Универсальный фундамент для семейной бани. Часть 1. Расчеты

15 Авг

Просмотров: 281

fundament tiseИтак, кратко рассмотрев виды существующих грунтов и их поведение при замерзании в них воды, приступим к рассмотрению особенностей столбчато-ленточного фундамента, выполненного по технологи ТИСЭ, а затем перейдем и к особенностям его возведения.

Напомним, что термин «ТИСЭ» расшифровывается как «Технология Индивидуального Строительства и Экология».

Настоящая статья будет посвящена вопросам, связанным с глубиной заложения опор такого фундамента, определению необходимого их количества и их разноске по периметру фундамента. 

Фундамент, выполненный по технологи ТИСЭ, относится к заглубленным столбчато-ленточным фундаментам. Этот фундамент представляет собой отлитые в земле армированные бетонные столбы с расширенной внизу частью и жестко связанные между собой в верхней части  при помощи бетонной армированной ленты-балки (ростверка).

Создание ленты-ростверка преследует несколько целей:

·         связать столбы-опоры между собой в жесткую конструкцию при строительстве сооружений с нежесткими стенами (щитовые, каркасные, брусовые, бревенчатые дома и бани);

·         закрыть подпол дома (бани) надежной конструкцией, устойчивой к повышенной влажности и загрязнениям, т.е. устроить забирку;

·         создать поверхность для укладки стеновых изделий (кирпичей, стеновых блоков, венцов деревянного сруба и т.д.), а порой и цокольного перекрытия.

При создании фундамента ТИСЭ между грунтом и лентой ростверка ОБЯЗАТЕЛЬНО должен быть воздушный зазор ~ 15-20 см, компенсирующий пучинистые деформации приповерхностных шаров грунта. Как уже отмечалось нами ранее, пучинистый грунт при замерзании в нем воды может приподниматься относительно исходного непромерзшего состояния на величину порядка 10 см на каждый метр промерзшего по вертикали грунта.

Величина воздушного зазора под лентой ростверка напрямую зависит от величины  промерзания грунта в данном регионе.

Так, например, в московском регионе при бесснежной зиме расчетная глубина промерзания грунта составляет 1,4м. Таким образом, теоретически, такой грунт (если он является пучинистым) может приподняться относительно исходного своего положения на 14см. Наличие под лентой-ростверком фундамента ТИСЭ зазора в 15см предотвратит передачу давления вспучившегося грунта на фундамент здания. Для Сибири (регион Новосибирска) воздушный зазор под лентой ростверка желательно меньше 20см не делать, так как глубина промерзания аналогичных грунтов здесь может достигать значений 2,2м. В этих условиях подъем вспучившегося мерзлого грунта может составить ~ 20см.

Столбы-опоры фундамента ТИСЭ  закладываются на глубину реального промерзання грунта в том или ином регионе. Если затруднительно определится с величинами реального промерзання грунта, при расчетах величины суммарной площади опоры основания фундамента на пучинистый грунт можно пользоваться величинами расчетной величины промерзання грунтов для данного региона.

Для столбчато-ленточного фундамента ТИСЭ помимо определения глубины его заложения необходимо рассчитать необходимое количество столбов-опор и шаг разноски их по периметру фундамента. 

Несущая способность одной опоры столбчато-ленточного фундамента ТИСЭ на слой грунта определяется величиной расчетного сопротивления влажного грунта (R0), находящегося на голубине промерзання, и размерами подошвы опоры (см.табл.1).  

Таблица 1

 

Вид грунта

 

Ro, кг/см2

Несущая способность опоры (f,тонн)

Диаметр подошвы опоры (D,см)

25

40

50

60

Галька с глиной

4,5

2,2

5,6

8,8

13,2

Гравий с глиной

4,0

2,0

5,0

8,0

11,7

Песок крупный

6,0

2,9

7,5

11,6

18

Песок средний

5,0

2,5

6,3

10,0

14,7

Песок мелкий

4,0

2,0

5,0

8,0

11,3

Песок пылеватый

2,0

1,0

2,5

4,0

5,7

Супесь

3,5

1,7

4,4

6,9

10,0

Суглинок

3,5

1,7

4,4

6,9

10,0

Глина

6,0

2,9

7,5

11,8

17,0

Просадочный грунт

1,5

0,7

1,9

2,8

4,2

Насыпной грунт с уплотнением

1,5

0,7

1,9

2,8

4,2

Насыпной грунт без уплотнения

1,0

0,5

1,3

2,0

2,8

 

Порядок расчета может быть следующим:

1)      Определяется общее требуемое количество столбов под фундамент для данного вида грунта, характеризуемого величиной R0. Для этого делят полный вес будущого строения (с учетом веса ленты-ростверка, полезной и снеговой загрузок) на несущую способность 1 бетонного столба-опоры заданной геометрии (c диаметром подошвы D,см) (см.Табл.1).

2)      Затем определяется общая площадь основания всех опор.

3)      По формулам (1) — (3) определяется площадь опоры фундамента, требуемая для данного вида грунта и его глубины залегания.

4)      Проверяется соответствие суммарной площади основания всех столбов-опор требуемой величине площади опоры фундамента на данный вид грунта.

Пример. Для строительства сруба деревянной бани на фундаменте ТИСЭ с полным весом F= 40 т на суглинке, промерзаемом на глубину 1,5м(несущая способность грунта Ro = 3,5 кг/см2,  γc = 1,2, γn= 1,2), потребуется не менее 6 бетонных столбов-опор диаметром 25 см с несущей способностью каждой f= 6,9 т и расширением основания у подошвы до 50 см (см.Табл.1):

n = F /f = 40/6,9 = 6 столбов-опор.

Суммарная площадь опоры такого фундамента на грунт составит:

S= n*πD2/4= 6*3,14*0,52=4,71м2

По формуле (1) для глубины промерзания грунта 1,5 м найдем минимально необходимую площадь опоры фундамента на грунт:

S≥ 1,2*40000/(1,2*3,5)=11428 см2=1,14м2.

Таким образом, мы видим, что найденное  значение площади опоры всех 6 столбов-опор (4,71 м2) на непромерзаемый на глубине 1,5 м грунт не противоречит  требованию формулы (1) (4,71 м2    1,14м2). С другой стороны, очевидно, что выбранный нами диаметр подошвы столбов-опор фундамента является явно избыточным для веса будущего строения и вида опорного грунта. В этих условиях с целью уменьшения материальных и трудозатрат есть прямая целесообразность пересмотреть свой выбор в сторону уменьшения площади подошвы столбов, опирающуюся на грунт.

Величина несущей способности грунтов, указанная в таблице 1, дана для глубины их залегания 1,5 — 2,0 м. При заложении столбов-опор фундамента ТИСЭ на другую глубину необходимо пересчитать по формулам (2) – (3) несущую способность грунта для выбранной глубины.

Несущая способность столбов заданной геометрии (с площадью подошвы столба D, см) должна быть также пересчитана. Делается это очень просто. Находится площадь основания столба и умножается на значение несущей способности грунта на интересуемой глубине.

Пример. Пусть планируемая глубина заложения опор фундамента (глубина промерзания грунта) составляет h=1,2м=120см. Грунт – суглинок (Ro = 3,5 кг/см2). Тогда, согласно формулы (2), несущая способность грунта на этой глубине будет:

Rh = 0,005*Ro*(100+h/3) = 0,005*3,5*(100+120/3) = 2,45 кг/см2.

Планируется площадь основания столба-опоры сделать диаметром D=50см=0,5м.

Несущая способность столба в этих условиях (на глине, залегаемой на глубине h=120 см) fh находится очень просто:

fh = SD* Rh = πD2/4* Rh= 3,14*502/4*2,45 = 4 808кг = 4,8т.

Аналогичный перерасчет несущей способности опор делается и для глубин их заложения, превышающие 2,0 м. При этом используют формулу (3).

Приведенные в таблице 1 данные по несущей способности опоры не учитывают ее увеличение за счет создания вокруг расширенной части опоры массива грунтобетона, возникающего после просачивания в поры грунта цементного молока.

Если в скважине под столб нет грунтовых вод, то внедрение цементного молока в толщу грунта может происходить более чем на 6 см. В этом случае опора увеличивает свою несущую способность почти в 1,5 раза. В песчаном грунте цементное молоко может просачиваться в грунт до 10 см, а ее несущая способность может увеличиться в 2 раза по сравнению с цифрами, отраженными в таблице 1.

При наличии в скважине воды увеличение несущей способности опор произойдет в незначительной степени.

Теперь кратко коснемся вопроса определения весовой нагрузки строения F на фундамент.

Одной из величин, требуемых для расчета фундамента, является вес будущего строения (дом, баня и т.д.).

Вес строения складывается из нескольких слагаемых: веса фундамента, веса стен сооружения, нагрузки от элементов крыши, нагрузки от перекрытий, эксплуатационной нагрузки (мебель, оборудование) и веса снегового покрова на крыше.

Вес фундамента оценивается приблизительно. Если фундамент представляет из себя железобетонную конструкцию, то достаточно посчитать объем фундамента (V, м3) и умножить его на удельный вес бетона (m=2,5 т/м3).

Вес стен определяется для каждого конкретного случая, исходя из веса строительных и отделочных материалов:

— при возведении сруба (сосна) вес 1 м3 стен можно принять равным 550 кг;

— при возведении стен из пенобетонных блоков с размером 600×300х200 мм марки D600 вес 1 м3 стен можно принять равным 900-950 кг (вместе с цементным раствором между швами блоков толщиной 1см);

— при возведении стен толщиной в 2 одинарных кирпича (толщина кладки 510 мм), с нанесением снаружи слоя штукатурки толщиной 2 см, вес 1 м2 стен можно принять равным 1050—1100кг.

Нагрузка от элементов крыши (стропила, обрешетка, кровля):

— рубероидное покрытие (2 слоя)30-50 кг/м2;

— асбоцементные листы – 40-50 кг/м2;

— битумная черепица – 35-45 кг/м2;

— металлочерепица – 25-35 кг/м2;

— черепица гончарная – 60-80 кг/м2.

Нагрузка от перекрытий:

— чердачное по деревянным балкам с плотностью утеплителя 200 кг/м370-100 кг/м2;

— цокольное по деревянным балкам с плотностью утеплителя 200 кг/м3100-150 кг/м2;

— железобетонные пустотные плиты перекрытия – 350 кг/м2.

Эксплуатационная нагрузка (мебель, оборудование…).

Условно принимается равномерное распределение нагрузки по всей площади перекрытий:

— для цокольного и межэтажного перекрытия – 210 кг/м2;

— для чердачного перекрытия – 105 кг/м2.

Вес снегового покрова:

— для средней полосы России определяется по нагрузке в 100 кг/м2;

— для юга России – 50 кг/м2;

— для севера России – до 190 кг/м2(при острой крыше нагрузка от снега не учитывается).

Просуммировав все слагаемые, полученную величину следует увеличить в 1,3 раза, обеспечив некоторый запас по несущей способности. Это необходимо для компенсации различных недочетов, которые могут возникнуть при определении веса строения (дома, бани…). Эта расчетная величина веса и будет определять расчетное число опор фундамента.

Разбивка фундаментных опор.

Определившись с числом необходимых под фундамент будущего строения опор, рассмотрим то, как данные опоры должны размещаться под этим строением.

Опоры должны располагаться как можно равномернее по периметру фундамента. При этом следует руководствоваться следующими рекомендациями автора разработки этого вида фундамента (Яковлева Р.Н.).

Если возводимое сооружение имеет внутренние несущие стены, на которые опираются балки (плиты) перекрытий с двух сторон, в этом случае шаг столбов под лентой ростверка, на которую опираются эти стены, следует уменьшить на 10-15% по сравнению с шагом опор под внешними стенами.

В случае если внутренние стены сооружения не являются несущими (к которым, как правило, можно отнести небольшие семейные деревянные бани), тогда шаг столбов-опор остается неизменным как под внешними, так и под внутренними стенами.

Шаг фундаментных столбов при возведении каменных (кирпичных) стен на столбчато-ленточном фундаменте ТИСЭ не следует делать больше 2-3м. Это позволяет обойтись  небольшим поперечным сечением ленты-ростверка. Эта же рекомендация распространяется и на легкие каркасные, брусовые, деревянные сооружения (дома, бани…).

Столбы по внешнему периметру фундамента располагают, как правило, по его углам и на пересечении с внутренними стенами дома. Тем не менее, это не обязательно.

В качестве примера приведу разбивку фундаментных опор, которую я определял на этапе проектирования своей бани.

Пример. Сруб-шестистенок бани 6 х 6 метров (по центрам) с внутренними полноценными 2-мя деревянными стенами и крыльцом 2,5 х 3 метра. Высота стен сруба – 3 метра.  Стены – лафет, толщиной 20см. Крыша относительно пологая (~ 370), не утепленная. Перекрытие потолка бани – на деревянных балках, утеплены минеральной ватой. Цокольного перекрытия нет, так как нет подпольного пространства. Полы сплошные (утепленная снизу бетонная стяжка, залитая между стенами ленты ростверка). Глубина промерзания грунта – 90см. Грунт – мелкий и пылеватый влажный песок (несущая способность грунта принимается равной 1,3 кг/см2.

Исходные данные:

  • площадь кровли – 95 м2;
  • площадь чердачного перекрытия – 32 м2;
  • площадь внешних стен – 72 м2;
  • площадь внутренних стен – 36 м2;
  • общий периметр фундамента (по оси опор) – 36 м.

Весовой расчет:

  • вес кровли (металлочерепица, стропила, обрешетка – 30 кг/м2) – 2,85 т;
  • вес чердачного перекрытия (дерево, минвата – 150 кг/м2) – 4,8 т;
  • вес внешних стен (110 кг/м2) – 7,9 т;
  • вес внутренних стен (110 кг/м2) – 4,0 т;
  • вес фундамента (ростверк и столбы – 450 кг/пог.м) — 16,2 т;
  • вес снегового покрова (100 кг/м2) – 9,5 т.
  • вес перекрытия цокольного этажа – игнорируется;
  • вес полезной нагрузки (люди, мебель) – игнорируется.

Общий вес бани (без кирпичной печи и трубы к ней) составляет 45,25т.

Расчетная нагрузка на опоры фундамента должна быть больше максимального веса строения на 30%. Поэтому общий вес бани умножим на 1,3.

Таким образом, расчетный вес бани получился равным 59 тоннам.

При несущей способности одной опоры 2,5 т для бани получилось необходимое количество опор 24 шт. При общем периметре фундамента в 36 м средний шаг опор под лентой фундамента бани получился равным 1,5 м.

При согласовании выбранного шага с реальными габаритами бани уточняем разбивку опор. Число опор может быть больше расчетного, если это удобно по разбивке.

Следует отметить следующее. При высоте ленты ростверка больше 30 см (в моем случае это 40 см) опоры могут располагаться (в моем случае располагаются) вне углов строения (дома, бани) и вне узлов пересечения внешних и внутренних стен. Шаг опор может иметь некоторый разброс по величине. В свою очередь, высокая изгибная жесткость ленты ростверка помогает сгладить передачу сил на опоры.

Подведем черту.

Итак, в ходе изложения материала были:

  • рассмотрены вопросы, связанные с определением глубины заложения опор столбчато-ленточного фундамента ТИСЭ;
  • показаны подходы к расчету общего веса возводимого строения;
  • показаны подходы к расчету потребного количества столбов-опор для данного вида фундамента и обозначены некоторые рекомендации по их расположению по периметру возводимого здания.

 

Со следующей статьи мы начнем рассмотрение вопросов, непосредственно связанных с возведением фундамента по технологии ТИСЭ.

До встречи!

 

Другие статьи на эту тему:

Комментариев нет

Размещен в разделе Фундаменты

 

Теги: , , ,

Добавить комментарий

 
 
 

«Банная печь Игоря Кузнецова БИК 41» 
(3-D модель и 3-D порядовки печи в SketchUp)

 Конфиденциальность гарантирована