Нагрузка на почву от фундамента

Нагрузка на почву от фундамента

Содержание

Многие пытаются рассчитывать конструкцию фундамента, взяв за основу характеристики грунтов. Я также пытался это сделать, да только тема эта по грунтам для меня оказалась чересчур обширная. Скальные, крупнообломочные, глинистые да песчаные. вобщем, достаточно только взглянуть на ГОСТ 25100-95 (Грунты. Классификация.), как осознаешь, что львиная доля всех этих знаний мне и не нужна вовсе. А где же из этого нагромождения информации то, что мне нужно?

И я опять пошел по пути упрощения. Не надо мне изучать грунты. Давай-ка я сначала определю, сколько будет весить моя конструкция, мой дом, который я намерен построить. А потом уже буду посмотреть, выдержит ли земля участка это строение, или он провалится в нее по крышу.

Вобщем, поехали. Сначала считаю вес фундамента. Беру за основу сплошной монолит, железобетон. Поскольку мне нужен цокольный этаж, то и фундамент у меня будет ленточный и никакой другой. Ведь лента фундамента — это часть стены цокольного этажа.

Короче, Высота фундамента пусть будет 1,5 метра. Ширина ленты — 0,3 м. Габариты дома — 9 х 9 метров. Башенок всяких, верандочек и фигурных крылечек не предусматриваю, я вообще противник всего этого, поскольку живу не в Африке. Потому и дом строго квадратный, чтобы уменьшить теплопотери. И что же получается? 9 * 4 * 0,3 * 1,5 = 16,2 кубометра.

К этому добавлю еще подошву шириной 0,5 м и высотой 0,1 м. 9 * 4 * 0,5 * 0,1 = 1,8 кубометра. И вот, в итоге 16,2 + 1,8 = 18 кубометров бетона. Беру удельный вес 2500 кг/м 3 и множу на объем 18 м 3 . Получается 45000 кг. Внушительно, ничего не скажу.

А еще стены. Это примерно 20 рядов по 60 газобетонных блоков, каждый из которых весит 16 кг. 20 * 60 * 16 = 19200 кг. Нормально. Вес раствора для кладки и прочей аммуниции типа арматуры не считаю, ведь есть еще оконные проемы да дверные, которых не учитывал. Да и не диссертацию пишу, право.

Читайте также:  Котел для кирпичной печки

Что дальше? Перекрытия, конечно. У меня они деревянные, а удельный вес сосны — 500 кг/м 3 . Не буду вдаваться в подробности, просто скажу, что каждое из двух перекрытий у меня весом около 3000 кг. Но есть одно НО: нижнее перекрытие опирается не только на стены, оно опирается и на пол цокольного этажа через перегородки в нем. А верхнее перекрытие опирается также на перегородки, стоящие на нижнем перекрытии. Так что я, пожалуй, возьму в расчет только половину веса перекрытий. Только 3000 кг.

А мебель и всю утварь, включая жильцов, вообще не буду учитывать. Веса немного, да и опора для всего — перекрытия. Гораздо больше будут значить крыша и снеговая нагрузка. По моим расчетам, опять же без подробностей здесь, стропильная система вкупе с обрешеткой, фронтонами и профнастилом весит до 3500 кг.

А вот снеговая нагрузка. При той крутизне скатов, что я запланировал, ее вообще-то и не должно быть, да и крышу ориентирую так, чтобы ветрами не наметало, а сдувало. Для того, чтобы выбрать нужную ориентацию, не одну крышу в округе проанализировал. Но все же, чем черт не шутит! Положу-ка я для расчетов еще и полуметровый слой снега на крышу.

Крыша приличная, площадь у нее около 150 квадратных метров, а полуметровый слой снега на ней будет весить. ух ты! 30 тонн! Ладно, принято. Считаем все вместе:

Фундамент: 45000 кг.
Стены: 19200 кг.
Перекрытия: 3000 кг.
Крыша: 3500 кг.
Снег: 30000 кг.

Итого? Итого получается 100700 кг. Это все увеличиваю еще в полтора раза для надежности и в качестве результата принимаю общий вес в 150 тонн.

Вот. Теперь самое интересное. Какая там у меня площадь подошвы фундамента? 9 * 4 * 0,5 = 18 м 2 , или 180000 см 2 . Теперь прикинем, какой вес давит на каждый квадратный сантиметр подошвы: 150000 / 180000 = 0,83 кг/см 2 .

А теперь еще интереснее. Посмотрим на таблицы, в которых указана допустимая нагрузка на разные грунты.

Расчетные сопротивления R0 крупнообломочных грунтов

Крупнообломочные грунты

R0 (кг/см 2 )

Галька или щебень с заполнителем:

Автор: Дмитрий Белкин

Сегодня я хотел бы показать пример простых математических расчетов, которые очень могли бы пригодиться вам не только для расчета фундамента своего дома или сарая, но, также и для занимательного и веселого времяпровождения, особенно, если вы любите занимать свой пытливый и беспокойный ум расчетами в уме или на калькуляторе. Метод расчета фундамента, который приведен в этой статье, доступен абсолютно каждому.

Как и всегда, голые расчеты ничего не стоят без кропотливой и аккуратной проработки предметной области. Поэтому и в этой статье я не хотел бы эту предметную область обойти стороной. Кроме того, именно для анализа предметной области я и пишу эту статью. Собственно расчет фундаментов идет в качестве довеска к предметной области, как первый поцелуй двух школьников к двухчасовой прогулке на морозе.

Предварительные соображения (проработка предметной области)

Первое, что хотелось бы заметить, так это то, что я, на собственном дворе хожу по земле, и эта земля у меня под ногами не проваливается. Надеюсь, что и у вас такая же ситуация. Причем, если ситуация другая, что вполне может быть, то ничего страшного! Нужно просто будет приводимые расчеты скорректировать. Дальше, я думаю, будет понятно, как именно. Но я лично не проваливаюсь. От этого и будем отталкиваться.

Поскольку я на собственной земле стою и даже следов не оставляю, то из этого факта сразу следует вывод, что нагрузка, которую я оказываю на почву не достаточно велика для того, чтобы та деформировалась. Похоже, этот факт говорит о том, что почва у меня под ногами достаточно трудносжимаема для той нагрузки, которую я на нее оказываю.

А какую я оказываю нагрузку на почву? Сейчас посчитаем

Нагрузка на почву, оказываемая обычным человеком.

Для подсчета нагрузки нам надо посчитать площадь наших стоп. Причем не по ноге, а по обуви. Площадь прямоугольника считается умножением его длины на ширину. Но ноги у нас, как правило, не имеют форму прямоугольника. Нам придется это учитывать, особенно потому, что мы поставили себе цель не загружаться теорией, а провести расчет просто, весело и занимательно.

Так вот я беру свой ботинок и линейкой очень приблизительно (округляю в меньшую сторону) меряю длину и ширину, как если бы это был прямоугольник. У меня получилось длина 28 см , ширина 10 см . Это по минимуму. Площадь прямоугольника получилась 28*10 = 280 см 2 или 0,028 м 2 . При переводе мы помним, что в одном метре 100 сантиметров, а в одном квадратном метре — 10 000 (Десять тысяч) квадратных сантиметров. На сколько реальная площадь стопы меньше площади этого прямоугольника? На глаз не очень на много. Ну, скажем, на 20% . Ноги у нас две, и того получается общая площадь моей опоры на землю равна 280*2/20% = 448 см 2 или 0,045 м 2 . Мой вес составляет 75 кг (и мне было не просто его достичь). Таким образом, нагрузка, которую я оказываю на почву, равна 75/448 = 0,167 кг на см 2 .

А какую нагрузку на почву оказывают другие знакомые нам предметы?

Со мной все понятно. Я давлю на каждый см 2 почвы весом в 167 грамм , и это совсем не много. Это позволяет мне не оставлять на почве глубоких следов. А вот мой автомобиль тоже не проваливается и тоже стоит во дворе и не оставляет на земле следов. Какую же он оказывает нагрузку на грунт? У автомобиля 4 точки опоры, площадь которых подсчитать очень сложно. Как вы понимаете, опорой для автомобиля выступают так называемые "пятна контакта" резиновых колес с почвой. Как подсчитать площадь этих пятен — я даже не представляю. Но приблизительно можно попробовать. Ширина колеса 205 мм . Я вот сейчас перекрещусь и буду считать, что пятно каждого колеса составляет прямоугольник 210 на 100 мм . Интересно, на сколько я ошибся? К тому же пятна передних колес, наверное, больше по площади пятен задних колес. Вес автомобиля 1200 кг . Считаем.

  • Площадь одного пятна (в см): 21*10 = 210 см 2
  • Площадь четырех пятен: 210*4 = 840 см 2
  • Нагрузка автомобиля на почву: 1200/840 = 1.42 кг/см 2

Переходим к расчету фундамента

Напомню, что все предыдущие и весьма занимательные вещи мы считали для одной только цели — рассчитать фундамент здания по той нагрузке, которую он будет оказывать на почву. Вопрос об определении степени трудносжимаемости грунта мы пока оставим в покое. Надо же понять сначала, с какой нагрузкой мы дело имеем.

Считать площадь опоры фундамента — одно удовольствие. Там все прямо и перпендикулярно. Считать вес дома — тоже особого труда не представляет. В любом случае можно прикинуть вес, а потом пару тонн добавить. На погрешности, на мебель и на себя любимых.

Для простоты расчетов возьмем простой прямоугольный дом 10Х10 метров. Причем домик наш будет стоять на фундаменте из бетонных блоков. Толщина фундамента 30 см . Высота фундамента вместе с цоколем составляет 1,5 метра . Стены нашего дома выложены из пенобетона плотностью 600 килограмм в кубе . Толщина стен 20 см Коробка высотой 6 метров . Не забудем про фасады из тех же блоков — два треугольника высотой 4 метра . Стропилы и крыша из ондулина. На всякую сопутку типа балок для пола, половых досок и всего такого добавим полторы тонны . Это 2 куба дерева . Ну и как обещал, еще пару тонн на все про все. Кстати, домик не маленький получается.

Вес будущего дома

Собственно фундамент

  • Площадь основания (см 2 ): (1000*4)*30 = 120 000 см 2 (Сто двадцать тысяч)
  • Площадь основания (м 2 ): (10*4)*0,3 = 12 м 2
  • Объем (м 3 ): 12*1,5 = 18 м 3
  • Плотность бетонных фундаментных блоков: 2200 кг/м 3 (это тяжелые блоки)
  • Вес фундамента: 18*2200 = 39 600 кг

Стены (коробка)

  • Площадь основания (см 2 ): (1000*4)*20 = 80 000 см 2 (Восемьдесят тысяч)
  • Площадь основания (м 2 ): (10*4)*0,2 = 8 м 2
  • Объем (м 3 ): 8*6 = 48 м 3
  • Плотность наших пенобетонных блоков: 600 кг/м 3
  • Вес коробки: 48*600 = 28 800 кг

Треугольники фасадов (2 штуки)

Нас интересует только их вес. Треугольники у нас равнобедренные сложим их так, чтобы получился параллелограмм с основанием 10 метров и высотой 4 метра

  • Площадь основания (см 2 ): 1000*20 = 20 000 см 2 (Двадцать тысяч)
  • Площадь основания (м 2 ): 10*0,2 = 2 м 2
  • Объем (м 3 ): 2*4 = 8 м 3
  • Плотность наших пенобетонных блоков: 600 кг/м 3
  • Вес обоих фасадов: 8*600 = 4 800 кг

Кровля

Площадь нашей кровли составляет примерно 130 м 2 . Я, когда считал, имел ввиду, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов (теорема Пифагора)
Вес ондулина по моим источникам всего 3,3 кг на квадратный метр. Итого вес кровли составит 130*3,3 = 429 кг .

Итого вес дома составит: 39600 + 28800 + 4800+ 429 + 3500 = 77 129 кг (Семдесят семь тысяч сто двадцать девять) или 77 тонн .

Нагрузка дома на почву

А вот теперь самое интересное. Будем рассматривать различные варианты фундаментов

Дом на ленточном фундаменте

Наш дом на простейшем ленточном фундаменте: 77129/120000 = 0,64 кг/см . Всего в 4 раза больше, чем человек на почву. И значительно меньше, чем автомобиль.

Дом на фундаменте с подушкой

Наш дом на фундаменте с подушкой (ширина фундамента увеличивается с 30 до 40 см ) Будем считать, что вес дома не меняется. Тогда новая площадь основания составит: (1000*4)*40 = 160 000 см 2 и нагрузка уменьшится до 77129/160000 = 0,48 кг/см . Всего в 2,8 раза больше, чем человек на почву.

А какая ширина должна быть у нашего фундамента, чтобы наш дом оказывал давление на почву не больше, чем человек среднего веса? Надо составить уравнение. 77129/4000*X = 0,167 .
Отсюда Х = 77129/0,167/4000 = 115 см . Напомню. Именно такова должна быть толщина основания фундамента нашего дома, чтобы он оказывал давление на почву не большее, чем человек. Другими словами, если мы при этих условиях поставим наш дом на газоне, то дом даже не продавит дерн! Мы же не продавливаем, когда на газоне стоим?

Дом на фундаменте типа "плита"

А теперь давайте представим себе, что мы сделали не крутой, а очень крутой фундамент. Мы выкопали котлован, налили на его дне сплошную бетонную плиту, а на ней выстроили дом. Плита не толстая. Всего 10 см толщиной.

Пллощадь плиты: 1000*1000 = миллион квадратных сантиметров или 100 м 2
Объем: 100*0,1 = 10 м 3 и вес (бетон на щебне): 10*2200 = 22 000 кг . Это добавка к весу дома с фундамеитом
Нагрузка: 77129+22000/миллион = 0,1 кг/см 2 (Нагрузка на землю человека 0,167 кг/см 2 )

Дом на столбчатом фундаменте

И напоследок давайте посчитаем нагрузку того же дома на фундаменте столбчатом. Здесь нам надо пересчитать все, что касается фундамента. Будем считать, что от нашего полутораметрового фундамента остался только ростверк и цоколь. Итого 0,75 метра . Столбы будем использовать диаметром 30 см и длиной 2 м . Столбы будут заполнены бетоном и расположены на расстоянии метра друг от друга. Таким образом, у нас будет (чтобы не заморачиваться) 40 (+-1) столбов

Вес цоколя и ростверка: 19 800 кг
Объем одного столба 0,14 м 3 . Вес 310 кг (округленно). Общий вес столбов 12 400 кг .
Вес фундамента 32 200 кг , а был 39 600 кг .
Вес дома стал 69 729 кг , а был 77 129 кг

Площадь одного столба 3,14*15*15 = 706,5 см 2
Площадь опоры: 706,5 * 40 = 28 260 см 2 , а было 120 000 см 2 (. )

Нагрузка на сантиметр: 69 729/28 260 = 2,46 кг/см 2 (. ), а было 0,64 кг/см 2 , то есть, почти в 4 раза больше.

Вот во столько же раз увеличится и риск трещин и просадок.

Выкинем ростверк с цоколем. Будем жить на столбах, как куры на насесте. тогда дом станет весить на 20 тонн меньше и общий вес дома получится 49 929 кг и нагрузка станет всего-то 1,76 кг/см 2 , что, положа руку на сердце, тоже довольно много.

Существеннейшие выводы по расчетам фундамента

А выводы просто возбуждающе ошеломляющие.

  • Если отвлечься от сезонного пучения грунта, например, построить дом из дерева, то, сделав не слишком уж широкий фундамент, можно действительно обойтись вообще без фундамента, ибо нагрузка дома на грунт вполне сравнима с нагрузкой, которую на грунт оказывает вполне стройный мужчина.
  • У нас все-таки и дом великоват (три этажа) и фундамент тяжеловат (мы могли бы с таким же успехом использовать и пустотные бетонные блоки). И все равно даже такой дом можно строить на мелкозаглубленном ленточном фундаменте. К слову, вес фундамента можно легко уменьшить в 2 раза . Я там все по максимуму считал.
  • Нет абсолютно никакого смысла в строительстве фундаментой плиты, ибо цена строительства не сравнима с полученным эффектом. Вполне можно обойтись тем, чтобы поставить первый слой бетонных блоков поперек и устроить тем самым фундаментную подушку. А в большинстве случаев можно и без этого вполне обойтись.
  • Столбчатые фундаменты надо использовать с большой, просто огромной осторожностью, что я и писал в статье про этот тип фундаментов. Теперь, по крайней мере, понятно, что имелось ввиду.

Как измерить, или хотя бы оценить степень сжимаемости грунта

Полагаю, надо сделать некий щуп с площадью основания сантиметров 10 на 20 ( 200 см 2 ) и нагрузить его хорошим весом. Скажем 200 кг . Тогда нагрузка на один сантиметр будет ровно 1 килограмм. После этого линеечкой, а лучше штангеном, конечно, померить, на сколько основание ушло в грунт. Из полученной величины можно сделать вывод о трудносжимаемости грунта. И замеров надо сделать несколько и в разных местах, чтобы репрезентативность измерений сохранить и чтобы продажной девкой наш щуп никто не назвал бы. Причем основание щупа можно сделать меньше, чтобы меньше использовать вес. Но при этом нужно глобально увеличить количество измерений, ибо грунт — сами понимаете, штука неравномерная и вполне может оказаться, что на большой площади наши замеры имеют довольно значительную погрешность. Заметим, что в случае со строительством столбчатого фундамента вес надо не уменьшать, а увеличивать, причем значительно.

Но я, как принципиальный противник слишком уж научных методов в нашем с вами строительстве, предлагаю на эти чудо-приборы не заморачиваться, а оценивать трудносжимаемость грунта на глаз, то есть постояв, попрыгав и посмотрев, остаются ли после этого на земле следы.

Эпилог

Ну, конечно, я сделал некоторые допущения, о которых хотелось бы сказать. Так реально большой дом в два полных этажа обычно бывает с капитальной стеной. Эта капитальная стена добавит и веса нашему дому, но и площади основания. Разница получится не большая, но кому интересно — советую не пренебрегать проектом дома и все очень аккуратно считать.

Материал по расчету фундаментов, который вы только что прочитали, может помочь не только в выборе и расчете фундамента, но также и в выборе и расчете материалов для фундамента и стен. Удивительно, но деревянный дом не будет на на много легче пенобетонного. А использование полнотелых блоков в фундаменте вообще неоправдано. Опять же разброс в плотности фундаментных блоков тоже довольно велик. Рекомендую интересоваться спецификациями производителей.

Надеюсь, что этот материал кого-то позабавил, кому-то открыл глаза, а кому-то и помог сделать правильный выбор.

Обожающий все десять цифр и их сочетания
Дмитрий Белкин

Уже принято решение о строительстве дома и надо начинать практические действия – строить фундамент… Не торопитесь – посчитайте, это сильно сэкономит время, деньги, нервы.

Наша цель определить размер опорной площади фундамента и нагрузку на грунт через расчет нагрузки, которая будет действовать и на фундамент, и на грунт.

Профессионалы делают точные расчеты соответствующих нагрузок с помощью геологических изысканий и специальных программ. Сразу определимся, что, во-первых, наш расчет – приблизительный, но при самостоятельной постройке дома его будет вполне достаточно, а, во-вторых, нагрузка от дома распределена равномерно.

Расчет нагрузки на фундамент

Суммарная нагрузка составит сумму следующих величин:

  • постоянной — вес самого дома и его содержимого (оборудование, мебель и т.д.);
  • переменной – давление ветра и снежного покрова.

Для расчета воспользуемся справочными данными по удельному весу:

Средний удельный вес стен толщиной 150 мм, кг/м 2

Стены из бревен и бруса толщиной 140-180 мм

Из опилкобетона толщиной
350 мм

Из керамзитобетона толщиной 350 мм

Из шлакобетона толщиной 400 мм

Из пустотелого кирпича толщиной, мм:

Из полнотелого кирпича сплошной кладки толщиной, мм:

Деревянные каркасно-панельные стены толщиной 150 мм
с утеплителем

Средний удельный вес перекрытий, кг/м 2

Плиты перекрытия пустотные

Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до
500 кг/м 3

Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до
200 кг/м 3

Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до
500 кг/м 3

Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до
200 кг/м 3

Средний удельный вес кровли, кг/м 2

Кровля из шифера при уклоне 30 о

Рубероидное покрытие (два слоя) при уклоне 10 о

Кровля из гончарной черепицы при уклоне 45 о

Кровля из листовой стали при уклоне 27 о

Эксплуатационные нагрузки (инженерное оборудование,
мебель и т.п.), кг/м 2

Для цокольного и межэтажного перекрытия

Для чердачного перекрытия

Нагрузка от снегового покрова, кг/м 2

Для средней полосы России

Для Севера России

Коэффициент влияния уклона крыши на снеговую
нагрузку

Пользуясь справочными данными, рассчитаем примерный вес двухэтажного дома 6 м х 10 м с двумя внутренними стенами 6 м и 10 м, высота этажа – 3 м.

1. Площадь стен:
1.1. периметр дома: 6 + 10 +6 +10 = 32 м;
1.2. площадь внешних стен: 32 * 3 (высота этаж) * 2 (количество этажей) = 192 м 2 ;
1.3. длина внутренних стен: (10 + 6) * 2 = 32 м;
1.4. площадь внутренних стен: 32 * 3 = 96 м 2 ;
2. Площадь цоколя: 6 * 10 = 60 м 2 ;
3. Площадь межэтажного перекрытия: 6 * 10 = 60 м 2 ;
4. Площадь чердачного перекрытия: 6 * 10 = 60 м 2 ;
5. Площадь кровли (на 50 см выступает за пределы стен): 7 * 11 = 77 м 2 ;
Определим расчет приблизительной нагрузки на фундамент (расчет приведен для домов из 2-х разных материалов):

Стены внешние: полнотелый кирпич толщиной 510 мм;
Стены внутренние: полнотелый кирпич толщиной 150 мм;
Цокольное перекрытие: железобетонное;
Межэтажное перекрытие: плиты перекрытия пустотные;
Чердачное перекрытие: по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м 3
Кровля: из шифера при уклоне 30 о
Местоположение: средняя полоса России .

Стены внешние: брус толщиной 180 мм;
Стены внутренние: брус толщиной 140 мм;
Цокольное перекрытие: по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м 3 ;
Межэтажное перекрытие: по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м 3 ;
Чердачное перекрытие: по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м 3 ;
Кровля: Кровля из листовой стали при уклоне 27 о
Местоположение: средняя полоса России

Оценить статью
Добавить комментарий