Несущие конструкции легких зданий. Как рассчитать столбчатый фундамент

Прочное основание дома- залог того, что он простоит долго. Столбчатый фундамент хоть и является самым дешевым, но в случае его правильного проектирования он также будет надежной опорой. Как выполняется расчет столбчатого фундамента, изложено ниже.

Столбчатый фундамент отличается от ленточного тем, что:

• подходит для построек, относящихся к облегченному типу. К ним относятся деревянные дома без подвального помещения, колонны и т.д.;
• представляет собой ряд опор, находящихся в наиболее нагруженных точках.

Изготавливают столбчатый фундамент в основном 2 видов:

1. Монолитный. Он имеет большую прочность, т.к. изготовлен из армированного бетона.
2. Сборный – состоит из отдельных элементов, поэтому имеет слабые места там, где находятся швы. Преимущество его в скорости возведения.

Исходя из расчетных параметров фундамента этого вида, таких как глубина залегания подземных вод, уровень промерзания и тип грунта, существуют две разновидности столбчатого основания:

1. Заглубленный ниже уровня промерзания, он так и называется – заглубленный. На глинистых почвах необходим только такой.
2. Выполненный на глубине до 700 мм. Называется он малозаглубленным. Целесообразен на песчаных или скалистых грунтах.

Исходные данные для расчета

Для того чтобы приступить к выполнению расчета, вам потребуется следующая информация:

• на какой глубине находятся грунтовые воды. При этом учитывается колебание этого параметра в разные периоды;
• зимний температурный режим и сведения о том, насколько промерзает земля. Эти данные есть в справочниках;
• к какому типу относится почва;
• сколько приблизительно будет весить дом и все, что в нем находится;
• масса самого столбчатого фундамента;
• ветровые и снежные нагрузки.

Глубину промерзания земли в разных регионах страны можно увидеть на рисунке:

Самостоятельное определение типа грунта

Вряд ли кто-то захочет пойти в лабораторию и платить деньги за исследования, но такой параметр, как сопротивление почвы в зависимости от ее типа очень важен, поэтому определить его необходимо хотя бы самостоятельно. Руководствуемся следующим:

1. Выкапываем яму глубиной ниже слоя промерзания.
2. Берем оттуда немного земли, стараемся скатать ее в шар и смотрим, что получается:

• из песчаного грунта скатать шар невозможно. То, что он действительно песчаный, определяется и визуально, но фракция может быть очень мелкой. Сопротивляемость такой почвы — R=2. Для песка средней и крупной фракций данный показатель составит 3 и 4,5 единиц соответственно;
• если вам удалось сформировать шар, но при надавливании он тут же рассыпался – грунт супесчаный, а для него наименьшая сопротивляемость — R=3;
• скатанная земля плотная. Сдавив шар, вы не увидите на нем трещин. Вывод: у вас в руках глина, значит, R=3-5;
• в случае суглинка, шар также не распадется, но трещины при нажатии появятся. Для этого типа грунта R=2-4.

Расчет нагрузки на столбчатый фундамент в зависимости от веса надземной части дома

Расчет возможно выполнить тогда, когда вы уже определились:

• с материалом, из которого будут возводиться стены;
• с типом кровли;
• с тем, какую мебель и бытовую технику разместите в доме.

Чтобы получить этот важный параметр, выполняем следующие действия:

• суммируем нагрузки, создаваемые стенами, перегородками, элементами кровли и предметами внутри дома;
• плюсуем к полученному результату нагрузку от веса снежного покрова. В разных местах этот показатель существенно отличается. Так, если на юге России он составляет всего 0,05 т на квадратный метр, то на севере удельный вес снега почти в 4 раза больше (0,190 т на 1 кв. м).

Расчет столбчатого фундамента, пример которого приведен ниже, выполнен для железобетонного монолитного типа. Возьмем такие исходные данные:

• дом одноэтажный. Стены выполнены из конструкционно-теплоизоляционного газобетона блочного. Толщина стены 400 мм. Плотность D=600;
• пол – сухой насыпной;
• фундамент будет устраиваться на пластичном глинистом грунте;
• крыша из черепицы керамической. Скат под углом в 45 градусов. Для устройства крыши использованы лаги деревянные;
• наибольшая нагрузка придется на части здания большей длины, т.к. на них будут опираться лаги.

Столбчатый фундамент представляет собой стойку со следующими размерами:

• верх имеет сечение 35х35 см;
• основание или подошва – 75х75 см;
• столбы расположены с интервалом в 2 м.

В расчете участвуют 2 параметра:

• нормативная нагрузка, которую мы определяем по карте. Так как дом расположен в Подмосковье, то она равняется 126 кг на 1 кВ. м;

• грузовая площадь крыши, приходящаяся на 1 м фундамента. При этом берем не весь фундамент, а только ту его часть, которая нагружена. Как видно из плана, длина этих участков в сумме составит 24 м. Для определения площади крыши нам потребуется вычислить результат от умножения 2 длин скатов на длину конька.

Итак, рассчитываем длину ската и площадь крыши:

• 6:2 х cos450 = 3 х 0,707 = 4,3 м;
• 2 х 4,3 х 12 = 103,2 м;
• на 1 м фундамента будет давить вес кровли 103,2: 24 = 4,3 кв. м.

Теперь мы сможем определить снеговую нагрузку:

4,3 х 126 = 541,8 кгс.

Порядок таков:

• проекция кровли и площадь дома равнозначны, значит, площадь проекции равна 12 х 6 = 72 кв. м;
• нагружены у нас только стороны по 12 м, поэтому нагрузка на фундамент от кровли распределена на длине 12 х 2 = 24 или на плоскости 24 х 0,4 = 9,6 кв. м;
• из таблицы выше берем расчетную нагрузку для керамической черепицы, расположенной под углом в 45 градусов. Она равна 80 кгс на 1 кв. м;
• итак, нагрузка на фундамент от кровли составит 72: 9,6 х 80 = 600 кг на 1 кв. м.

Как нагружают фундамент перекрытия

• вычисляем площадь перекрытия, а она идентична площади дома. 12 х 6 = 72 кв. м;
• умножаем на удельный вес материала перекрытия. Данные для расчета возьмем из таблицы:

Перекрытие	Плотность Кг/куб. м	кПа	Кгс/кВ. м
Дерево по деревянным балкам	200	1	100
-«- -«- -«- -«-	300	1,5	150
Дерево по балкам из стали	300	2	200
Железобетонные плиты серии ПК		5	100

• нагрузка от кровли распределена на 2 стороны фундамента. Поэтому на 1 м основания дома приходится 72: 24 = 3 кв. м;
• теперь определяем нагрузку 3 х 300 = 900 кгс.

умножаем:

• высоту стены на ее толщину и на нагрузку, создаваемую 1 кв. м;
• получаем значение, выражающее с какой силой стена давит на столбчатый фундамент 4 х 0,4 х 600 = 960 кгс.

Суммируем нагрузки

У нас уже есть все данные для расчета суммарной нагрузки на фундамент:

541,8 + 600 + 900 + 960 = 3001,8 кгс = 30 кН.

Определение предельных нагрузок фундамента на грунт

Выполняем следующие действия:

• полученный результат умножаем на дистанцию между столбами 3002 х 2 = 6004 кгс;
• так как плотность для железобетона составляет 2500 кг на 1 кв. м, то при объеме нашего столба 0,25 куб. м вес составит 0,25 х 2500 = 625 кгс;

• один столб фундамента создает нагрузку на землю 6004 + 625 = 6629 кгс;
• наш пластичный глинистый грунт имеет несущую способность 1,5 – 3,5 кгс на 1 кв. см. Берем минимальную. Значит, фундамент создаст максимальную нагрузку 1,5 х 6400 = 9600 кгс, где 6400 кв. см — площадь подошвы фундамента;
• нагрузка, которую мы получили расчетным путем составляет 6629 кгс, следовательно, у выбранной нами основы дома большой запас прочности, позволяющий, если потребуется, добавить еще 1 этаж.

Расчет столбчатого фундамента под колонну

При расчете фундамента под колонну, мы должны получить следующие данные:

• какой высоты будет основание фундамента;
• высота ступеней и их количество;
• площадь поперечного сечения подколонника и стакана;
• какого сечения арматура необходима;
• все параметры анкерных болтов или закладных деталей.

Расчет этот сложный и ответственный, так что лучше, если его сделает профессионал. Для подсчета можно воспользоваться программой Project StudioCS Фундаменты. Эта программа, которую можно приобрести в Москве в Бизнес Центре «Гипромез»или заказать через интернет, позволяет:

• при минимуме данных получить максимальное количество расчетных параметров;
• рассчитать фундамент монолитный и сборный под колонны как одиночные, так и сдвоенные;
• итоговая информация, содержащая характеристики и основные параметры, отображается в диалоговом окне.

Ее преимущества:

• она сертифицирована;
• функциональна и по качеству не уступает разработанным за рубежом;
• значительно дешевле зарубежных аналогов;
• при покупке программы к ней прилагается обучающее видео бесплатно.

Возможен расчет фундамента под колонну и в системе APM Civil Engineering.

На выходе выдает:

• сведения о требуемом количестве арматуры;
• о числе ступеней фундамента;
• отображает геометрические размеры столбов;
• учитывая нагрузку на основание, определит толщину продавливания грунта и т.д.

Ее достоинства:

• полностью учитывает требования государственных строительных стандартов;

• создает модели конструкций;
• визуализирует, полученные путем вычисления, результаты;
• благодаря наличию расчетных и графических инструментов, позволяет решать большой перечень задач, в том числе и расчет столбчатого фундамента под колонну.

А вот здесь видно наглядно, как выполняется расчет в системе APM Civil Engineering:

Расчет бетона для столбчатого фундамента

Допустим, что известны такие параметры круглого столба как:

• диаметр;
• высота;
• их количество.

Расчет бетона для столбчатого фундамента выполним так:

• определим площадь его поперечного сечения, используя формулу S = 3.14 х R;
• умножим площадь на высоту и получим объем бетона для одного столба;
• умножим объем на общее число столбов и будем знать сколько всего бетона потребуется для устройства столбчатого фундамента.

Последовательность расчета фундамента популярно изложена в этом видео:

Строительство своими руками отличается, прежде всего, возможностью выбора вида фундамента. Довольно часто люди предпочитают фундамент типа столбчато-растверковый. Небольшие денежные изыскания – его основное преимущество. В случае с ленточным фундаментом или фундаментом монолитного типа, необходим большой объем бетона. В случае с первым вариантом, объем значительно ниже. В десятки раз.

Материал столбов фундамента бывает разных типов. Одним из лучших является армированный бетон. Он отличителен длительным сроком эксплуатации, а так же весьма надежен. Данный вариант и рассмотрим с вами подробнее. Фундамент столбчатого типа с ростверком устанавливаем по шагам, как в технологической карте.

рассчитываем и размечаем основание на земельном участке;

производим земельные работы;

монтируем опалубку;

армируем столбы фундамента;

заливаем бетон и засыпаем грунт;

устанавливаем ростверк.

Работы в отношении расчетов — критически важный этап, так как части сооружения с полученными характеристиками обязаны дать необходимую надежность и прочность всей конструкции в целом.

Как правило, сначала находится несущий вес грунта, с помощью геологических расчетов. Характеристики обозначается в кг/см2. Ее величина зависит от вида почвы, уровня ее плотности, насколько она увлажнена и насколько глубоко способна промерзать. Конкретные показатели можно увидеть в таблице. Далее нужно узнать относительную нагрузку будущей постройки на выделенный участок земли, на котором будет эта постройка. Берется вес строительных материалов, которые будут использованы в строительстве на этом участке земли, корректируется с дополнительным предполагаемым весом снега, давлением ветра и дождя. Получившуюся цифру необходимо разделить на число из таблицы по несущей плотности земли, таким образом, получая опорную площадь и ее возможности. Причем, получившиеся показатели будут приближены к настоящим. По этой причине добавляйте к получившейся площади 25%(дабы обезопасить себя от возможных ошибок в расчетах).

Определение количества столбов узнают с помощью деления опорной площади на площадь основания одного столба. Сама же площадь сечения свай узнается по собственному желанию. В реальности элементы делают с линейным размером до полуметра.

Завершить расчет фундамента столбчатого типа с ростверком необходимо разметкой земельного участка. Определить место для столбов можно в следующих местах и частотностью распределения:

Под каждым углом здания;

В точках пересечения стен;

Сваи на прямых участках устанавливают в радиусе 3 метра друг от друга. Если расставлять их реже, ростверк может начать разрушаться, или как-то изменятся в своей структуре, на стенках, в свою очередь, появятся трещины. Расстановка столбов ближе рекомендованного радиуса друг от друга повлечет за собой отсутствие всяческой пользы и дополнительные денежные затраты.

Все процессы объединяет цель освобождения от растительности. По периметру разметки необходимо выкопать небольшую канаву, и подготовить выемки для столбов-оснований в вычисленных местах. Углубления надо наполнить полностью до уровня промерзания земли. На этот случай можно взять геологические данные по региону. Вдобавок, прибавляется дополнительная глубина 20см под подушку. Столб должен соответствовать ширине стен, вот почему яма обязана обладать аналогичным поперечным размером, а так же, дополнительно с каждой стороны 20см. Эти отступы обеспечат удобную установку опалубки и распорок.

В яму необходимо уложить подушку из смеси щебенки и песка по всей площади дна. По сути, вдоль окружности сваи должна остаться освобожденная часть подушки, которая выступает за основание на 10-20см. Далее, делается трамбовка с добавкой большого объема воды. Объем на ваше усмотрение. Сверху необходимо насыпку закрыть прокладкой полиэтилена, иль рубероида. Данная прокладка позволит при заливке сделанного вами углубления удержать водную массу. Что не позволит последней уйти в землю из бетона. В ином случае, качество и прочность столба понизится.

Опалубку изготавливают из металлов, деревянных досок, остатков от лесопильных стройматериалов. Последний, кстати, используется чаще всего. Доски будут нужны толщиной не менее 2см. Выбираем данный материал из-за дешевизны и малого веса, если сравнивать с аналогами.

Доски собираются в щитовидные конструкции, из которых делаем короба. Получившуюся конструкцию кладем в приготовленную яму. Дабы опалубка не впитала воду из бетона, ее обильно смачиваем водой. Данный процесс облегчит нам демонтаж, когда смесь из бетона остынет должным образом.

В роли опалубки подойдет так же готовые керамические трубы необходимого диаметра. Подойдут так же варианты из асбеста, железа. Доставать их из ям по завершению работ – нет необходимости.

Если само отверстие в земле достаточно сухое, а его стены достаточно прочные(нет возможности обвала), допускается отсутствие опалубки. Однако, отверстие обязано подходить под расчетные размеры основы столба. Стены должны быть выстелены полиэтиленом, защищая досрочный выход воды из раствора бетона.

Чтобы армировать столбчатый фундамент с ростверком, применяются пруты с сечением 1-1,5см. Элементы выбираются в сеточный каркас определенного размера. Такого, что бы при помещении данного в углубление под столб, до краев опалубки был промежуток хотя бы 5см. Сборку необходимо производить снаружи, на поверхности. Продольные прутья должны быть скреплены горизонтальными перемычками, с помощью сварки или связывания. Связывание, кстати, предпочтительнее. Сечение каркаса должно повторять форму столбов. Диаметр прутьев по горизонтали – 6мм, устанавливаются они каждые 30-40см. Элементы арматуры по вертикали будут соединены армированной сеткой ростверка. Вот почему сначала должны подняться над оголовком столба – 30,40см вполне хватит. Затем, по окончанию сборки, каркас нужно установить в выемку для будущего столба.

Заливка бетона и засыпка грунта

В подготовленную яму, когда вы сделали описанные выше действия, заливают бетон. Подберите нужную марку бетонного раствора, затем начните укладку по слоям. Залив слой, толщина которого около 25см, проштыкуйте и разровняйте полученное вибратором. Данный процесс уберет образовавшиеся воздушные карманы, которые уменьшают прочность конструкции.

Бетонные слои, все без исключения, укладывайте по типу конвейера: 1 слой залит, прокололи, затем залили новый, и его прокололи… И так до самого верха. В ином случае, слои просохнут не одинаково, а на самом стыке будет шов, который ослабит несущие свойства столба. Если вы хотели снять опалубку, то делайте это только через 4 дня заливки. Может раствор полностью высохнет только через 30 дней, но продолжить работы уже делается возможным сразу после съемки опалубки.

Оголовок столбов надо гидроизолировать особыми составами. Для этого подойдет и гидростеклоизол, так же битумная смола. Далее, по методу, грунт, который вынули из ямы, надо вернуть в оставшееся место. Ежели земля непучиниста, засыпают этой землей. В ином случае, понадобиться применение песка, или другого аналогичного непучинистого стройматериала. Затем, засыпав, место вокруг столбов утрамбуйте. Засыпку, при надобности, допустимо предварить путем утепления фундамента плитами из экструзированного пенополистирола.

Критически важные моменты: заливку надо делать за один день, чтобы не было швов. Все столбы, после нее, должны сохранять одну высоту над поверхностью земли.

Процесс заливки фундамента столбчатого типа, лучше всего делать в теплые времена года. Дабы сохранить целостность, да и саму структуру сооружения, не допускайте отсутствие нагрузки в зимнее время.

Заливка бетона и засыпка грунта

Устройство ростверка столбчатого фундамента

Стройматериал конструкции, как правило, бывает в виде цельного железобетона, а может быть и сборным. Высота расположения ростверка над поверхностью земли может меняться. Как в момент нахождения прямо в земле, зависнув в воздухе, так и слегка углубившись в землю. Нет одного мнения по поводу наилучшего способа. Ростверк на большой высоте расположен над поверхностью земли, что н допускает пучению влиять на него, разрушать, ломать сооружение.

Работа по изготовлению идет определенными шагами. Нужно сделать сплошную опалубку мед свайными элементами вдоль всего края фундамента. Будучи первым слоем в опалубке, он будет исполнять роль поднятия будущего бетонного сооружения в высоту. К роли данной опоры применяется песок. Слой данного обязан подходить по длине промежутка меж поверхностью земли, и самым дном будущего ростверка. Песок закрывается полиэтиленовой пленкой.

Потом, в опалубке нужно сделать и поставить каркас, прутья которого в пределах 15 мм, но не менее 12 мм. Данные элементы сетки каркаса не должны оказаться ближе, чем 5см от края короба. Далее, в единое целое, приваривая или привязывая, объединяют свайные прутья и сетку ростверка. Так как работа по заливке опалубки делается один раз, то делить данный процесс на дни – не допустимо. Всё из-за вероятного появления швов в местах разрыва. Дабы удалить воздушные пузыри из раствора бетона, который мы залили, необходимо использовать вибратор. Можно проколоть получившийся раствор арматурой.

Опалубку допустимо изъять, когда бетон засохнет. Опять же, требуется 4 дня ожидания. Слой песка так же необходимо убрать. Теперь, ростверк «повис» над землей. Перевернутый короб можно применить под будущий ростверк вместо песка, в качестве повышающего элемента под сооружение. Вдоль линии опор из столбов, надо установить несколько кирпичных подпорок. Это делается, чтобы осуществить монтаж их деревянную опалубку. После 4 дней с момента заливки ростверка, заранее поставленные каркасную сетку, кирпичи, а так же сооружения из дерева удаляются.

Устройство ростверка столбчатого фундамента

Утепление и гидроизоляция фундамента

Помните, расстояние между основой постройки и почвой подвергается влиянию холодов и воды. Чтобы его защитить от данного воздействия различных факторов, надо сделать цокольный этаж. Стройматериалом вам послужат доски, кирпичи, брусья и пеноблоки, как вариант – пенополистирол. Поверхность внутри фундамента автоматически закроется от холодов, а пол не промерзнет с наступлением морозов. Дабы пространство внутри цокольного этажа не отсырело, делаются вентиляционные отверстия, размер которых от 10см. Заглушки обеспечат сохранность тепла в зимнее время суток.

Внимание! Поверхность фундамента нужно гидроизолировать, чтобы предупредить быструю деформацию сооружения. Заранее избавьтесь от пыли, мусора и грязи, затем нанесите битумную мастику с добавлением каучука(они все в одной смеси), и загрунтуйте ее.

Построить фундамент столбчатого типа, со стороны физических усилий, довольно просто. Сочетаясь с малой себестоимостью, этот тип фундамента является хорошим выбором. Важно знать, что перед установкой данного вида фундамента, надо выполнить геологические расчеты, чтобы определить тип почвы, на которой будет расположен фундамент. Так вы сможете соблюсти технологию изготовления, а так же уберечь себя от ошибок. Что, в свою очередь, сделает ваш фундамент столбчатого типа с ростверком крепким, качественным, а значит, долговечным.

Утепление и гидроизоляция фундамента

Представленная программа помогает выполнить пример расчета стоимости свайного или столбчатого фундамента с усилительным ростверком. Выходящие данные будут включать нужное количество и цену следующих строительных материалов:

• Щебень;
• Арматура;
• Песок;
• Цемент.

В соответствии с Вашими введенными данными, калькулятор в режиме онлайн будет формировать чертеж будущего проекта.

Выбираем тип столба

При вводе параметров калькулятора, предоставляется возможность выбрать столбы и их основания двух основных форм: круглой или прямоугольной.

Все размеры необходимо указать в мм

H — Высота основной секции столба.

B — Указываем диаметр или ширину.

A — Высота основания сваи. Если Вы используете столбцы без основы, то не нужно указывать этот размер.

D — Диаметр или ширину основания фундаментной сваи.

D 1 — Длина основания прямоугольной формы.

B 1 — Ширина сваи прямоугольной формы.

Если фундаментный столб имеет круглое сечение, то эти размеры не используем в расчете.

Размеры фундамента

Y — Длина.

X — Ширина.

Y 1 — Общее количество столбов по всей длине монолита, включая столбы в углах.

X 1 — Общее количество свай по ширине монолита, включая столбы в углах.

S — Если этот параметр отмечен, то будет выполняться расчет столбов, которые располагаются под всей постройкой равномерно. В том случае, если не отмечен, то только сваи, которые будут располагаться по периметру всего фундамента.

Размеры ростверка

F — Высота.

E — Ширина.

В том случае, когда не требуется расчет ростверков монолитного типа, то не нужно указывать эти параметры.

Арматура

ARM 1 — Общее число прутков арматуры для одного столбца.

ARM 2 — Общее число рядов арматуры в ленте ростверка.

ARMD — Диаметр арматуры. Эти значения необходимо указывать в миллиметрах.

В том случае, если для Вашего проекта армирование не требуется, то это значение устанавливается в 0.

Указываем количество цемента, которое необходимо для изготовления 1 м³ бетона. Все данные указываем в килограммах.

Указываем пропорцию по массе для приготовления бетонного раствора. Значение параметров в каждом отдельном случае будут различны.

В первую очередь вышеуказанные параметры будут зависеть от технологии строительства, диаметра фракции щебня и марки цемента. Эти данные Вы можете уточнить у поставщиков и продавцов строительных материалов.

Укажите цены на строительные материалы, что позволит выполнить ориентировочный расчет общей стоимости проекта.

По введенным результатам программа выполнит вычисления:

• Объема бетонного раствора для одного столба, раздельно для нижней и верхней части.
• Расстояние между сваями, и их количество.
• Общая масса и длина требуемого количества арматуры.
• Объем раствора для ростверка.
• Готовые чертежи с общим планом, по которым Вы сможете правильно спроектировать свайный фундамент.
• Итоговую стоимость всех основных материалов для монтажа свайного с ростверком или столбчатого монолита.

Сфера применения

Сегодня используют столбчатый фундамент в том случае, когда монтаж конструкции ленточного типа не целесообразно, к примеру, для построек с легкими стенами, без подвалов, для бань или гаражей. Благодаря нашей программе, расчет не только не отнимет у Вас много времени, но, и поможет избавиться от трудоемкого процесса расчета. Вам необходимо будет только правильно заполнить все поля согласно подробной инструкции, и Вы сразу сможете получить все необходимые и достаточные сведения для постройки столбчатого монолита, узнаете объемы строительных материалов, а также общую стоимость проекта.

Общие данные

Столбчатый фундамент, как правило, состоит из железобетонных столбов, каждый из которых имеет расширение в нижней части, и объединен между собой ростверком. Такое сооружение опоры помогает ей препятствовать пучению почвы и выдерживать большие нагрузки. Столбцы должны располагаться в местах пересечения, в углах будущего здания, под тяжелыми стенами, несущими, балками или ответственными конструкциями. Сваи должны быть во всех местах с высокой нагрузкой. Ростверк используется для того, чтобы усилить конструкцию, выполненный между столбцами в форме армированной перемычки.

Где не стоит использовать столбчатый фундамент

Где применяют

Фундамент на бетонных сваях станет идеальным решением для постройки дома, гаража, бани или дачи без существенных затрат.

Материалы

В первую очередь необходимо определить количество этажей будущей постройки и ее массу. Далее выполняется выбор материалов и расчет проекта, где можно использовать кирпич, бетон, железобетон, а также камень. Согласно типу выбранного материала выбирается размер сечения столбцов. Для бетонных свай размер сечения не менее 400 мм, для камня не менее 600 мм, для кирпича 380 мм, в том случае если кладка выше уровня грунта и не менее 250 мм в случае использования перевязочной технологии с забиркой.

Достоинства

Благодаря своей конструкции столбчатые конструкции отличаются рядом преимуществ, которые делают их идеальным решением для постройки жилых и нежилых объектов. Такой тип конструкции значительно дешевле, чем ленточные или блочные монолиты, расходует меньше строительных материалов и для их возведения уходит значительно меньше времени и затрат. Такой проект позволяет уменьшить площадь постройки и дает незначительную усадку. Такой тип основы для дома отлично противостоит пучениям морозных грунтов и разрушительному влиянию грунтовых вод.

Поэтапное строительство

Перед тем, как начать строительные работы, нужно определить глубину максимальную промерзания грунта и вид почвы. Все это нужно для того, чтобы при надобности можно было замерять уровень, на который могут подниматься грунтовые воды, после чего правильно выполнить гидроизоляцию. Монтаж столбчатого фундамента выполняется в следующей последовательности.

1. Очищаем площадку, подготовительные работы.
2. Согласно проекту выполняется разметка участка под конструкцию.
3. Подготовка ям для столбцов.
4. Выполняется монтаж опалубки для будущих опор.
5. Монтаж арматуры.
6. Выполняется заливка бетонных свай.
7. Изготавливаем ростверка.
8. Строительство стенок между столбцами или забирки.
9. Выполняем гидроизоляцию по периметру всего фундамента.

Период и время заливки

Заливка бетона является заключительным этапом и должна выполнять слоями по 25-40 миллиметров. Каждый слой необходимо разработать вибратором, что позволит исключить образование воздушных прослоек, существенно ослабляющих монолит. Всю заливку правильней всего выполнить за один этап, залив бетонный слой, разбив вибратором и такими темпами до конца опоры.

В том случае, когда планируется возвести дом на пучинистом грунте, то не рекомендуется откладывать строительство, которое уже начали. В том случае, если каркас начатый будет оставлен на зиму, то он деформируется.

Залитые бетонные опоры, должны выстоять в течение не менее 30 дней. За данный период не рекомендуется эти опоры подвергать нагрузке.

Лучше всего для изготовления бетонного раствора использовать цемент серии М400, крупнозернистый песок или мелкий гравий лучшего всего подойдут в качестве наполнителя.

Комментариев:

Расчет столбчатого фундамента необходим для того, чтобы основание прослужило долгое время. Если такое основание делается своими руками, то, прежде всего, необходимо провести все замеры.

Для качественного и надежного возведения столбчатого фундамента, на начальном этапе необходимо провести все необходимые расчеты.

От правильности изготовления основания зависит надежность и срок службы всей конструкции. На выбор его параметров влияют различные факторы, которые обеспечивают суммарную нагрузку. Расчет столбчатого фундамента должен учесть все возможные воздействующие усилия и обеспечить необходимый запас прочности.

Особенности столбчатого фундамента

Столбчатый фундамент — это основание для сооружения, включающее систему столбчатых элементов, размещенных по углам и на участках стыка стен, а также под наиболее тяжелыми и несущими промежуточными стенами, балками и конструкциями, где сосредоточены значительные нагрузки.

С целью обеспечения совместной работы столбов (как единой системы), повышения надежности фундамента, исключения смещения элементов в горизонтальной плоскости и опрокидывания их, а также для формирования поверхности опоры цокольного участка сооружения, изготавливается верхняя монолитная обвязка столбов (ростверк).

Чаще всего столбчатые фундаменты изготавливаются из монолитных железобетонных элементов в виде столба (колонны). Ростверк выполняется в форме армированного бетонного пояса.

Вернуться к оглавлению

Особенности расчета

Расчет столбчатого фундамента предназначен для определения размера и количества столбов. При его проведении должна быть учтена вся нагрузка, которая приходится на эти элементы. Общее усилие слагается из веса всего сооружения (включая вес самого фундамента), веса внутренней полезной нагрузки (мебель, элементы интерьера, жильцы и т.д.) и сезонных природных нагрузок (снег, дождь и т.д.). Ростверк равномерно перераспределяет эти вертикальные нагрузки на все элементы.

Помимо прочности столбчатых элементов, важно знать, как поведет себя грунт под сваями. Характер грунта оценивается по его сопротивлению, которое зависит от влажности, пористости и глубины шурфа. Последняя характеристика зависит от глубины промерзания грунта и обычно выбирается 1,5-2 м.

Вернуться к оглавлению

Оценка существующего грунта

Сопротивление грунта R для почв разного типа рассчитано при стандартной глубине шурфа и является справочной величиной. Ниже приведено R для характерных грунтов.

Из других грунтов можно отметить следующие: гравий — 4-5 кг/см²; щебень — 4,5-6 кг/см²; песок крупной фракции — 3,5-4 кг/см²; песок мелкий — 2-3 кг/см². Если глубина грунта меньше стандартной, то R=0,005Ro(100+h/3), где Ro — табличное значение сопротивления, h — глубина шурфа сваи.

Для того, чтобы определить вид грунта, необходимо скатать шарик и посмотреть как он формируется.

Оценить, к какой категории относится грунт, можно по простой методике. Надо сделать небольшой земляной шарик путем его скатывания по поверхности. Если шарик не формируется, то грунт следует отнести к песчаному типу, а в зависимости от зернистости расчетное сопротивление грунта имеет значение от 2 (для очень мелкого, пылеватого) до 4,5 (для крупной фракции). В случае когда шарик разваливается при надавливании, скорее всего, грунт — супесь (R=3); а если шарик при давлении на него не разваливается и не трескается, то это — глинистый грунт. Наконец, когда земляной шарик не разваливается, но по краям появляются трещины, почва — суглинок.

Вернуться к оглавлению

Расчет оказываемой нагрузки

Общая нагрузка F = F1 + F2 + F3 + F4, где F1 — вес наземной части сооружения; F2 — вес внутренней части; F3 — сезонная нагрузка; F4 — вес фундамента. Вес дома складывается из веса всех стен и перегородок, перекрытий, цоколя и крыши. Вес стен можно определить как произведение объема стены и удельного веса материала стены, т.е. F1 = LxBxH, где L — длина, В — ширина; Н — толщина стены. Аналогично рассчитывается вес цокольного и потолочного перекрытия, стропильной системы и крыши. В итоге определяется общая нагрузка наземной части дома.

Сезонная удельная нагрузка установлена на основе многолетних наблюдений и нормируется в следующем виде: северные районы — 200 кг/м²; средняя полоса России — 100 кг/м²; южные районы — 50 кг/м².

Соответственно, сезонная нагрузка составит F3 = FoxS, где Fo- удельная нагрузка; S — площадь опоры дома (произведение длины и ширины дома).

Расчет опор под фундамент

Свайный фундамент рассчитывается на основе формулы для расчета сопротивления грунта R=F/(SixN), где Si — площадь поперечного сечения одной сваи; N — количество свай.

Размер и форма сваи выбирается из практических соображений (обычно используется бетон). Следовательно, главное, определить, сколько столбов должен иметь свайный фундамент.

Вернуться к оглавлению

Пример возможного расчета

Расчет столбчатого фундамента можно проиллюстрировать примером. Допустим, надо рассчитать свайный фундамент для дома из деревянного сруба, имеющего стяжку бетоном, перекрытие из плит, шиферную крышу. Дом в основании имеет размеры 10х8 м, а высоту — 3 м.

Вначале проводится расчет веса дома. За основу принимаем следующие справочные данные: удельный вес древесины — 200 кг/м³; железобетона — 2400 кг/м³; удельная нагрузка шиферной крыши — 50 кг/м². Расчетная масса получена округленно 42000 кг.

Сезонная нагрузка выбирается для средней полосы. Расчетное значение для дома — 100х10х8 = 8000 кг. Общую массу внутреннего имущества оцениваем как 5000 кг. Таким образом, общее наземное усилие составляет 42000+8000+5000=55000 кг.

Свайный фундамент запланировано изготовить в виде колонн 0,5х0,5 м длиной 2 м, т.е. объемом 0,5 м³. Следовательно, вес каждой сваи 2400х0,5=1200 кг.

Оценочный расчет количества свай проводится без учета их массы. Дом стоит на глинистой почве с S, равным 4 кг/м² или 40000 кг/м². Из формулы определяем N=F/(RxSi), или N = 55000/40000х0,25=5,5. После округления получается, что достаточно применить всего 6 свай. Затем проводится уточнение с учетом веса столбов — 6х1200 = 7200 кг. Из той же формулы получается расчетное значение 6,2 сваи, т.е. 7 свай. Окончательно расчет показывает, что для основания небольшого деревянного строения достаточно 7 свай. Естественно, данный расчет следует рассматривать как простую иллюстрацию использования методики расчета.

Среди множества видов фундаментов, одна конструкция сочетает простоту, прочность и низкую стоимость. В ней дорогостоящий котлован заменен несколькими шурфами, а вместо массивного монолита установлен легкий ростверк. Однако его устройство требует точного расчета.

Чем массивнее будет дом, тем на большую глубину нужно бурить шурфы, тем большее количество бетонных столбов потребуется установить. Проектирование – трудоемкий процесс. Предлагаем использовать для расчета буронабивного фундамента калькулятор – программу, позволяющую производить вычисления по произвольно вводимым параметрам.

Проектирование столбчатого фундамента из буронабивных свай. Общие требования

Прочный фундамент должен удерживать строительную конструкцию и сохранять при этом статичное (неподвижное) положение в грунте. Сваи испытывают осевую и поперечную нагрузку. На них действует сила, величина которой зависит от полной массы строительной конструкции.

Способность фундамента к противодействию нагрузкам зависит от характеристик почвы и параметров свай, а именно:

• от механических свойств грунтов, их склонности к усадке и расползанию;
• от плотности установки опор в грунте;
• от глубины залегания свайных подошв;
• от площади опорных площадок.

На несущую способность почв влияют:

• механические и физические параметры грунтов;
• уровень подземных вод;
• регулярное промерзание.

Чем сыпучее грунты, чем они влажнее, чем холоднее зимы, тем массивнее должен быть фундамент: шурфы бурятся глубже, а опоры делаются толще.

Тип грунтов определяется гранулометрическими параметрами почвы — удельным и объемным весом, пластичностью, влажностью, пористостью. Наиболее точные характеристики дадут лабораторные исследования образцов грунтов. Усредненные параметры приведены в таблице.

На способность столбов выдерживать нагрузку влияют факторы:

• площадь основания сваи;
• класс бетона;
• степень армирования;
• частота расположения.

Общие правила размещения столбов (свай):

• Интервал между столбами должен в три раза превышать диаметров сваи;
• Максимальный интервал составляет 3 м;
• Минимальное сечение пятки сваи при длине элемента ростверка до 3 м составляет 0,3 м.

Определение характеристик и параметров фундамента

Для того, чтобы спроектировать фундамент, необходимо произвести расчеты по следующему алгоритму:

1. Вычислить общую массу строящегося здания.
2. Определить типы грунтов и вычислить их физико-механические параметры. Для этого берут образцы грунта на разной глубине из пробных скважин.
3. Определить силу, с которой дом давит на фундамент.
4. Произвести расчет несущей способности буронабивной сваи.
5. Определить общее количество буронабивных свай и их конфигурацию.

Определение массы здания

1. Массу подсчитывают для каждого элемента конструкции – стен, перегородок, перекрытий и кровли . Сначала рассчитывают объем:

V = L х D х H; (1)

L, D, H – соответственно длина, ширина и высота элементов дома.

2. Вычисляют вес:

m = V х p; (2)

где p – плотность материала.

Для подсчета используют нормативные значения удельных масс. Плотность бетона составляет, к примеру, 2494 кг, а удельный вес древесины – 480–520 кг.

3. Рассчитывают вес полезной нагрузки – добавляют массу полов, штукатурки, декоративных отделочных материалов. Эта величина – постоянная, нормативная. Она зависит от общего размера помещений дома на всех этажах. Значение веса полезной нагрузки равно 150 кг/м2.

4. Увеличивают общую массу на коэффициент запаса прочности: конструкция должна противодействовать давлению снега зимой. Величину коэффициента берут из СП «Нагрузки и воздействия». Для средней полосы России значение коэффициента надежности равно:

• 1,3 – для бетонных монолитных сооружений;
• 1,2 – для сборных кирпичных и плитных конструкций;
• 1,1 – для домов из бруса и бревен;
• 1,05 – для сооружений из стали.

Определение физико-механических параметров грунтов

1. Несущую способность грунта можно определить по таблице 1:

Таблица нормативных сопротивлений грунтов под торцом опоры, кг/м2

Свая опирается на грунт не только нижним торцом, но и всей боковой поверхностью. Это сопротивление также учитывается при расчете фундамента.

Таблица нормативных сопротивлений грунтов вдоль поверхности опоры, кг/м2

Важно: глубина шурфов должна быть на 0,3–0,5 м большей, чем глубина промерзания. Обобщенные сведения о параметрах промерзания грунтов изложены в СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Для выполнения расчетов пользуются актуализированными данными из СНиП 23-01-99 (действует с 2013 года).

Определение параметров, влияющих на несущую способность свай

Опоры изготавливаются из бетона марки 100 и выше. Для того, чтобы опора выдерживала поперечные нагрузки, ее армируют стальными прутками. Чтобы перераспределить и выровнять между сваями весовую нагрузку, придать конструкции жесткость, вершины опор обвязывают бетонным ростверком. Монолитную ленту армируют стальными прутками.

Определение количества опор фундамента и их конфигурации

Длину внутренних простенков прибавляют к общей величине протяженности фундамента. Впоследствии на базе этой величины будут определены интервалы между осями опор. Вычисления трудоемки, но их можно доверить компьютеру: машина точно рассчитает параметры фундамента.

Минимальное количество опор определено нормативной документацией: их необходимо обязательно установить в углах здания и в точках пересечения несущих стен.

Онлайн калькулятор позволит:

• произвести расчет параметров ростверка;
• определить необходимый объем бетона;
• задать нагрузку, которую может выдержать одна свая;
• установить диаметр, глубину залегания и количество опор для фундамента.

Пример: Определение сопротивляемости буронабивной сваи по материалу и по грунту

1) По материалу (Рмат):

Рмат = Кур*Sосн*Rм; (3)

Кур – индекс однородности грунтов (справочно равен 0,6);

Sосн – площадь основания опоры, м2 (определяется расчетным путем – 3,14 * r2); Площадь основания сваи диаметром полметра равна 0,196 м2;

Rм – величина сопротивления бетона (табличная); Для бетона эта величина равна 400 кг/м2.

Подставляя значения в формулу, получаем: Рмат = 47 тонн.

2) По грунту (Ргр):

Ргр = Ког*Кур*(Rгосн*Sосн*p + Кду* Rгбок*h); (4)

Ког – индекс однородности грунта (справочно равен 0,7);

Кур – индекс условий работы (принимается за 1);

p – периметр (для трехметровой сваи с диаметром 0,5 м периметр равен 0,157 м);

Rгосн – сопротивление грунта, приведено в таблице 2; Для глины составляет 90 т/м2;

Sосн – площадь основания опоры, м2 (определена ранее – 0,196 м2);

Rгрп – величина сопротивления грунта под пяткой опоры (табличная); Для твердой глины это – 90 т/м2;

Кду – дополнительный индекс условий – 0,8;

Rгбок – значение несущей способности грунтов сбоку. Определяется как средняя взвешенная для каждой точки поверхности с интервалом в 1 метр. В нашем случае равно 3,85 тонн/м2.

h – толщина первого слоя грунта, прилегающего к фундаменту. Ее расчетное значение составит 2,3м.

Подставляя цифровые величины в формулу (2), получаем сопротивление сваи по грунту – 26,5 тонн. Эта величина – меньше, чем прочность материала. Ее и берут в качестве исходной для определения количества свай.

Пример: Расчет количества опор. Алгоритм вычислений

1) Определяем весовую нагрузку на 1 м ростверка (Нпм). Для этого полную массу дома относим к общему периметру ростверка.

Нпм = Мд/Пф; (5)

2) Вычисляем межосевое расстояние между опорами: находим отношение значения несущей способность сваи к нагрузке на погонный метр фундамента.

Осв = Ргр/ Нпм; (6)

В нашем случае опора способна выдержать вес в 26 тонн. Значит, на каждый метр ростверка, при соблюдении минимального интервала размещения свай в 3 метра, может прийтись до 8,33 тонн. На практике удельное давление, оказываемое обычным одноэтажным строением на фундамент, составляет 5,5–7 тонн.

Этот расчет буронабивных свай показал: мы можем выбрать более легкую конструкцию фундамента.