Расчет основных параметров фундамента под каркасный дом

Оглавление:

Какие фундаменты используются для каркасных домов
Расчет несущей конструкции
- Глубина заложения несущей конструкции
  - Влияние типа грунта на глубину заложения
  - Влияние уровня грунтовых вод
  - Оптимальная глубина заложения основания
- Площадь несущей конструкции
  - Расчет площади основания
Каркасный дом отличается надежностью, легкостью и возможностью быть возведенным практически на любых почвах, в том числе проблемных в плане строительства: на песчаном грунте, промерзающих почвах в холодных зонах и т.п. Во избежание трансформаций постройки все ее параметры должны быть рассчитаны до мелочей. В первую очередь это касается фундамента, материалы, устройство и размеры которого должны четко соответствовать требованиям технологии.

Схема установки арматуры из плоских арматурных каркасов и сеток и опалубки ленточных фундаментов.

Какие фундаменты используются для каркасных домов

Чтобы правильно определить все параметры фундамента своего будущего дома, застройщик сначала должен выбрать тип основания, подходящий именно для каркасного объекта и имеющегося на участке типа грунта.

Их несколько, и у каждого есть свои плюсы и минусы:

Схема ленточного фундамента.
Ленточный фундамент (обычно под каркасный дом монтируется мелкозаглубленный сборный или монолитный). Подобная конструкция будет надежной и устойчивой опорой, сможет выдержать значительные нагрузки, не двигаясь с места даже при расположении на подвижном грунте. Ленточная мелкозаглубленная основа погружена в землю примерно на 0,5 м, а над поверхностью земли у такого фундамента уровень составляет около 20-30 см. Среди недостатков данной конструкции основными считаются невозможность перепланировки и довольно высокая цена. По этим причинам на этапе проектирования жилого объекта необходимо произвести максимально точные расчеты, поскольку возможности что-либо изменить после сооружения уже не будет.
Свайно-винтовой, подходящий практически для любого участка, но чаще всего возводимый на сложных почвах. Винтовые сваи можно ввернуть на довольно приличную глубину без использования спецтехники, такое основание отличается хорошими показателями несущей способности. Винтовая конструкция дает ощутимую усадку, но не требует значительных финансовых затрат, быстро монтируется в любое время года, устойчива к промерзанию грунта и воздействию грунтовых вод, удобна в плане ремонта.
Плитный, основным элементом которого является плоская железобетонная опора. Такие основания возводятся, как правило, на пучинистых, неоднородных и слабых почвах с высоким содержанием грунтовых вод. Из-за устойчивого положения плиты на скользящей почве, невзирая на нагрузку, создаваемую домом, плитный фундамент также называют плавающим. Он характеризуется высокой надежностью и простотой монтажа, но имеет и определенные недостатки (в частности, дороговизна и необходимость устройства чернового пола), вследствие чего под каркасный дом, привлекающий застройщиков в основном экономичностью и быстротой строительства, используется реже.
Столбчатый, представляющий собой отдельно стоящие бетонные столбы, нижняя часть которых называется основанием, верхняя – оголовком. Они располагаются по периметру здания, под пересечениями стен внутри него и в иных местах сосредоточения нагрузки. При этом оголовки должны находиться в идеально ровной горизонтальной плоскости, так как именно на них будет устанавливаться каркас дома. Их высота, как правило, равна высоте пола первого этажа и в среднем составляет 50-60 см от поверхности земли. Основными достоинствами столбчатой несущей конструкции являются ее невысокая цена, быстрота и простота монтажа даже собственными силами. Из минусов можно отметить невысокую несущую способность (рассчитан на легковесные постройки), монтаж лишь в теплое время года (во избежание изменений в конструкции) и только на устойчивых непучинистых грунтах.

Расчет несущей конструкции

Схема столбчатого фундамента.

Поскольку от прочности фундамента зависят качество и долговечность всего строения, правильно рассчитать будущую основу (то есть определить ее оптимальные размеры) необходимо еще на этапе проектирования объекта. Основой таких расчетов являются несущая способность почвы (так называемый коэффициент сопротивления) и масса дома.

Целью же расчета служит определение способности грунта выдержать нагрузку сооружения с конкретной массой и площадью опоры.

Если давление конструкции на почву окажется меньше несущей способности последней, можно осуществлять строительство с заложенными в расчет параметрами, в противном случае необходимы корректировки, при которых должна быть прежде всего увеличена ширина основания.

Фундамент на склоне.

Основными параметрами при расчете фундамента являются глубина его заложения и площадь основания. Именно они будут играть решающую роль в противодействии негативному влиянию усадки конструкции в первые 2 года после ее сооружения. Как известно, неравномерная усадка основания приводит к образованию трещин в нем самом и стенах дома, их перекосу и даже разрушению здания. Фундамент может неравномерно опускаться вследствие действия различных факторов, в том числе высокой пучинистости грунта, его малой плотности, негоризонтального расположения основания или слишком большой нагрузки на грунт.

Глубина заложения несущей конструкции

Корректный расчет фундамента требует первоначального изучения структуры грунта на участке, глубины его промерзания и уровня грунтовых вод. С учетом всех этих факторов в дальнейшем определяется оптимальная глубина заложения несущей конструкции. Последняя будет крепкой, если основанием ей будет служить однородный грунт, который равномерно осаживается, не провоцируя возникновения перекосов и трещин. Глубина заложения фундамента будет зависеть и от типа грунта (он может быть хрящевым, скальным, глинистым и суглинком, песчаным и супесью).

Схема расчета арматуры для фундамента.

Хрящевой грунт представляет собой сочетание гравия и обломков камней. Основание на таком грунте закладывается на глубину не менее 0,5 м. При этом глубина заложения несущей конструкции определяется весом строения и уровнем грунтовых вод, глубина промерзания на данный параметр влияния не оказывает. Скальный грунт, представляющий собой плотные горные породы типа базальта, гранита, известняка, позволяет закладывать фундамент почти на поверхности, сняв лишь покрывающий породы тонкий слой почвы.

Через песчаный грунт хорошо проходит вода, поэтому она не застаивается близ поверхности, даже несмотря на высокий уровень залегания грунтовых вод. Данный фактор и незначительное промерзание песчаного грунта позволяют закладывать основание здания на глубину 50-70 см. Если грунт мелкозернистый или пылевидный, а грунтовые воды в нем располагаются высоко, то повышается риск значительного промерзания такого грунта, и тогда глубина заложения фундамента должна быть увеличена до глубины промерзания грунта.

Расчет глубины заложения фундамента

Кроме того, нужно принимать во внимание, что под нагрузкой песчаный грунт сильно уплотняется, и тяжелое строение рискует существенно осесть, поэтому специалисты советуют делать высокий цоколь. Данные рекомендации в полной мере применимы и к глиняно-песчаным грунтам – супесям, содержащим 3-10% глины. Рекомендуемая глубина заложения несущей конструкции для них увеличивается до 70-100 см.

Фундамент на глинистом грунте рекомендуют закладывать чуть ниже глубины промерзания грунта. Соблюдение этого правила особенно важно, если на участке зафиксирован высокий уровень грунтовых вод. Этот тип грунта имеет тенденцию к сжатию при нагрузке и вспучиванию при замерзании, что дает эффект выталкивания фундамента на поверхность. Чтобы при этом основание не треснуло, рекомендуется монтировать высокопрочный фундамент, отдавая предпочтение столбчатому типу. Несущая конструкция на суглинке, который включает песок и не менее 10-30% глины, также закладывается ниже глубины промерзания грунта.

Влияние данного фактора на глубину заложения фундамента характеризуется следующими зависимостями:

Расчет условной ширины подошвы фундамента.

Если грунтовые воды залегают более чем на 200 см ниже глубины промерзания грунта, то несущая конструкция может быть заложена на глубину 50 см и ниже.
Если воды залегают не слишком глубоко, но ниже, чем уровень промерзания грунта, основание либо закладывают на глубину промерзания, либо от уровня промерзания грунта до дна фундамента устраивают гравийно-песчаную подушку (при этом хорошо ее утрамбовывая), а несущую конструкцию закладывают на глубину 50 см и ниже.
Если грунтовые воды доходят до отметки промерзания грунта, то глубина заложения основания должна превышать уровень промерзания грунта не менее чем на 10 см.
Высокое расположение грунтовых вод требует закладки фундамента ниже уровня промерзания грунта. Исключением в данном случае является наличие песчаного грунта и круглогодичного обогрева строения.

Оптимальную глубину заложения несущей конструкции под каркасный дом определяют обычно с учетом следующих положений:

Схема расчета монолитного ленточного фундамента.

Если грунт под строящимся объектом пучинистый, то фундамент необходимо закладывать ниже уровня промерзания грунта. К примеру, в средней полосе РФ глубина заложения должна составить около 150 см, так как уровень промерзания грунта находится в пределах 120-140 см. К западу и югу страны глубина промерзания уменьшается, а к востоку и северу увеличивается. Путем многолетних наблюдений специалистами была установлена глубина промерзания грунта в каждом регионе РФ (иногда даже с разбивкой по районам, если отклонения в показателях были существенными). Информацию о ней можно узнать в местных геодезических, строительных или проектных организациях.
Если каркасный дом предназначен для круглогодичного проживания и, соответственно, в холодный период года будет отапливаться, то можно не учитывать указанный в пункте 1 фактор и закладывать несущую конструкцию выше.
Основанием для фундамента должен служить хорошо слежавшийся, плотный грунт, поэтому несущую конструкцию закладывают как минимум ниже 50 см. Слой рыхлого грунта при этом должен быть снят, дно выровнено горизонтально, обустроена тщательно утрамбованная песчаная подушка высотой 15-20 см.
Под внутренние капитальные стены основание закладывается на глубину 50 см.

Площадь несущей конструкции

Формула для расчета площади фундамента.

Оптимальная площадь основания выбирается с учетом того, что грунт не должен проседать под давлением, которое создаст построенный каркасный дом. Грунт проседает под весом здания, когда нагрузка на него избыточна. Эту нагрузку уменьшают путем увеличения площади основы под фундамент. Для этого в случае с несущей конструкцией ленточного типа увеличивают ширину ее так называемых стен, на которых будут базироваться стены здания.

При возведении дачных домов и иных легких сооружений, к которым относятся и каркасные, специалисты не рекомендуют монтировать расширенный ленточный фундамент во весь его размер. Расширенным обычно делается только основание несущей конструкции, при этом его бетонируют и армируют. Толщина фундамента в таких случаях обычно соответствует толщине стены здания.

Для столбчатых оснований увеличивается количество столбов и их размеры (длина и ширина), которые доводятся до 50 см. Столбы устанавливаются на расстоянии 150-250 см друг от друга. Расстояние в каждом конкретном случае определяется весом здания и несущей способностью грунта. Например, на супесях и песчаном грунте между столбами в среднем оставляют 150-200 см. На хрящевом, скальном, глинистом грунтах и суглинке это расстояние, как правило, составляет 200-250 см.

Конструкция любого основания имеет 2 характерные плоскости: верхнюю, на которую опирается дом, и нижнюю – плоскость контакта фундамента с грунтом. Верхняя плоскость именуется плоскостью обреза фундамента, а нижняя – плоскостью его подошвы. Сопротивление материала несущей конструкции нагрузке, как правило, значительно выше сопротивления грунта основания. Поэтому площадь подошвы должна быть больше, чем площадь обреза, лишь в очень редких случаях их размеры могут совпадать.

Расчет ленточного фундамента.

Чтобы несущая конструкция была прочной, надежной и прослужила долгие годы, площадь ее подошвы должна удовлетворять следующему неравенству: S>a?F/(b?R), включающему:

S – минимальное расчетное значение площади подошвы несущей конструкции, см?.
a – коэффициент надежности, который обычно принимается равным 1,2.
F – нагрузку на основание со стороны возведенного на нем здания ( расчет нагрузки на фундамент осуществляется путем суммирования массы всех материалов, используемых при строительстве объекта, без несущей конструкции, а также мебели и техники, которые впоследствии планируются к размещению внутри дома, нагрузки, создаваемой всеми жильцами, и сезонных нагрузок, например, от снежного покрова).
b – коэффициент условий работы, зависящий от типа грунта на участке и конструкции дома (в частности, для возведенных на пластичной глине деревянных и каркасных построек, длина которых превышает высоту в 4 раза, этот коэффициент будет равен 1,1, а для любых домов, построенных на мелких песках, b=1,3).
R – несущую способность, или расчетное сопротивление грунта, кг/см? (таблицу со значениями данного показателя для каждого типа грунта можно найти по ссылке 5).

Как уже было сказано, фундамент должен, по выражению специалистов, уширяться книзу. Ими разработан способ нахождения значения предельного уширения несущей конструкции, при котором растягивающие и скалывающие напряжения в теле фундамента либо вовсе отсутствуют, либо настолько незначительны, что можно ими пренебречь. Значение предельного уширения зависит от материала основания и может быть выражено через угол уширения или тангенс данного угла. Тангенс угла уширения равен отношению размера уширения (еще называемого «размер выноса консоли») к высоте несущей конструкции.

Вышеуказанные способы дают возможность правильно рассчитать необходимые размеры как подошвы несущей конструкции, так и ее обреза. Как известно, площадь прямоугольника (каковым обычно и является фундамент) рассчитывается по формуле: L (длина) х b (ширина). Конкретные размеры основания, ширина которого может быть равна длине, если того требуют особенности проекта, могут варьироваться в пределах найденной оптимальной площади несущей конструкции.

Расчет основных параметров фундамента под каркасный дом

Какие фундаменты используются для каркасных домов

Расчет несущей конструкции

Глубина заложения несущей конструкции

Площадь несущей конструкции