Как правильно рассчитать фундамент под частный дом? Расчёт опорной площади, размеров основания, арматуры и бетона

Расчет фундамента — это важнейший вопрос, с которого должно начинаться строительство. От правильности сооружения основания постройки в будущем будет зависеть ее долговечность, да и вообще безопасность проживания.

Полный расчет фундамента является достаточно сложной задачей, доступной только для специалистов, но упрощенный расчет дает возможность обеспечить необходимый уровень надежности.

В действующих нормативных документах изложены основные правила таких расчетов, что и следует учитывать при планировании частного строительства (смотрите: типы частных домов).

Принципы расчетов

Расчет фундамента строения включает определение таких важнейших параметров, как заглубление, площадь опоры на грунт, размеры основания. Он должен учитывать все определяющие факторы – геофизические характеристики грунта, климатические особенности, величины и направленность нагрузок, в том числе от веса всех элементов строения и самого фундамента.

Необходимые исходные данные следует брать у организаций, специализирующихся на геологических изысканиях, а также из проверенных источников.

Прежде чем приступить к строительству, необходимо определить потребность в бетоне, армирующих элементах и других материалах. Возведение фундамента нельзя останавливать на середине, а потому расчеты должны помочь правильно закупить нужное их количество.

Следует учитывать, что расчеты несколько различаются для разных типов фундаментов. Свои методики существуют для ленточных, столбчатых, плитных и свайных вариантов оснований. При отсутствии достоверных данных о состоянии грунта в месте закладки дома, придется проводить геологические исследования с привлечением специалистов.

Учет состояния грунта

Несущая способность грунта считается важнейшей характеристикой, определяющей тип и размеры фундамента. Она, прежде всего, зависит от его плотности и структуры. Оценить ее можно по сопротивлению нагрузкам – Rо, указывающей какая нагрузка на единицу площади допустима без его проседания (на поверхностном уровне). Выражается Rо в кг/см² и считается табличной, т.е. справочной, величиной.

Величина сопротивления зависит от пористости (плотности) почвы и ее увлажненности. В таблице ниже приведены значения этого показателя для наиболее типичных почв.

Значения сопротивления нагрузке для некоторых типов грунта:

Характер грунта	Коэффициент пористости	Ro , кг/см²
		Сухие	Влажные
Супеси	0,5 0,7	3,1 2,6	3,1 2,0
Суглинки	0,5 0,7 1,0	3,0 2,6 2,0	2,4 1,8 1,1
Глины	0,5 0,6 0,8 1,0	6,0 5,0 3,1 2,6	4,2 3,0 2,0 1,2

Достаточно высоким сопротивлением обладают гравийные и щебневые грунты – 4-5 и 4,4-6 кг/см², соответственно, в зависимости от глинистого или песчаного наполнения. Крупнозернистый песчаник имеет Rо 3,6-4,4 кг/см², песчаник средней зернистости – 2,6-3,4 кг/см², мелкозернистый песчаник – 2-3 кг/см² в зависимости от увлажненности.

С увеличением глубины залегания пласта меняется плотность грунта, а значит, и сопротивление нагрузкам. Его значение на разных глубинах (h) можно определить по формуле R=0,005R0(100+h/3).

При определении заглубления фундамента важную роль играют такие параметры состояния грунта:

1. Уровень расположения грунтовых вод. Фундамент не должен доходить до водного пласта. Этот параметр часто становится определяющим для выбора типа основания. В частности, при высоком расположении вод приходится возводить плитный фундамент.
2. Глубина зимнего промерзания грунта. Подошва фундамента должна располагаться на 30-50 см ниже уровня промерзания. Дело в том, что при замерзании грунт сильно вспучивается, что создает выталкивающую нагрузку на основание.
3. Уровень залегания высокопучинистых пластов. Фундаментную подошву нельзя упирать в такой грунт, а значит, его следует пройти насквозь.

Заглубление фундамента частного дома обычно не рассчитывается, т.к. требует использования сложной методики. Его выбор осуществляется, исходя из указанных практических рекомендаций.

Расчет опорной площади

При выборе фундамента важно правильно определить минимально допустимую площадь его опоры на грунт. Ее можно вычислить по формуле S= γn · F / (γc · Rо), где:

• γc – коэффициент эксплуатационных условий;
• γn – коэффициент запаса надежности, принимаемый равным 1,2;
• F – полная (суммарная) нагрузка на грунт.

Коэффициент эксплуатационных условий (условий работы) зависит от характера грунта и сооружения. Так, на глинистых почвах для кирпичных конструкций он принимается равным 1,0, а для деревянных – 1,1.

В случае песчаного грунта: γc равен 1,2 при больших и длинных строениях, жестких небольших домах; 1,3 – для любых маленьких построек; 1,4 – для больших не жестких домов.

Сбор нагрузок на грунт (F)

Вес сооружения

Основу расчета составляет нагрузка, возникающая от веса всех элементов сооружения, включая сам фундамент. Конечно, подсчитать точно массу всех конструктивных деталей достаточно сложно, а потому принимаются средние значения удельного веса, отнесенного к единице площади поверхности.

Стеновые конструкции:

• каркасные дома с утеплителем при толщине стены 15 см – 32-55 кг/м²;
• бревенчатый и брусчатый сруб – 72-95 кг/м²;
• кирпичная кладка толщиной 15 см – 210-260 кг/м²;
• стены из железобетонных панелей толщиной 15 см – 305-360 кг/м².

Перекрытия:

• чердак, деревянное перекрытие, пористый утеплитель – 75-100 кг/м²;
• то же, но с плотным утеплителем – 140-190 кг/кв.м;
• напольное перекрытие (цокольное), деревянные балки – 110-280 кг/м²;
• перекрытие бетонными плитами – 500 кг/м².

Крыша:

• металлическая кровля из листа – 22-30 кг/кв.м;
• рубероид, толь – 30-52 кг/кв.м;
• шифер – 40-54 кг/кв.м;
• керамическая черепица – 60-75 кг/кв.м.

Расчет веса сооружения с учетом приведенных удельных весов сводится к определению площади соответствующего элемента и перемножении ее на данный показатель. В частности, для получения площади стен надо знать периметр дома и высоту стен. При расчете кровли необходимо учитывать угол ската.

Вес фундамента и снеговая нагрузка

Площадь опоры сооружения определяется на уровне подошвы, а значит, в суммарной нагрузке на грунт необходимо учитывать еще и вес фундамента. Методика расчета зависит от его типа:

1. Ленточный фундамент. Прежде всего, определяется заглубление (Нф), которое должно быть ниже уровня промерзания. Например, при уровне 1,3 м нормальное заглубление составляет 1,7 м. Затем, определяется периметр ленты (Р), как 2(а+в), где а и в – длина и ширина дома, соответственно. Ширина ленты (bл) выбирается с учетом толщины стены. В среднем она составляет 0,5 м. Соответственно, объем ленточного фундамента V=P x bл х Нф. Умножив его на плотность армированного бетона (в среднем 2400 кг/м³), получим расчетный вес ленточного фундамента.
2. Столбчатый фундамент. Расчет ведется на каждую опору. Вес одного столба определится, как произведение плотности бетона на объем заливки (V=SxНф, где S – площадь столба). Кроме того, обязательно учитывается вес ростверка, который рассчитывается аналогично ленточному фундаменту.
3. Для определения веса монолитной бетонной плиты вычисляется ее объем (V=SxНф, где S – площадь плиты). Заглубление обычно составляет порядка 40-50 см.

В зимнее время нагрузка на грунт может значительно увеличиться за счет скопления снега на кровле. Принято считать, что при скате кровли с углом более 60 градусов, снег не накапливается, и снеговую нагрузку можно не учитывать.

При меньшем угле наклона крыши учитывать ее необходимо. Многолетние наблюдения дают такие параметры этой нагрузки:

• северные районы – 180-195 кг/м²;
• средняя полоса РФ – 95-105 кг/м²;
• южные регионы – до 55 кг/м².

После определения всех указанных весовых параметров можно приступить к расчету минимальной площади подошвы по вышеприведенной формуле. Полная нагрузка на грунт (F) определится, как сумма веса стен, перекрытий, кровли, фундамента и снеговой нагрузки.

При расчете столбного и свайного фундамента суммарная нагрузка делится на количество опор, т.к. ростверк равномерно распределяет ее на опоры.

Расчет потребности в бетоне

Работы по заливке бетона нельзя останавливать, не закончив их полностью. Для этого важно правильно оценить потребность в нем. Расчет необходимого количества проводится с учетом типа фундамента:

1. Ленточный вариант. Порядок расчета можно рассмотреть на примере. Фундамент делается для дома размером 6х8 м. Глубина промерзания грунта составляет 1 м, а потому заглубление выбираем 1,4 м. Ширина ленты (уточненная по расчету минимальной площади опоры) – 0,5 м. Объем фундамента составит V=PxbлхНф, т.е. (2х6х8)х1,4х0,5=67,2 м³. Рекомендуется взять запас порядка 8-10 процентов. Окончательно, для данного фундамента потребуется 74 м³ бетона.
2. Столбчатый тип. Если опора имеет прямоугольное сечение, то площадь ее определится, как произведение двух сторон. При возведении столба круглой формы применяется известная формула расчета окружности S=3.14R2, где R – радиус столба.
3. Плитный фундамент. Объем определяется по формуле для правильного параллелепипеда, т.е. V=axbxHф, где а и b – размеры сторон плиты (м). Например, для дома 6х8 м при заглублении 0,4 м объем составит 19,2 м³.

Несколько сложнее учесть дополнительную потребность в бетоне при формировании ребер жесткости на плитном основании. Они изготавливаются обычно с шагом 2 м, причем по краям они располагаются обязательно.

Для выбранного примера количество ребер по длине составляет 4, а по ширине 3. Общая длина этих элементов составит (8х4)+(6х3) =50 м. Наиболее характерная ширина и высота ребра – 0,1 м. Следовательно, общий дополнительный объем бетона составит 50х0,1х0,1=0,5 м³.

[stextbox id=’warning’]Советуем почитать: Марка бетона и пропорции для фундамента частного дома[/stextbox]

Расчет потребности арматуры

Перед началом работ важно правильно оценить и потребность материалов для обеспечения армирования фундамента. Расчет проводится следующим образом.

Ленточный фундамент

Для него обычно используется 2 горизонтальных ряда стальной арматуры периодического профиля диаметром 10-14 мм.

Для вертикальной и поперечной увязки можно применять гладкие стержни диаметром 8-10 мм.

Связка стержней между собой обеспечивается стальной вязальной проволокой.

Пример расчета для дома 6х8 м. Общая длина фундамента – 28 м. Для продольного армирования используется арматура диаметром 12 мм, и она укладывается по 2 штуки в каждом ряду (в сечении – 4 штуки). Стандартная длина стержней – 6 м.

При соединении применяется нахлест в 0,2 м, а стыков потребуется на 28 м не менее 5. Для горизонтальной армировки нужно 28х4=112 м. Дополнительно, на нахлесты – 5х4х0,2=4 м. Общий итог – 116 м.

Для вертикальной увязки нужны стержни диаметром 8 мм. При высоте фундамента 1,4 м длина каждого стержня составит 1,2 м. Устанавливаются они с шагом 0,6 м, т.е. количество стержней на всю длину 2х28/0,6=94 штуки.

Общая длина составит 94х1,2=113 м. В поперечном направлении связка обеспечивается в тех же точках. При ширине ленты 0,4 м длина каждого стержня составляет 0,3 м. Потребность определится, как 94х0,3=29 м. Общая потребность в арматуре диаметром 8 мм составит 142 м.

Потребность в вязальной проволоке определяется по количеству узлов. В одном сечении их 4 штуки, а общее количество 4х28/0,6 =188. Для одной связки потребуется порядка 0,3 м проволоки. Суммарная потребность – 0,3х188=57 м.

[stextbox id=’warning’]Еще по теме: Правила армирования ленточного фундамента[/stextbox]

Расчет онлайн размеров, потребности арматуры и бетона

Столбчатый

Арматура устанавливается в вертикальном положении (стержни диаметром 10-12 мм), увязанные в поперечном сечении стержнями диаметром 6-8 мм. на один столб требуется 4 основных стержня, а увязка производится в 3-х местах.

В рассматриваемом примере (заглубление 1,4 м) для одного столба нужно 4х1,4=5,6 м арматуры периодического профиля диаметром 10 мм. Для поперечной увязки используются стержни длиной 0,3 м.

Их общая потребность 3х4х0,4= 4,8 м. Вязальной проволоки нужно 3х4х0,3 м=3,6 м.

Онлайн расчет размеров, потребности арматуры и бетона

Плитный

Обычно армирование производится из стальных стержней диаметром 6-8 мм, уложенных в виде сетки в один ряд. Шаг укладки составляет 0,3 м. Для дома 6х8 м потребуется по ширине 6/0,3=20 стержней, а по длине – 8/0,3=27 штук.

Общая длина составит (27х6)+(20х8) =382 м. Количество пересечений стержней – 27х20=540, т.е. вязальной проволоки нужно 540х0,3=162 м.

Калькулятор онлайн размеров, а также потребности арматуры и бетона

Правильная заготовка материалов позволяет избежать проблем при строительстве. При покупке их стоит учитывать наличие строительных навыков. Отсутствие опыта может приводить к незапланированным отходам.

[stextbox id=’warning’]Советуем почитать: Устройство фундамента под частный дом своими руками[/stextbox]

Строительство фундамента любого типа требует проведения расчетов. Без учета реальных нагрузок и состояния грунта невозможно обеспечить надежную его конструкцию.

Несоответствие его размеров нагрузкам может привести к проседанию сооружения, а то и к его разрушению. Точный расчет могут провести только специалисты, но необходимый оценочный расчет способен осуществить любой человек.