Меню

Расчет столбчатого фундамента примерный расчет



Для чего необходим и как грамотно произвести расчет столбчатого фундамента?

Столбчатый фундамент является экономичным и надёжным основанием для построек.

Чтобы создать конструкцию, нужно провести ряд предварительных мероприятий, включающих выявление характеристик грунта и исходных данных.

Как правильно осуществить расчет столбчатого фундамента, какие программы могут в этом помочь, подскажет информация ниже.

Основные параметры

Расчет столбчатого фундамента заключается в определении нужного количества опор. В учёт берутся следующие параметры:

  • инженерно-геологический отчёт с данными о глубине залегания грунтовых вод и структуре почвы;
  • информация об удельном весе строительных материалов;
  • уровень промерзания грунта и толщина снегового покрова.

Работы по изучению структуры почвы проводятся специалистами, в противном случае владелец строительного объекта должен провести необходимые мероприятия самостоятельно.

Чтобы определить возможность выполнения столбчатого фундамента, на участке выкапывают 2-3 шурфа, их глубина должна быть 0.5 м или больше от опорной подушки фундамента.

Если грунтовые воды залегают в этом промежутке, столбчатую конструкцию применять нельзя. Ее следует заменить на более устойчивую, что обойдется дороже.

Указанные значения характерны для слоя заложения более 1,5 м. При повышении на 50 см следует умножить величину на 1.4.

При расчете конструкции, основными факторами являются:

  • вес снежного покрова;
  • вес постройки;
  • вес бытовых коммуникаций.

По желанию, можно рассчитать каждый параметр, исходя из удельного веса конструктивных блоков. Это трудоемкий процесс, поэтому можно воспользоваться уже имеющимися данными в справочнике. В источниках есть следующая информация.

Таблица нагрузки материалов на фундамент:

Материал стены Толщина, мм Нагрузка, кг/м2
Бревна 240 135
Брус 150 120
Каркас с утеплителем 150 50
Пенобетон D600300 180
Перекрытие между этажами по балкам из дерева 100
Чердачное перекрытие 150
Нагрузка перекрытий при эксплуатации 200
Плиты из бетона 350
Кровельная металлочерепица 30
Керамическая кровля 80
Шифер 50
Снежный покров 100

При расчете нужно учитывать и вес столбчатого фундамента. При этом необходимо его объем умножить на усреднённое значение массы железобетона. Оно составляет 2500 кг/м2. Наклон крыши влияет на указанный параметр.

Как рассчитать?

Столбчатая конструкция определяется сложением площадей сечений всех колонн.

Выражение представляет собой зависимость веса постройки от установленного значения сопротивления почвы: S = 1.4 x P/Ro, где:

  • 1.4 — это коэффициент резерва устойчивости;
  • P — вес постройки;
  • Ro — сопротивление почвы.

Чтобы произвести расчет, следует спроектировать расположение основных колонн и определить минимально необходимое количество. В результате можно вычислить размер сечения каждого участка под столб, разделив общую площадь поверхности на количество колонн.

Если в итоге значение составило до 40 см, оно остаётся неизменным. В случае необходимости сечения колонн 60 см и более, их число увеличивают по схеме. При этом промежутки между столбами нужно рассчитать с учётом равномерного распределения нагрузки на фундамент.

Если толщина составляет 40 см, допустимая площадь опорной конструкции должна быть больше сечения колонны в 1.5 раза. Основание опоры выполняется из железобетона в опалубке.

При этом обязательно оснастить его арматурой в 2 ряда и обеспечить слой щебня толщиной 10 см и более. Основание опоры должно размещаться в плоскости ниже отметки промерзания почвы на 40 см.

Примеры

Рассчитаем основание для конкретных построек.

Для каркасного дома

Исходные данные:

  1. Столбчатый фундамент представлен опорами из бетонных блоков, в сечении которых квадрат.
  2. Почва на участке постройки — суглинок (плотность 3.5 кг/см2).
  3. Уровень промерзания грунта 1,2 м.

Определение отметки промерзания почвы необходимо, чтобы рассчитать на какой глубине должна находиться часть колонны под землёй.

В нормативных документах указано, что нижнюю часть столба нужно погружать в грунт не меньше 40 см ниже отметки промерзания. Поэтому, если уровень промерзания составляет 1,2 м, колонну нужно вкопать в почву на 1,6 м.

Площадь основания возьмём минимальную — 40*40 см=1600 см2. При плотности почвы 3.5 кг/см2 каждая колонна будет испытывать предельную нагрузку: 1600*3.5 = 5.6 т

Общая нагрузка определяется как сумма веса следующих элементов:

  • наружных и внутренних стен;
  • основания с ростверком;
  • стропильной структуры;
  • цокольной и чердачной основы;
  • кровли;
  • снегового покрова;
  • нагрузки при эксплуатации на этаже.

Каждая постройка имеет индивидуальные значения приведенных параметров, поэтому расписывать их нет смысла. К примеру, общий вес дома составляет 70 т. Количество столбов = вес дома(кг): предельную нагрузку от каждой колонны (кг) = 70000:5600 = 12.5.

Округлив результат, получим: 13 колонн необходимо для возведения столбчатого фундамента. Учитывая необходимость резерва устойчивости: 13*1.4=18 колонн.

Для бани

Для бани столбчатый фундамент из железобетона рассчитывается следующим образом. Баня будет иметь размеры 3*4 м. Нормативы требуют установки колонн не менее чем через 1,5 и не более чем через 3 м. Для примера возьмем среднее значение – через 2 м.

Для каждой стены нужно 3 опоры — по 2 в углах и 1 посередине. К примеру, размеры верхнего сечения — 40*40 см, нижнего — 80*80 см. Вес опорной конструкции 1035 кг, нагрузка 2977 кг.

Чтобы вычислить общую нагрузку на грунт, надо отнять вес опорной конструкции от нагрузки: 2977-1035 = 1942 кг. Нагрузка между колоннами: 1942*2 = 3884 кг, где 2 — расстояние между опорами.

К полученной величине следует прибавить массу одной колонны. Объем колонны составляет 0.25 м3, а плотность материала указана в источнике (2500). Тогда вес столба будет равен: 0.25*2500 = 625 кг. Он создаст нагрузку на грунт: 3884+625 = 4509 кг.

Читайте также:  Подготовка фундамента для труб

Опорное сечение каждой колонны составляет 80*80 = 6400 см2. Предельные нагрузки на грунт зависят от значения устойчивости, равного 1.5 кг/см2, тогда: 6400*1.5 = 9600 кг. Это значительно больше величины рассчитанной нагрузки.

Следовательно, столбчатая конструкция при таких условиях будет устойчива к нагрузкам, полученным от бани размером 3*4 м. Если владелец участка посчитает нужным, он может уменьшить размеры опор, с учётом того, что вычисленные нагрузки не превысят допустимых параметров.

Как рассчитать столбчатый фундамент под баню, подскажет видео:

Специальные программы и сервисы

Ускорить расчет столбчатого фундамента можно с помощью специальных программ. Сервисы имеют достаточно возможностей, чтобы определить правильную нагрузку с учётом типа основания и структуры почвы.

Для работы в программе нужно указать размеры фундамента постройки, характеристики почвы. Сервис рассчитает тип и величину ростверка, объемы армирования. В итоге пользователь получит нужные параметры основания и информацию, на основе которой производились вычисления с указанием нормативных источников.

  1. Civil Engineering. Для работы в программе нужны базовые значения. Расчет может быть проверочным или проектировочным. В результате пользователь быстро вычислит необходимое армирование, давление основания и величину осадок.
  2. Фундамент. Сервис позволяет получить достаточно точные результаты при использовании данных геологических исследований грунта. Можно проверить собственные вычисления или подобрать основание с использованием имеющихся данных. Интерфейс понятный для простого пользователя и имеет минимум настроек.
  3. Масса дома, нагрузка на фундамент. Это полностью русифицированный сервис, не требующий специальных навыков и знаний. Функции стандартные — проверка ручного расчета или получение результата на основе введенных данных.

Кроме программ, есть масса онлайн-калькуляторов для вычислений параметров столбчатого фундамента. Они не менее удобны, потребуется лишь ввести базовые значения для расчета.

Много важной и полезной информации о столбчатом фундаменте найдете здесь.

Заключение

Расчет столбчатого фундамента — обязательная процедура. От этого будет зависеть срок эксплуатации постройки. Важно провести все необходимые процедуры перед расчетом, чтобы осуществить вычисления с максимальной точностью.

Источник

Расчет столбчатых фундаментов металлического каркаса

Уважаемые коллеги, продолжаем рассматривать небольшие примеры использования ФОК Комплекс для расчета фундаментов. Сегодня мы рассмотрим примеры расчета столбчатых фундаментов металлического каркаса. В начале произведем ручной расчет 2-х фундаментов с дальнейшим сравнением с полученными результатами по ФОК Комплекс.

Пример расчета столбчатых фундаментов. Исходные данные

Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:

  • вес снегового покрова (расчетное значение) — 240 кг/м 2 ;
  • давление ветра — 38 кг/м 2 ;

Геология

Схема маркировки фундаментов

Относительная разность осадок (Δs/L)u = 0,004;

Максимальная Sumax или средняя Su осадка = 15 см;

Нагрузки на столбчатые фундаменты получены из ПК ЛИРА.

Для ручного расчета рассмотрим фундаменты Фм3 и Фм4

Ручной расчет

Определение размеров подошвы фундамента

Основные размеры подошвы фундаментов определяем исходя из расчета оснований по деформациям. Площадь подошвы предварительно определим из условия:

где P- среднее давление по подошве фундамента, определяем по формуле:

A — площадь подошвы фундамента.

N – вертикальная нагрузка на обрезе фундамента

G – вес фундамента с грунтом на уступах

где γ — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое равным 2 т/м 3 ;

d — глубина заложения;

Для предварительного определения размеров фундаментов, P определяем по таблице В.3 [СП 22.13330.2011]

Р = 250 кПа = 25,48 т/м 2 .

Для фундамента Фм3, N = 35,049 т

A = 35,049 т / (25,48 т/м 2 — 2,00 т/м 3 · 3,300 м) = 35,049 т/18,88 т/м 2 = 1,856 м 2 .

Принимаем габариты фундамента b = 1,5 м

Для фундамента Фм4, N = 57,880 т

A = 57,880 т / (25,48 т/м 2 — 2,00 т/м 3 · 3,300 м ) = 57,880 т / 18,88 т/м 2 = 3,065 м 2 .

Принимаем габариты фундамента b = 1,8 м

1. Определение расчетного сопротивления грунта основания

5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле

где γс1 и γс2 коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4[1];

k— коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φп и сп) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения Б[1];

kz— коэффициент, принимаемый равным единице при b 3 ;

γ’II — то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

сII— расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10[1]), кПа;

d1— глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8)[1]. При плитных фундаментах за d1принимают наименьшую глубину от подошвы плиты до уровня планировки;

db— глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м);

здесь hs— толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf — толщина конструкции пола подвала, м;

γcf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 .

При бетонной или щебеночной подготовке толщиной hn допускается увеличивать d1на hn.

Примечания

1 Формулу (5.7)[1] допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, значение bпринимают равным .

2 Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (5.7)[1] допускается принимать равными их нормативным значениям.

3 Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием, например фундаменты прерывистые, щелевые, с промежуточной подготовкой и др.

4 Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать, применяя коэффициент kd по таблице 5.6 [1].

5 Если d1>d (d— глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7)[1] принимают d1 = d и db = 0.

6 Расчетное сопротивления грунтов основания R, определяемое по формулам (В.1)[1] и (В.2)[1] с учетом значений R таблиц B.1-В.10[1] приложения B[1], допускается применять для предварительного назначения размеров фундаментов в соответствии с указаниями разделов 5-6[1].

Исходные данные:

Основание фундаментом являются — суглинком лессовидным непросадочным полутвёрдой консистенции, желто-бурого цвета, с включением прослоев супеси, ожелезненный. (ИГЭ 2)

Для фундамента Фм3 : b = 1,50 м;

Для фундамента Фм4 : b = 1,80 м;

Для фундамента Фм3:

R = (1,10 ·1,00) / 1,00· [0,72 · 1,00 · 1,50 м · 1,780 т/м 3 + 3,87· 3,30 м· 1,691 т/м 3 +

+ (3,87 – 1,00) · 0,0· 1,691 т/м 3 + 6,45·1,1 т/м 2 ] = 1,10· (1,922 т/м 2 +21,596 т/м 2 +

+ 0,0 + 7,095 т/м 2 ) = 33,674 т/м 2 .

Для фундамента Фм4:

R = (1,10 ·1,00) / 1,00 · [0,72 · 1,00 · 1,80 м·1,780 т/м 3 + 3,87 · 3,30 м·1,691 т/м 3 +

+ (3,87 – 1,00) ·0,0·1,691 т/м 3 + 6,45·1,1 т/м 2 ] = 1,10 · (2,307 т/м 2 + 21,596 т/м 2 +

+ 0,0 + 7,095 т/м 2 ) = 34,098 т/м 2 .

2. Определение осадки

5.6.31 Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. 5.6.6[1]) определяют методом послойного суммирования по формуле

где b — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σzp,i — среднее значение вертикального нормального напряжения (далее — вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента (см. 5.6.32[1]), кПа;

hi — толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;

Ei — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

σzγ,i — среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта (см. 5.6.33[1]), кПа;

Ее,i — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа;

n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 5.2.

DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; WL — уровень подземных вод; В, С — нижняя граница сжимаемой толщи; d и dn — глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b — ширина фундамента; р — среднее давление под подошвой фундамента; szg и szg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzp и σzp,0 — вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzγ,i — вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине i-го слоя на глубине z от подошвы фундамента; Нс — глубина сжимаемой толщи

Рисунок 5.2 — Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве

Примечания:

1 При отсутствии опытных определений модуля деформации Ее,i для сооружений II и III уровней ответственности допускается принимать Ее,i = 5Еi.

2 Средние значения напряжений σzp,i и σzγ,i в i-м слое грунта допускается вычислять как полусумму соответствующих напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя.

5.6.32 Вертикальные напряжения от внешней нагрузки σzp = σzσzu зависят от размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве и свойств грунтов основания. Для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов значения szp, кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, определяют по формуле

где α — коэффициент, принимаемый по таблице 5.8[1] в зависимости от относительной глубины ξ, равной 2z/b;

р — среднее давление под подошвой фундамента, кПа.

5.6.33 Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента σ = σσzu, кПа, на глубине z от подошвы прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов определяют по формуле

где α — то же, что и в 5.6.32[1];

szg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа (при планировке срезкой σzg,0 = γ‘d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σzγ,0 = γ‘dn, где γ — удельный вес грунта, кН/м 3 , расположенного выше подошвы; d и dn, м, — см. рисунок 5.2[1]).

При этом в расчете σzγ используются размеры в плане не фундамента, а котлована.

5.6.34 При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается в формуле (5.16) не учитывать второе слагаемое.

5.6.41 Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Нc, где выполняется условие σzp = 0,5σ. При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше Нmin, равной b/2 при b ≤ 10 м, (4 + 0,1b) при 10 ≤ b ≤ 60 м и 10 м при b > 60 м.

Если в пределах глубины Нс, найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта.

Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е ≤ 7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Нс, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Нс принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие σzp = 0,2szγ.

При расчете осадки различных точек плитного фундамента глубину сжимаемой толщи допускается принимать постоянной в пределах всего плана фундамента (при отсутствии в ее составе грунтов с модулем деформации Е > 100 МПа).

Схема расположения фундамента в разрезе

Площадь подошвы фундамента Фм3: S = 2,25 м 2 (габариты 1,50 м × 1,50 м).

Нормативная нагрузка от конструкций N = 29,208 т

при b = 1,5 м ≤ 10 м

Таблица: Осадка фундамента Фм3

Сжимаемая толща основания H = 2,00 м > Hmin = 0,75 м

Осадка фундамента: S = 0,8·0,049 м = 0,0392 м (3,92 см) 2 (габариты 1,80 м × 1,80 м).

Нормативная нагрузка от конструкций N = 47,598 т

при b = 1,8 м ≤ 10 м

Таблица: Осадка фундамента Фм4

Сжимаемая толща основания H = 2,00 м > Hmin = 0,90 м

Осадка фундамента: S = 0,8· 0,061 м = 0,0488 м (4,88 см) p ср = N / A = (35,049 т + 2,00 т/м 3 · 3,300 м · 1,500 м · 1,500 м) / (2,250 м 2 ) =

= 49,899 т / 2,250 м 2 = 22,177 т/м 2

QI = 22,177 т/м 2 · 1,50 м · ( 1,50 м – 0,40 м) / 2 = 18,296025 т

QII = 22,177 т/м 2 · 1,50 м · ( 1,50 м – 0,90 м) / 2 = 9,97965 т

Проверяем выполнение условий (2.26)[2], для бетона класса В15,

18,296025 т 2 · 1,5 м · (3,600 м – 0,040 м)

18,296025 т 2 · 1,5 м · (0,300 м – 0,040 м)

9,97965 т 2 · (1,50 м – 0,40 м) 2 · 1,50 м = 5,0314 тм

МII = 0,125 · 22,177 т/м 2 · (1,50 м – 0,90 м) 2 · 1,50 м = 1,4969 тм

В качестве рабочих стержней примем арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением Rs = 37206,93 т/м 2 .

Требуемая площадь сечения арматуры по формуле (2.32)[2]

АsI = 5,0314 тм / (0,9 · (3,600 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =

= 5,0314 тм / 119211,00372 т/м 2 = 0,000042 м 2 = 0,42 см 2 .

АsII = 1,4969 тм / (0,9 · (0,300 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =

= 1,4969 тм / 8706,421 т/м 2 = 0,000172 м 2 = 1,72 см 2 .

Принимаем 8 Ø10 A-III Аs = 6,280 см 2 , шаг 200 мм.

Для фундамента Фм4

Поперечная сила у грани колонны и грани подошвы (2.25) [2]:

p p ср = N / A = (57,880 т + 2,00 т/м 3 · 3,300 м · 1,800 м · 1,800 м) / (3,240 м 2 ) =

= 79,264 т / 3,240 м 2 = 24,464 т/м 2

QI = 24,464 т/м 2 · 1,80 м · ( 1,80 м – 0,40 м) / 2 = 30,82464 т

QII = 24,464 т/м 2 · 1,80 м · ( 1,80 м – 0,90 м) / 2 = 19,81584 т

Проверяем выполнение условий (2.26)[2], для бетона класса В15,

30,82464 т 2 · 1,8 м · (3,600 м – 0,040 м)

30,82464 т 2 · 1,8 м · (0,300 м – 0,040 м)

19,81584 т 2 · (1,80 м – 0,40 м) 2 · 1,80 м = 17,050 тм

МII = 0,125 · 24,464 т/м 2 · (1,80 м – 0,90 м) 2 · 1,80 м = 4,458 тм

В качестве рабочих стержней примем арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением Rs = 37206,93 т/м 2 .

Требуемая площадь сечения арматуры по формуле (2.32)[2]

АsI = 17,054 тм / (0,9 · (3,600 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =

= 17,054 тм / 119211,00372 т/м 2 = 0,000143 м 2 = 1,43 см 2 .

АsII = 4,458 тм / (0,9 · (0,300 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2 ) =

= 4,458 тм / 8706,421 т/м 2 = 0,000512 м 2 = 5,12 см 2 .

Принимаем 9 Ø10 A-III Аs = 7,065 см 2 , шаг 200 мм.

Относительная разность осадок (4,88 см – 3,92 см) / 600 см = 0,0016

Источник