Пример расчета ленточного фундамента по несущей способности грунта для каркасного дома

В данной статье приведена методика расчета фундамента каркасного дома по несущей способности грунта. Мы расскажем какие основные данные необходимо учитывать при расчете фундамента, как правильно эти данные обрабатывать и на что обращать внимание. Прочитав эту статью и руководствуясь приведенной методикой, Вы сможете самостоятельно рассчитать фундамент каркасного дома.

Вводные данные

Дом с мансардой, деревянной каркасной конструкции на ленточном монолитном железобетонном фундаменте. 

Каркасный дом

Состав помещений: 1 комната - 9,47 м², 2 комната - 6,30 м², 3 кухня - 6,30 м², 4 веранда - 9,47 м², 5 мансарда - 12,15 м². Высота до потолка 2,65 м. Площадь крыши 55 м². Окна деревянные, двойные. Двери наружные металлические, внутренние деревянные.

Строительство дома предполагается на суглинистых грунтах с глубиной промерзания до 1,0 м. Расстояние от планировочной отметки до уровня грунтовых вод, в период промерзания грунта, менее расчетной глубины промерзания. Место строительства - Харьковская обл.

Задаем предварительные параметры фундамента исходя из имеющихся геологических условий и принятой схеме его планировки.

Схема фундамента (6,0 м х 6,0 м).

Исходя из наших условий. принимаем предварительные геометрические размеры фундамента: ширина – 0,4 м; высота – 1,1 м. Общая площадь подошвы фундамента: длина 30 м х ширина 0,4 м = 12 м².

Элементы конструкции и применяемые материалы:

• фундамент – ЖБ ленточный, монолитный; 
• цоколь – кирпич; 
• стены - деревянные каркасные с наружной обшивкой из вагонки; 
• двери:
  • наружные - металлические, 
  • внутренние – деревянные;
• пол – брус, половая доска; 
• перегородки – каркасные; 
• внутренняя обшивка стен и перегородок – вагонка; 
• крыша – двухскатная (угол наклона 45 градусов), брус, доска, горбыль;  
• обшивка потолока – ДВП; 
• кровля - профнастил;
• лестница – брус, доска; 
• утеплитель - пенопласт; 
• гидроизоляция – Акваизол, GEOFOL; 
• гвозди, шурупы, скобы – металл, сталь.

Расход строительных материалов и их вес(а) 

• бетон марки М 150 для ЖБ ленточного монолитного фундамента. Объем фундамента (предварительный) определяем расчетом: длина 30 м х ширина 0,4 м х высота 1,1 м = 13,2 м³ (предварительно принятые геометрические размеры фундамента). Удельный вес железобетона – 2500 кг/м³ (по данным СНиП II-3-79). Считаем вес фундамента: объем 13,2 м³ х 2500 кг/м³ = 33000 кг или 33,0 т.
• металл, сталь на металлические двери и крепежные материалы. Двери металлические высотой 2,0 м и шириной 0,8 м с металлической коробкой. По сертификату производителя вес составляет 85 кг. Вес гвоздей, шурупов, скоб, металлических закладных деталей - 105 кг. Всего металла - 190 кг, или 0,19 т; 
• кирпич полнотелый одинарный М 150 для возведения цоколя. По расчету при укладке цоколя высотой в 40,0 см (0,4 м), шириной в два ряда необходимо 2400 штук полнотелого кирпича из расчета - для 1 м² кладки шириной в 2 кирпича, при одинарном кирпиче, с учетом растворных швов необходимо 204 штук. Вес одного полнотелого кирпича 3,4 кг. Тогда вес цоколя по кирпичу составит 2400 шт. х 3,4 кг =8160 кг или 8,6 т;
• лесоматериалы (хвойных пород) для сооружения деревянных каркасных стен с наружной обшивкой из вагонки, внутренних деревянных дверей, пола из бруса и половой доски, внутренних каркасных перегородок, внутренней обшивки стен вагонкой, стропил крыши из бруса, доски, горбыля, лестницы из бруса и доски, фронтона мансарды из досок. Обмер всех составных элементов этих конструкций (по выполненным эскизам) составил объем в сумме 23,1 м³. Удельный вес хвойных пород древесины – 500 кг/м³ (по данным СНиП II-3-79). Определяем вес всего использованного лесоматериала - 23,1 м³ х 500 кг/м³ = 11550 кг или 11,550 т;
• профнастил для покрытия крыши. Площадь крыши составляет 55 м². Применяем оцинкованный профнастил ТУ 1122-002-42831956-02. При весе 1 погонного метра профнастила марки НС18 - 4,35 кг, шириной 1 м, нам необходимо 62 м² (с учетом перекрытия листов профнастила) или 62 мп (при ширине 1,0 м), что составит 62,0 мп х 4,35 кг = 270 кг или 0,27 т;
• ДВП (древесно-волокнистая плита) для потолка. Площадь потолка 6,0 м х 6,0 м = 36 м². Размер примененных плит 1,0 м х 1,2 м = 1,2 м². Всего необходимо плит - 36 м² : 1,2 м² = 30 плит. По плотности материала планируется применить полутвердые плиты с удельным весом 400 кг/м³. Вес одной плиты, при толщине 5 см, составит: 1,2 м² х 0,05 м х 400 кг/м³ = 24 кг. Общий вес облицовки потолка 24 кг х 30 плит = 720 кг или 0,72 т;  

Справка. ДВП по плотности материала делятся на: сверхтвёрдые (плотность 950 кг/м³), твёрдые (850 кг/м³), полутвёрдые (400 кг/м³), изоляционно-отделочные (250-350 кг/м³) и изоляционные (до 250 кг/м³). Промышленностью выпускаются ДВП с размерами (мм): длина 1200-5500; ширина 1000-2140; толщина 2,5-12. По материалам нормативных документов: ГОСТ 4598-86 (2000) "Плиты древесноволокнистые. Технические условия"; Технические условия"; ТУ 5536-0257438-009-99 "Плиты древесноволокнистые средней плотности".

• утеплитель для стен, пола, потолка и крыши. Общая площадь утепления: стен 6 м+6 м+6 м+6 м=24 м х 2,65 м (высота до потолка) = 63,6 м²; потолка 6 м х 6 м =36 м²; пола 6 м х 6 м = 36 м²; крыши 55 м². Всего 63,6 м² + 36,0 м² + 36 м² + 55 м² = 190,6 м². В качестве утеплителя используем пенопласт листовой ПСБ-С 25 по ГОСТ 15588-86, толщиной 0,15 м, плотностью 25 кг/м³. При этом объем утеплителя составит 190,6 м² х 0,15 м = 28,59 м³, а вес 28,59 м³ х 25 кг/м³ = 714,75 кг или 0,715 т.
• гидроизоляция для фундамента и крыши. Для фундамента применяем в качестве гидроизоляции материал «Акваизол СБС» по ТУ 30510965-001, в два слоя. Удельный вес материала - 2,5 кг/м². Длина фундамента 30 м. При укладки «Акваизола» в один слой шириной 0,5 м нам необходимо 30 м х 0,5 м = 15 м² материала, а при двух слоях 15 м² х 2 = 30 м². Вес гидроизоляции составит 30 м² х 2,5 кг/м² = 75 кг.  Для крыши используем гидроизоляционный материал мембрана толщиной 0,6 мм, плотностью 0,94 г/см³ или 940 кг/м³ (1 г/см³ =1000 кг/м³). Площадь для гидроизоляции крыши – 55 м². Объем пленки 55 м² х 0,0006 м = 0,033 м³. Вес 0,033 м³ х 940 кг/м³ = 31 кг. 

Общий вес гидроизоляции будет 75 кг + 31 кг = 106 кг или 0,106 т.

• цементно-песчаный раствор для кладки кирпича цоколя. Исходим из существующих норм - на 1 м³ сплошной стенки одинарного кирпича шириной в два кирпича необходимо 0,240 м³ раствора. Объем нашего цоколя составляет: ширина 0,51 м х длина 30 м х высота 0,4 м = 6,1 м³. Тогда объем необходимого количества раствора для 6,1 м³ кирпичной кладки составит 6,1 х 0,240 = 1,4 м³. Удельный вес раствора составляет 1800 кг/м³ (по данным СНиП II-3-79). Вес раствора составит 1,4 м³ х 1800 кг/м³=2574 кг или 2,574 т.

Общий вес дома, действующий на грунт

• Определяем вес конструкции дома, включая все его элементы. 

Эта величина состоит из суммы веса материалов используемых для строительства (а):

33,0+0,19+8,6+11,55+0,27+0,72+0,715+0,106+2,574= 57,725 т.

• Определяем снеговую нагрузку на дом.

Расчет проводим в соответствии с требованием ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия» раздел 8.

Площадь крыши 55 м²х160 кг/м² = 8800 кг. Где 160 кг/м² величина снеговой нагрузки в районе строительства дома. Определить снеговую нагрузку можно из пункта "снеговая нагрузка" статьи Фундамент дома. Расчет ленточного фундамента для дома.

С учетом угла наклона ската крыши (45 градусов) применяем поправочный коэффициент М = 0,56. 8800 кг х 0,56 = 4930 кг или 4,93 т.

• Определяем полезную нагрузку от мебели, оборудования, количества людей и т. д., все, что будет находиться в доме.

Эта величина (с запасом) принимается равной общей площади дома умноженной на 180 кг/м². 180 кг/м² является принятой величиной удельной полезной нагрузки при расчетах. В нашем случае принимаем 36 м² х 180 кг/м² = 6480 кг или 6,48 т.

Суммарный вес дома со всеми нагрузками воспринимаемыми фундаментом составит сумму трех слагаемых, т.е. 57,725+4,93+6,48=69,135 т.

Таким образом на грунт действует стационарная сила 69,135 тонны.

Удельное давление, действующее на один м2 грунта

Проводим проверку выбранных размеров нашего фундамента на работоспособность. Проверка проводится по упрощенной методике (см. Фундамент дома. Расчет ленточного фундамента для дома) на соответствие фундамента требованиям ДБН В.2.1.-10-2009 «Основания и фундаменты сооружений». (Приложение Е).

Целью расчета является определение соотношения величин удельного давления на грунт под подошвой фундамента от веса дома со всеми нагрузками - Р т/м² и расчетного сопротивления грунта - R т/м². Расчетное сопротивление грунта характеризует его способность воспринимать нагрузку от здания без осадки. Величина Р определяется расчетом, а R регламентируется ДБН.

Главным требованием для надежной работы фундамента является соблюдение условий, при которых величина P должна быть меньше величины R.

Определяем удельное давление на грунт под подошвой фундамента Р т/м².

Для этого общий вес дома с нагрузками 69,135 т делим на площадь подошвы фундамента 12 м² получаем Р = 5,76 т/м².

По таблице Е.3 ДБН находим что R для суглинков составляет 10,0 т/м². При определении R, поскольку не проводились геологические исследования грунта, из таблицы выбираем самый минимальный показатель этой величины (принимая во внимание самые неблагоприятные показатели пористости и текучести грунта).

Как мы видим R значительно больше Р, что соответствует главному условию надежной работы фундамента.

Для создания запаса прочности фундамента, перекрывающего неточности в выборе исходных данных, необходимо чтобы величина R была на 15-20% больше чем Р. У нас, при 20% запасе достаточно чтобы величина Р = 8,0 т/м² (контрольная величина).

Проверка и корректировка размеров фундамента

Исходя из полученных расчетных данных, для экономии средств, целесообразно уменьшить размеры фундамента. Будем поэтапно искать оптимальный вариант.

Уменьшаем ширину фундамента на 10 см (т.е. принимаем ширину 30 см), при этом площадь подошвы фундамента будет 9 м².

Определяем Р, которое будет составлять: 69,135 т : 9,0 м² = 7,68 т/м², что не превышает допустимое Р=8,0 т/м².

Проведем уточненную проверку Р, т.к. уменьшился вес самого фундамента. Вес фундамента при его ширине 30 см составит 0,3 м х 1,1 м х 30 м х 2500 кг/м²=20455 кг или 20,46 т. При этом вес конструкций дома составит: 57,725-33+20,46=45,185 т, а суммарный вес дома 45,185+4,93+6,48 = 56,59 т. Определяем Р - 56,59 т : 9,0 м²=6,29 т/м². Эта величина значительно меньше контрольной - 8,0 т/м².

Уменьшаем ширину фундамента еще на 5 см (т.е. принимаем ширину фундамента 25 см), при этом площадь подошвы фундамента составит 7,5 м².

Определяем Р - 56,59 т : 7,5 м²=7,54 т/м². Полученное значение Р достаточно близко к контрольной величине Р = 8,0 т/м². Очевидно, что дальнейшая корректировка параметров фундамента не целесообразна, поэтому полученные результаты расчета могут считаться окончательными.