)
Мне определить расчетную или можно взять максимальную 1,36 ?
Цитировать
+1 #4 Иринa 05.02.2016 10:27
Что такое ОС?

Вообще, геологи выдают глубину промерзания грунта в вашем районе - не нормативную для разных грунтов, а вполне реальную для вашего города (не зависимо от типа грунта). Ее не вы должны определить расчетами, она должна быть в инж.-геол. отчете.


По поводу того, что вам должны, неплохо знать содержание ДБН А.2.1-1-2008, в нем четко расписаны обязанности геологов. Когда знаешь, то и требовать легко.
Цитировать
0 #5 Анна 23.06.2016 10:28
Уточните, пожалуйста, ширина фундамента может совпадать с шириной стен?
Цитировать
0 #6 Иринa 25.06.2016 09:10
может, если так вышло по расчету. Обычно при хороших грунтах для наружных стен 1этажных домов
Цитировать
0 #7 Andreas 19.11.2016 13:38
Благодарю!!!
А можно сам Excel файл, т.е. шаблон?
Цитировать

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Поиск

Подписка на статьи

Комментарии

  • Женя 02.12.2016 14:17
    Здравствуйте!Оч ень хотелось бы статью о плоской кровле, о правильных подсчетах ...

    Подробнее...

     
  • Тамара 02.12.2016 12:18
    Добрый день!Хотела бы спросить литературу о шпонках в фундаментах, в ...

    Подробнее...

     
  • Алексей 01.12.2016 08:50
    Не проще ли сразу плиты положить как положено на фундамент. А так вам ...

    Подробнее...

     
  • Александр 30.11.2016 20:47
    Здравствуйте! У меня два вопроса к вашему рамному узлу: зачем заводить ...

    Подробнее...

     
  • Айгуль 30.11.2016 14:22
    а можно ли тогда допустим, положить плиты ПК (пустотки) на землю в ...

    Подробнее...

Яндекс.Метрика