Розрахунок фундаменту на продавлювання, осадку та перекидання

Усім хочеться, щоб збудований будинок служив кільком поколінням, щоб його основа витримувала будь-які навантаження, не тріскалася і не просидала.

Для цього потрібно виконати дуже складні розрахунки, що вимагають хороших математичних та інженерних знань.

Перш ніж починати калькулятор, слід з'ясувати, які типи деформацій основи і які види навантажень існують.

Типи деформацій основи:

крен - коли різні сторони жорсткого фундаменту осідають різною мірою;
зсув - зсув у горизонтальній площині;
опади - зміщення у вертикальній площині без нахилу;
просадки - опади, викликані якісними змінами структури основи (відтаванням вічної мерзлоти, ущільненням пухкого ґрунту від вібрації, вимиванням та ін.).

І в кожному пункті є свої складні формули розрахунку. Також є деякі види деформацій фундаменту, специфічні лише для певних видів конструкцій. Наприклад, продавлювання.

Продавлююче навантаження

Розрахунок на продавлювання робиться лише для плитного фундаменту. Цей тип навантаження виникає в опорі, коли її ширина та довжина багаторазово перевищують глибину.

Продавлювання виникає у тому випадку, якщо на плиту діє зосереджене навантаження. Таке навантаження характерне для колон, паль, стовпів, що несуть, — елементів, які тиснуть на плиту в одному невеликому місці.

У такому разі сила тиску прагне продавити фрагмент плити вниз. І тому потрібно робити розрахунок на продавлювання.

Тиск відбувається на невелику площу, тому він може досягати більших значень. У тілі залізобетонної плити тиск розходиться під кутом 45 градусів.

формуєтьсясвоєрідна опорна піраміда, що тримає у собі колону. І на межі цієї піраміди з рештою плити виникає зусилля, що розтягує, до якого бетон не особливо стійкий.

Витримає плита навантаження чи ні, залежить від кількох параметрів. Впливає товщина плити, чим вона більша, тим краще виріб протистоїть продавлюванню.

Також впливає площа колони або стовпа - чим вона більша, тим більше площа контакту опорної піраміди з рештою плити, відповідно більша сила, що утримує.

Також є залежність від величини навантаження та марки бетону. А ще важливе значення тут має наявність і кількість прутків арматури, які з'єднують опорну піраміду з рештою плити. Чим більше прутків, тим сильніше продавлювання плита може витримати.

Є ще один окремий випадок навантаження, що продавлює — коли плита спирається на точкову опору. Наприклад, якщо закладався пальовий або стовпчастий фундамент із плитним ростверком.

Розрахунок на продавлювання у такому разі теж необхідний, просто конструкція виходить перевернутою. Але на розподіл сил у плиті це не впливає.

Щоб здійснити прорахунок на продавлювання, необхідно ймовірне навантаження порівняти з допустимим. Робиться це за формулою:

F - допустиме навантаження;
a - коефіцієнт бетону (1 для важкого, 0,85 для дрібнозернистого, 0,8 для легені);
Rbt – клас бетону на міцність у кг/кв.см;
u - середнє арифметичне між верхнім та нижнім периметром опорної піраміди;
h – товщина плити.

Якщо отримане значення більше, ніж розрахункове навантаження за проектом, це означає, що продавлювання не призведе до руйнування плити. Інакше потрібно обов'язково переглянути проект.

Іншінавантаження та деформації

Для визначення опади чи інших типів деформації підстави потрібні ретельні попередні дослідження. Починати потрібно з вибору форми, геометрії опори будинку, виходячи з характеристик різних конструкцій, міцності матеріалів, що використовуються.

Потрібно визначити рівень закладання підошви опори.

Він залежить від глибини промерзання ґрунту, конструктивних особливостей будівництва (наявність підвалу, цоколя тощо), геологічних та гідрогеологічних особливостей ґрунту, маси споруди, наявності особливих умов на ділянці (сейсмічність, вічна мерзлота та ін.), наявності підземних комунікацій та споруд , рельєфу ділянки. Мінімальна глибина – півметра.

Визначившись із формою та глибиною закладки, вираховують розміри опори. І ось тут потрібно буде виконати калькуляцію стійкості фундаменту на перекидання, зсув і вертикальне навантаження.

Важливий параметр – розрахунок опади. Вона буває абсолютна, середня та додаткова. Для обчислення цих параметрів важливо мати детальну інформацію про геології ділянки. Але навіть при цьому завдання зовсім не стає легким.

Є кілька сотень методів прорахунку опади.

Найбільш поширені і відомі з них це метод напівпростору, що лінійно деформується, метод лінійно деформованого шару кінцевої товщини, метод еквівалентного шару грунту і, мабуть, найпоширеніший — метод пошарового підсумовування.

Останній широко використовується, тому що відрізняється порівняльною простотою розрахунків, але його точність знижується зі збільшенням площі опори та глибини її залягання.

Тим не менш, це цілком прийнятний спосіб для приватного будівництва.

Виконується метод калькуляції опади шляхом пошарового підсумовування за такималгоритму:

Будується геологічний розріз майданчика, на якому закладатиметься фундамент.
Наносяться габарити фундаменту.
Вибудовуються епюри напруг від маси ґрунту та додаткового зовнішнього навантаження.
Вираховується товщина шару, що стискається.
Товща розбивається окремі фрагменти (шари).
Обчислюється осад одного фрагмента.
Шляхом підсумовування виходить загальне осадження.

Метод дуже зручний при розрахунку невеликих однорідних ділянок, у структурі яких немає щільних стисканих або погано стисливих ґрунтів.

З використанням цього доводиться робити низку припущень.

Приймається як даність, що деформація лінійно залежить від напруги, обчислення ведеться виходячи з епюри найбільших тисків - посередині фундаменту, не береться до уваги шаруватість напластувань, ігнорується бічне розширення ґрунту, обмежується глибина прорахунку, нижче за яку ґрунт приймається несжимаемым.

Можна збільшити точність розрахунків, якщо виконати їх для кількох точок під будівництвом, а потім побудувати просторову модель.

Але це збільшує обсяг прорахунків у геометричній прогресії, при цьому точність зростає не пропорційно до зростання обсягу калькуляції.

Не варто ігнорувати і такий вид деформації, як перекидання. Воно може виникнути при сильному нахилі будівлі або при величезних вітрових навантаженнях.

Останнє є актуальним для легких будинків, встановлених на незаглиблені фундаменти.

Тим не менш, у більшості випадків розрахунок робиться таким чином, щоб витримувати 25-відсотковий відрив опори (коли виникає негативний тиск, частина опори не тисне на ґрунт, а навпаки піднімається).

Щобвиключити перекидання, потрібно правильно розрахувати вагу будівлі, вага опори, створюваний ними опір зсуву і зіставити його з можливими вітровими навантаженнями.

Підрахунок навантажень опори будинку на продавлювання, осідання або крен зазвичай не виконується окремо від проектування будинку. Вище можна прочитати, що з визначення властивостей фундаменту необхідно знати властивості всієї споруди, і навіть особливості ділянки.

Повний проект будинку може серйозно відрізнятися в ціні.

Якщо це типова архітектура, то за роботу архітектора та інженера доведеться заплатити не менше 10 000 рублів, за індивідуальний проект ціна починається від 1000 рублів за квадратний метр.