Как найти толщину плиты

Иногда при планировании постройки собственного дома обстоятельства складываются таким образом, что привычная, надежная и относительно недорогая схема ленточного фундамента становится попросту невозможной. Обычно к таким заключениям приходят в тех случаях, когда оценка состояния грунтов на участке говорит об их недостаточной несущей способности или выраженной склонности в морозному вспучиванию. Можно, конечно, закладывать глубокую ленту, опуская ее подошву ниже уровня промерзания грунта, но это чрезвычайно осложняет проект и приводит к большому удорожанию его реализации. Кроме того, этому может помешать и слишком близкое расположение подземных водоносных горизонтов. В качестве альтернативы рассматривают вариант возведения плитного фундамента неглубокого заложения.

У этого типа фундамента есть еще одно расхожее название – «плавающий», которое довольно точно характеризует его особенности. Действительно, равномерное распределение нагрузки от здания и массы самой плиты по большой площади приводит к тому, что удельное давление получится минимальным, и железобетонное основание здания как будто «плавает» на поверхности, не осаживаясь вглубь и повторяя сезонные вертикальные колебания грунта. Но это значимое преимущества лишь тогда раскрывается в полной мере, когда размеры плитного фундамента, и, в частности – его толщина, соответствуют и реальным условиям эксплуатации здания, и параметрам постройки, возведенной на таком основании.

Давайте поближе разберемся в этом вопросе: плитный фундамент расчёт толщины, в зависимости от условий участка под строительство, и от специфики планирующегося к возведению здания.

Цены на цемент

цемент

Принцип строения плитного фундамента

Чтобы понять, на чем основан расчет толщины плитного фундамента, для начала необходимо разобраться с принципом его обустройства. Дело в том, что это не просто монолитная железобетонная плита, уложенная на грунт, а целая совокупность слоев из различных материалов, каждый из которых по-своему важен.

В первую очередь на месте строительства обязательно выбирается насыщенный органикой плодородный слой почвы, с тем, чтобы дно котлована под фундамент достигло несущего слоя грунта (поз.1). После выкапывания дно котлована выравнивается в черновую и трамбуется.

«Плавающая» плита должна расположиться практически на поверхности, с небольшим, обычно в 100÷200 мм заглублением. А это значит, что выбранный плодородный грунт должен быть чем-то замещен. Эту роль выполняют песчаные и гравийные (щебёночные) подушки. А их, в свою очередь, во избежание заиливания и перемешивания с грунтом, целесообразно отделить слоем геотекстиля (поз.2).

Расположение песчаного (поз.3) и щебёночного (поз.4) слоев может различаться, в зависимости от конкретных условий. Так, при глубоком (глубже двух метров) расположении поверхностных водоносных слоев обычно применяется нижняя песчаная «подушка» толщиной порядка 400 мм, затем щебёночная или гравийная. Если же уровень грунтовых вод располагается выше, то оптимальным решением становится нижняя засыпка гравия (щебня) – чтобы свести до минимума капиллярное «подсасывание» влаги снизу. А затем засыпается песчаная подушка, которой выравнивают поверхность, доводя ее до уровня расположения бетонной подготовки.

Одним словом, комбинации могут быть разные. Но что является обязательным в любом случае – это послойная засыпка с очень тщательной трамбовкой каждого из слоев (вручную качественно это выполнить не удастся – потребуется применение виброплиты). Кстати, нередко между слоями песка и гравия (щебня) также прокладывают слой геотекстиля, предотвращающего взаимопроникновение материалов и дающего определённый эффект армирования этих утрамбованных слоев.

При качественном исполнении этих «подушек» они способствуют максимально равномерному распределению нагрузок от плиты на грунт, становясь подобием «демпфера», в переделённой степени гасящего сезонные колебания грунта.

Так как поверх «подушек» будет заливаться раствор, их сверху необходимо прикрыть слоем гидроизоляции (поз.5). В этих целях на данной этапе можно применить обычную техническую полиэтиленовую пленку толщиной не менее 200 мкм. Это еще не основной гидроизоляционный барьер – сейчас задача просто удержать влагу в слое бетонной подготовки до ее созревания.

Поз. 6 – это как раз сама бетонная подготовка (ее часто называют «подбетонкой»). Она представляет собой залитый и выровненный слой тощего бетона (обычно достаточно марочной прочности М100). Толщина подбетонки в пределах 50 ÷ 100 мм, в армировании она не нуждается, так что слишком дорогим ее создание не выглядит. Нередко в целях экономии это слой исключают, и совершенно напрасно – бетонная подготовка позволяет выполнить высококачественную, гарантированно надежную гидроизоляцию, создает ровную поверхность под утепление фундаментной плиты.

Основной слой гидроизоляции (поз.7) – главный барьер от проникновения влаги к фундаменту снизу. Практика показывает, что лучший вариант для такого барьера – это не менее двух слоев полимер-битумных рулонных материалов, уложенных на подбетонку с соблюдением технологических правил монтажа подобной гидроизоляции.

Как и чем выполняется качественная гидроизоляция фундамента?

Монолитную плиту фундамента необходимо защитить от воздействия влаги со всех сторон. Какие рулонные материалы предпочтительнее для качественной гидроизоляции фундамента своими руками, какова технология их укладки – обо всем этом в специальной публикации нашего портала.

Поверх гидроизоляции нередко укладывают слой утеплителя (поз. 8), в качестве которого обычно выступает экструдированный пенополистирол. Такой подход дает немало преимуществ, однако, имеет и свои «слабые места», так что этот слой применяется далеко не везде и не всегда. Так что довольно часто прямо на слой основной гидроизоляции проводится заливка уж самой монолитной фундаментной плиты (поз. 9). Ее толщина может быть в пределах от 100 до 300÷ 350 мм (имеются в виду условия частного строительства) – именно этот вопрос мы и будем рассматривать далее. Ну а от толщины зависит и конструкция армирующего каркаса плиты (поз. 10). Так, при толщинах до 150 мм применяется армирование в один ярус. При большей толщине – в два, с обязательным 50 мм слоем между каждым ярусом и внешней поверхностью плиты.

В тему рассмотрения не входят, но на схеме все же указаны некоторые другие элементы конструкции:

— поз. 11 – вертикальная гидроизоляция монолитной плиты (цокольной части);

— поз. 12 – дренажная траншея со щебёночным наполнением;

— поз. 13 – дренажная труба;

— поз. 14 – утрамбованная песчано-гравийная засыпка пазух вокруг плитного фундамента.

— поз. 15 – слой термоизоляции (экструдированного ППС) для утепления отмостки вокруг плиты. Этот слой в идеале должен состыковаться с утеплением самой плиты снизу.

— поз. 16 – отмостка (бетонная, плиточная или иная) вокруг фундамента.

Как правильно сделать отмостку вокруг цоколя?

Для надежности и долговечности любого фундамента необходимо не только соблюдение технологии его создания, но и правильное обустройство прилегающего к нему по периметру участка территории. Обо всех нюансах самостоятельного создания качественной отмостки вокруг дома – читайте в специальной публикации нашего портала.

Цены на ПГС

пгс

Для более полной картины об особенностях плитного фундамента – соответствующий видеосюжет:

Видео: в чем выражаются достоинства и недостатки плитных фундаментов для загородных домов?

Как рассчитывается толщина фундаментной плиты?

Принцип расчета

Разброс допустимых толщин монолитных фундаментных плит в практике индивидуального строительства – довольно невелик. Как привило, этот параметр оценивается в 150 – 300 мм. Впрочем, для хозяйственных построек могут быть плиты и в 100 мм, а для крупных построек – доходить до 350÷400 и даже более, но это уже достаточно редкое явление. Можно примерно ориентироваться на следующие показатели:

— лёгкие пристройки, садовые сооружения, постройки хозяйственного назначения – 100÷150 мм.

— легкие каркасные дома, одноэтажные постройки из бревен, бруса, газосиликатных блоков – 200÷300 мм.

— двухэтажные срубы или дома из бруса, одноэтажные здания из силикатного кирпича или бетона – 250÷350 мм.

— двух- или трёхэтажные коттеджи из кирпича или иных тяжелых материалов – 300÷400 мм.

Надо правильно понимать, что при таких толщинах, при использовании качественного бетона марки М300 (В22.5) и при правильном, соответствующем СНиП армировании плиты, она имеет колоссальный резерв прочности. И каких-либо угроз в плане слабости фундамента под планируемую нагрузку – ожидать обычно не приходится. Такой фундамент спокойно выдержит массу постройки и «ответное» деформирующее воздействие со стороны грунта. Казалось бы, в таком случае нечего и «огород городить» — зачем еще проводить какие-то расчеты толщины?

А они, оказывается, все равно важны, правда, проблема уже рассматривается с совершенно иных позиций. А конкретно: будет ли фундамент оправдывать свое второе название – «плавающий», не станет ли он буквально «тонуть» в конкретном типе грунта, или же, наоборот, окажется слишком легким.

Попробуем пояснить этот подход несколько подробнее.

Любая серьезная стройка не зря всегда начинается с геологического исследования участка. Важно определиться с характером грунтов, послойно, чтобы оценить и глубину их залегания, и толщину слоев, и расположение возможных водоносных горизонтов.

Для дальнейших расчетов и проектирования здания важно получить точную картину. Дело в том, что каждый из типов грунтов обладает собственной несущей способностью. По своей физической сути – это сопротивление нагрузке, выпадающей на единицу площади. Понятно, что при проведении расчетов всегда принимают во внимание, что давление, вызванное суммарной массой дома и самого фундамента, с учетом временных динамических и статических (например, ветровых и снеговых), эксплуатационных (люди, имущество, мебель и т.п.) нагрузок не должно превысить несущей способности грунта, на который опирается фундамент.

Для примера – таблица со значениями расчетных сопротивлений нескольких распространенных типов грунтов.

Тип несущего грунта на участке строительства	Сопротивление грунта
	кгс/см²	кПа
Гравий, щебень, крупнообломочные грунты	5,0÷6,0	500÷600
Пески крупные и гравелистые	3,5÷4,5	350÷450
Пески средней крупности	2,5÷3,5	250÷350
Плотные пески мелкой или пылеватой фракции	2,0÷3,0	200÷300
Пески мелкой или пылеватой фракции, но средней плотности	1,0÷2,0	100÷200
Супеси, твердые и пластичные	2,0÷3,0	200÷300
Суглинки, твердые и пластичные	1,0÷3,0	100÷300
Глины твердые	3,0÷6,0	300÷600
Глины пластичные	1,0÷3,0	100÷300

Казалось бы – все просто. Но вот именно для плитного фундамента подобный подход должной степенью объективности не отличается. Как уже говорилось, большая площадь опоры сводит возможные нагрузки на грунт к минимуму, и особо переживать за то, что будет превышено предельное сопротивление грунта – не приходится. И чтобы более наглядно оценить картину, лучше принимать во внимание так называемое оптимальное удельное давление. Этот параметр рассчитан специалистами в области строительства специально для плитных фундаментов и для различных типов грунтов. Если давление от здания на грунт будет в пределах этого «оптимума» или незначительно отличаться от него, в диапазоне, скажем, не более  плюс-минус 25%, то можно быть уверенным в том, что плитный фундамент в полной мере выполняет свою функцию и раскрывает все свои преимущества.

Это позволяет избежать крайностей. Слишком тяжёлая комбинация «плита +дом» со временем обязательно начнет постепенно погружаться в грунт. Но ничего хорошего не обещает и другая крайность – когда нагрузка на грунт становится недопустимо малой. Мало приятного будет, если постройка станет чутко (как «поплавок» в воде) реагировать на милейшие колебания грунта, то есть покажет себя из-за легкости чрезмерно «плавающей». Например, неравномерное оттаивание земли весной на северной и южной стороне дома в такой ситуации запросто может привести к перекашиванию плиты, а значит – и всего здания в целом, что может закончиться появлением трещин или иных деформаций.

Одним словом, необходимо максимально точно приблизиться к значению оптимального удельного давления. Величины этого параметра для разных грунтов показаны в таблице ниже:

Тип грунта, на котором будет заливаться монолитная плита	Оптимальное значение распределённой нагрузки на грунт, кгс/см²
Плотные пески мелкой или пылеватой фракции	0.35
Пески мелкой или пылеватой фракции, но средней плотности	0.25
Супеси, твердые и пластичные	0.5
Суглинки, твердые и пластичные	0.35
Глины твердые	0.25
Глины пластичные	0.5

Даже на беглый взгляд заметно, что количество строк здесь уже меньше. Ничего странного – на целом ряде грунтов с высокой несущей способностью возведение плитного фундамента становится совершенно неоправданной затеей, так как достаточно будет значительно более дешевой ленточной схемы.

Кроме того, в таблице жирным шрифтом выделены две строки. В обоих этих случаях рекомендуется провести более тщательный анализ, в том числе и экономический, иных имеющихся вариантов строительства.

• Супеси выделены оттого, что с большой долей вероятности на них также возможно использование более простого и дешевого ленточного фундамента.
• Твердые глины – это весьма обманчивый тип грунта. При резком переувлажнении (например, сильный паводок, аномально затянувшиеся дожди, изменения в положении водоносного слоя и т.п.) их структура и, следовательно, сопротивление нагрузке могут претерпевать существенные изменения в сторону потери несущей способности. То есть нет полной застрахованности от вероятности постепенного проседания постройки в неблагоприятно складывающихся условиях, хотя предварительные расчеты будут говорить о полной возможности строительства. В этом случае лучше проконсультироваться с опытными специалистами – возможно, оптимальное решение будет крыться в создании иного типа фундамента, например, свайного.

Получив результат, его можно сравнить с оптимальным табличным, найти разницу, и этот недостаток давления компенсировать массой железобетонной фундаментной плиты.

После этого проделывается обратная процедура: получив необходимую массу плиты для такой компенсации, и зная плотность железобетона, несложно весовую характеристику перевести в объем, а затем, при известной площади – и в рекомендуемую толщину плиты.

Вся эта, как может показаться на первый взгляд, запутанная схема успешно воплощена в предлагаемый вниманию читателей калькулятор. Несколько пояснений по работе с ним:

• Предполагается, что уже проведен анализ несущего грунта на участке под строительство – его тип потребуется указать в соответствующем поле ввода.
• Хозяин будущего дома уже имеет представление о размерах здания и материале строительства, о типах планируемых перекрытий, виде кровли, крутизне ее скатов и общей площади. Эти данные будут запрашиваться калькулятором. Причем, для некоторых элементов конструкции здания предусмотрено по нескольку вариантов – например, внешние и внутренние стены, или перекрытия межэтажное и чердачное и т.п. Если дополнительных вариантов нет, то просто оставляется значение площади по умолчанию, равное «0».
• Снеговая нагрузка будет учтена автоматически – в зависимости от региона строительства и крутизны ската кровли.
• Эксплуатационные нагрузки также уже внесены в базу – они будут учтены при указании площади перекрытий в доме.
• Поля ввода данных оснащены поясняющими подписями, так что серьезных затруднений быть не должно.

Калькулятор для определения рекомендуемой толщины плитного фундамента

Перейти к расчётам

Результат будет показан в миллиметрах, но следует правильно понимать, что это не окончательное значение, а, скорее, руководство к действию. Здесь возможны несколько вариантов «развития событий»:

• Первый вариант – полученное значение расположилось в рамках от 200 до 350 мм. Это говорит о том, что плитный фундамент действительно для имеющихся условий становится оптимальным решением. Полученный результат обычно округляют до величины, кратной 50 мм, в ближайшую большую или меньшую  сторону, и после этого, на всякий случай, можно просчитать еще раз нагрузку, но уже с точным параметром толщины плиты. Если распределенное давление не будет отличаться от оптимального более, чем на 25% – можно смело оставлять эту толщину уже для дальнейшего практического исполнения.
• Второй вариант – ответ показывает, что толщина плиты должна быть более 350 мм. С большой долей вероятности можно предположить, что плита – это не идеальное решение. Лучше привлечь специалистов для оценки возможностей использования более экономичных схем – ленточного или столбчатого фундамента. Есть еще одно решение – снижение толщины плиты за счет создания обращённых вниз, в сторону грунта, ребер жесткости, которые предотвратят горизонтальные подвижки чрезмерно легкой конструкции. Но для такой плиты уже никак не обойтись без высококвалифицированных расчетов.
• Наконец, третий вариант – расчёт показывает, что толщина плиты должна быть менее 150 мм (а в ряде случаев вполне возможно даже отрицательное значение). Вывод однозначен – здание чрезмерно массивно для его строительства на плитном основании на таком типе грунта. Рисковать, полагаться «на авось» в такой ситуации – неблагоразумно, и единственным выходом видится привлечение специалистов для дополнительного исследования состояния грунтов и выработки правильного, то есть надежного и безопасного со всех точек зрения решения.

Что еще можно рассчитать, имея значение толщины плиты?

Если есть окончательная ясность с толщиной плитного фундамента, то можно провести еще ряд расчетов, которые касаются количества необходимых для его создания материалов.

Необходимый объем бетонного раствора.

Площадь плиты (подчеркиваем – именно плиты, а не дома, так как плита всегда шире) и ее высота позволяет определиться с необходимым объемом бетонного раствора М300, который придется заказывать для заливки. Расчет настолько прост, что городить для него какой-либо калькулятор просто нелепо – произведение площади (м²) на высоту (м) даст нужный объем (м³), к которому обычно добавляют 10% запаса.

Шаг армирования и толщина прута

Армирование плиты производится решетчатой конструкцией. При толщине до 150 мм достаточно одного яруса, расположенного по центру. При толщине 200 мм и более решетки располагаются одна над другой, обычно с равным расстоянием от краев плиты (от 30 до 50 мм).

Решетки увязываются из арматурных прутьев периодического профиля (класса не ниже AIII) диаметром от 12 до 16 мм. Ширина ячейки решетки (шаг укладки прутьев) – обычно от 200 до 300 мм. Пространственное расположение армирующей конструкции обеспечивается установкой краевых хомутов и специальных подставок — «пауков» (показано на схеме ниже). Практикуется, конечно, и обычное вертикальное армирование из отрезков прутьев, но назвать его удобным в монтаже или имеющим хоть какие-то преимущества – не получается.

Для вспомогательных элементов арматурного каркаса (хомутов и «пауков») можно использоваться более тонкую арматуру, в том числе и гладкую, диаметром 8 ÷ 10 мм.

Итак, при расчете армирования плиты начинают с определения сечения прута основной решетки и шага укладки. Исходят из норм, установленных СНиП, что суммарная площадь поперечного сечения горизонтального армирования должна быть не меньше 0,3% площади сечения железобетонной конструкции.

Эта зависимость внесена в расположенный ниже калькулятор расчета. Длина и ширина плиты известны, высота — тоже, то есть площадь поперечного сечения вычислить несложно. Имеется  возможность, варьируя шаг установки прутьев в некотором допустимом диапазоне, проследить, как изменяются необходимые диаметры прута, чтобы выбрать оптимальное решение.

Цены на арматуру

арматура

Важно: если длина любой из сторон конструкции — более 3 метров, то диаметр прута  основного армирования не может быть меньше 12 мм.

Так как решетка имеет квадратную ячейку, рассчитывать диаметр прута можно по любой стороне фундаментной плиты – значение будет одинаковым для продольных и поперечных прутьев.

Калькулятор расчета необходимого диаметра прута основного армирования плиты

А сколько потребуется арматуры?

Два калькулятора, расположенных ниже, позволять быстро «прикинуть» сколько же арматуры потребуется для создания необходимого армирующего каркаса.

Калькулятор расчета необходимого количества основной арматуры

Необходимо указать линейные параметры плиты, количество ярусов армирования и планируемый шаг вязки решетки. Результат будет показан в метрах, а также пересчитан в количество целых стандартных прутов длиной 11.7 метра. Кроме того, в результат расчета сразу внесен 10-процентный резерв.

Калькулятор расчёта количества арматуры для дополнительного армирования

Для создания двухъярусной пространственной армирующей конструкции фундаментной плиты применяют вспомогательные детали – хомуты и подставки. Для их изготовления можно использовать арматуру, гладкую или периодического профиля, диаметром 8 или 10 мм.

П-образные хомуты связывают обе решетки по краям, соединяя соответствующие по расположению прутья обеих ярусов. Тем самым, кстати, создается еще и усиление армопояса как раз в полосе будущего возведения стен здания.

Длина прута для изготовления такого хомута обычно принимается за 5×h, где h – это расчетная толщина фундаментной плиты.

Подставки–«пауки» имеют трехмерную конструкцию – она хорошо показана на иллюстрации.  Горизонтальные «ноги», которые увязываются к прутьям нижнего яруса, должны иметь длину порядка 1,5 шага решетки. Высота стоек – это запланированное расстояние между верхним и нижним ярусом армирования. И, наконец, длина верхней полки равна шагу решетки.

Плотность установки таких «пауков» – обычно по 2 штуки на квадратный метр.

Общее количество будет показано в метрах и переведено в стандартные пруты длиной 11.7 метра. Учитывая то, что арматура малых диаметров иногда выпускается прутами по 6 метров, будет произведён и такой перерасчёт.

Калькулятор перевода количества арматурных прутьев в килограммы или тонны

Добавим еще один «бонус». Довольно часто компании, реализующие металлопрокат, публикуют свои прайс-листы, в которых цены указываются за единицу веса продукции, например, за тонну. Чтобы не заставлять читателя самостоятельно «рыскать» в поисках таблиц для соответствующей «конвертации» длины в массу, предлагаем помощь в виде специального калькулятора. Пояснений по работе с ним, наверное, не требуется.

Перейти к расчётам

Итак, были рассмотрены алгоритмы упрощенного расчета некоторых параметров плитного фундамента. Подчеркнем – строительство полноценного жилого дома всегда, при любых обстоятельствах, должно базироваться на основе профессионального проектирования. Поэтому предлагаемая методика определения толщины плиты может служить для первоначальных «прикидок», для оценки принципиальной возможности использования такого типа основы или для самостоятельного проектирования каких-либо вспомогательных построек.

Монолитная плита — один из самых надежных видов фундамента, если соблюдена технология монтажа. Ее используют как при возведении многоэтажных зданий на грунтах с плохими характеристиками, так и при строительстве индивидуальных домов. Отличие в этом случае будет в толщине бетонного слоя и степени армирования.

Материалы для плитного фундамента

Бетон используется для фундаментных конструкций благодаря своей самой главной характеристике — высокой прочности на сжатие. Для фундаментов не применяют материал высоких марок, достаточно приобрести бетон B15-B25 в качестве основного и B7,5-B12,5 для выравнивающей подготовки. Более прочный материал укладывать можно, но экономически не выгодно.

Минус бетона в качестве строительного материала — невысокая прочность на изгиб, которая компенсируется использованием арматуры. Стержни не дают монолитной плите растрескиваться при неравномерных нагрузках. Для фундаментов приобретают пруты класса А400(Alll — устаревшая маркировка) или ВрI.

Целесообразность проведения расчетов

Монолитная фундаментная плита рассчитывается как сложная конструкция, в которой бетон и арматура работают совместно. Основные цели расчета любого элемента в здании — проверка несущей способности и экономия материала. Благодаря предварительным вычислениям находится оптимальный вариант, обеспечивающий необходимую прочность с минимальными затратами.

Наиболее грамотное решение способен принять только специалист. Плитные фундаменты достаточно новая технология, поэтому далеко не каждый инженер-строитель способен грамотно их запроектировать. Вычисления выполняются в специальных программах, предварительно выяснив расчетные характеристики грунта. Под частный дом допустимо принимать толщину и процент армирования без расчетов, ориентируясь на нагрузку от вышележащих конструкций.

Сбор нагрузок

Исходными данными для проектирования монолитного фундамента, помимо характеристик грунта, служит сбор нагрузок. В расчете учитываются следующие значения:

1. постоянные нагрузки от стен, кровли, перекрытий;
2. временные нагрузки: (кратковременные — снеговая и длительная — нагрузка от мебели и людей).

Определение постоянной нагрузки

Важно учесть все элементы здания. Согласно пункту 1.23 «Руководства по проектированию каркасных зданий и сооружений башенного типа» на песчаных грунтах собственный вес плиты не учитывают, на глинистых его делят пополам, а на плывучих неустойчивых основаниях заводят в расчет полностью. Массу стен берут за вычетом проемов.

Получение из нормативных нагрузок расчетных производится путем умножения на коэффициенты надежности. Коэффициенты принимаются по таблице 7.1 СП «Нагрузки и воздействия». Коэффициенты, которые могут понадобиться для расчетов индивидуального дома, приведены в таблице.

Тип конструкции	Коэффициент надежности по нагрузке
Металлические	1,05
Бетонные и железобетонные средней плотностью выше 1,6 т/м3, каменные, кирпичные, деревянные	1,1
Бетонные и железобетонные средней плотностью 1,6 т/м3 и ниже (например, плиты перекрытий), изоляционные слои, засыпки, стяжки изготавливаемые в заводских условиях	1,2
Бетонные и железобетонные средней плотностью 1,6 т/м3 и ниже (например, плиты перекрытий), изоляционные слои, засыпки, стяжки изготавливаемые на строительной площадке	1,3

Определение временных нагрузок

Масса снегового покрова зависит от типа местности строительства. Нормативные значения для каждого приведены в таблице 10.1 СП «Нагрузки и воздействия». Чтобы получить расчетную величину нагрузку умножают на коэффициент надежности, для снега он составляет 1,4.

Равномерно распределенные нагрузки приведены в таблице 8.3 СП «Нагрузки и воздействия». Для жилых зданий значение принимается 150 кг/м². В эту величину включена масса мебели и оборудования. Если планируется размещение тяжелых предметов, значение принимают в индивидуальном порядке. Коэффициент надежности 1,2.

Видео по расчету плитного фундамента:

Определение толщины фундаментной плиты

Если плита проектируется с выполнением расчетов в полном объеме, то их ведут по l группе предельных состояний (расчеты по прочности) и по ll ГПС (расчеты по деформативности). Для индивидуальной застройки услуги квалифицированных специалистов зачастую недоступны из-за высокой стоимости, поэтому значения принимаются «на глаз» с учетом минимальных требований.

Приблизительные значения, какая толщина принимается для зданий из разных материалов удобнее свести в одну таблицу.

Тип здания	Толщина фундаментной плиты, мм	Армирование
Небольшие постройки (веранды, гаражи, помещения для хранения инвентаря)	100-150	сетками в один ряд
Жилые двухэтажные дома из легких материалов (каркасные, газобетонные)	200-250	объемное в два ряда
Жилые двухэтажные дома из бревен, бруса, бетона или кирпича с массивными перекрытиями	250-300	объемное в два ряда

Значения, приведенные в таблице, подходят для грунтов с достаточной несущей способностью. При плывучих болотистых основаниях толщину следует увеличить.

Минимальный диаметр арматурных стержней принимается 10 мм для легких строений на хороших фундаментах. Для армирования фундаментной плиты под кирпичный двухэтажный дом оптимально принимать пруты диаметром 12-16 мм. Ячейку сетки принимают от 10 см. Для вертикального армирования минимальное значение диаметра — 8 мм.

При использовании стержней разных диаметров, большие располагают в нижнем ряду, поскольку там плита испытывает большие нагрузки на изгиб.

Определение глубины заложения и глубины котлована

Фундаментная плита чаще относится к мелкозаглубленным фундаментам. Если планируется подвал, глубина заложения зависит от высоты помещения, в остальных случаях плиту заливают вровень с землей.

Глубину отрывки котлована можно определить, посчитав толщину подстилающих слоев.

1. Слой геотекстиля. Только для илистых грунтов, для предотвращения перемешивания песка и грунта.
2. Песчаная подушка принимается в среднем толщиной 30-50 см, при насыпных грунтах значение увеличивается. Необходимо приобрести песок средней крупности, мелкий может дать большую усадку. Обязательно послойное виброуплотнение песка слоями не более 40 см.
3. Бетонная подготовка выполняется для выравнивания и удобства укладки гидроизоляции. Для небольших строений можно ее не использовать. Для двухэтажного кирпичного дома оптимальным вариантом станет подбетонка толщиной 5-10 см из бетона B7,5.
4. Гидроизоляция фундамента. Удобнее выполнять с помощью рубероида, гидроизола и линокрома в два слоя, сначала вдоль затем поперек.

Суммарная толщина всех слоев с учетом плиты для массивного дома в среднем составляет 650-750мм.

Расчет количества материалов для двухэтажного кирпичного дома

Для примера рассмотрим здание с размерами в плане 6 на 6 метров. Толщина плиты принимается 30 см, армирование в два слоя. Рабочая арматура диаметром 14 мм с шагом 20 см. Вертикальные стержни диаметром 8 мм с шагом 20 см. Бетон плиты — B20, подготовки — B7,5. Песчаная подушка толщиной 50 см.

1. Расход бетона В20. Плита должна выходить за пределы здания на 10 см, поэтому площадь плиты равняется 6,2*6,2 = 38,44 м². Объем = 38,44*0,3 = 11,532 м³.
2. Расход рабочей арматуры. Стержни для армирования принимаются на 6 см короче размеров плиты для обеспечения защитного слоя.  Длина стержня = 6200-60 = 6140 мм. Количество стержней в одном направлении = 6200/200+1 =32 шт, на одну сетку 64 шт, поскольку стороны одинаковы. На всю плиту -1 28 шт. Длина арматуры = 128*6,14 = 785,92 м. Масса рабочего армирования = 785,92*1,21 (масса 1 м арматуры заданного диаметра, по сортаменту) = 950,96 кг.
3. Расход вертикальной арматуры. Длина стержня = 300-60 = 240 мм. Количество стержней можно принять с учетом шага в 40 см = 16*16 = 256 шт.  Масса вертикального армирования = (256*0,24)*0,395 = 24,27 кг.
4. Расход бетона B7,5 на подготовку = 6,2*6,2*0,05(толщина) = 1,9 м³.
5. Подушка из песка средней крупности выходит за грани плиты на 10 см. Расход песка = 6,4*6,4*0,5 = 20,5 м³.
6. Геотекстиль и гидроизоляция. Укладываются с небольшим запасом. Площадь одного слоя = 6,4*6,4 = 41 м².

Получившиеся значения для двухэтажного кирпичного дома перед закупкой материала удобно свести в таблицу.

Материал	Расчетное требуемое количество
Бетон B20	11,16 м3
Бетон B7,5	3,72 м3
Арматура А400 диаметром 16 мм	906,24 кг
Арматура А400 диаметром 10 мм	364,41 кг
Песок средней крупности	19,22 м3
Геотекстиль	38,44 м2
Гидроизол в два слоя	76,88 м2

При покупке нужно предусматривать небольшой запас.

Предварительные расчеты позволят значительно сэкономить на возведении монолитной фундаментной плиты, заранее просчитать все затраты и обеспечить высокую надежность конструкции. Важно учесть условия проведения работ. Если фундамент остается пережидать зиму, потребуется принять меры по его консервации и утеплению во избежание появления трещин.

Определяем толщину плиты

Толщину плиты
определяют, рассматривая ее как пластинку,
которая опирается на торец траверсы,
колонны и ребра если они есть.

В соответствии
с конструкцией базы плита может иметь
участки, которые опираются на: один,
два, три или четыре канта.

На каждом участке
определяют изгибающий момент.

Рассмотрим
консольный участок (1): опирание на один
кант.

РИС115

M_1к
= ( q₁
· c²)/2
= (σ_в
·c²
·1см)/2

(2):
– опирание на три канта

РИС116

M_3к
= β· σ_в
·1см ·а²

(3):
– опирание на четыре канта

РИС117

M_4к
= α· σ_в
·1см ·а²

Если
b/a>2
, то M_4к
= (σ_в
·1см ·а²)/8

Полученные
моменты необходимо сравнить. Если M_1к
≈ M_3к
≈ M_4к
, то плита считается запроектированной
рационально. Если моменты сильно
отличаются, то на наиболее напряженном
участке устанавливают ребра. На третьем
участке (4 канта) ребра не ставят.

Поставим ребра
на (1)-й участок получим участок (4) –
опирание на два канта

РИС118

M_2к
= β· σ_в
·1см ·а²

Толщину плиты
определяем по наибольшему моменту.

t_пл
=>: 1) ≥sqrt((M_max·b)/(R_y
· γ_c
·1см)),
2) ≥20 мм

Расчет траверсы

РИС119

На траверсу
передается давление бетона фундамента
с половины площади плиты.

Погонная нагрузка
на траверсу

q_тр=
σ_в
·
b_тр
, b_тр
= B/2

M_тр
= ( q_тр
·
a²)/2

Q_тр
= q_тр
· a

Проверка прочности

σ_тр
= M_тр
/ W_тр ≤
R_y
· γ_c

τ_тр
= Q_тр
/ A_тр
≤ R_S
· γ_c

A_тр
= h_тр
· t_тр
, W_тр =
(h_тр²
· t_тр)/6

t_тр
= 8…16 мм

Высоту траверсы
определяем из расчета сварных швов.

h_тр
=>: 1) ≥N/(n·
β_f
(z)
·
k_f
· R
_ωf
(ωz)·
γ
_ωf
(ωz) ·
γ_c),

2)
≤ l_ω
= 85 · β_f
·
k_f
, 3) кратно 10 мм

Расчет ребер

РИС120

q_р=
σ_в
·
b_р
; M_р
= ( q_р
·
a²)/2
; Q_р
= q_р
·
a

Проверка
прочности

σ_р
= M_р
/ W_р ≤
R_y
· γ_c

τ_р
= Q_р
/ A_р
≤ R_S
· γ_c

РИС121

t_р
= t_тр

h_р
≥ sqrt((M_р
· 6)/(
R_y
· γ_c
· t_р))

Расчет сварных
швов крепления ребра к полке колонны

Проверка по
приведенным напряжениям

Если
фрезеруется торец колонны, траверсы и
ребер, то сварные швы крепления этих
элементов к опорной плите можно не
рассчитывать

№29

Конструкция
и принцип расчета базы центрально-сжатых
колонн с фрезерованным торцом колонны.

РИС122

Находим требуемую
площадь плиты

A_пл^тр
= N/( R_b,loc
· γ_c)

R_b,loc
– расчетное сопротивление бетона сжатию

R_b,loc
= R_b
· γ,
R_b
– призменная прочность

γ
– коэф. учитывающий местное сжатие бетона

γ
= (A_ф/A_пл)^(1/3)
=1.2…1.4

Плиту принимаем
квадратной

B
= L
≥ sqrt(A_пл^тр),
уточняем по ГОСТ или кратно 100 мм.

Находим
A_пл
= B · L

Уточняем
γ
= (A_ф/A_пл)^(1/3)

σ
= N/A_пл≤
R_b,loc
· γ_c
= R_b
· γ
· γ_c

В
начале толщину опорной плиты определяют
менее точным методом. Для этого
рассматривают трапецеидальный консольный
участок плиты.

РИС123

Определяем изгибающий
момент в плите по кромке колонны

M_пл
= A_трап
· σ_b
· c
, A_трап
= (B+b_f)/2
· a

C=a/3
·
(2B+b_f)/(B+b_f)

t_пл
=>: 1) = sqrt((M_пл
· 6)/(
R_y
· γ_c
· b_f)),

2)
≥ 20 мм, 3) ГОСТ

Проверяем
полученную толщину плиты более точным
методом, который учитывает пространственный
изгиб плиты .

Плиту
и сечение колонны заменяем равновеликими
по площади кругами.

РИС124

r_кол
= sqrt(A_кол
/π),
r_пл
= sqrt(A_пл
/π)

Определяем
моменты в радиальном и тангенциальном
направлении

M_r
= K_r
·
N
, M_t
= K_t
·
N

K_r
, K_t
– коэф зависят от r_кол
/r_пл

Определяем напряжения
в плите

– нормальные

σ_r
= M_r
/(1см
·
t_пл²)

σ_t
= M_t
/(6 ·
1см ·
t_пл²)

– касательные

τ=
N/(2
·
π
·
b_f
·
t_пл)

– приведенные
напряжения

σ_пр
= sqrt(σ_r²
+ σ_t²–
σ_r
· σ_t
-3·
τ²)
≤ R_y
· γ_c

если не выполн-ся
увеличиваем толщину плиты

Расчет сварных
швов крепления

колонны к опорной
плите

Расчет ведется
на 0.15 от продольной силы, т.к. 85% передается
непосредственно с колонны на плиту.

σ_ωf
(ωz)
=0.15·N/(β_f
(z)
·k_f
·Σl_ω)
≤R
_ωf(ωz)·γ
_ωf
(ωz) ·γ_c

фундаментные
или анкерные болты не рассчитываются
и принимаются конструктивно диаметром
d=20…30
мм

№30

Виды
сопряжений балок с колоннами. Конструкция
и расчет оголовков центрально-сжатых
колонн.

1 вар.: опирание
сверху

РИС125

Оголовок
состоит из опорной плиты и ребер,
поддерживающих плиту и передающих
нагрузку на стержень колонны. толщина
плиты принимается t_пл
= 30…30 мм. Свес плиты принимают 15…20 мм.

Толщину ребра
(вертикального) определяют из условия
смятия.

t_р
≥ N/(
l_см
· R_р
· γ_c),
ГОСТ

l_см
= b_р
+2 t_пл
– длина сминаемой поверхности

R_р
= R_un
/ γ_m

Высоту
ребра определяем из условия размещения
сварных швов.

h_р
=>: 1) ≥ N/(n·
β_f
(z)
·k_f
· R_ωf
(ωz)·γ_ωf
(ωz)
·γ_c)
+10…15 мм, 2) ≤ l_ω^max
=85 · β_f
(z)
· k_f
, кр. 10 мм

n
– число сварных швов (- 4 -)

2 вар.: примыкание
сбоку

РИС126

Опорное давление
передается с опорного ребра на столик,
приваренный к полке колонны.

Принимаем
конструктивно t_ст
= t_р
+20…40 мм.

Рассчитываем
сварные швы крепления столика

σ_ωf
(ωz)
=1.3·N/(β_f
(z)
·k_f
·Σl_ω)
≤R
_ωf(ωz)·γ
_ωf
(ωz) ·γ_c

1.3 – коэффициент
учитывающий возможную не параллельность
торца ребра и столика.

№31

Компоновка
конструктивной схемы каркаса промышленных
зданий. Разбивка сетки колонн. Выбор
основных несущих конструкций каркаса.

Компоновка каркаса

Она включает в
себя:

1.
разбивка сетки колонн, 2. выбор основных
несущих конструкций, 3. выбор поперечного
профиля и поперечной рамы каркаса, 4.
назначение генеральных размеров каркаса,
5. разработка системы связей.

Разбивка сетки
колонн

Колонны
в плане расставляют с учетом конструктивных,
технологических и экономических
факторов.

РИС127

L
– пролет, кратен 6 м (искл. 3м)

B_кр
, B_ср
– шаг колонн, кратен 6 м

В
месте устройства поперечного температурного
шва устанавливают две поперечные рамы,
смещенные с оси на 500 мм в обе стороны.
Продольный температурный шов можно
выполнить разбивкой здания на отдельные
блоки с зазором 1000…1500 мм или шарнирным
опиранием ригелей рам на колонну
(Катковой опорой).

РИС128

Выбор
основных несущих конструкций каркаса

Колонны:

1)
колонны постоянного сечения применяются
в бескрановых зданиях, зданиях с
подвесными кранами и с мостовыми Q
до 20 т.

РИС129

b
≈ (1/15…1/20)l

РИС130

2) колонны переменного
сечения (ступенчатые)

РИС131

1- верхняя часть
(надкрановая), 2- траверса, 3- нижняя
часть (подкрановая)

РИС132

3) раздельные –
состоят из двух стоек: шатровой и
подкрановой, соединенных планками

РИС133

Несущие конструкции
покрытия

1.
Балки L до 24 м

РИС134

h
= (1/15…1/20)L

+: 1) небольшая высота
сечения, 2) простые в изготовлении,
транспортировки и монтаже, 3) лучше
сопротивляются коррозии

-: 1) более метало
емкие по сравнению с фермами, 2) имеют
меньшую поперечную систему

2.Фермы

L≥18
м

РИС135

h
= (1/8…1/12)L
– высота на опоре

+:
1) можно перекрывать большие пролеты,
2) меньшая масса, 3) большая жесткость

-:
большая высота, трудоемкость в изгот-лении.

№32

Выбор
поперечного профиля каркасов промышленных
зданий. Выбор поперечной рамы каркасов.

Выбор
профиля зависит от назначения здания,
организации водоотвода, типа кровли,
наличия кранового оборудования, числа
пролетов и т.д.

В
отапливаемых зданиях водоотвод
внутренний, такие здания проектируют
многоскатными.

В не отапливаемых
зданиях и горячих цехах с холодными
кровлями водоотвод наружный, такие
здания проектируют двухскатными.

РИС136

РИС137

– кровля из волнистых
а/ц листов- уклон 1/4..1/6

– стальные и
алюминиевые листы – 1/6

– кровля из рулонных
материалов – 1/8…1/12

Рекомендуется
проектировать здания с пролетами
одинаковой высоты.

При необходимости
устройства перепада высот, повышенные
пролеты группируют по одну сторону от
пониженных

РИС138

1)
при L_п
≥ 60 м => Δh
≥ 1.8 м

2)
при L_п
≥ 36 м => Δh
≥ 2.4 м

3)
Δh
< 1.8 м не принимается

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Плитный фундамент представляет собой сплошную железобетонную конструкцию, размещаемую под всей площадью здания и равномерно воспринимающей все возможные весовые нагрузки. Стандартная схема включает дренаж из утрамбованного песка и щебня, плиту из качественного раствора с объемным армированием и гидроизоляцию, в особо сложных условиях основание утепляют. Главным требованием технологии заложения является выбор правильной толщины этих слоев, точное значение определяет расчет. Исходными данными служат параметры грунта, тип и вес постройки, в ходе вычислений важно соблюдать все нормы проектных стандартов.

Оглавление:

1. От чего зависит толщина основы?
2. Пример расчета фундамента
3. Что нужно учесть?

Факторы, влияющие на толщину плитного фундамента

Этот тип основания относится к «плавающим», т.е. способным воспринимать и равномерно перераспределять нагрузки. В частных постройках толщина варьируется от 15 до 35 см, изменение в меньшую сторону не допускается по причине риска раскола плиты под воздействием собственного веса здания, в большую – из-за экономической нецелесообразности, увеличения общей массы и потери подвижности. Главным критерием влияния служит тяжесть конструкций, при использовании кирпича или плотных стройматериалов высота плитного фундамента возрастает на 5-10 см в сравнении с домами с газобетонными или каркасными стенами.

Вторым учитываемым фактором идут размеры будущей постройки. Следует помнить, что все фундаменты выдерживают не только нагрузку на сжатие, но и на изгиб, экстремум приходит на середину. Чем больше длина наружных стен, тем выше риск раскалывания монолитной плиты. Частично эта проблема решается увеличением числа внутренних перегородок с несущими способностями, но для полного исключения риска приходится наращивать толщину самого фундамента. Как следствие, при строительстве на узких участках составление проекта и выбор основания лучше доверить специалистам.

Помимо веса и типа здания при расчете фундаментной плиты (в том числе для проверки ее целесообразности) учитываются особенности грунта: глубина промерзания, несущие способности, однородность и уровень подземных вод. При высокой плотности слоев подбирается мелкозаглубленный вариант, в этом случае для его заложения достаточно вынуть около 50-70 см земли, единственным недостатком такого исполнения является отсутствие подвала. На неустойчивых грунтах фундаментная плита размещается ниже глубины промерзания на 60 см, тогда увеличивается вес постройки и на конструкцию действуют повышенные нагрузки.

Интенсивность влияния подземных вод учитывается при подборе марки бетона, материалов гидроизоляции и толщины дренажной подушки, при значительных рисках подтапливания целесообразно выбрать другой тип основания или провести его утепление влагостойкими материалами.

Последовательность и пример расчета

В ходе вычислений придерживаются следующей схемы:

1. Проводится анализ геологического состояния участка, в зависимости от его типа из таблиц выбирается величина оптимального удельного давления на грунт для плитных фундаментов. Также на этом этапе определяется требуемая глубина заложения основания. При строительстве на супесях и твердых глинах стоит провести сравнение с другими типами, воздействие морозного пучения на них будет максимальным, что приводит к необходимости значительного увеличения толщины плиты.

2. Рассчитываются все весовые нагрузки. Удельный вес любого стройматериала несложно найти в таблицах, исходя из размеров стен, кровли и перекрытий находится масса самого здания. К полученному значению прибавляется средняя нагрузка снежного покрова, выбираемая согласно региону проживания и углу наклона кровли (на скатных крышах свыше 60° она принимается равной нулю). Также обязательно учитывается эксплуатационная (полезная) нагрузка, в среднем для цокольных и межэтажных перекрытий она составляет 210 кг/см2, жилых чердаков – 105. Этот показатель рассчитывают для каждого этажа, по окончании они все суммируются.

3. Определяется площадь монолитной плиты (длина дома умножается на ширину) и величина удельной нагрузки на 1 м2 грунта (общие весовые делятся на полученное значение).

4. Находится оптимальный объем фундамента (путем деления на средний удельный вес армированного бетона – 2500 кг/м3) и его предварительная толщина. Показатель округляют до 5 см в ближайшую сторону.

5. Далее расчет плитного фундамента повторяют с учетом полученного веса основания, его прибавляют к общим весовым нагрузкам. Величину удельного давления на грунт (п.3 выше) сравнивают с оптимальным для данного участка, его допустимое отклонение – ±25 %.

6. Исходя из ожидаемых нагрузок находится марка бетона для заливки, с учетом толщины составляется схема армирования: подбираются диаметр прутьев и частота их расположения.

При отклонении расчетной толщины такой плиты от рекомендуемого диапазона (15-35 см) рассматриваются другие типы фундаментов или варианты ее усиления (ребрами жесткости или сваями). Составление проекта в последнем случае безоговорочно доверяется специалистам. В качестве примера представлен простой расчет двухэтажного дома из газобетона D600 8×8 м высотой в 6,5 м, с монолитным ж/б межэтажном и деревянным чердачном перекрытиях, кровлей из металлочерепицы при строительстве на пластичных глинах (оптимальная нагрузка для такого типа – 0,25кг/см2). Тип плиты – мелкое заложение, цокольное перекрытие отсутствует.

При толщине стен в 40 см объем коробки – 166,4 м3, с учетом удельного веса блоков в 180 кг/м3 ее масса равняется 29952 кг. При площади межэтажного перекрытия в 60 м2 оно весит 30000 кг, чердачного в 64 м2 – 9600. Удельный вес кровли – 30 кг/м3, общий согласно данным проекта: 30×84=2520 кг. Величина полезной нагрузки первого, второго этажей и чердака: 64×210+60×210+64×105=32760 кг. Масса снежного покрова для среднего региона РФ принимается равной 100 кг/м2, в данном случае общее значение: 84×100=8400 кг. В сумме весовые нагрузки достигают: 113232 кг.

Удельная нагрузка на 1 м2 грунта – 113232/64=1770кг/м2= 0,177 кг/см2. Разница между оптимальным равняется 0,25-0,177=0,073, требуемая масса монолитной плиты – 46720 кг. Объем – 46720/2500=18,688 м3, толщина – 0,292 м или 30 см, что соответствует норме. Поверка показывает, что при ее весе в 48000 кг и общем здания (113232+48000) =161232 кг, нагрузка на грунт – 0,252 кг/см2. Это отклонение минимальное, все требования соблюдены, расчет необходимой толщины считается завершенным. Далее с помощью онлайн-калькуляторов несложно составить схему армирования, подобрать диаметр продольных и вертикальных прутьев и определить количество стройматериалов.

Что следует учесть при возведении основания данного типа?

Помимо вышеперечисленных условий плитный фундамент требует соблюдения строительных стандартов, в частности, при выборе марки бетона и арматуры и расчете дренажной системы. Наличие подушки обязательно, этот слой защищает основу от подвижек грунта и влаги. Ее толщина зависит от веса и назначения здания, в идеале проводится ее расчет. Минимум для легких щитовых построек – 15 см, 25 – для гаражей, под дома из кирпича засыпается и уплотняется от 20 см щебня и 25-30 песка. Чем выше риск подтапливания, тем надежнее нужна дренажная система, при необходимости по периметру закладываются водоотводные трубы.

Фундамент-монолитная плита для жилых домов усиливается как минимум двумя продольными сетками арматуры диаметром в пределах 12-16 мм, поддерживаемыми вертикальными прутьями (от 6 мм и выше). Рекомендуемых шаг ячеек – от 20 до 30 мм. Соединения и стыки не свариваются, а обвязываются проволокой диаметром в 0,8-1,2 мм или пластиковыми хомутами. Минимальное отступление от края бетона составляет 5 мм, его нарушение приводит к коррозии и разрушению каркаса. С целью соблюдения этого требования под нижние ряды подкладывают специальные пластиковые стаканчики, сетки размещаются равноудаленно от центра и краев. Обязательным условиям является заливка бетона единым монолитом, с виброуплотнением и обеспечением правильных условий затвердевания.