Цель этой статьи, рассчитанной на неподготовленного читателя, в доступной форме объяснить сущность процессов, происходящих при нагружении фундаментов, проанализировать грунты площадки предполагаемого строительства, помочь определить уровень грунтовых вод в зависимости от времени года и на основании полученных данных произвести расчеты для определения глубины заложения фундамента и его ширины.
Как было сказано ранее, расчет фундамента сложен. Наиболее простым является расчет, которым пользовались в пятидесятые-шестидесятые годы. Использованный применительно к возможностям индивидуального застройщика, он не повлияет на доброкачественность фундамента, хотя и менее экономичен, и создает дополнительный запас прочности.
В силу того, что в статье использован ранее применявшийся расчет, некоторые положения, термины и обозначения будут не соответствовать принятым в действующем СНиП 2.01.07–85.
Наиболее распространенными в сельском строительстве являются монолитные ленточные фундаменты или фундаменты из сборных блоков.
Ленточные фундаменты под стены в бесподвальных зданиях являются наиболее экономичными, если глубина заложения подошвы фундамента не превышает 1,5 м.
Главной причиной растрескивания фундамента и стен строения являются ошибки при проектировании и сооружении фундамента. Необходимо отметить, что стоимость мер по переделке фундамента или исправление ошибок, как правило, намного выше его первоначальной стоимости. Погоня за кажущейся экономичностью оборачивается зачастую непоправимыми ошибками.
В руководстве по строительному искусству почти 250 лет назад указывалось, что «при строительстве фундаментов и оснований под них, ни трудов, ни иждивений жалеть не надо…»
Сельский дом, рассчитанный на проживание одной семьи, редко имеет более двух этажей при площади первого этажа более 100 м2. В настоящее время широко распространено строительство двухэтажных домов, что экономически выгодно во всех отношениях. Дома подвалов, как правило, не имеют, так как создать в них благоприятные условия для хранения овощей (температуру от +5 до —2 при влажности воздуха 90 %) без нанесения ущерба строению невозможно. Для этих целей строят погреба.
Стены дома могут быть выполнены из кирпича, дерева или из деревянного бруса с облицовкой кирпичом. Отопление дома может осуществляться печами или быть водяным. При наличии водопровода или местного водоисточника с подачей воды в дом в нем может быть оборудована ванная комната и туалет.
Из сказанного ясно, что нагрузка от строения, передаваемая на фундамент, может значительно колебаться.
По всем правилам при строительстве зданий необходимые данные для расчета получают с помощью лабораторного анализа грунтов из разведочных скважин, пробуренных в местах заложения фундамента. Такие работы в полном объеме индивидуальным застройщиком выполнены быть не могут. Однако без сведений о грунтах в месте заложения фундамента и уровне грунтовых вод даже ориентировочные расчеты не провести.
Уровень грунтовых вод и его колебания по сезонам можно проследить по уровню воды в близлежащих колодцах, а для получения сведений о грунтах в месте заложения фундамента необходимо вручную пробурить скважину и поднятые из скважины грунты классифицировать «на глазок», пользуясь таблицами, приведенными в тексте.
Используя приведенные в статье формулы, таблицы и числовой пример, можно произвести необходимые расчеты.
Учитывая, что данные грунтов получены «на глаз», для компенсации возможного недобора прочности будут даны рекомендации по добавочному укреплению конструктивных элементов.
Если ниже подошвы фундамента в пределах сжимаемой толщи грунтов имеются плавуны, торфы, рыхлые грунты и грунты в текучем состоянии, необходимы свайные фундаменты, устройство железобетонной плиты под всей площадью строения, тяжелое трамбование и другие способы, малодоступные для индивидуального застройщика. В этом случае от такого участка лучше отказаться.
Основанием сооружений называется толща природных напластований, непосредственно воспринимающих нагрузку и взаимодействующих с фундаментами возводимых на них строений.
Естественные основания — это природные грунты в условиях их обыденного залегания.
Искусственно улучшенные основания — это те, которые предварительно уплотнены или закреплены тем или иным способом.
Фундаментами сооружений называют их подземные части, возводимые на естественных или искусственно улучшенных основаниях.
На рис. 1 показана схема фундамента на естественном основании.
Рис. 1.Схема фундамента на естественном основании:
1 — фундамент; 2 — стена строения; 3 — подошва фундамента; 4 — дневная поверхность
Верхняя граница между фундаментом и надфундаментным строением носит название обреза фундамента, контактная поверхность фундамента с основанием называется подошвой фундамента, расстояние от отметки поверхности грунтов до подошвы фундамента носит название глубины заложения фундамента.
Абсолютно жесткие сооружения — это сооружения, работающие совместно с основанием. В монолитных, абсолютно жестких сооружениях возникают дополнительные усилия. Такие строения имеют значительный запас прочности несущих конструкций на изгиб. К ним относятся элеваторы, дымовые трубы и др.
Сооружения практически жесткие — большая часть зданий и многие инженерные сооружения. При осадке грунтов в несущих конструкциях возникают дополнительные усилия, в результате которых появляются трещины. Для предотвращения этого больше внимания должно уделяться совместной оценке работы грунтов основания и несущих конструкций сооружения.
Сооружения практически гибкие — в значительной степени следующие за перемещениями поверхности грунта: деревянные дома и одноэтажные строения с разрезными балками.
Внешние воздействия на сооружения и конструкции состоят из постоянных нагрузок и временных. К постоянным нагрузкам относится вес конструкции, к временным — вес оборудования, людей, снежного покрова, сила ветра, температура и другие воздействия.
Нагрузки от веса конструкций, а также установленные нормами величины полезной нагрузки, от снега, давления ветра и других внешних воздействий, которые возможны при нормальной эксплуатации сооружения или оснований фундаментов, называются нормативными нагрузками.
Коэффициенты, учитывающие изменчивость нагрузок, в результате которых возникает возможность превышения их величин по сравнению с нормативными, называются коэффициентами перегрузки «n». Расчетные нагрузки представляют собой произведения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузок.
Постоянная нагрузка
Постоянная нагрузка при расчете фундаментов включает в себя вес всех элементов здания, вплоть до сантехнического и отопительного оборудования: крыши, строительных ферм, перекрытий, наружных стен, перегородок, полов, межэтажных перекрытий, печей (в том случае если они стоят на полах), сантехники и др.
Вес некоторых конструктивных элементов приведен в табл. 1
Коэффициенты перегрузки для собственного веса конструкций принимаются равными n = 1,10.
Вес конструктивных элементов строений (например, полов, потолочных перекрытий, лестниц, печей, сантехнических устройств и т. д.), не вошедших в табл. 1, подсчитывают по справочникам.
Полезная нагрузка
Она является основной временной нагрузкой, могущей действовать на конструкцию в процессе эксплуатации.
Нормативная полезная, равномерно распределенная нагрузка на 1 кв. м перекрытия и коэффициенты перегрузки принимаются по табл. 2.
Нагрузки, указанные в таблице, даны без учета веса перегородок.
Снеговая нагрузка
Нормативная снеговая нагрузка Рс на 1 м2 площади горизонтальной проекции покрытия определяется по формуле
Рс = Р х С,
где:
Р — расчетный вес снегового покрова по районам (рис. 2; табл. 3);
Рис. 2. Карта распределения снеговой нагрузки по районам (см. табл. 3)
С — коэффициент из табл. 4.
Коэффициент перегрузки для снеговой нагрузки принимается равным n = 1,4.
Пример. Определить снеговую нагрузку на двухскатной крыше, имеющей уклон α =35°. Район строительства — Московская обл.
Решение. Для углаα =35° коэффициент С находим интерполяцией:
При весе снегового покрова для Москвы (3-й район) Р = 100 кг/м2 нормативная снеговая нагрузка на 1 м2 горизонтальной проекции составит:
Рс = Р х С = 100 х 0,7 = 70 кг.
Ветровая нагрузка
Как было сказано ранее, цель этой статьи помочь индивидуальным застройщикам в расчете фундамента одно- или двухэтажного сельского дома. Строительство такого дома, как правило, ведется в районах существующей застройки. В этом случае ветровая нагрузка на фундамент дома не оказывает существенного влияния, в силу чего она не приводится.
Грунты естественных оснований подразделяются на следующие:
скальные — практически не сжимаемые и водоустойчивые (граниты, песчаники, известняки), с пределом прочности на сжатие в водонасыщенном состоянии не менее 50 кг/см2;
— полускальные — водоустойчивые, с пределом прочности в водонасыщенном состоянии менее 50 кг/см2 (мергели, окаменелые глины), а также неводоустойчивые, с пределом прочности в водонасыщенном состоянии свыше 50 кг/ см2 (гипс, гипсовые камни и т. д.);
— каменистые — несцементированные грунты из водоустойчивых пород, содержащие более 50 % частиц крупностью более 2 мм (щебенистые и гравийные);