Формулы для расчета фундамента

  • Дата: 27-08-2014
  • Просмотров: 1363
  • Комментариев:
  • Рейтинг: 43

Прежде чем начинать возведение дома, нужно произвести расчет фундамента, а для этого сначала следует рассчитать весь дом от и до.

Ленточный фундамент

Самым распространенным видом среди фундаментов является ленточный, он надежный и достаточно прочный если его монтаж произвести правильно, начиная от траншеи и трамбовки песчаной подушки, и заканчивая заливкой бетона.

В состав дома во время расчетов принимаются стены по периметру и простенки, перекрытия межэтажные и цокольные, а потом и кровля с внешними природными факторами.

И лишь потом можно приниматься за практику расчета фундамента.

Работа со стенами и простенками

Данный этап работы будет самым сложным, т.к. именно от него все зависит. Существуют десятки вариантов строительных материалов, но большинство из них сводится к принятой классификации — ракушняк, железобетон, кирпич, кругляк и каркас. Несмотря на то, что каркасное строительство по своей сути — это одна из отраслей деревянного зодчества, его принято выделять в отдельную категорию из-за целого ряда уникальных свойств.

Марки ракушняка

Марки ракушняка.

Ракушняк — стандартной массы нет и быть не может, т.к. добывается он в различных местностях. Молдавский котелец считается одним из самых прочных и легких — всего 255 кг\м², но он не обладает серьезными теплоизоляционными свойствами. За стандарт берется масса 255-315 кг\м². Материал очень легкий в работе, податливый, устойчив к разрушению, но высокая масса и слабая теплоизоляция делают свое дело, уменьшая его конкурентоспособность.

Железобетонные дома в теории самые тяжелые (300-350 кг\м²), но на практике их масса сравнима с кирпичной. Причина этому простая — из монолита делается только скелет здания, в котором заливаются несущие колонны и межэтажные перекрытия. Все стены и простенки делаются из облегченных материалов, таких как газобетон, керамзитобетон и шлакобетон. Здания, построенные по этой технологии, достаточно теплые, долговечные и устойчивые, но минусом служит цена, зачастую неподъемная для среднего класса.

Кирпич — золотая середина всех строительных материалов, так как при средней массе (200-270 кг\м²) он обладает средними показателями теплоизоляции, достаточно высокими прочностными характеристиками и при этом доступен в любой точке мира. Существенным минусом кирпича считается то, что он «играет» при сильном понижении температуры, а это может способствовать образованию микротрещин в кладке со всеми вытекающими последствиями. Единственный практически неразрушимый материал, если не воздействовать на него физически.

Кругляк — кто не знает дома из дерева? Их масса достаточно низкая (70-100 кг\м²), при этом они могут похвастать идеальной теплоизоляцией. Срок эксплуатации зависит от дерева и качества исполнения строительных работ. Срубы использовались на протяжении всей истории человечества, т.к. их достаточно просто сделать и быстро можно утеплить. В современном мире они обладают еще одним неоценимым качеством — они не просто экологически чистые, но еще и полезные для здоровья человека.

Схема устройства каркасного дома

Схема устройства каркасного дома.

Каркасные дома самые легкие — 30-50 кг\м², что делает их максимально неустойчивыми физически. При качественных теплоизоляционных работах такой дом не пропустит холод зимой и жару летом, но даже малейшее повреждение несущей конструкции ощутит весь дом. Ценовая политика у таких стройматериалов весьма лояльная, но их популярность можно заметить только в южных местностях с достаточно мягким климатом.

Все описанные выше параметры исходят из толщины 0,15 м, т.к. именно такую толщину имеют стандартные простенки. Для вычисления массы 1 м² наружной стены, нужно лишь перемножить массу на коэффициент повышения.

Вернуться к оглавлению

Перекрытия межэтажные и цокольные

Фактически существует 3 вида перекрытий — монолиты, дерево и плиты, но на практике все немного усложняется из-за их подвидов и назначений. Для цоколя нужны более прочные варианты, нежели для межэтажного пространства, т.к. там идут повышенные нагрузки, нередко сопряженные с повышенной влажностью и перепадами температур.

Перекрытия цокольные:

Самое тяжелое — это монолитное (500 кг\м²). Используется в любом типе каменного строительства. Очень дорогой вариант, но позволяет защититься от самых серьезных воздействий извне. Процесс изготовления каждого перекрытия занимает более месяца, поэтому применяется достаточно редко.

Железобетонные плиты обладают более лояльными показателями по массе — 400 кг\м². Прочностные характеристики, а также все виды изоляции существенно уступают монолиту, но скорость монтажа (1 плита за 15 мин при условии работы автокрана и 1 человека) и цена делают свое дело. Очень удобно использовать в строительстве в мягком климате или хотя бы не в самых холодных местностях.

Деревянные перекрытия с тяжелым утеплителем (200-300 кг\м²) используются обычно в центральной полосе России или севернее, т.к. защищают даже от самых суровых морозов. Но высокая цена делает бессмысленным использование таких перекрытий в теплых местностях мира.

Деревянные перекрытия с легким утеплителем (100-150 кг\м²) — это счастье для южных людей, которые не хотят вкладывать много денег в стройку. Это тепло, уютно и экологично. Стоит помнить, что неправильный выбор дерева может сыграть злую шутку, и процессы гниения будут видны невооруженным глазом уже через 3-4 года.

Перекрытия межэтажные:

Схема устройства межэтажного перекрытия

Схема устройства межэтажного перекрытия.

Монолиты используются и тут, но в отличие от цоколя их можно уложить на стальные балки, что понизит их массу на 100 кг (получится 400 кг\м²). Такой подход не ухудшит их прочностные характеристики, к тому же даст возможность более комфортно проложить все интересующие коммуникации.

Пустотные перекрытия также упали в массе на центнер — 300 кг\м². При работе важно не забывать закрывать боковые отверстия перед тем, как заливать стяжку для пола. Монтаж еще быстрее и комфортнее, чем с железобетонным собратом.

Деревянные перекрытия с тяжелым утеплителем (150-200 кг\м²) используются тут не часто, а только в случаях крайней необходимости. Обычно отдается предпочтение легкому (70-100 кг\м²) утеплителю, т.к. уже нет потребности отгородиться от внешнего мира.

Вернуться к оглавлению

Кровельные материалы и природные силы

Считаются они вместе, т.к. у них есть одно общее свойство — площадь по сравнению с домом увеличивается на 1 м в каждую сторону, т.к. кровля не заканчивается там же, а немного выступает за пределы постройки. Давление, которое оказывают природные осадки (снег), аналогичным образом считается именно по крыше.

Существуют сотни вариантов кровельных материалов, но есть среди них и 5 бесспорных лидеров разной направленности.

Схема устройства кровли из сланца

Схема устройства кровли из сланца.

Натуральный камень (сланец) — самый тяжелый среди всех кровельных материалов, а вместе с тем и самый дорогой. Сланцевая кровля устанавливается сложнее всего, но все эти недостатки перекрывает ее внешний вид и долговечность, причем если оценка внешнего вида еще зависит от вкуса каждого, то абсолютную износостойкость оспорить невозможно. Кровля сохранит свой вид даже через 500 лет, т.к.используемый камень не теряет своих первоначальных свойств с течением времени.

Керамическая плитка по массе удерживает 2 место — 80 кг\м². Этот материал, как и сланец, обладает повышенной живучестью до 120 лет, но при этом его декоративные особенности весьма на любителя. Некоторые фирмы добавляют красители в глину, что немного понижает прочность, но повышает интерес. Если есть хороший мастер (при неправильном монтаже крыша будет стучать во время любого ветра, а дождь будет сопровождаться концертными раскатами по всему дому) и нет желания в будущем думать о кровле, то это идеальный вариант.

Шифер (50 кг\м²) стал спасением для всех, кто не хочет тратить много денег на крышу, при этом имеет запас прочности у фундамента. Приобрести эту смесь портландцемента и ряда заполнителей можно даже в самых маленьких городах мира, т.к. цена его производства очень низкая, а спрос есть всегда. Срок службы 30-50 лет, а среди серьезных минусов — полное отсутствие выбора вариантов.

Схема крепления листов металлопрофиля

Схема крепления листов металлопрофиля.

Металлическую кровлю (30 кг\м²) нужно уметь правильно уложить. Цена может скакать от копеечной за металлопрофиль, до очень дорогой за медную фальцевую кровлю. Если монтаж произведен неверно, то каждый дождь будет о себе давать знать. К тому же металл считается единственным кровельным материалом, не обладающим теплоизоляционными свойствами. К плюсам можно отнести долговечность — от 50 до 300 лет и регулярно пополняемые визуальные факторы.

Натуральные кровельные материалы (15 кг\м²) имеют целый ряд неоспоримых качеств — долговечны, бесплатны и визуально воспринимаются на ура. Но это при условии хороших рук мастера. Если же делал новичок, то можно даже не задумываться о вековой долговечности, а заменять придется уже через 5 лет, что при бесплатном доступе к материалам нестрашно. При наличии фантазии и умении орудовать ножом можно добиться потрясающих внешних показателей.

Осадки считаются только в качестве снега, т.к. даже самый сильный дождь за считанные секунды покидает крышу, а вот снег может пролежать не один месяц.

На юге все достаточно спокойно — 50 кг\м², в центральной полосе России — 100 кг\м², а вот на севере гораздо сложнее — 200 кг\м².

Вернуться к оглавлению

Расчет из уже имеющихся данных

Схема видов цоколя

Схема видов цоколя.

Чтобы рассчитать нагрузку на фундамент, будет взят средний вариант дома в центральной полосе (хотя он возможен в любом климате и в любой части света): одноэтажный сруб 9*8 м, на цоколе деревянное перекрытие с тяжелым утеплителем, а межэтажное с легким. Кровля из натуральных природных материалов. Длина простенков внутри дома 10 м.

Для каждого шага будут использоваться достаточно простые формулы, которые известны каждому со школьных времен, но немного адаптированные под обстоятельства. Для разных фундаментов расчет будет таким же.

Для начала надо подсчитать периметр дома (P), его площадь (S), а также суммарную длину внутренних простенков и внешних стен (L):

P=(9+8)*2=34 м

S=9*8=72 м²

L=P+l=34+10=44 м

Формула для расчета массы несущих стен и простенков выглядит следующим образом: Mстен=Sсум*Mбревен

Толщина наружных бревен у сруба составляет 0,45 м, что в 3 раза превосходит базовый показатель массы.

Схема устройства ленточного монолитного фундамента

Схема устройства ленточного монолитного фундамента.

Sсум=(Sстен*3+Sпрост)*2,7=(34*3+10)*2,7=302,4 м²

Mстен=302,4*85=25704 кг

После того как стала известна масса каркаса дома, нужно подсчитать массу 2-х перекрытий:

Мпер=М1+М2=72*(250+85)= 24120 кг

В самом конце считается кровля и воздействующие на нее природные силы:

Мкрыши=Мкров+Мосадк=90*(15+100)=10350 кг

Полученные данные следует упорядочить при помощи таблицы:

Наименование материала Продолжительность опорной части, м Масса стен, кг Масса перекрытий, кг Масса кровельных материалов и осадков, кг Масса суммарная, кг
Дерево — кругляк 44 25704 24120 10350 60174
Вернуться к оглавлению

Пример расчета фундамента

В связи с тем, что чаще всего выбор отдается ленте, рассчитать фундамент стоит именно ленточный. Для этого фундамента расчет будет следующим.

Для этого нужно первым делом найти массу фундамента: Mфунд=V*2400 кг, где 2400 — это постоянная величина на 1 м³ железобетонного раствора. V=L*y*h, где y — ширина фундамента, а h — его высота.

Мфунд=(44*0,5*1,5)*2400= 33*2400=79200 кг

Суммарная масса давления дома и фундамента на грунт составляет М=60174+79200=139374 кг

Площадь соприкосновения ленточного основания с грунтом составляет S=44*0.5=22 м².

Таким образом, даже на самых незащищенных грунтах, у которых несущая способность всего 10000 кг\м², суммарно.

Итак, можно произвести расчет фундамента на абсолютно любой дом, причем каждый раз результат устойчивости должен превосходить давление сверху минимум в 1,5 раза, чтобы был хороший запас прочности. Расчет фундамента, таким образом, производится не только для ленты, но и для любых аналогичных вариантов — столбов, свай и даже плиты.