Сбор нагрузок на фундамент самонесущую стену. Курсовая работа: Расчет и проектирование фундаментов в городе Косомольск-на-Амуре
Сбор нагрузок на фундамент – один из важных этапов проектирования. Он позволит подобрать оптимальный вариант фундамента с учетом особенностей почвы на участке, планировки будущего строения, его особенностей, этажности, материалов строительства и отделки. Это поможет увеличить срок службы здания и избежать его деформации.
Особенности
Сами по себе нагрузки на фундамент различаются по продолжительности воздействия и могут быть временными или постоянными. К постоянным нагрузкам относятся стены, перегородки, перекрытия, кровля. К временным можно отнести мебель, оборудование (относятся к подгруппе длительных нагрузок) и погодные условия – воздействие снега, ветра (кратковременные).
Прежде чем осуществлять сбор нагрузок, необходимо провести некоторые мероприятия, а именно:
- составить подробный план будущей постройки, включить в него все простенки;
- определиться, будет ли оборудован дом подвалом, и если будет – какова должна быть его глубина;
- четко определить высоту цоколя и подобрать материалы, которые будут использоваться при его изготовлении;
- определиться с утеплителем, гидроизоляцией, защитой от ветра, отделочными материалами – как внутренними, так и наружными, и с их толщиной.
Все это поможет наиболее точно рассчитать все нагрузки, а значит избежать перекоса, изгиба, просадки, выгиба, крена или смещения здания. Об увеличении срока эксплуатации, долговечности и надежности постройки не стоит упоминать – очевидно, что все эти показатели только выиграют при правильном проведении расчетов.
Кроме того, расчет нагрузки поможет правильно подобрать геометрические формы, подошву фундамента и ее площадь.
От чего зависит?
Нагрузка на фундамент – это сочетание ряда факторов.
К ним относится:
- то, в каком регионе будет осуществляться строительство;
- каков грунт на выбранном участке;
- насколько глубоко залегают грунтовые воды;
- из каких материалов будут выполняться элементы;
- какова планировка будущего здания, сколько в нем будет этажей, какая будет кровля.
Важно правильно определить почву на участке будущего строительства , поскольку она оказывает непосредственное влияние на долговечность фундамента, на то, какому типу опорной конструкции лучше отдать предпочтение и на глубину закладки. Например, если на месте стройки глинистая, суглинистая почва или супесь, то фундамент нужно будет укладывать на ту глубину, на которую промерзает почва зимой. Если же грунт крупноблочный или песчаный – это делать необязательно.
Правильно определить тип почвы можно при помощи СП «Нагрузки и воздействия» – документ, который необходим при расчете веса строения. В нем содержится подробная информация о том, какие нагрузки испытывает фундамент и каким образом их определять. Карты в СНиП «Строительная климатология» также помогут определить тип грунта. Несмотря на то, что данный документ отменен, он может быть очень полезен в частном строительстве как материал для ознакомления.
Помимо глубины, важно правильно определить необходимую ширину опорной конструкции. Она зависит от типа фундамента. Ширина ленточного и столбчатого фундаментов определяется исходя из ширины стен. Опорная часть плитного фундамента должна выходить за наружные границы стен на десять сантиметров. Если фундамент свайный – сечение определяется при помощи расчета, а его верхнюю часть – ростверк – подбирают исходя из того, какая нагрузка будет оказываться на фундамент и какая планируется толщина стен.
Кроме того, необходимо учесть и собственный вес опорной конструкции, расчет которого производится с учетом глубины промерзания, уровня залегания грунтовых вод и наличия или отсутствия подвала.
Если подвал не предусмотрен, подошва фундамента должна располагаться не меньше чем на 50 сантиметров выше грунтовых вод. Если же предполагается наличие подвала – основание должно располагаться на 30-50 сантиметров ниже пола.
Также немаловажное значение имеют динамические нагрузки. Это подгруппа временных нагрузок, которые оказывают на фундамент мгновенное или периодическое воздействие. Всевозможные машины, двигатели, молоты (например, штамповочные) – примеры динамических нагрузок. Они оказывают довольное сложное воздействие как на саму опорную конструкцию, так и на почву под ней. Если предполагается, что фундамент будет испытывать подобные нагрузки, их нужно особо учесть при расчете.
Как рассчитать?
Нагрузка на фундамент определяется совокупностью нагрузок всех составных элементов здания. Чтобы правильно высчитать это значение, нужно посчитать нагрузку стен, кровли, перекрытий, воздействие природных факторов, например, снега, сложить все это вместе и сравнить с тем значением, которое считается допустимым.
Не стоит забывать и о типе почвы, который оказывает прямое влияние на то, какой тип фундамента предпочесть и на какую глубину его закладывать. Например, если на участке очень подвижные и неравномерно сжимаемые почвы, можно использовать фундаментную плиту.
Для того чтобы определение нагрузки было максимально точным, необходимо собрать следующую информацию:
- Какова форма и размер будущего дома.
- Какой высоты будет цоколь, из каких материалов его планируется делать, какова будет наружная его отделка.
- Данные по наружным стенам здания. Нужно учесть высоту, площадь, занимаемую в стенах фронтонами, оконными и дверными проемами, из каких материалов они будут сложены, какие материалы будут использоваться при наружной и внутренней отделке.
- Перегородки внутри здания. Определяют их длину, высоту, площадь, которая будет занята дверными проемами, материал, из которого перегородки будут выполнены, и каким образом будет осуществлена их отделка. Отдельно собираются данные по несущим и не несущим конструкциям.
- Крыша. Учитывают тип кровли, ее длину, ширину, высоту, материал изготовления.
- Расположение утеплителя – на перекрытии чердака или в пространстве между стропилами.
- Перекрытие цоколя (пол на первом этаже). Какого типа оно будет, какую будет иметь стяжку.
- Перекрытие между первым и вторым этажами – те же данные, что и у цокольного перекрытия.
- Перекрытие между вторым и третьим этажом (если планируется многоэтажное здание).
- Перекрытие чердака.
Все эти данные помогут произвести точный расчет нагрузок и определить, соответствует ли полученная величина требованиям, которые предъявляет ГОСТ, или нет.
Заранее составленная схема здания, на которой будут указаны размеры самого здания и всех конструкций, поможет в произведении расчетов. Кроме того, нужно учесть удельный вес материалов, из которых сооружены стены, перекрытия, перегородки и материалы отделки.
Вам поможет таблица, где приведено значение массы для материалов, наиболее часто используемых в строительстве.
Тип конструкции | |
Керамический или силикатный полнотелый кирпич толщиной 380 мм (1,5 штуки) | 684 кг на м2 |
510 мм (2 шт) | 918 кг на м2 |
640 мм (2,5 шт) | 1152 кг на м2 |
770 мм (3 шт) | 1386 кг на м2 |
Керамический пустотелый кирпич. Толщина – 380 мм | 532 кг на м2 |
714 кг на м2 |
|
896 кг на м2 |
|
1078 кг на м2 |
|
Силикатный пустотелый кирпич. Толщина – 380 мм | 608 кг на м2 |
816 кг на м2 |
|
1024 кг на м2 |
|
1232 кг на м2 |
|
Сосновый брус толщиной 200 мм | 104 кг на м2 |
156 кг на м2 |
|
Каркасный с утеплением 150 мм | |
Перегородки и внутренние стены | |
Керамический и силикатный полнотелый кирпич. Толщина 120 мм (250 мм) | 216 (450) кг на м2 |
Керамический пустотелый кирпич. Толщина 120 (250) мм | 168 (350) кг на м2 |
Гипсокартон. Толщина 80 мм без утеплителя (с утеплителем) | 28 (34) кг на м2 |
Перекрытия | |
Сплошное железобетонное. Толщина 220 м. Стяжка – цементно-песчаная (30 мм) | 625 кг на м2 |
Железобетонное из пустотных плит. Толщина 220 мм, стяжка – 30 мм | 430 кг на м2 |
Деревянное. Высота балок 200 мм. С утеплителем, плотность которого не больше 100 кг на м3. Напольное покрытие – паркет, ламинат, линолеум, ковролин. | 160 кг на м2 |
Керамическая черепица | 120 кг на м2 |
Битумная черепица | 70 кг на м2 |
Металлическая черепица | 60 кг на м2 |
Далее нужно рассчитать, какую нагрузку оказывает отдельно тот или иной элемент конструкции. Например, кровля. Ее вес равномерно распределяется по тем сторонам фундамента, на которые опираются стропила. Если площадь проекции кровли поделить на площадь сторон, на которые оказывается нагрузка, и умножить на вес используемых материалов, получится искомое значение.
Чтобы определить, какую нагрузку оказывают стены, нужно их общий объем умножить на вес материалов и все это разделить на произведение длины и толщины фундамента.
Нагрузка, оказываемая перекрытиями, рассчитывается с учетом площади тех противоположных сторон основания, на которые они опираются. При этом нужно учитывать, что площадь перекрытий и площадь самого здания должны быть равны между собой. Здесь имеет значение также этажность здания и то, из какого материала выполнен пол на первом этаже – перекрытие подвала. Для расчета нагрузки нужно площадь каждого из перекрытий умножить на вес используемых материалов (см. таблицу) и разделить на площадь тех частей фундамента, на которые оказываются нагрузки.
Немаловажное значение имеют и нагрузки, оказываемые природными климатическими факторами – осадки, ветер и пр. Как пример – нагрузка от снега. Первоначально она сказывается на крыше и стенах, а через них – на фундаменте. Чтобы высчитать снеговую нагрузку, нужно определить, какую площадь занимает снежный покров. Берется величина, равная площади кровли.
Данное значение нужно разделить на площадь сторон основания, испытывающих нагрузку, и умножить на величину удельной снеговой нагрузки, которая определяется по карте.
Также нужно рассчитать и собственную нагрузку фундамента. Для этого берется его объем, умножается на плотность используемых при выполнении материалов, и делится на квадратный метр основания. Чтобы вычислить объем, нужно глубину залегания умножить на толщину, которая равна ширине стен.
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 .
Сбор нагрузок разберем на примере. Для расчета ленточного фундамента понадобится собрать нагрузки ото всех конструкций - от крыши до стен.
В чем заключается сбор нагрузки? Начнем с того, что ширина подошвы фундамента непосредственно зависит от величины нагрузки от конструкций. Поэтому первый шаг - это анализ того, сколько типов фундаментных лент мы назначим.
В нашем примере мы рассмотрим двухэтажный дом без подвала с несущими стенами вдоль цифровых осей. На эти стены опираются сборные плиты перекрытия над первым этажом и монолитное перекрытие над вторым этажом, также на них опираются стропила деревянной кровли. Вдоль буквенных осей - самонесущие стены.
Каким образом собирается нагрузка? Если стена самонесущая, то считается просто вес одного погонного метра этой стены (окна и двери условно не учитываем). Если стена является несущей, и на нее опираются перекрытие, конструкции крыши или лестница, то к весу самой стены прибавляется еще и нагрузки от половины пролета перекрытия (крыши). Площадь, с которой собирается нагрузка называется грузовой площадью. Допустим, расстояние между двумя несущими стенами 4 метра. Нагрузку мы собираем на 1 погонный метр. Одна половина пролета придется на одну стену, вторая - на вторую. Значит, грузовая площадь для каждой стены от этого перекрытия равна 4*1/2 = 2 м 2 . Если на стену опирается перекрытие с двух сторон, то эти две грузовые площади нужно складывать.
На рисунке показана схема дома и грузовые площади для каждой стены.
Нагрузка на стены по оси «1» и «3» одинаковая, это будет первый тип фундамента. Нагрузка на стену по оси «2» значительно больше, чем на наружные стены (во-первых, в два раза больше нагрузка от перекрытий и крыши, во-вторых, сама стена по оси «2» выше), это будет второй тип фундамента. И третий тип - нагрузка от самонесущих стен по осям «А» и «Б».
После того, как определились с количеством типов фундаментов, определим нагрузки от конструкций.
1. Нагрузка на 1 м 2 перекрытия над первым этажом.
Нагрузки |
Коэффициент |
||
40*20/1000=0,8 15*1800/1000=27 2*1800/1000=3,6 |
300*1,1=330 0,8*1,3=1,04 27*1,3=35,1 3,6*1,3=4,7 |
||
Временная нагрузка для жилых помещений - 150 кг/м 2 |
150*1,3=195 |
2. Нагрузка на 1 м 2 перекрытия над вторым этажом.
Нагрузки |
Коэффициент |
|
140*2500/1000=350 15*1800/1000=27 |
350*1,1=385 27*1,3=35 |
|
70*1,3=91 |
Нагрузки |
Коэффициент |
|
50 * 6 00/1000=30 5*14*600/(1*10000)=4,2 |
30*1,1=3 3 4,2*1,1=4,6 |
|
1,25 |
140*1,25=175 |
Нагрузки |
Коэффициент |
|
380*1800/1000=684 50*50/1000=2,5 2*40*1700/1000=136 |
684*1,1=752 2,5*1,1=2,75 136*1,1=150 |
Нагрузки |
Коэффициент |
|
380*1800/1000=684 2*40*1700/1000=136 |
684*1,1=752 136*1,1=150 |
Определим нагрузку на 1 погонный метр первого типа фундамента (по оси «1» и «3»).
Нагрузки |
|
823* 7,4 = 6090 332*3,4/2 = 565 377*3,4/2 = 641 38 *5/2 = 95 7391 |
905* 7,4 =6697 371*3,4/2= 631 420*3,4/2= 714 42 *5/2= 105 8147 |
150*3,4/2 = 255 70*3,4/2 =119 140*5/2 =350 |
195*3,4/2=332 91*3,4/2=155 175*5/2=438 |
Определим нагрузку на 1 погонный метр второго типа фундамента (по оси «2»).
Нагрузки |
|
820*9,6=7872 2*332*3,4/2 = 1130 2*377*3,4/2 =1282 2* 38 *5/2 =1 9 0 1 0474 |
902*9,6=8659 2*371*3,4/2=1262 2*420*3,4/2=1428 2* 42 *5/2= 210 11559 |
2*150*3,4/2 = 510 2*70*3,4/2 =238 2*140*5/2 =700 1448 |
2*195*3,4/2=664 2*91*3,4/2=310 2*175*5/2=876 1850 |
Определим нагрузку на 1 погонный метр третьего типа фундамента (по оси «А» и «Б»).
Нагрузки |
|
823*9,6=7901 |
905*9,6=8688 |
Итак, нагрузки собраны, можно приступать к расчету ленточного фундамента.
Внимание! Для удобства ответов на ваши вопросы создан новый раздел
На этапе планирования важным мероприятием является сбор нагрузок на фундамент. От точности произведенных измерений зависит надежность и долговечность как основания, так и всего сооружения. Все математические расчеты выполняются в четком соответствии с требованиями руководящих документов и нормативов. Для успешной реализации этого мероприятия нелишним будет предварительно изучить СНиПы и обратиться за советом к специалистам.
Необходимость проведения и его условия
Подсчет необходим для выявления создаваемой нагрузки на 1 кв.м. грунта в соответствии с допустимыми показателями.
Грамотный сбор нагрузок — залог надежности основания
Успешная реализация названного мероприятия предусматривает необходимый учет следующих параметров:
- условия климата;
- тип почвы и его особенности;
- границы грунтовых вод;
- конструктивные особенности здания и количество используемого материала;
- планировку сооружения и вид кровельной системы.
С учетом всех перечисленных характеристик расчет основания и проверка соответствия выполняется после утверждения проекта сооружения.
Выполнение расчета
Для проведения правильного сбора нагрузки следует осуществить расчет веса каждого элемента конструкции и установить глубину размещения опорной конструкции.
Глубина размещения
Данный показатель строится на основании глубины промерзания почвы и ее структурного анализа. Для каждого региона исследуемое значение индивидуальное и складывается на основе многолетнего опыта метеорологов.
По общему принципу основание должно с запасом находиться глубже границ промерзания грунта, однако, из любого правила имеются некоторые исключения. Искомый показатель потребуется впоследствии для установления допустимой нагрузки и определения площади основания.
Для увеличения наглядности следует привести пример на основе ленточного типа. Будем определять глубину размещения фундамента для участка, расположенного в г. Смоленск и имеющего тип почвы – супесь. По первой таблице находим интересующий нас город и сличаем показатель.
Для названного населенного пункта он составляет 120 см. По второй таблице устанавливаем глубину размещения для требуемого вида почвы, этот показатель равен не менее ¾ расчетной глубины промерзания грунта, но не менее 0,7 м, таким образом, получаем значение в 80 см, удовлетворяющее всем заявленным условиям.
Представленный вид нагрузки посредством стен сооружения, на которых размещается кровельная система, равномерно распределяется между сторонами основания. Для классической крыши, имеющей два ската, это две противоположные боковые стены. В варианте четырехскатной кровли вес распределяется на все четыре грани.
Требуемый показатель устанавливается по площади проекционных линий кровли, отнесенных к площади сторон основания, подверженных нагрузке, и умноженные на общую массу строительного материала, которую можно вычислить согласно приложенной таблице.
Пример:
- Площадь проекционных линий при размерах постройки 10×10 равняется 100 кв.м.
- При двухскатной крыше длина сторон основания высчитывается по количеству опорных стен, в нашем случае их 2, таким образом, получаем 10×2=20 м.
- Площадь сторон основания, подверженных нагрузке, при толщине фундамента в 0,5 м равняется 0,5х20 = 10 кв.м.
- Тип кровли – керамическая или цементно-песчаная черепица при уклоне в 45º, следовательно, нагрузка по приложенной таблице равняется 80 кг/ кв.м.
- Общая нагрузка крыши на основание – 100/10×80 = 800 кг/ кв.м.
Вычисление снеговой нагрузки
Снег создает давление на основание через крышу и опорные стены, в связи с этим расчет нагрузки, создаваемой снегом, включает в себя усилия кровли на фундамент. Единственное, что требуется дополнительно установить – площадь давления снега. Искомый показатель равняется площади обустроенной кровли.
Для получения итогового значения площадь кровли следует разделить на площадь опорных стен основания и помножить на средний показатель снеговой нагрузки, согласно таблице.
Пример:
- Длина ската кровли в 45º равна 10/2/0,525 = 9,52 м
- Площадь кровли равняется длине коньковой части, помноженной на длину ската (9,52х10) х 2 = 190,4 кв.м.
- Нагрузка снега для Смоленска составляет 126 кг/ кв.м. Помножаем данное значение на площадь кровли и делим на площадь нагруженных стен основания (190,4х126/10 = 2399,04 кг/кв.м.).
Определение нагрузок, создаваемых перекрытиями
Давление перекрытий осуществляется также как и у кровли на опорные стенки фундамента, в связи с этим расчет нагрузки ведется в прямой взаимосвязи с их площадью. Для определения нагрузки первым делом стоит вычислить площадь промежуточных элементов всех этажей с учетом половой плиты.
Площадь одного перекрытия помножается на общую массу материала, заложенного в ее основу, значение которого можно определить по таблице, и полученное значение делят на площадь нагруженных стенок основания.
Пример:
Площадь перекрытий каждого из этажей равна площади сооружения – 100 кв.м. В здании, для примера, пара перекрытий: одна – железобетонная, вторая – деревянная по металлическим (стальным) направляющим.
- Умножаем площадь каждого из перекрытий на их удельный вес. Получаем: 100 х 200 = 20000 кг и 100 х 500 = 50000 кг.
- Суммируем представленные показатели. вычисляем нагрузку на квадратный метр: (20000 + 50000) / 10 = 7000 кг/кв.м.
Вычисление нагрузок, создаваемых стенами
Представленный показатель для ленточного типа вычисляется как произведение общего объема стенных элементов и их общего веса, которые необходимо разделить на произведение длины сторон основания и его толщины.
- Площадь каждой из стен равна произведению высоты сооружения и периметра дома: 3 х (10 х 2 + 10 х 2) = 120 кв.м.
- Вычисляем их объем: произведение площади и толщины (120 х 0,5 = 60 м куб.).
- Определяем общий вес, отыскав произведение объема и массы материала, указанного в таблице: 60 х 1400 = 84 000 кг.
- Устанавливаем площадь опорных сторон, которая равна произведению периметра основания и его толщины: (10 х 2 + 10 х 2) х 0,5 = 20 кв.м.
- Нагрузка, создаваемая стенами: 84 000/20 = 4 200 кг/кв.м.
Промежуточные подсчеты нагрузки основания на грунт
Общий показатель нагрузки, создаваемой ленточной опорой на почву, высчитывается следующим образом: объем фундамента умножается на плотность материала, заложенного в его первооснову, и делится на квадратный метр площади основания. Объем при этом следует вычислять как произведение глубины размещения на толщину слоя опоры.
Как правило, на этапе предварительных вычислений последний показатель принимается, как толщина боковых стен.
- Площадь основания – 20 кв.м., глубина размещения – 80 см, объем основания 20 х 0,8 = 16 м куб.
- Вес основания, выполненного из железобетона, равен: 16 х 2500 = 40 000 кг.
- Общая нагрузка на грунт: 40 000/20 = 2 000 кг/ кв.м.
Определение удельной нагрузки на 1 кв.м. почвы
В завершение находим сумму всех выполненных результатов, не забывая вычислить допустимую нагрузку на фундамент. Вместе с этим стоит учитывать, что давление, создаваемое стенами с кровельной системой на опору, будет выше своих рядом расположенных собратьев.
Посмотрите видео, как провести полный расчет давления на основание дома.
Фиксированный показатель сопротивляемости почвы вычисляем по таблицам, указанных в СНиП 2.02.01-83 и описываемых правила изготовления фундаментов зданий и построек.
- Находим сумму масс, создаваемых всеми элементами сооружения, в том числе и основания: 800 + 2399,04 + 7 000 + 4 200 + 2 000 = 16 399,04 = 16,5 т/кв.м.
- Определяем показатель сопротивляемости почвы, для супесей с коэффициентом пористости 0,7 составляет 17,5 т/ кв.м.
Из полученных расчетов можно сделать вывод о том, что давление, создаваемое выбранной для примера постройкой, располагается в рамках допустимой границы.
Заключение
Как можно заметить из примера, выполнение расчетов нагрузки не такое уж сложное мероприятие. Для успешного его выполнения необходимо четко следовать требованиям нормативных документов и придерживаться определенного ряда правил.
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.