Расчет фундамента при строительстве дома включает:
Мы рассмотрим пример расчета фундамента по несущей способности грунта, т.к. он достаточно прост и доступен застройщику обладающему знаниями в математике и физике в объеме средней школы.
Расчет состоит из трех этапов:
Далее подробно разберем все три этапа. А в следующих статьях будет рассмотрено три примера данного расчета для разных видов домов (расчет фундамента для дома из кирпича, расчет фундамента для каркасного дома и расчет фундамента для дома из газобетона ).
В приведенном в этой статье примере расчета фундамента подразумевается, что нагрузка от дома распределяется равномерно по всей площади.
Необходимо рассчитать приблизительный вес дома. Для этого существуют справочные данные с усредненными значениями удельного веса конструкций дома: стен, перекрытий, кровли.
Удельный вес 1 м2 стены
|
Каркасные стены толщиной 150 мм с утеплителем |
30-50 кг/м2 |
|
Стены из бревен и бруса |
70-100 кг/м2 |
|
Кирпичные стены толщиной 150 мм |
200-270 кг/м2 |
|
Железобетон толщиной 150 мм |
300-350 кг/м2 |
Удельный вес 1 м2 перекрытий
|
Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м3 |
70-100 кг/м2 |
|
Чердачное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м3 |
150-200 кг/м2 |
|
Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м3 |
100-150 кг/м2 |
|
Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м3 |
200-300 кг/м2 |
|
Железобетонное |
500 кг/м2 |
Удельный вес 1 м2 кровли
|
Кровля из листовой стали |
20-30 кг/м2 |
|
Рубероидное покрытие |
30-50 кг/м2 |
|
Кровля из шифера |
40-50 кг/м2 |
|
Кровля из гончарное черепицы |
60-80 кг/м2 |
На основании этих таблиц можно примерно рассчитать вес дома. Пусть планируется построить двухэтажный дом размером 6 на 6 с одной внутренней стеной с высотой этажа 2,5 м. Тогда длина внешних стен одного этажа составит (6+6) x 2 = 24 м, плюс одна внутренняя стена длиной еще 6 м, итого 30 м. Общая длина всех стен на двух этажах 30 м х 2 = 60 м. Тогда площадь всех стен составит: S стен = 60 м х 2,5 м = 150 м2. Площадь цокольного перекрытия составит 6 м x 6 м = 36 м2. Такая же площадь будет и у чердачного перекрытия. Кровля всегда несколько выступает за стены дома (допустим на 50 см с каждой стороны), поэтому площадь кровли посчитаем как 7 м х 7 м = 49 м2.
Теперь, используя средние данные из приведенных выше таблиц, можно провести приблизительный расчет общей нагрузки на фундамент. При этом будем брать наибольшие удельные веса, чтобы считать с запасом. Для сравнения расчет сделан для трех вариантов домов:
Помимо постоянной нагрузки, которая создается весом дома, есть временные нагрузки от ветра и снежного покрова. Средний вес снежного покрова приведен в таблице:
|
Для юга России |
50 кг/м2 |
|
Для средней полосы России |
100 кг/м2 |
|
Для сервера России |
190 кг/м2 |
При площади кровли 49 м2 для средней полосы России нагрузка от снежного покрова составит 49 м2 х 100 кг/м2 = 4900 кг. Прибавляем ее к общей нагрузке на фундамент.
|
Дом |
Вес стен, кг |
Цокольное перекрытие, кг |
Чердачное перекрытие, кг |
Вес кровли, кг |
Снежный покров, кг |
Всего, кг |
|
Каркасный |
7500 |
5400 |
3600 |
1470 |
4900 |
22870 |
|
Кирпичный |
40500 |
5400 |
3600 |
1470 |
4900 |
55870 |
|
Железобетонны |
52500 |
18000 |
18000 |
3920 |
4900 |
97320 |
Расчёт фундаментов может быть выполнен с различной целью. Примеры расчёта фундаментов приводятся для того, чтобы показать, как правильно рассчитать ширину фундамента, как правильно рассчитать давление и так далее.
Чтобы фундамент был надёжным, площадь основания фундамента должна удовлетворять неравенству:
(Площадь основания фундамента, см²) x (Несущая способность грунта, кг/см²) > (Вес дома, кг)
Если говорить о расчёте на несущую способность, то методика расчёта такова:
Вес фундамента, стен, крыши, перекрытий на крыше можно рассчитать, с помощью таблиц 1-4.
Вес снега на крыше рассчитывается, исходя из удельного веса снежного покрова в Средней полосе России 100 кг/м².
Вес людей и предметов в доме для коттеджа и загородного дома рассчитывается, как для городской квартиры, по формуле
400 кг/м² x (Общая площадь помещения, м²)
Если в доме предполагается бассейн или другой очень тяжёлый объект, его вес нужно добавить к весу дома.
Для дачного дома, где нет чугунной ванны, рояля, бильярда, толпы гостей можно рассчитывать вес людей и предметов в доме по формуле
200 кг/м² x (Общая площадь помещения, м²)
Оптимальная площадь основания фундамента выбирается из расчёта, чтобы грунт не проседал под весом дома. Грунт проседает под весом дома, когда нагрузка на грунт слишком большая. Нагрузку на грунт можно уменьшить, увеличив площадь основания фундамента. Для ленточного фундамента, чтобы получить необходимую площадь фундамента, увеличивают ширину стен фундамента. Для столбчатого фундамента - увеличивают количество столбов и увеличивают их длину и ширину, доводя до 500 мм.
Для одноэтажных или двухэтажных летних садовых домиков размер фундамента, как правило, одинаковый, т.к. несущая способность грунта выдержит данную нагрузку. Размер фундамента зависит от толщины стен и глубины промерзания грунта. Чтобы построить прочный, но экономичный фундамент под летний садовый домик, рекомендуется применять столбчатый фундамент и избегать необоснованного утолщения фундамента. При неблагоприятных свойствах грунта можно расширить только нижнюю часть фундамента.
Ленточный фундамент обычно возводят под строение с тяжелыми стенами из кирпича или железобетона. При неглубоком заложении фундамента целесообразно делать ленточный фундамент. Если строение будет иметь подвал, также строят ленточный фундамент. В дачном строительстве не рекомендуют делать расширенный ленточный фундамент на всю его высоту. При необходимости расширенным делают только основание фундамента: его бетонируют и армируют. Толщина фундамента обычно соответствует толщине стены строения.
Столбчатый фундамент строят под каркасное или деревянное строение с легкими стенами. Столбы возводят под углы строения, на пересечении стен и в других местах сосредоточения нагрузки. Столбы ставят на расстоянии 1500-2500 мм. Расстояние определяется весом дома и несущей способностью грунта. На супеси и песчаном грунтах столбы ставят на расстоянии 1500-2000 мм. На скальном, хрящевом, глинистом грунтах и суглинке столбы ставят на расстоянии 2000-2500 мм.
Чтобы определить нагрузку на грунт и понять, выдержит ли этот грунт такое здание, нужно к весу дома прибавить вес фундамента.
Под железобетонный и кирпичный дом вероятнее всего придется закладывать ленточный глубоко заглубленный фундамент, т.е. на глубину ниже глубины промерзания. Примем ее 1,5 м, и добавим еще 40 см над уровнем земли, итоговая высота ленты фундамента составит 1,9 м. Общая длина такой ленты составит 30 м (24 м периметр и 6 м под внутренней стеной), ее общий объем при ширине 40 см – 30 м х 0,4 м х 1,9 м = 22,8 м3, при плотности железобетона 2400 кг/м3, вес фундамента составит 54720 кг. Опорная площадь такого фундамента составит 3000 см х 40 см = 120 000 см2.
Под каркасный дом должно хватать столбчатого фундамента. Пусть столбики будут диаметром 20 см и высотой 1,9 м и заложены на глубину 1,5 м. Опорная площадь такого столбика составит 10 см х 10 см х 3,14 = 314 см2. Объем такого столбика будет 0,06 м3, а вес – 143 кг. Общая длина всех стен составляет 30 м, если ставить столбики через 1 м, то их понадобится 30 штук. В этом случае общий вес столбчатого фундамента составит 143 кг х 30 = 4290 кг, а общая опорная площадь – 314 см2 х 30 = 9420 см2
Итак, для каждого дома рассчитан вес, выбран фундамент, посчитана опорная площадь и вес фундамента. Чтобы рассчитать общую нагрузку на грунт, нужно общий вес здания разделить на опорную площадь.
|
Дом |
Вес дома, кг |
Вес фундамента, кг |
Общий вес, кг |
Площадь, см2 |
Нагрузка на грунт, кг/см2 |
|
Каркасный |
22870 |
4290 |
27160 |
9420 |
2,88 |
|
Кирпичный |
55870 |
54720 |
110590 |
120000 |
0,92 |
|
Железобетонный |
97320 |
54720 |
152040 |
120000 |
1,26 |
Любой сухой грунт (хоть глинистый, хоть песчаный) имеет несущую способность от 2 кг/см2 и более. Именно на эту цифру и стоит равняться при расчете фундамента. В нашем случае нагрузка от кирпичного и железобетонного домов на массивном ленточном фундаменте остается в пределах 2 кг/см2 с большим запасом. Нагрузка от каркасного дома на столбчатом фундаменте превышает 2 кг/см2. Если нагрузка на грунт получается слишком большой и есть сомнения по поводу того, что грунт ее выдержит, нужно изменить параметры фундамента для увеличения опорной площади. В случае с ленточным – это увеличение ширины ленты, в случае со столбчатым – увеличение диаметра столба и увеличение количества столбов. Разумеется, при этом изменится и вес фундамента, поэтому расчет его веса и нагрузки на грунт нужно будет повторить.
После выбора типа фундамента и его характеристик можно провести расчет количества бетона на него и рассчитать расход арматуры для армирования этого фундамента.
При строительстве дома необходимо иметь проект. Не обязательно это должен быть проект, сделанный профессиональным проектировщиком, в случае с самостоятельным строительством собственного дома это может быть свой план строительства. Так или иначе, еще до начала строительства необходимо представлять какие работы и в какой последовательности нужно выполнить, сколько на это уйдет строительных материалов, и самое главное, сколько все это будет стоить. Для этого нужно рассчитать расход стройматериалов, и в случае с заложением фундамента главный вопрос заключается в том, сколько нужно бетона на фундамент. Расход бетона измеряется в кубометрах, а не в тоннах, поэтому задача всего расчета бетона для фундамента заключается в определении объема фундамента.
Исходными данными для расчета количества бетона для заливки фундамента является тип фундамента (плитный, ленточный, столбчатый) и его конфигурация. Тип фундамента и параметры выбираются в зависимости от несущей способности грунта и нагрузки на фундамент. Для расчета мы примем фундамент для дома размером 6 м на 6м с одной внутренней стеной.
Для расчета плитного фундамента необходимо знать площадь и толщину плиты, наличие ребер жесткости и их размеры. В случае с ленточным фундаментом нужно знать глубину его заложения, ширину ленты и ее суммарную длину (периметр внешних стен и сумма длин внутренних перемычек под внутренними несущими стенами). Для расчета столбчатого фундамента нужно знать высоту столбиков, их диаметр и количество.
Расчет бетона на фундамент сводится к определению объема самого фундамента. На практике для индивидуального строительства применяют три основных вида фундамента – плитный, ленточный и столбчатый.
Плитный фундамент представляет собой цельную монолитную плиту, которая укладывается под всех площадью дома. Поэтому чтобы узнать объем бетона, нужного для заливки плитного фундамента, надо посчитать объем плиты – умножить площадь плиты на ее толщину. Для дома размером 6 м на 6 м площадь плиты составит 36 м2. Минимальная толщина плитного фундамента составляет 10 см, при этой толщине ее объем бетона для ее заливки составит 36 м2 х 0,1 м = 3,6 м3. При толщине плиты 20 см ее объем будет 7,2 м3, при толщине 30 см – 10,8 м3. Таким будет расход бетона для заливки гладкой плиты.
Для обеспечения большей жесткости у плитных фундаментов делают ребра жесткости, направленные в продольном и поперечном направлении плиты и разделяющие ее на квадраты. Ребра жесткости делают плиту более устойчивой к деформации, обычно их делают на нижней поверхности плиты, потому что сделать так проще и верхняя поверхность плиты остается гладкой. Чтобы рассчитать расход бетона на ребра жесткости нужно знать общую их протяженность и площадь поперечного сечения. Если ребра жесткости делаются через каждые 3 м, то в том же фундаменте 6 м на 6 м их будет шесть – три вдоль и три поперек: ребра жесткости будут располагаться на самых краях плиты и в ее середине. Длина каждого ребра жесткости будет 6 м, их суммарная протяженность 6 м х 6 = 36 м. Высота ребра жесткости обычно равна толщине плиты, форма поперечного сечения – прямоугольная или в виде трапеции. Ширина ребра жесткости составляет от 0,8-1 от его высоты. Таким образом, площадь поперченного сечения прямоугольного ребра жесткости 10-сантиметровой плиты составит 0,1 м х 0,08 м = 0,008 м2, их объем 0,008 м2 х 36 м = 0,288 м3. У ребер жесткости в виде трапеции соотношение длин оснований трапеции около 1,5, т.е. меньшее основание равно 0,8-1 от толщины плиты, а большее основание в 1,5 раза больше. Для плиты толщиной 10 см площадь поперечного сечения ребра жесткости составит 0,5 х 0,1 м (0,08 + 0,12) = 0,01 м2, а объем таких ребер 0,01 м2 х 36 м = 0,36 м3. Аналогично можно рассчитать объем ребер жесткости для плит большей толщины.
Количество бетона, которое нужно для заливки плитного фундамента 6 м х 6 м.
|
Тип и размер плиты |
Расход бетона, метр куб. |
|
толщиной 10 см |
3,6 |
|
толщиной 20 см |
7,2 |
|
толщиной 30 см |
10,8 |
|
толщиной 10 см прямоугольными ребрами жесткости |
3,89 |
|
толщиной 20 см прямоугольными ребрами жесткости |
8,35 |
|
толщиной 30 см прямоугольными ребрами жесткости |
13,4 |
|
толщиной 10 см ребрами жесткости в виде трапеции |
3,96 |
|
толщиной 20 см ребрами жесткости в виде трапеции |
9 |
|
толщиной 30 см ребрами жесткости в виде трапеции |
14,85 |
Как правило, столбики имеют одинаковые размеры. Достаточно подсчитать объем одного столбика и умножить на их количество, и Вы получите необходимое количество бетона. Объем одного столбика равен произведению площади его сечения на высоту. Сечение столбиков, в основном, бывает прямоугольным, в частности квадратным или круглым. Площадь прямоугольного сечения есть произведение длины на ширину. Площадь сечения круглого сечения есть произведение квадрата радиуса на число «пи» (3,14).
Сколько кубов бетона надо для заливки ленточного фундамента?Чтобы рассчитать сколько кубов бетона, необходимо для заливки ленточного фундамента, нужно знать ширину ленты фундамента, ее высоту и суммарную длину. Ширина ленты фундамента составляет обычно от 20 см до 40 см и зависит от того, какой должна быть площадь опоры у фундамента. Высота ленты фундамента – это глубина его заложения плюс высота его надземной части (обычно это 40-50 см). При заложении ленточного фундамента на глубину 1,5 м и высоте надземной части 0,4 м общая высота составит 1,9 м. Общая длина ленты фундамента – это периметр внешних стен и длина ленты под внутренними стенами. Для того же дома размером 6 м на 6 м с одной внутренней стеной общая длина ленты составит 30 м (24 м внешние стены и 6 м – одна внутренняя). Если ширина ленты составляет 0,4 м, то общий расход бетона на такой ленточный фундамент составит 0,4 м х 30 м х 1,9 м = 22,8 м3.
Расчет количества арматуры и вязальной проволоки для фундамента
Расчет количества арматуры для фундамента производится на основании типа фундамента и его формы. Тип и размеры фундамента определяются с учетом расчетных нагрузок и несущей способности грунта. Ранее мы в качестве примера рассчитали нагрузки на фундамент (статья «Как рассчитать нагрузку на фундамент и грунт») для дома размером 6 м на 10 м с двумя внутренними стенами. В настоящей статье произведем расчет количества арматуры и вязальной проволоки для того же дома.
В каждом месте пересечения прутков у нас будет две вязки арматуры – соединение продольного прутка с поперечным и их последующая вязка с вертикальным прутком. Количество соединений в верхнем поясе 31*51=1581 шт., в нижнем поясе столько же. Итого соединений 1581*2=3162 шт.
Для каждой вязки арматуры потребуется вязальная проволока сложенная вдвое длиной 15 см или 30 см чистой длины.
Общее количество вязальной проволоки равно количество соединений умноженное на количество вязок в каждом соединении умноженное на длину проволоки на одну вязку: 3162*2*0,3=1897,2
Прежде всего, надо определиться с классом и диаметром прутка арматуры: для плитного фундамента нужно использовать только арматуру с ребристой поверхностью и диаметром не меньше 10 мм. От диаметра арматуры зависит прочность всей конструкции: чем толще арматура, тем прочнее. При выборе ее толщины стоит ориентироваться на вес дома и тип грунта. Если грунт непучинистый и плотный, т.е. имеет хорошую несущую способность, то под нагрузкой от дома он будет меньше деформироваться и от плиты требуется меньшая устойчивость. Второй фактор – это вес дома. Чем он больше, тем больше нагрузка на плиту и больше ее деформация. Если вы строите легкий деревянный дом на хорошем грунте, то для армирования плиты достаточно будет арматуры диаметром 10 мм. Если тяжелый дом на слабом грунте – то арматуру надо использовать толстую 14-16 мм. Шаг сетки арматурного каркаса плиты обычно составляет 20 см, при таком шаге на нашем фундаменте 6х6 м надо уложить 31 пруток вдоль и столько же поперек, итого 62 прутка. Поясов армирования у плиты надо делать два – верхний и нижний, поэтому общее количество прутков будет 124 штуки, при длине прутка 6 м получаем расход 124 х 6 м = 744 погонных метра арматуры. Помимо этого верхнюю сетку арматуры надо соединить с нижней, это соединение делается в местах пересечения продольных и поперечных прутков арматуры. Таких соединений будет 31 х 31 = 961 штук. Если толщина плиты составляет 20 см, а каркас арматуры находится в 5 см от поверхности, то на каждое соединения нужен пруток арматуры длиной 10 см (20 см толщины минус 5 см снизу и сверху). На все соединения потребуется 0,1 х 961 = 96,1 метра арматуры. Общее количество арматуры на весь плитный фундамент составит 744 м + 96,1 м = 840,1 погонных метра.
Чтобы посчитать, сколько нужно вязальной проволоки, надо прежде всего определить способ соединения: сначала соединяются продольные и поперечные прутки арматуры нижнего пояса, затем к ним присоединяются вертикальные прутки, и потом к ним продольные и поперечные прутки верхнего пояса. Таким образом, в каждом месте, где пересекаются два горизонтальных прутка и один вертикальный есть два соединения вязальной проволоки. Таких мест 961 в нижнем поясе и столько же в верхнем. Для вязки одного пересечения прутков нужно 15 см вязальной проволоки, согнутой пополам, то есть 0,3 м чистой длины. Полный расход вязальной проволоки на плитный фундамент составит 0,3 м х 961 х 2 = 576,6 м.
Сколько арматуры нужно для армирования ленточного фундамента?
Высота ленточного фундамента обычно значительно больше его ширины: например, ширина 30-40 см, высота 70 см. В этом случае лента гораздо меньше, чем плита, склонна к изгибу, поэтому в ленточном фундаменте можно использовать арматуру меньшего диаметра. При строительстве индивидуальных домов в основном используется арматура 10-12 мм, реже 14 мм. Еще одна особенность ленты – это использование только двух поясов армирования независимо от высоты фундамента. В верхней и нижней частях ленты в 5 см от поверхности бетона укладывают продольные прутки арматуры, они и принимают на себя нагрузку при деформации ленты. Вертикальные и поперечные прутки арматуры не несут нагрузки, их делают из тонкой и гладкой арматуры. При ширине ленточного фундамента 40 см достаточно использовать всего четыре продольных прутка – два сверху и два снизу. Реже используется армирование по три и четыре прутка в каждом поясе. Такое усиление оправдано на слабом или подвижном грунте или при строительстве массивных домов.
Общая длина ленты фундамента под дом 6 м на 6 м с одной внутренней несущей стеной составит 30 м (24 м периметр внешних стен + 6 м под внутренней). Расход ребристой арматуры для продольного армирования в 4 прутка составит 30 м х 4 = 120 м. Вертикальные и поперечные прутки можно устанавливать с шагом 0,5 м. При ширине ленты 30 см и высоте 70 см с учетом отступом от поверхности фундамента в 5 см на каждое соединение будет нужно 1,6 м гладкой арматуры диаметра 6 мм. Таких соединений будет 61 штука, общий расход гладкой арматуры будет 97,6 м. Каждое такое соединение имеет 4 связки арматуры. На одну связку нужно 30 см вязальной проволоки, поэтому общий расход вязальной проволоки на ленточный фундамент составит 0,3 м х 4 х 61 = 73,2 м.
Для армирования столбиков нет нужды использовать толстую арматуру, достаточно арматуры диаметром 10 мм. Для вертикальных прутков используется ребристая арматура, горизонтальные прутки используется только для того, чтобы связать их в единый каркас. Обычно арматурный каркас для столбика состоит из 2-4 прутков, длина которых равна высоте столба. Если диаметр столба большой (более 20 см), то надо использовать больше, равномерно распределяя их внутри столба. Для армирования 2-метрового столба диаметром 20 см можно ограничиться четырьмя прутками из арматуры диаметра 10 мм, которые расположены на расстоянии 10 см друг от друга и перевязаны в четырех местах гладкой арматурой диаметром 6 мм. Расход ребристой арматуры на один столб составит 2 м х 4 = 8 м; длина гладкой 0,4 м х 4 = 1,2 м. При необходимом количестве столбов 30 шт общий расход ребристой арматуры будет 8 м х 30 = 240 м, а гладкой 1,2 м х 30 = 36 м.
В одном столбе есть четыре горизонтальных прутка, каждый из которых крепится к четырем вертикальным, поэтому для вязки арматуры на каждый столб необходимо 0,3 м х 4 х 4 = 4,8 м вязальной проволоки. На всеь фундамент из 30 столбов потребуется 4,8 м х 30 = 144 м.
Произведя расчет количества арматуры в погонных метрах, мы можем рассчитать её вес и узнать стоимость. Для этого нам понадобится таблица зависимости веса одного погонного метра арматуры от её диаметра. Формула для расчетов: (количество арматуры в погонных метрах)*(вес одного погонного метра арматуры для соответствующего диаметра)*(стоимость одной тонны арматуры)/1000.
Как построить дом своими руками