Расчет нагрузки на фундамент: формулы и примеры

Неприятно наблюдать, как в недавно построенном доме появляются на стенах трещины. Самое печальное в этой ситуации, что исправить практически ничего изменить нельзя, а если и можно что-то сделать, то это весьма проблематично.

А ведь всего этого можно было избежать, если бы изначально расчету нагрузки на фундамент было уделено достаточно внимания.Ознакомьтесь с материалом о том зачем это делается, а также как грамотно и верно выполнять расчёт нагрузки на фундамент.

Как выполняется расчет

Что включается в такой расчет, и что нужно учитывать? Рассмотрим некоторые параметры.

• У различных видов грунта отличная друг от друга несущая способность, поэтому нельзя опираться на тот факт, что у друга дом на мелкозаглубленном ленточном фундаменте стоит уже несколько лет, и ничего.
• Учитывая вес строительных материалов, проводится вычисление массы строения.
• Какая снеговая нагрузка на кровлю в регионе. Тип, и форма крыши играют огромную роль в таком подсчете.
• Ветровая нагрузка. Любой дом, особенно высокий, испытывает ощутимые нагрузки в ветреную погоду, а если ветер постоянно дует в одну и ту же сторону, то фундамент будет подвержен дополнительной нагрузке. Особенно это ощутимо в легких домах, с не очень прочным фундаментом.
• Вес мебели, сантехники и отделочных материалов.

Полученные данные и собранная информация служит для учета несущей характеристики, размера и опорной площади возводимого фундамента. Пренебрежение этими требованиями приводит к ситуациям, описанным в начале статьи.

Формула расчета нагрузки на фундамент и грунт

Основная формула расчета нагрузки на фундамент и грунт выглядит следующим образом:

P = (M_зд + M_фунд + Q_сн + Q_эксп) / S

где:

• P — удельная нагрузка на основание фундамента (кг/см²);
• M_зд — суммарный расчет нагрузки здания на фундамент (вес стен, перекрытий, перегородок, кровли, отделки);
• M_фунд — собственный вес фундаментной конструкции (бетон, арматура);
• Q_сн — нормативная снеговая нагрузка (для Москвы и МО составляет 180 кг/м²);
• Q_эксп — полезная (эксплуатационная) нагрузка от мебели, техники и людей (по СНиП берется 150 кг/м²);
• S — общая площадь подошвы фундамента (см²).

Чтобы фундамент прослужил долго, итоговое значение P должно быть меньше расчетного сопротивления грунта на вашем участке как минимум на 15–20% (запас прочности).

Расчет нагрузки для ленточного фундамента

При расчете нагрузки на ленточный фундамент, нужно определить количество заливаемого бетона, для чего нужно узнать общую площадь с учетом установленной опалубки. Полученную цифру (в м³) нужно умножить на массу 1 м³, которая колеблется в пределах 2000–2500 кг. При расчете фундамента лучше перестраховаться, поэтому за основу возьмем 2500 кг.

Потребуется узнать полную массу дома, снеговую нагрузку на крышу и давление ветра. Эти 4 показателя слаживаются и делятся на площадь основания. Выглядит это так:

(масса фундамента + масса дома + снеговая + ветровая нагрузка) / площадь основания = искомая цифра.

Поскольку расчет получается приблизительным, нужно иметь запас прочности около 25%.

Расчет нагрузки для столбчатого фундамента

Для того чтобы определить нагрузку на столбчатый фундамент, придется умножить площадь сечения столба на его высоту, в результате чего станет известен объем одной опоры. Полученные данные умножаются на цифру, обозначающей плотность материала, из которого сделаны столбы (q). Таким образом произведен расчет нагрузки для одного столба, а чтобы узнать расчетную нагрузку всего фундамента, результат перемножим на количество опор.

Если при расчете получилось, что фундамент не соответствует требованиям, то можно увеличить сечение столбов или увеличить число опор, сократив между ними расстояние.

Расчет нагрузки для свайного фундамента

Расчет нагрузки на свайный фундамент выполняется таким образом:

• Полная масса будущего здания умножается на коэффициент запаса надежности.
• Опорная площадь 1 квадратного сечения сваи определяется путем перемножения размеров двух сторон.  При использовании круглых свай опорная площадь одной из них вычисляется по формуле: R2×3,14. Затем полученные данные умножаются на количество используемых свай, задействованных в фундаменте.
• Теперь необходимо узнать нагрузку на 1 см² грунта, для чего масса здания делится на опорную площадь фундамента, и удостовериться, что нормативная допустимая нагрузка на грунт в норме.

Одной из особенностей свайного фундамента является правильный выбор сечения и длины свай, для чего нужно знать особенности грунта. Например, в некоторых районах, свая длиной в 3 м может не дойти до твердого основания, и приобретать опоры нужно только после предварительной геологической разведки.

В случае необходимости грунт можно уплотнить путем вбивания дополнительных, не предусмотренных проектом свай, но это приведет к дополнительным, незапланированным затратам.

Анализ грунта

Проектируя фундамент, можно самостоятельно выполнить геодезический анализ грунта, узнав:

• Тип почвы.
• Уровень расположения грунтовых вод.

Также необходимо узнать уровень промерзания грунта, в чем могут помочь карты с такими данными.

Рис. Уровень промерзания грунта в России

Используя ручной бур, по периметру площадки и в центре делается несколько скважин, глубиной до 2,5 м, в результате чего можно увидеть, какой тип почвы, а на следующий день можно увидеть, появилась ли в ней вода, и какой ее уровень.

Рис. Слои почвы в Московской области

Что касается типа почвы, то разобраться в этом непростом вопросе поможет дополнительная информация:

• Если при извлечении бура почва рассыпается – это песчаный грунт.
• Из извлеченного грунта можно скатать цилиндр, но при этом он весь покрывается трещинами – это супеси.
• Получается скатать цилиндр, но при попытке согнуть он ломается – это легкий суглинок.
• Скатанный цилиндр на изгибе покрывается многочисленными трещинами – это тяжелый суглинок, в составе которого много глины.
• Цилиндр скатывается легко, на изгибе не ломается и не трескается – перед нами глинистый грунт.

Используя полученные данные, можно определить какой тип фундамента лучше всего сделать на этом участке и нужно ли делать для него дренажную систему.

Определение несущей способности грунта

Ниже приведена таблица, с помощью которой можно разобраться с несущей способность грунта. Зная, какой тип грунта вы извлекли при пробном бурении, не составит его найти в таблице, и получить больше информации.

Тип почвы	Несущая способность
Супесь	От 2 до 3 кгс/см2
Щебенистая почва с пылевато -песчаным заполнителем	6 кгс/см2
Плотная глина	От 4 до 3 кгс/см2
Щебенистая почва с заполнителем из глины	От 4 до 4.5 кгс/см2
Среднеплотная глина	От 3 до 5 кгс/см2
Гравийная почва с песчаным заполнителем	5 кгс/см2
Влагонасыщенная глина	От 1 до 2 кгс/см2
Гравийная почва с заполнителем из глины	От 3.6 до 6 кгс/см2
Пластичная глина	От 2 до 3 кгс/см2
Крупный песок	Среднеплотный - 5, высокоплотный - 6 кгс/см2
Суглинок	От 1.9 до 3 кгс/см2
Средний песок	Среднеплотный - 4, высокоплотный - 5 кгс/см2
Песок, супеси, глина, суглинок, зола	От 1.5 до 1.9 кгс/см2
Мелкий песок	Среднеплотный - 3, высокоплотный - кгс/см2
Сухая пылеватая почва	Среднеплотная - 2.5, высокоплотная - 3 кгс/см2
Водонасыщенный песок	Среднеплотный  - 2, высокоплотный - 3 кгс/см2
Влажная пылеватая почва	Среднеплотная - 1.5, высокоплотная 2 кгс/см2
Водонасыщенная пылеватая почва	Среднеплотная - 1, высокоплотная - 1.5 кгс/см2

Таблица 1: Расчетное сопротивление разных видов грунтов

Пошаговый пример расчета нагрузки дома на фундамент

Рассмотрим практический пример расчета для одноэтажного дома из бруса размером 8х8 метров со средней несущей стеной (пятистенок) в Подмосковье. Фундамент — монолитная железобетонная лента шириной 40 см и высотой 1 метр.

1. Расчет нагрузки стен на фундамент: Длина всех стен составляет 40 м (периметр 32 м + внутренняя стена 8 м). Высота 3 м, толщина бруса 150 мм. Объем древесины ~18 м³. При средней плотности сосны 500 кг/м³, вес стен составит 9 000 кг.
2. Вес кровли и перекрытий: Деревянная стропильная система, металлочерепица, утеплитель и перекрытия в среднем дадут нагрузку около 7 000 кг.
3. Полезная (эксплуатационная) нагрузка: Внутренняя площадь дома примерно 64 м². Умножаем на норматив СНиП (150 кг/м²) = 9 600 кг.
4. Снеговая нагрузка для МО: Площадь кровли с учетом свесов ~80 м². Умножаем на норматив для 3-го снегового района (180 кг/м²) = 14 400 кг.
5. Вес самого фундамента: Длина ленты 40 м × ширина 0.4 м × высота 1 м = 16 м³ бетона. При весе армированного железобетона 2400 кг/м³, собственный вес основания равен 38 400 кг.

Итоговый сбор всех нагрузок (M): 9 000 + 7 000 + 9 600 + 14 400 + 38 400 = 78 400 кг (78.4 тонны).

Расчет давления на основание (грунт):
Площадь подошвы фундаментной ленты (S) = 4000 см (длина) × 40 см (ширина) = 160 000 см².
Делим общий вес на площадь опирания: 78 400 кг / 160 000 см² = 0,49 кг/см².

Вывод: Несущая способность большинства суглинков и глин в Московской области (согласно таблице выше) составляет от 1.5 до 2.5 кг/см². Наша расчетная нагрузка 0.49 кг/см² в три раза меньше критической. Это гарантирует, что дом будет стоять надежно, а фундамент имеет отличный запас прочности.

Наши услуги

Компания «Богатырь» предоставляет услуги по погружению железобетонных свай – мы забиваем сваи, выполняем лидерное бурение и привезем непосредственно на строительную площадку сваи, с помощью которых и соорудим свайный фундамент. Если вы заинтересованы в том, чтобы проектировка, гео разведка и монтаж свайного фундамента был выполнен высококвалифицированными специалистами, то отправьте запрос или позвоните нам, воспользовавшись формой и контактными данными, указанными внизу сайта.