Перед началом расчета любой конструкции мы должны собрать все нагрузки на эту конструкцию. Давайте узнаем, какие бывают нагрузки для расчета гражданских зданий:
1.) Постоянные
(собственный вес конструкции и вес вышележащих конструкций, которые опираются на данную);
2.) Временные
;
- кратковременные
(снеговые нагрузки, ветровые нагрузки, гололедные нагрузки, вес людей);
- длительные
(вес временных перегородок, вес слоя воды);
3.) Особые
(сейсмические воздействия, взрывные воздействия, воздействия из-за деформации основания).
Теперь рассмотрим пару примеров. Например, у вас 2-ухэтажное кафе каркасного типа (ж/б колонны) в городе Минске и вам необходимо узнать какая нагрузка идет на колонну. Для начала мы должны определиться, какие нагрузки будут действовать на нашу колонну (рисунок 1
). В данном случае это будут – собственный вес колонны, собственный вес перекрытия/покрытия, снеговая нагрузка на покрытие, полезная нагрузка на 2-ой этаж и полезная нагрузка на 1-ый этаж. Далее мы должны найти площадь, на которую действуют нагрузки (грузовая площадь, рисунок 2
).
Рисунок 1 – Схема приложения нагрузок на колонну
Рисунок 2 – Грузовая площадь на колонну
Нормативное значение снеговой нагрузки в г. Минск – 1,2 кПа
. Грузовую площадь умножаем на наше нормативное значение и на коэффициент надежности по нагрузке и получаем – 6 м * 4 м * 1,2 кПа * 1,4=43,2 кН
. Т.е. только лишь от снега на нашу колонну давит 4,32 тонны!
Нормативное значение полезной нагрузки в обеденных залах (кафе) – 3 кПа
. Так же как и со снеговой нагрузкой, мы должны умножить грузовую площадь на значение нормативной нагрузки, на коэффициент безопасности по нагрузке и на два (потому что 2 этажа). Получаем – 6 м * 4 м * 3 кПа * 1,2 *2 этажа= 172,8 кН.
Нормативное значение собственного веса перекрытия будет зависеть от состава перекрытия. Пусть состав перекрытия 1-ого этажа, перекрытия 2-ого этажа и покрытия совпадают и нормативное значение нагрузки равно 2,5 кПа
. Его также умножаем на грузовую площадь, на коэффициент надежности по нагрузке и на три этажа. Имеем – 2,5 кПа*6 м*4 м*1,2*3 = 216 кН
.
Осталась только нагрузка от собственного веса колонны. Колонна у нас сечением 300х300 мм и высотой 7,2 м. При плотности железобетона 2500 кг/м3 масса колонны будет равна – 0,3 м*0,3 м* 7,2 м* 2500 кг/м3= 1620 кг
. Тогда расчетный вес колонны будет равен – 1620 кг * 9,81 * 1,2 = 19070 Н= 19,07 кН.
Если просуммировать все нагрузки, то получим максимальную возможную нагрузку на уровне низа колонны:
43,2 кН + 172,8 кН + 216 кН + 19,07 кН = 451,07 кН.
Таким же образом рассчитывается и, например, ригель. Грузовая площадь на ригель представлена на рисунке 3
.
Рисунок 3 - Грузовая площадь на ригель
Советы:
1.) Давление ветра (в Паскалях) на стену можно определить путем возведения скорости ветра в квадрат (м/с) и умножением на 0,61 .
2.) При наклоне кровли больше 60 градусов – снег задерживаться на крыше не будет.
3.) Нормативное значение полезной нагрузки в квартирах жилых зданиях 150 кг/м2
Представьте себе ситуацию, которая иногда встречается в наше время. Приходит человек в строительную компанию и говорит: "Я хочу заказать у вас строительство кирпичного двухэтажного дома с гаражом. Только у меня одно условие. Так как я располагаю небольшим бюджетом, не могли бы вы построить дом без фундамента, его все равно ведь не видно?" Как вы думаете, что ему могут ответить? С вероятностью в 99% ответ будет звучать так: "Извините, но это не возможно, ведь фундамент - это основа любого дома , без которой он просто развалится".
Действительно, фундаменты являются главными конструкциями практически для любого сооружения. И поэтому к ним должны предъявляться особые требования. В частности их подбор нужно производить исключительно по расчету, в котором учитывается будущий вес конструкций, опирающиеся на фундамент. Другими словами, необходимо произвести сбор нагрузок на фундамент .
Данная процедура выполняется согласно СНиП 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) "Актуализированная редакция" .
Общая нагрузка на фундамент складывается из следующих нагрузок:
1. Крыша и кровля.
Сюда входят вес конструкций крыши (стропила, обрешетка, железобетонная плита покрытия и т.д.), вес кровельного "пирога" (утеплитель, профнастил, металлочерепица, ондулин и т.д.), а также снеговая и ветровая нагрузки.
3. Покрытие.
В том случае, если, например, ваш дом имеет холодный чердак, т.е. комнат для проживания там не предусматривается и утеплитель располагается не в крыше, а над последним этажом, то это нужно учесть в отдельной категории.
Обычно здесь учитывается вес несущих элементов перекрытия и теплоизоляционного материала (минплита, пенополистирол, керамзит и т.д.). Редко к ним прибавляется цементно-песчаная стяжка.
Временная нагрузка для чердачного помещения - 70 кг/м 2 .
4. Подвальное перекрытие.
Если пол первого этажа опирается на стены, то его необходимо учитывать при сборе нагрузок на фундамент. В том случае, если пол устроен по грунту, то он передает нагрузку непосредственно на грунт, а не на фундамент. И, следовательно, его учитывать не нужно.
Данная нагрузка получается суммированием следующих масс: конструкции перекрытия (ж/б плита, балки и т.д.), "пирог" пола (ламинат, паркет, Ц/П стяжка, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы), временные нагрузки (перегородки, люди, мебель и т.д.).
Примечание: для того, чтобы перенести перечисленные выше нагрузки на фундамент необходимо знать грузовую площадь. Грузовая площадь - это нагрузка, которая воспринимается несущими конструкциями. Например, для здания с двумя несущими стенами, расположенными на расстоянии 5 метров друг от друга и, на которые опирается перекрытие, грузовая площадь для каждой стены будет равна 2,5м · 1м = 2,5м 2 . Потом эта цифра умножается на нагрузку, выраженную в кг/м 2 для того, чтобы получить кг или, другими словами, получить тот вес, который должен восприниматься фундаментом. Если же вы хотите получить равномерно распределенную нагрузку (кг/м), то просто разделите эту величину на 1м.
В том же случае, если у вас 4 несущих стены при тех же условиях, то грузовая площадь на стены собирается следующим образом.
Ну, а если дом снабжен внутренними несущими стенами, то необходимо сложить 2 грузовых площади с каждого полупролета. Но об этом в примере ниже.
5. Вертикальные конструкции.
К таким конструкциям относятся несущие стены и колонны, а также, собственно, фундамент.
Пример сбора нагрузок на фундамент
Исходные данные:
Предполагается строительство жилого 2-х этажного дома с холодным чердаком и двухскатной крышей. Опирание крыши производится на две крайних стены и одну стену под коньком. Подвал не предусмотрен.
Место строительства - г. Нижегородская область.
Тип местности - поселок городского типа.
Размеры дома - 9,5х10 м по наружным граням фундамента.
Угол наклона крыши - 35°.
Высота здания - 9,93 м.
Фундамент - железобетонная монолитная лента шириной 500 и 400 мм и высотой 1 900 мм.
Цоколь - керамический кирпич, толщиной 500 и 400 мм и высотой 730 мм.
Наружные стены - газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщина стеной 500 мм и высотой 6 850 мм.
Внутренние несущие стены - газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщиной стены 400 м и высота 6 850 мм.
Перекрытия и крыша - деревянные.
Конструкции, которые могли бы задержать снег на крыше, не предусмотрены.
План фундамента.
Требуется:
Собрать нагрузки на центральную ленту фундамента, расположенную под внутренней несущей стеной, если грузовая площадь от перекрытия 4,05 м 2 , а от крыши - 5,9 м 2 .
Сбор нагрузок на внутреннюю несущую стену.
Определяем нагрузки, действующие на 1 м 2 грузовой площади (кг/м 2) всех конструкций, нагрузка которых передается на фундамент.
| Вид нагрузки | Норм. |
Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Временные нагрузки: Жилые помещения |
13,5 кг/м2 3,6 кг/м2 |
15,4 кг/м2 4,7 кг/м2 |
|
| ИТОГО | 183,8 кг/м2 | 232,9 кг/м2 |
|
| Нагрузка от перекрытия 1-го этажа (q 2) | |||
|
Постоянные нагрузки: Нижняя обшивка из досок t=16мм (ель ρ=450кг/м3) Доски пола t=36мм (ель ρ=450кг/м3) Временные нагрузки: Жилые помещения |
7,2 кг/м2 |
7,9 кг/м2 |
|
| ИТОГО | 173,4 кг/м2 | 220,7 кг/м2 |
|
| Нагрузка от перекрытия 2-го этажа (q 3) | |||
|
Постоянные нагрузки: Нижняя обшивка из досок t=30мм (ель ρ=450кг/м3) Утеплитель t=180мм (пенопласт ρ=20кг/м3) Верхняя обшивка из досок t=30мм (ель ρ=450кг/м3) Временные нагрузки: Чердачные помещения |
13,5 кг/м2 3,6 кг/м2 13,5 кг/м2 |
15,4 кг/м2 4,7 кг/м2 15,4 кг/м2 |
|
| ИТОГО | 100,6 кг/м2 | 126,5 кг/м2 |
|
|
Постоянные нагрузки: Внутренняя обшивка из досок t=16мм (ель ρ=450 кг/м3) Стропила (ель ρ=450кг/м3) Обрешетка (ель ρ=450кг/м3) Гибкая черепица (ρ=1 400кг/м3) Временные нагрузки: Обслуживание крыши |
7,2 кг/м2 |
7,9 кг/м2 |
|
| ИТОГО | 120,9 кг/м2 | 154,3 кг/м2 |
|
| Вес фундамента (q 5) | |||
|
Постоянные нагрузки: Вес ж/б ленты шириной 400мм (железобетон ρ=2 500 кг/м3) |
1 000 кг/м2 |
1 100 кг/м2 |
|
| ИТОГО | 1 000 кг/м2 | 1 100 кг/м2 |
|
| Вес керамического кирпича (q 6) | |||
|
Постоянные нагрузки: Вес керамического кирпича 400мм (ρ=1600 кг/м3) |
640 кг/м2 |
704 кг/м2 |
|
| ИТОГО | 640 кг/м2 | 704 кг/м2 |
|
| Все газосиликаных блоков (q 7) | |||
|
Постоянные нагрузки: Вес газосиликат 400мм (ρ=500 кг/м3) |
|||
| ИТОГО | 200 кг/м2 | 220 кг/м2 |
|
| Снег (q 8) | |||
|
Временные нагрузки: |
|||
| ИТОГО | 140 кг/м2 | 196 кг/м2 |
|
| Ветер (q 9) | |||
|
Временные нагрузки: |
|||
| ИТОГО | 15 кг/м2 | 21 кг/м2 |
|
Определяем нормативную и расчетную нагрузки на фундамент:
q норм = 183,8кг/м 2 · 4,05м + 173,4кг/м 2 · 4,05м + 100,6кг/м 2 · 4,05м + 120,9кг/м 2 · 5,9м + 1000кг/м 2 · 1,9м + 640кг/м 2 · 0,73м + 200кг/м 2 · 6,85м + 140кг/м 2 · 5,9м + 15кг/м 2 · 2,95м = 7174,85 кг/м .
q расч = 232,9кг/м 2 · 4,05м + 220,7кг/м 2 · 4,05м + 126,5кг/м 2 · 4,05м + 154,3кг/м 2 · 5,9м + 1100кг/м 2 · 1,9м + 704кг/м 2 · 0,73м + 220кг/м 2 · 6,85м + 196кг/м 2 · 5,9м + 21кг/м 2 · 2,95м = 8589,05 кг/м .
Это один из важных этапов проектирования. Правильно собранные нагрузки позволяют эффективно законструировать фундамент, который будет прочно держать все здание.
Для того чтобы понять, как выполняется сбор нагрузок на фундамент, я продемонстрирую небольшой пример. По моему мнению, данные по сбору лучше всего оформлять в табличной форме. Но для начала давайте пройдемся по азам теоретической части.
Виды нагрузок
Виды нагрузок можно разделить на два типа: постоянные и временные. В зависимости от условий строительства и назначения здания на фундамент может передаваться:
Сюда относится собственный вес конструкций здания, собственный вес самого фундамента, давление от грунта на обрезах фундамента, а также боковое давление грунта и грунтовых вод. , которая в зависимости от времени воздействия подразделяется на:а) Длительная временная нагрузка, которая действует на фундамент достаточно долго. Сюда относят передачу нагрузки от оборудования, а также полезное давление от материалов (в складских помещениях) и прочих элементов наполнения помещения.
б) Кратковременная нагрузка, которая действует непродолжительное время. В этой категории находится полезная нагрузка на перекрытия от людей, в зависимости от назначения здания (поток в жилом здании и офисном помещении значительно отличается), нагрузки от кранов в промышленных зданиях, а также ветровые и снеговые нагрузки.
в) Особая нагрузка, которая возникает в особых случаях. Эта категория учитывает сейсмические нагрузки, аварийные ситуации, а также нагрузки от просадки здания в районах, где ведутся горные выработки.
Полноценно правильный расчет фундамента выполняется после сбора нагрузок на фундамент. При этом складываются наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок, которые позволяют выявить поведение фундамента в максимально опасном положении.
Выполняя сбор нагрузок на фундамент необходимо все горизонтальные и вертикальные силы (кроме бокового давления грунта) приложить на обрезе фундамента.
Сбор нагрузок на фундамент. Пример
Конструктивная схема нашего здания представлена на картинке. Сооружение имеет несущие кирпичные стены по цифровым осям и самонесущие стены по буквенным. Монолитное перекрытие опирается только на стены по цифровым осям.
Самонесущая стена передает на фундамент только собственный вес, а вот несущие стены, кроме собственного веса, еще воспринимает давление от плит перекрытия и всего, что находится на плите. Возьмем плиту в пролете между осями 1 и 2. Она опирается только на две стены, поэтому вес от плиты будет равномерно передаваться: половина на стену по оси 1, а вторая половина на стену по оси 2. Аналогична ситуация с плитой в пролете осей 2 и 3. В итоге получается, что стена по оси 2 получает в два раза больше нагрузки от плиты перекрытия, чем стена по оси 1 и 3.
Выполняя сбор нагрузок на фундамент, следует понимать, что в зависимости от воспринимаемого давления, фундаменты будут отличаться по своей геометрии. Поэтому Определим, что фундамент под стены по осям 1 и 3 - будет первого типа, фундамент под стену по оси - будет второго типа, а фундамент под стены по осям А и Б - будет третьего типа.
Теперь приступаем к сбору нагрузок от конструкций на 1 м 2 . Для правильного понимания процесса сбора, данные заносим в таблицу:
| Коэффициент надежности | |||
| Сбор нагрузки на 1 м 2 перекрытия первого этажа | |||
| Постоянная нагрузка: |
200*2,5=500 | 1,1 | 500*1,1=550 |
| 2) Звукоизоляция толщиной 50 мм, 25 кг/м 3 | 50*25/1000=1,25 | 1,3 | 1,25*1,3=1,6 |
| 3) Цементно-песчаная стяжка, толщиной 20 мм, 1800 кг/м 3 | 20*1800/1000=36 | 1,3 | 36*1,3=46,8 |
| 4) Керамическая плитка, толщиной 4 мм, 1800 кг/м 3 | 4*1800/1000=7,2 | 1,3 | 7,2*1,3=9,4 |
| Итого: | 544,45 | 607,8 | |
| Временная нагрузка для жилых помещений 150 кг/м 2 (СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия") |
150 | 1,3 | 150*1,3=195 |
| Сбор нагрузки на 1 м 2 перекрытия второго этажа | |||
| Постоянная нагрузка: 1) Монолитное ж/б перекрытие, толщиной 200мм, 2500 кг/м 3 |
200*2500/1000=500 | 1,1 | 500*1,1=550 |
| 2) Цементно-песчаная стяжка, толщиной 20 мм, 1800 кг/м 3 | 20*1800/1000=36 | 1,3 | 36*1,3=46,8 |
| 3) Линолеум, толщиной 2 мм, 1800 кг/м 3 | 2*1800/1000=3,6 | 1,3 | 3,6*1,3=4,7 |
| Итого: | 539,6 | 622,5 | 70 | 1,3 | 70*1,3=91 |
| Сбор нагрузки на 1 м 2 покрытия | |||
| Постоянная нагрузка: 1) Обрешетка из сосновой доски, толщиной 40 мм, 600 кг/м 3 |
40*600/1000=24 | 1,1 | 24*1,1=26,4 |
| 2) Металлочерепица 5 кг/м 2 | 5 | 1,1 | 5*1,1=5,5 |
| 3) Гидроизоляция 1,3 кг/м 2 | 1,3 | 1,1 | 1,3*1,1=1,4 |
| 4) Стропильная нога сечением 60х120 мм, шаг стропил - 1.1м, сосна - 600 кг/м 3 | 6*12*600/(1*11000)=3,9 | 1,1 | 3,9*1,1=4,3 |
| Итого: | 34,2 | 37,6 | |
| Временная нагрузка: | 160 | 1,25 | 160*1,25=200 |
| Постоянная нагрузка: |
510*1800/1000=918 | 1,1 | 918*1,1=1009,8 |
| 2) Утеплитель, толщиной 60 мм, 55 кг/м 3 | 60*55/1000=3,3 | 1,1 | 3,3*1,1=3,6 |
| 3) Внешняя и внутренняя штукатурка стены из цементно-песчаного раствора, толщиной 30 мм, 1900 кг/м 3 | 2*30*1900/1000=114 | 1,1 | 102*1,1=125,4 |
| Итого: | 1035,3 | 1138,8 | |
| Постоянная нагрузка: 1) Стена из кирпича на тяжелом растворе, толщиной 510 мм, 1800 кг/м 3 |
510*1800/1000=918 | 1,1 | 918*1,1=1009,8 |
| 2) Штукатурка стены с двух сторон из цементно-песчаного раствора, толщиной 30 мм, 1900 кг/м 3 | 2*30*1900/1000=114 | 1,1 | 114*1,1=125,4 |
| Итого: | 1032 | 1135,2 | |
| Сбор нагрузки на фундамент первого типа (1 п.м.) | |||
| Постоянная нагрузка: |
1035,3*7,5=7764,8 | 1138,8*7,5=8541 | |
| 2) От перекрытия над первым этажом (Пролет в чистоте 4.2-0.51-0.255=3.435м) | 544,45*3,435/2=935 | 607,8*3,435/2=1043,8 | |
| 3) От перекрытия над вторым этажом (Пролет в чистоте 4.2-0.51-0.255=3.435м) | 539,6*3,435/2=926,7 | 622,5*3,435/2=1069,1 | |
| 4) От конструкции покрытия (длина наклонного стропила 5.8м) | 34,2*5,8/2=99,2 | 37,6*5,8/2=109 | |
| Итого: | 9725,7 | 10762,9 | |
| Временная нагрузка: 1) На перекрытие над первым этажом |
150*3,435/2=257,6 | 195*3,435/2=334,9 | |
| 2) На перекрытие над вторым этажом | 70*3,435/2=120,2 | 91*3,435/2=156,3 | 160*5,8/2=464 | 200*5,8/2=580 |
| Итого: | 841,8 | 1071,2 | |
| Сбор нагрузки на фундамент второго типа (1 п.м.) | |||
| Постоянная нагрузка: 1) От веса стены, высотой 7.5м |
1032*7,5=7740 | 1135,2*7,5=8514 | |
| 2) От двух перекрытий над первым этажом (Пролет в чистоте 4.2-0.51-0.255=3.435м) | 2*544,45*3,435/2=1870,2 | 2*607,8*3,435/2= 2087,8 | |
| 3) От двух перекрытий над вторым этажом (Пролет в чистоте 4.2-0.51-0.255=3.435м) | 2*539,6*3,435/2=1853,5 | 2*622,5*3,435/2=2138,2 | |
| 4) От конструкции покрытия (длина каждого наклонного стропила 5.8м) | 2*34,2*5,8/2=198,4 | 2*37,6*5,8/2=218,1 | |
| 5) От деревянной стойки, высотой 2.3 м, с шагом 1м, из сосны, 600 кг/м 3 сечением 6х12см | 6*12*600/(1*10000)*2,3 =9,9 | 1,1 | 9,9*1,1=10,9 |
| Итого: | 11672,0 | 12969,0 | |
| Временная нагрузка: 1) На два перекрытия над первым этажом |
2*150*3,435/2=515,3 | 2*195*3,435/2=669,8 | |
| 2) На два перекрытия над вторым этажом | 2*70*3,435/2=240,5 | 2*91*3,435/2=312,6 | |
| 3) Снеговая нагрузка на два стропила (длина наклонного стропила 5,8м) | 2*160*5,8/2=928,0 | 2*200*5,8/2=1160,0 | |
| Итого: | 1683,8 | 2142,4 | |
| Сбор нагрузки на фундамент третьего типа (1 п.м.) | |||
| Постоянная нагрузка: 1) От веса стены высотой 9.6 м |
1035,3*9,6=9938,9 | 1138,8*9,6= 10932,5 | |
Теперь можно сказать, что сбор нагрузок на фундамент выполнен. Можно приступать к выполнению расчета фундамента на прочность, определять глубину заложения и расчетные геометрические размеры.
Пример сбора нагрузок на фундамент довольно простой, но он показывает основную схему действия. В случае возникновения дополнительных вопросов, мы на них с удовольствием ответим в комментариях. Тем, кому нужен файл с таблицей расчетов - можете скачать документ: .
. Использование материала разрешается только с установлением активной обратной ссылки
На стадии проектирования строительства жилого дома для правильного определения геометрических размеров фундамента в обязательном порядке выполняется сбор нагрузок, действующих на конструкции здания. От того, насколько точно будет выполнен расчет, зависит общая несущая способность дома или сооружения, его долговечность и прочность. По результатам расчетных данных подбирается площадь фундамента, его конфигурация, глубина расположения нижней отметки. Существуют нормативные строительные документы (СНиП), в которых четко описан принцип составления сбора нагрузок и их предельно допустимые значения.
Разновидность нагрузок
Конструкция фундамента находится под влиянием постоянных и временных нагрузок, значение которых зависит от многих факторов: климатического района застройки, видов грунтов основания, строительных материалов для основных конструкций стен, крыши, перекрытий.
Постоянные нагрузки
К постоянным видам нагрузок относятся:
- Собственный вес конструкций здания.
- Расчетные показатели давления грунтов на боковую поверхность ленточного фундамента.
- Давление от грунтовых вод.
При выполнении расчетов усилия от постоянного веса считаются самым серьезным видом нагрузки.
Конструкция здания может подвергаться периодическим временным нагрузкам, таким как:
- Снеговая, показатель которой зависит от толщины снежного покрова в каждом конкретном регионе.
- Ветровая, определяемая по таблице усредненных показателей розы ветров в данной местности.
- Сейсмическая (для районов с повышенной сейсмичностью).
- От веса мебели в помещениях и перемещения людей.
Показатели временных нагрузок можно найти в ДБН В.1.2-2 2006 «Нагрузки и воздействия» в разделе 6 по таблице 6.2.
Учет необходимых параметров
Для обеспечения надежности несущего основания необходимо грамотно и правильно произвести подсчет всех нагрузок от усилий и внешних факторов, влияющих на проектируемое здание.
Для успешного выполнения сбора нагрузок необходимо предусмотреть следующие параметры:
- Климатические условия места под застройку.
- Тип почвенных грунтов и их структурные особенности.
- Уровень горизонтальной линии грунтовых вод.
- Особенности конструкции здания, объема и вида материалов для строительства здания.
- Вид кровельной конструкции с материалами.
Все эти факторы служат исходными данными составления расчетной несущей способности ленточного фундамента.
Расчет несущего основания
Расчет несущей способности ленточного фундамента можно производить двумя способами. Первый способ с применением сложных формул и точных расчетных показателей используют архитекторы и конструкторы при составлении проектной документации на строительство дома. Второй способ — более простой и понятный, рассчитанный на широкий круг желающих для самостоятельного подбора площади фундаментов. Этот вид расчета основан на использование таблиц с усредненными коэффициентами видов постоянных и временных нагрузок.
Глубина залегания
При проведении расчетов по сбору нагрузок на фундамент рекомендуется найти суммарный вес элементов конструкции и определить глубину залегания подошвы ленточной конструкции. Чтобы вычислить необходимую глубину залегания низа ленточного фундамента необходимо определить глубину промерзания грунта и сделать структурный анализ почвы. Для каждого региона существует свой показатель промерзания почвы, выведенный на основе длительных наблюдений и многолетнего опыта.
В строительстве принято закладывать ленточный фундамент на отметке ниже точки промерзания грунта.
Определение нижней отметки
Чтобы легче было понимать принцип сбора исходных данных, рекомендуется обратить внимание на конкретный примерный расчет сбора нагрузок на несущую фундаментную конструкцию с помощью таблиц усредненных коэффициентов.
Например, требуется найти проектную отметку расположения подошвы фундамента жилого дома, расположенного в городе Курск.
Таблица помогает вычислить проектную глубину, на которой целесообразно размещать ленточный фундамент. Для выбранного участка строительства с глинистыми грунтами типа «супесь» искомое значение расположения нижней точки ленты фундамента равняет 3/4 табличного значения уровня промерзания грунтов.
Путем несложных арифметических вычислений определяется величина показателя:
120 см х 3/4 =120 см х 0,75 =90 см
Эта цифра показывает минимальную глубину заложения надежного фундамента, которая исключает риски деформации несущих конструкций из-за сезонных циклов замерзания и оттаивания почвы. По желанию застройщика, можно сделать и более заглубленный фундамент. Но и расчетной глубины, равной 90 см, будет вполне достаточно, чтобы получился прочный и надежный жилой дом.
Сбор нагрузок от кровельной конструкции
Кровельная нагрузка от собственного веса равномерно распределяется на несущие стены дома. Например, если жилой дом оборудован стандартной классической двухскатной крышей, в этом случае она будет опираться на две боковые противоположные крайние стены. Для определения кровельной нагрузки такого вида кровли следует произвести необходимый расчет, который удобно представить в табличном виде:
Пример сбора кровельной нагрузки:
Суммарный вес от крыши на ленточный фундамент составит: 700 кг/м 2.
Усилия от снежной нагрузки
В зимнее время толщина снежного покрова может достигать максимального размера, который составляет 250–450 мм.
Вначале необходимо найти показатель снеговой нагрузки по табличным данным карты среднего снежного покрова.
Так как снег равномерно распределяется по всей площади крыши, то показатель снеговой нагрузки напрямую зависит от площади кровли.
В примерном расчете кровля 2-х скатная с уклоном в 45 градусов. Длину одного ската крыши с уклоном 45 градусов определяем по формуле:
Длина cката = (Длина кровли /количество скатов кровли): косинус 45 градусов.
Если подставить в расчет конкретные цифры примера, то получится следующие значения:
Длина cката = (10 м / 2): 0,525 = 9,52 м.
Теперь необходимо вычислить площадь кровли, которая зависит от длины ската, конька кровли и количества скатов крыши:
Площадь кровли = Длина cката х длина конька х количество скатов.
В нашем примере расчетная площадь кровли составляет:
S кровли=9, 52 метра х 10м х 2 =190, 4 м 2.
По справочной таблице 3 снеговой нагрузки находим средний коэффициент снеговой нагрузки для города Курск. Табличное значение составляет 126 кг/м 2.
Чтобы определить нагрузку от веса снега на ленточный фундамент необходимо знать площадь нагруженных стен фундамента: Р снега = (S кровли х коэффициент таблицы): S стен нагруженных фундаментов.
Крыша в нашем примере имеет два ската, значит, снеговую нагрузку воспринимают две стороны ленточного фундамента, длина которых составляет 10 м. Ширина ленточного фундамента 500 мм. Значит, площадь нагружаемых стен фундамента составляет:
(10м +10 м) : 0,5 м=10 м2.
Р снега = (190,4 м2 х126 кг/м2): 10 м2=2399 кг.
Для удобства и наглядности все расчетные показатели удобно свести в таблицу, в которой видна вся цепочка промежуточных расчетов:
Расчетная снеговая нагрузка на конструкцию ленточного фундамента составляет 2399 кг.
Нагрузки от веса этажного перекрытия
Усилие в виде давления от веса перекрытий дома передается на несущие стены и фундамент, поэтому расчет этажных нагрузок находится в прямой зависимости от их суммарной площади.
В нашем примере, в жилом доме имеется два перекрытия – одно из деревянного массива, а второе монолитная железобетонная плита. По табличным данным 4 определяем искомые показатели и производим дальнейшие расчеты.
Нагрузка от перекрытия 1, выполненного из сборных железобетонных элементов:
Площадь перекрытия = 10 м х 10 м = 100 м.
По таблице 4 находится коэффициент веса железобетонных плит перекрытия, равный 500кг/м 2.
Вычисляем нагрузку от веса перекрытия: 100м2 х 500 кг/м 2=50000 кг.
Нагрузку от перекрытия 2 из деревянных конструкций определяем аналогичным путем: Площадь перекрытия=10 м х10 м=100м2.
Коэффициент веса деревянных конструкций по табличным данным равен 150 кг/м2. Расчетная нагрузка от деревянного перекрытия составляет: 100м2 ж150 кг/м 2 =150000 кг
Суммарный вес нагрузок от перекрытия составляет: 50000 кг +150000 кг=65000 кг
Площадь нагружаемых стен фундамента составляет 10м2 (расчет снеговой нагрузки).
Зная это значение, можно найти нагрузку от веса перекрытий на 1 м2 площади фундамента: 65000 кг: 10 м2=6500 кг
Суммарный вес перекрытий 6500 кг на 1 м 2.
Нагрузки от стен дома
Чтобы вычислить показатель от собственного веса стен дома необходимо знать их объем и общий вес, который зависит от вида применяемого материала для кладки стен. Составляется таблица, в которой легко и наглядно можно увидеть весь путь подсчета данных.
Для расчета нагрузки от собственного веса стен здания необходимо выполнить следующие вычисления. Вначале определяем площадь стен здания. В нашем примере длина каждой стены составляет 10 м, высота 3 м. Находим периметр стен: Р = (10+10+10+10) м х 3 м=120 м2.
Для дальнейших расчетов потребуется значение объема стен здания. При толщине наружных стен 0,4 м объем стен составит:
V= 120 м2 х 0,4 м=48 м3. В качестве материала для стен используется пустотелый кирпич. В таблице усредненных показателей находим значение веса кирпича, равный 1400 кг/м3.Используя значение этого коэффициента и объема стен можно найти общую стеновую нагрузку: 48 м3 х1400 кг/м3=67200 кг.
Ширина ленточного фундамента составляет 500 мм. Периметр стен фундамента составляет 40 м.
Площадь стен фундамента:40 м х0,5 м=20м2.
Определяем стеновую нагрузку на 1 м2 фундамента: 67200 кг: 20 м2=3360 кг.
Результаты вычислений заносим в таблицу:
Сбор дополнительных усилий
Этот показатель учитывает собственный вес конструкции фундамента, который в виде равномерных нагрузок передается непосредственно на грунтовое основание. Для определения этого значения, необходимо знать объем фундамента и удельную плотность строительных материалов, из которых он изготовлен.
Для вычисления нагрузки от собственного веса ленточного фундамента используем значения предыдущих расчетов площади стен фундамента 20 м2 и отметки залегания фундамента 0,9 м. Определяем объем ленточного фундамента: 20 м2 х 0,9 м=18 м3.
По таблице усредненных показателей плотности материалов находим значение плотности фундамента из бетона на гранитном щебне, который равен 2300 кг/м3.Для определения нагрузки от собственного веса фундамента используем полученный объем стен фундамента и табличный коэффициент: 18 м2 х 2300 кг/м3 =41400 кг.
Чтобы узнать расчетную нагрузку на 1 м2 фундамента используется общая нагрузка от веса фундамента и площадь стен фундамента: 41400 кг: 20 м2=2079 кг/м2
Данные заносим в таблицу
Общая суммарная нагрузка на грунт составит 2065 кг/кв.м.
Видеопример расчета фундамента:
После учета показателей нагрузок от расчетных усилий на ленточный фундамент, принимается окончательное решение по габаритам конструкции опорной части жилого дома. При этом важно не превышать предельно допустимую суммарную нагрузку, которую способен выдержать фундамент.
Непомерная нагрузка на фундамент приведет к разрушению всей постройки. Поэтому в процессе проектирования конструкции дома нужно уделить особое внимание расчету (сбору) нагрузок, действующих на фундамент строения.
И в этой статье мы познакомим вас с процессом вычисления самых заметных нагрузок, оказывающих влияние и на габариты, и на конструкцию основания для жилого дома или коммерческого строения. Но вначале мы дадим немного теории, рассказав о разновидностях нагрузок проецируемых на фундамент со стороны строения и грунта и о типах деформаций конструкции основания спровоцированных этими нагрузками.
Сбор нагрузок на фундамент формируется под влиянием следующих факторов:
- Веса самого строения: от кровли до нижнего венца (или первого ряда кирпичей/блоков), возведенного по уже существующему проекту.
- Эксплуатационной нагрузки — веса всех предметов интерьера, жильцов, отделочных материалов, меблировки, внутренних коммуникаций, бытовой техники и прочего содержимого жилища.
- Веса самого фундамента: от пяты до ростверка со всеми сопутствующими элементами – отделкой, гидроизоляцией, утеплением и так далее.
- Динамической нагрузки – предполагаемого веса снежного покрова и силы давления ветра на стены и кровлю строения.
Точное определение суммы нагрузок, а равно и каждой составляющей сбора, относится к достаточно затруднительным операциям.
Поэтому большинство вышеприведенных параметров считают исходя из объемов стройматериалов и площади пола, кровли и стен строения, умножая эти данные на соответствующие коэффициенты.
К счастью для проектантов вычисление веса дома и основания строения, а равно и эксплуатационной, и динамической нагрузок, производится путем ввода исходных данных в специальную программу – калькулятор фундамента.
Помимо конструкционного, эксплуатационного и динамического веса, проводя расчет нагрузки на фундамент, следует учесть такие характеристики и качества опорного грунта, как:
Впрочем, перед тем, как посчитать нагрузку на фундамент со стороны почвы, необходимо провести полноценную геологическую разведку с контрольным бурением и статическими испытаниями опор. Поэтому, в большинстве случаев, вышеуказанные параметры берутся из таблиц или вычисляются по средним значениям на основе сопоставления наименьших и наибольших значений.
Под влиянием нагрузок со стороны основания и гранта в конструкции, в теле фундамента возникает сразу несколько разновидностей деформации, а именно:
- Деформация по тикали – прогиб и выгиб, провоцируемая моментом сил, возникающим в процессе неравномерной усадки (погружения) всей подошвы фундамента в грунт.
- Деформации по горизонтали и вертикали фундамента – крен, перекос или сдвиг, которые провоцирует нагрузка на одно «плечо» конструкции. Источник нагрузки в данном случае — заметна усадка грунта под одним углом, опорой или гранью (свайной линией) фундамента.
- Деформация горизонтали – смещение, вызываемое сейсмическими нагрузками, провоцируемыми смещением слоев грунта.
Причем необходимо понимать, что указанные деформации возникнут в теле фундамента в любом случае. Однако, если прогиб, сдвиг, крен и прочие разновидности деформаций не выйдут за разумные пределы, то конструкция основания не пострадает.
Но хватит теории. Давайте рассмотрим пример сбора нагрузок ленточного и столбчатого фундамента. И начнем мы с нагрузок, действующие на фундамент со стороны строения. Эти рекомендации подойдут и для столбчатых, и для ленточных оснований.
Выше по тексту уже говорилось, что нагрузки со стороны строения разделяются на:
- Конструкционные (вес самого дома).
- Эксплуатационные (вес содержимого дома).
- Динамические (вес снега на кровли, усилие, передаваемое на конструкцию ветром).
Конструкционные нагрузки считают по объему и удельному весу стройматериала. Например, если вы приобрели для строительства стен 15 кубометров пиломатериала с плотностью 600 кг/м3, то конструкционная нагрузка приблизится к 9 тоннам. Ну а строение, возводимое из 8 тысяч ординарных кирпичей – масса одной штуки – 3,5 килограмма – сгенерирует конструкционную нагрузку в 28 тонн.
Но это только стены. Конструкционную нагрузку перекрытий и кровли следует вычислить отдельно. Вес одного листа 8-волнового шифера равен 26 килограммам, а квадратный метр такого покрытия весит 14 кило. Плотность соснового бруса, расходуемого на каркас кровли равна 550-600 кг/м3.
В итоге, двускатная крыша с площадью кровли в 60 «квадратов» сгенерирует вес в 0,8 тонны по кровле и 1,2 тонны по каркасу (до двух кубометров пиломатериалов на брус и доски обрешетки). Точные объемы стройматериала можно вычислить по калькулятору кровли – специальной программе, в которую вводят габариты крыши и получают на выходе данные по метражу кровельного покрытия и объему пиломатериалов для каркаса и обрешетки.
Эксплуатационная нагрузка определяется по метражу цокольного и межэтажного перекрытия. По СНИП квадратный метр площади дома можно нагрузить 300-350 килограммами. В итоге, дом площадью в 100 м2 сгенерирует 3,5 тонны эксплуатационной нагрузки.
Динамическую нагрузку считают по площади кровли, умножаемой на массу снега, давящую на квадратный метр крыши. В наших широтах снеговая масса доходит до 180 кг/м3. И в рассматриваемом случае она равняется 10,8 тонны.
Следующий этап сборки нагрузок – определение массы самого фундамента. Зная внешние усилия, генерируемые общей массой строения можно подсчитать объемы ленточного основания и количество опор в столбчатом фундаменте.
Сбор нагрузок на столбчатый фундамент начинается с определения несущей способности одного столба, вычисляемой по площади его подошвы и несущей способности грунта. И если последняя характеристика равняется 2 кг/см2 (это минимальное значение), а площадь подошвы доходит до 1600 см2 (40х40 сантиметров), то один столб удержит не менее 3,2 тонны.
Общее количество столбов, вычисляется по сбору нагрузок со стороны строения. В нашем случае она равна 44,3 тонны, увеличим этот результат на 50 процентов (коэффициент запаса прочности) и получим 66,45 тонны. На этот вес нужно, как минимум 21 столб.
Ну а зная количество столбов и объемы одной опоры (0,4х0,4 (площадь основания) х1,5 (высота)) можно вычислить общий объем фундамента. В нашем случае он равен 5,04 м3. Столбы заливают бетоном, следовательно, вес такого фундамента равен 12,6 тонны (5,04м3 х 2500 кг/м3 (удельный вес бетона)).
Сбор нагрузок на ленточный фундамент начинают с вычисления площади подошвы. Ее определяют по сбору нагрузок со стороны строения и несущей способности грунта. В нашем случае она равна 33225 см2 (66450 кг (вычисленная выше масса дома) / 2 кг/см2).
Но эти данные определяются только по конструкционным характеристикам, а есть еще и эксплуатационные – морозостойкость, влагостойкость, минимальная ширина ленты и прочее. И по этим параметрам при минимальной ширине ленты в 40 сантиметров площадь основания лучше всего вычислить по периметру самого здания. И для дома в 100 м2 (условные габариты 10х10 м) периметр будет равен 40 метрам, а площадь основания 16 м2 (40х0,4).
Зная площадь основания и глубину залегания фундамента можно вычислить объем заливки. И при высоте стены фундамента в 1,5 метра на заливку основания уйдет до 24 м3 раствора. А масса фундамента будет равна 60 тоннам (24м3 объема умножаем на 2500 кг/м3 плотности железобетона)
Выдержит ли такой вес наш грунт? Разумеется, да. Ведь 160 000 см2 грунта (16 м2 подошвы нашего фундамента) с несущей способностью в 2 кг/см2 могут принять 320-тонную нагрузку, а общий вес нашего фундамента и строения – всего 126,45 тонны.
В завершении следует отметить, что все вышеприведенные расчеты можно выполнить с помощью специальных программ – калькуляторов, в которые загружают сведения о габаритах строения и характеристиках грунта. А на выходе получают информацию по объемам используемых стройматериалов. На основе этих данных сбор нагрузок вычисляется путем простейшего перемножения рекомендуемого объема на плотность соответствующего стройматериала.