Расчет фундамента под дом самостоятельно

Застройщик при строительстве дома в стесненных финансовых обстоятельствах сталкивается с проблемой — как рассчитать параметры фундамента будущего дома, чтобы он был надежный и служил долгие годы. Для рассчета фундамента под дом, конечно, лучше обратиться к квалифицированным профи расчетчикам, но для этого нет соответствующих денежных средств. Что делать в этой ситуации? Часто проблему фундамента под дом можно решить следующим образом – обращаются к соседям, как у них устроен фундамент, интересуются у «бывалых» застройщиков о фундаментах их домов, проводят поиск в интернете по фундаментам и т.д. На основании этой информации и определяют геометрию будущего фундамента. При этом можно получить или перерасход строительного материала, или, что драматичней, фундамент получается ненадежный и вскоре может подвергнуться разрушению. Каждый дом индивидуален в исполнении и требует соответствующих конкретных расчетов его конструктивных элементов. Постараемся в этой статье помочь застройщику самостоятельно рассчитать параметры ленточного фундамента.

Полноценный расчет любого фундамента при строительстве дома подразумевает:

• расчет фундамента по несущей способности грунта в месте застройки;
• расчет фундамента на деформацию грунта в месте застройки.

Мы остановимся на упрощенной методике для расчета фундамента по несущей способности грунта в месте застройки, т.к. он относительно простой и вполне под силу самому застройщику. Для этого необходимы знания математики и физики в объеме средней школы. Проведя такой расчет, застройщик сможет с достаточной достоверностью определиться с параметрами будущего фундамента. Расчет по деформации грунта под домом, достаточно сложен и может быть выполнен только профессионалами.

Итак, застройщик определился, что фундамент будет ленточный с помощью нашей статьи «Фундаменты домов. Советы по выбору фундамента для коттеджа».

Исходными данными для расчета являются следующие объективные данные:

• характеристика грунтов на участке;
• уровень грунтовых вод:
• уровень промерзания грунта;
• снеговая нагрузка на крышу дома;
• проект дома.

Расчет будет включать три этапа:

1. расчет веса всей конструкций дома, а также снеговой нагрузки, полезной нагрузки от людей, мебели и определения величины удельного давления на подошвенный грунт фундамента;
2. расчет геометрических размеров фундамента;
3. корректировка размеров фундамента по результатам предварительного расчета. 

Первый этап

Рассчитывается вес всех конструктивных элементов дома

Так для среднестатистического дома, эконом класса, это будут элементы:

• фундамент с учетом веса грунта находящегося над подошвой фундамента (для некоторых конструкций фундаментов);
• цоколь с отделкой;
• цокольное перекрытие и полы;
• стены без учета проемов под окна и двери;
• перегородки внутренние;
• внутренняя и наружная отделка стен и перегородок;
• перекрытие потолочное, отделка потолка;
• стропильной системы крыши;
• кровельный материал для покрытия крыши;
• лестничные марши с опорой на фундамент дома;
• тепло и гидроизоляция;
• другие возможные элементы конструкции.

Чтобы определить вес этих элементов необходимо выполнить эскизы (чертежи выполненные от руки) всех конструктивных элементов дома необходимых для расчета. Конструкции необходимо прорисовать как можно максимально схожими к будущей натуральной конструкции. По выполненным эскизам определяется объем конкретной конструкции. Поскольку прямоугольные формы конструктивных элементов являются характерными для строительства, определив линейные размеры Д (длина), В (высота), Ш (ширина), перемножив их, определим объем V (объем). При наличии конструкции сложной прямоугольной формы, ее следует разделить на простые геометрические фигуры и просчитать их объем, как было сказано выше. Перемножив полученный объем на удельный вес Y (плотность) материала конструкции, получим вес конструктивного элемента, необходимого для дальнейших расчетов.

При определении веса материалов для расчета, необходимо умножить полученный вес (по эскизу) на так называемый коэффициент надежности по нагрузке. Этот коэффициент зависит от характера нагрузки.

Усреднено, можно принимать следующие коэффициенты: 

Это правило необходимо для того, чтобы не допустить ошибок в расчетах. Особенно это относится к материалам, которые относятся к категории легких (для них коэффициент должен приниматься до 1.3 и больше). Вес удельный Y (кг/м3) основных строительных материалов можно посмотреть в СНиП II-3-79.

Плотность некоторых популярных материалов для фундаментов приведена в таблице.

Просуммировав вес всех конструктивных элементов, мы получим чистый вес всего дома (обозначив его Pк, размерностью в килограммах или тоннах). Если в конструкции дома применяются стандартные строительные элементы, такие как железобетонные плиты перекрытий и фундаментные блоки, различные железобетонные балки, а также листовые ДВП, стальные профили, металлочерепица и т.п., это значительно упростит расчет, т.к. по нормативным документам сразу можно определить их вес.

Чтобы приступить к расчету необходимо определится с геометрическими параметрами фундамента. При этом обязательно должны быть учтены следующие исходные данные:

• планируемая конструкцию фундамента (монолитный, сборный, заглубленный, мелкозаглубленный);
• материал фундамента, используемый для строительства (бетон, железобетон, бутобетон, кирпич и т. п.);
• величины заглубления фундамента в зависимости от уровня промерзания грунта и залегания грунтовых вод;
• классификации грунта;
• параметров дома в плане.  

По результатам анализа необходимо составить схему и эскиз фундамента. Они будут являться обязательными графическими документами для расчета фундамента.

Образец схемы и эскиза фундамента.

Ширина фундаментной ленты прямо зависит от категории грунта в месте застройки и, как правило, принимается не менее 350 мм. Также естественно, что его ширина должна быть не менее ширины стен дома. Расчет высота фундамента, зависит от рекомендуемой величины его заглубления приведенной в таблице изложенной в статье «Фундаменты домов. Советы по выбору фундамента для коттеджа».

Величина промерзания грунта для данной местности определяется по карте нормативных глубин промерзания грунта (см. ниже).

Карта нормативных глубин промерзания грунта. Величины промерзания грунта обозначены у изолиний справа.

Имея схему и эскиз фундамента определяем его объем (длина всего периметра Д х высота В х ширина Ш = объем V). Далее перемножив полученный объем V на удельный вес Y материала, получаем вес фундамента Рф. Для расчета фундамента основной величиной являться его ширина Ш подошвенной части, которая будет определять удельное давление на грунт всего дома. Ш здесь выступает как переменная функция, которую определяют расчетом, достигая оптимальных размеров фундамента.

Рассчитывается снеговая нагрузка на крышу дома

Определив площадь крыши (по проекту дома) необходимо умножить ее на возможные величины (характеристические) веса снегового покрова для данной местности. Для Украины они определены в ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия». В итоге мы получаем снеговую нагрузку на дом (обозначим ее Pс). Карта районирования территорий Украины по снеговой нагрузке см. ниже.

Карта районирования Украины по снеговой нагрузке. Районирование территории Украины. Снеговая нагрузка кг/м.кв.

 I    II   III    IV    V   VI

80 100 120 140 160 180

Снеговая нагрузка на дом, во многом зависит от угла наклона одно и двухскатных крыш. Чем больше угол наклона, тем меньше нагрузка. Для корректировки снеговой нагрузки применяется коэффициент μ (поправочный). Перемножив Pс на поправочный коэффициент μ, получаем уточненную снеговую нагрузку и обозначим ее как Pс*.

Схематическое изображение скатных крыш (одно и двух). а-угол наклона крыши.

Зависимость поправочного коэффициента μ от угла (а) наклона крыши (одно или двухскатной):

• μ =1 при а≤25º;
• μ = 0 при а>60º;

— промежуточные значения а — коэффициент μ экстраполируется.

Рассчитывается полезная нагрузка

Полезную нагрузку на фундамент создается от мебели, отопительного котла, печи (если они установлены не на отдельном фундаменте), бытовых и хозяйственных приборов и оборудования, возможного максимального возможного присутствия людей в доме и т. д., т.е. всего, что будет присутствовать в доме. Принято эту величину (с запасом) нагрузки принимать как общую внутреннюю площадь дома умноженную на 180 кг/м2. Полученную таким образом нагрузку обозначим как Pп.

Расчет удельного давления на грунт под подошвенной частью фундамента

Просуммировав все полученные нагрузки: Рк, Рс*, Рп, мы получим максимальный полный вес дома обозначив его как Рд (в тоннах) воздействующий на подошвенный грунт под фундаментом. Теперь поделив полученный полный вес дома Рд на суммарную площадь подошвы фундамента ДхШ (в квадратных метрах), получим давление удельное на грунт находящийся под подошвой фундамента от всех собранных нагрузок и обозначим эту величину — Руд (т/м2, кг/м2).

Второй этап

Предварительный расчет размеров фундамента

Теперь, собственно, приступают непосредственно к расчету фундамента. 

Немного теории. В зависимости от структуры грунта, различные его категории, способны воспринимать без осадки зданий конкретные величины удельных нагрузок Руд (т/м2) от сооружений. Эта способность грунтов определяется как расчетное сопротивление грунта и обозначается — R (т/м2). Основополагающим условием для гарантированной надежной эксплуатации фундамента является следующее требование – величина удельной нагрузки (Руд) на подошвенный грунт от дома, должна быть меньше расчетного сопротивления грунта:

Pуд < R. (1)

Расчетное сопротивление грунта регламентировано в нормативной документации — ДБН В.2.1-10-2009 «Основания и фундаменты сооружений».

По категории грунта под подошвой фундамента определяется величина R.

Величины расчетных (средних) сопротивлений грунтов приведены в таблице.

Проведя расчет, по результатам которого выполнено требование (1), можно считать, что геометрические размеры фундамента выбраны правильно.

Внимание. Необходимо обеспечить гарантированный запас прочности фундамента. Для этого надо чтобы расчетное сопротивление грунта R было на 15–20% больше, чем Руд. Это позволит компенсировать возможные ошибки допущенные при выборе исходных данных для расчета.

Третий этап

Корректировка размеров фундамента по результатам предварительного расчета

В случае если по расчету получилось что R равно или меньше Руд (с учетом 15–20% запаса), необходимо корректировать полученные линейные размеры фундамента. Это можно сделать за счет увеличения площади его подошвы, увеличив его ширину (Ш) в подошвенной части, которая, как мы знаем, является величиной переменной. В случае варианта, когда R значительно больше, чем Руд (с учетом 15–20% запаса), тогда рекомендуется для экономии стройматериала, снижения трудоемкости корректировать геометрические размеры фундамента в сторону уменьшения его размеров по ширине, конечно, если это допустимо конструктивными особенностями (например, шириной стены). Вновь откорректированные размеры фундамента необходимо проверить расчетным путем по методике изложенной во втором этапе. При этом необходимо не забыть, что уменьшение размеров фундамента соответственно уменьшает его вес. Поэтому, следует в уточняющем расчете закладывать новый вес (уменьшенный) фундамента. Возможно, что для достижения оптимальных размеров фундамента, потребуется его корректировка в несколько этапов.   

Заключительная часть

Предлагаемая упрощенная методика расчета фундамента по несущей способности грунта, не претендует на полноценный профессиональный расчет. Она предназначена в первую очередь, чтобы помочь застройщику самостоятельно определить геометрические размеры будущего фундамента с достаточной степенью достоверности при минимальных финансовых затратах. При этом исключить субъективный подход к выбору конструктивных параметров фундамента (типа «как у соседа», «все так делают» и другие). Также понять застройщиком общих принципов конструирования и строительства ленточного фундамента для частных домов.

Для полного расчета фундамента, включая расчет по деформации грунта, необходимо обратиться к квалифицированным специалистам.

Также читайте статью: «Фундамент частного дома. Часть 1: Ленточные фундаменты».