Розрахунок основ і фундаментів: правила обчислень

Перед початком будівництва будинку по характеристикам ґрунту виконують необхідний розрахунок підстав фундаментів.

Для визначення міцності самого фундаменту необхідно також виконати відповідні обчислення.

Оскільки є кілька типів несучої основи і досить багато видів природних грунтів, то наведені приклади розрахунку основ і фундаментів не охоплюють усього цього різноманіття. Якщо не потрібно додаткових інженерних робіт по зміцненню грунту, споруджують фундаменти на природній основі, для яких існують спеціальні методи обчислення.

Характеристика природних підстав

У розпорядження будівельника природа надає грунт як природне підставу. Тип фундаменту визначає додатково ряд факторів: геологічна будова, глибина залягання підземних вод, глибина промерзання і ін. Характер навантажень також впливає, але для приватного домоволодіння треба орієнтуватися на постійне навантаження. У той же час не можна виключити ймовірність того, що сусід почне поруч будувати будинок на забивних палях.

Природним фундаментом є скельні грунти (граніт, вапняк, кварцити і ін.), Які є водонепроникними і надійними для будь-яких споруд. Аналогічні характеристики властиві й Великоблочні грунтам, які утворилися з скельних порід в результаті їх руйнування. Це щебінь, гравій, галька. Вони складаються з частинок, розміри яких перевищують 2 мм. Їх надійність істотно залежить від присутності підземних вод.

Гірські породи, подрібнені до розмірів 0,1-2 мм, називають пісками. Піски з розміром частинок 0,25-2 мм практично не спучуються в зимових умовах і тому не впливають на фундамент. Надійність піщаної основи залежить від потужності шару піску і від впливу на нього грунтових вод.

У глинистих ґрунтах містяться частинки, розміри яких не перевищують 0,005 мм. За змістом глини їх ділять на:

• супесь: зміст глини від 3 до 10%;
• суглинок: зміст глини від 10 до 30%;
• лесси: є пилуватим суглинком.

Найбільш міцною основою є глина. На такій підставі, якщо глина суха, можна споруджувати масивні будівлі.

Несуча спроможність усіх перерахованих видів природних підстав сильно залежить від вологості. А вологі лесові ґрунти ще й ущільнюються під впливом ваги споруди, сильно просідаючи.

В якості підстав непридатні деякі супеси, здатні від надлишку вологи перетворитися в пливуни, а також рослинний грунт, торф, мул і насипні ґрунти. На таких ґрунтах будівництво можливо після їх попереднього ущільнення.

Розрахунок підстави по несучої здатності

під несучою здатністю грунту слід розуміти граничне навантаження, яке він може витримати без руйнування. На Зображенні 1 показані випадки, що вимагають виконання розрахунку підстави по несучої здатності, яка забезпечить їх власну стійкість і не допустить зміщення фундаменту підстави по його підошві.

Необхідно перерахувати випадки, показані на Зображенні 1, і визначитися з тими, які можуть ставитися до приватного житлового будівництва.

а) На спорудження діє горизонтальна сила. Такий розрахунок може знадобитися, якщо на подвірї встановлюватимуть вишку для генератора, що працює під дією сили вітру.

б) Передбачає розрахунок фундаменту при наявності підпірної стіни, на яку можуть діяти горизонтальні сили, що виникають від власної ваги грунту.

в), г) Споруда знаходиться на схилі або близько до його краю.

д) Підставою є глинистий грунт, ступінь вологості якого S = 0,5. На нього діє вага будинку. Це реально можливі ситуації.

е) Розраховують несучу здатність для визначення, наскільки стійкий природний схил.

Крім зазначених випадків такий розрахунок фундаментів необхідний, якщо будинок побудований на скельних грунтах або на фундамент можуть діяти виштовхують сили.

Далі позначення в формулах такі, як і в нормативній будівельної документації.

Щоб несуча здатність грунту забезпечувала надійність побудованого на ньому споруди, необхідно перевірити умова (1):

F _c· F_u/ _n, (1)

де F - навантаження від всієї споруди з урахуванням всіх систем життєзабезпечення, що передається на підставу фундаментом, кг-
F_u - протидіюча сила підстави, кг-
_c - коефіцієнт, що залежить від типу грунту (див. таблицю №1) -
_n - коефіцієнт надійності, встановлюється в залежності від класу споруди: _n= 1,2 1,15- 1,1 для споруд I, II, і III класів, відповідно.

Таблиця № 1.

вид	c	Несуча здатність [ ], кг / см
		щільний	середньої щільності
пісок крупний	1,0	6	5
Пісок середнього розміру		5	4
Супісок (суха)	0,85	3	2,5
Супісок, волога (пластична)		2,5	2
Суглинок (сухий)		3	2
Суглинок, вологий (пластичний)		3	1
Глина (суха)	0,9	6	2.5
Глина, волога (пластична)		4	1

Приклади розрахунку основ і фундаментів

Як приклад можна розглянути випадок під літерою «д»: фундамент, підставу якого спирається на глинистий грунт.
Для визначення його протидії, F_u, необхідно знати несучу здатність ґрунтів (див. Таблицю 1) і площа S_ф, на яку спирається фундамент споруди. Приміром, його ширина d = 0,5 м, а будівля має розміри 8 10 м.

Всередині будівлі, посередині, є одна несуча стіна. Зазвичай фундамент на природній основі має прямокутний перетин. Визначення площі підошви необхідно виконувати виходячи з положення, що його розміри в перерізі повинні бути однаковими. Тоді значення площі дорівнюватиме:

S_ф = (10 2 + 7 3) 0,5 = 20,5 м = 20,5 · 10⁴ см .

Несуча здатність сухої глини середньої щільності становить 2,5 кг / см (див. Таблицю 1). За величиною підошви фундаменту і несучої здатності грунту можна визначити протидіючу силу.

F_u= [ ] · S_ф = 2,5 · 20,5 · 10⁴ = 51,25 · 10⁴ кг = 512,5 т.

Слід визначити вагу будівлі III класу ( _n= 1,1) для глини ( _c= 0,9):

F _c· F_u/ _n= 0,9 · 512,5 / 1,1 = 419 т.

Отже, якщо вага споруди F буде менше 419 т, то несуча здатність грунту забезпечить його надійність. Інакше доведеться вдатися до збільшення площі підошви фундаменту, зробивши його розтин не прямокутним, а трапецеїдальним. Збільшення однієї тільки площі підошви істотно скорочує кількість матеріалу.

Розрахунок за несучою здатністю для споруд, розташованих на схилі або недалеко від нього, набагато складніше.

Розрахунок фундаменту на природній основі за деформаціями

Будівлі в процесі експлуатації деформуються, і причиною цього можуть бути вертикальні деформації підстав, на яких вони побудовані. Такі деформації поділяють на опади і просадки.

Докорінна зміна сформованого будови грунту називають осіданням. Причиною просідання може бути ущільнення грунту при замочуванні. Пухкий грунт може ущільнитися при струсі. Іноді він починає випирати з-під підошви фундаменту. Таких змін фундаментів за деформаціями допускати не можна. Імовірність їх появи необхідно встановити до початку будівництва.

Якщо відбувається ущільнення міцних грунтів через вагу будови, в результаті чого відбувається осаду фундаменту, таку деформацію підстав називають осадкою. Як правило, в результаті опади у елементах будівлі тріщини не зявляються. Якщо грунт осідає по-різному під кожної з частин будинку, це і може стати причиною появи тріщин в окремих елементах його конструкції.

Причиною нерівномірності осідання грунту можуть бути:

• різниця щільності і як наслідок, неоднакова їх стисливість;
• різне розширення його верств в результаті сезонних промерзань і відтавань;
• неоднакова потужність пластів;
• різні навантаження на грунт з боку будови, що призводить його до різних напруженим станам.

Існують дві причини, через які необхідно виконувати розрахунок підстав за деформаціями. Однією з них є близько стоять від будівництва споруди, що істотно відрізняються за вагою.

Другою причиною осідання фундаментів можуть бути слабкі грунти. Це насипні ґрунти, пухкі піски в глинистих типах, що знаходяться в текучому стані, грунти з великим вмістом органічних залишків. У таких видах можлива деформація фундаменту.

Розрахунок підстав полягає в перевірці виконання нерівності:

S f, (2)

де S - розрахункова абсолютна величина осадкі-
f - гранично допустима осадка.

Граничні опади, при яких не виконується умова (2) можуть бути причиною для формування штучного підстави.

Значення S визначають шляхом проведення за встановленою методикою випробувань на стисливість в різних місцях будівельного майданчика. В результаті знаходять максимальне Е_max і мінімальне Е_min значення модуля стисливості.

Підстава вважається таким, що його осаду мало залежить від стисливості, якщо Е_min = 200 кг / см , інакше необхідно перевірити виконання ще двох умов:

1,8 Е_max/ Е_min 2,5 (при 200> Е_min 150 кг / см );

1,3 Е_max/ Е_min 1,5 (при 150> Е_min 75 кг / см );

Існують спеціальні таблиці, за якими визначають абсолютні значення деформації f. Не наводячи таблиці, слід вказати, що в залежності від типу стін і відношення довжини стрічкового фундаменту до висоти стіни, максимальна осадка f змінюється від 8 до 15 см.

При відношенні Е_max/ Е_minlt; 1,3 підставу вважають однорідним і розрахунок фундаменту на опади не проводять.

Для будівництва будинку такі складні розрахунки виконувати самостійно недоцільно. Допущена через недосвідченість помилка може обернутися істотними матеріальними витратами.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!