На конструкцию здания воздействует вес всех его элементов, начиная от основания и заканчивая крышей, включая также грунт, который находится непосредственно над подошвой фундамента. Такой вес является постоянной нагрузкой. К постоянным нагрузкам также относятся временные нагрузки, которые могут быть вызваны природными явлениями (такими как снег и дождь), а также всем тем, что размещено внутри здания — это и различные виды мебели, оборудование, а также люди, находящиеся в здании.
Сбор нагрузок на фундамент или сколько весит мой дом
Процесс расчета веса жилого дома включает в себя учет снеговой и эксплуатационной нагрузки на перекрытия, что в свою очередь влияет на расчет вертикальных нагрузок, действующих на фундамент. Следует отметить, что расчет был осуществлён с использованием нормативных документов, а именно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» и актуализированной версии СНиП 2.01.07-85.
Рассматриваемый дом выполнен из газобетона размером 10х12 метров и состоит из одного этажа с жилой мансардой.
Исходные данные:
- Конструктивная схема здания — пятистенок (с одной внутренней несущей стеной по длинной стороне дома);
- Размеры дома — 10х12 м;
- Количество этажей — 1 этаж плюс мансарда;
- Регион с снеговой нагрузкой: Санкт-Петербург — 3 снеговой район;
- Материал кровельного покрытия — металлочерепица;
- Угол наклона крыши — 30°;
- Конструктивная схема — схема 1 (с мансардой);
- Высота стен мансарды — 1.2 м;
- Облицовка фасадов мансарды — лицевой кирпич фактурный 250х60х65;
- Материал наружных стен мансарды — газобетон D500 толщиной 400 мм;
- Материал внутренних стен мансарды — не используется для расчетов (нужно упомянуть, что конек мансарды поддерживается колоннами, которые исключаются из расчетов из-за их незначительного веса);
- Эксплуатационная нагрузка на перекрытия — 195 кг/м² (для жилой мансарды);
- Высота первого этажа — 3 м;
- Облицовка фасадов первого этажа — лицевой кирпич фактурный 250х60х65;
- Материал наружных стен первого этажа — газобетон D500 толщиной 400 мм;
- Материал внутренних стен первого этажа — газобетон D500 толщиной 300 мм;
- Высота цоколя — 0.4 м;
- Материал цоколя — полнотелый кирпич (двухкирпичная кладка), 510 мм.
Размеры дома
Длина наружных стен определяется по следующей формуле: 2 * (10 + 12) = 44 м.
Длина внутренней стены в доме составляет 12 м.
Общая длина стен, следовательно, составит: 44 + 12 = 56 м.
Теперь рассчитаем высоту всего здания, включая цоколь: Высота дома = Высота стен цоколя + Высота стен первого этажа + Высота стен мансарды + Высота фронтонов, что равняется 0.4 + 3 + 1.2 + 2.9 = 7.5 м.
Чтобы найти высоту фронтонов и площадь кровли, необходимо воспользоваться формулами из тригонометрии.
Рассматривая треугольник ABC, который является равнобедренным:
Длина отрезка AC составляет 10 м (эта величина соответствует расстоянию между осями АГ в калькуляторе)
Расчет высоты BC происходит по формуле: BC = AC * ½ * (1/ cos(30°) = 10 * (1/2) * (1/0.87) = 5.7 м.
Определение высоты фронтона BD будет выглядеть так: BD = BC * sin(30°) = 5.7 * 0.5 = 2.9 м.
Площадь треугольника ABC (или площадь фронтона) рассчитывается по формуле: Площадь = ½ * BC * AC * sin(30°) = ½ * 5.7 * 10 * 0.5 = 14 м².
Теперь, чтобы найти площадь кровли, используем формулу: Площадь кровли = 2 * BC * 12 (где 12 — это расстояние между осями, как указано в калькуляторе) = 2 * 5.7 * 12 = 136.8 м².
Площадь наружных стен определится по формуле: Площадь стен = (Высота цоколя + Высота 1-го этажа + Высота стен мансарды) * Длина наружных стен + Площадь двух фронтонов. Соответственно, площадь наружных стен составит: (0.4 + 3 + 1.2) * 44 + 2 * 14 = 230 м².
Площадь внутренних стен определяется так: (Высота цоколя + Высота 1-го этажа) * Длина внутренних стен = (0.4 + 3) * 12 = 41 м² (заметим, что мансарда не имеет внутренней несущей стены, поскольку конек поддерживают колонны, которые не учитываются в расчетах из-за малой массы).
Общая площадь перекрытий вычисляется по формуле: Длина дома * Ширина дома * (Количество этажей + 1) = 10 * 12 * (1 + 1) = 240 м².
Расчет нагрузок
Город застройки — Санкт-Петербург.
В соответствии с картой снеговых районов Российской Федерации, город Санкт-Петербург относится ко 3 снеговому району. Расчетная снеговая нагрузка для этого региона составляет 180 кг/м².
Снеговая нагрузка на крышу рассчитывается по формуле: Расчетная снеговая нагрузка * Площадь кровли * Коэффициент (зависит от угла наклона крыши) = 180 * 136.8 * 1 = 24,624 кг, что примерно равно 24.6 тоннам.
ГОСТы, книги, программы
Для более тщательного расчета были добавлены дополнительные нагрузки, такие как стяжка пола и выравнивание стен. В случае, если в вашем доме предусмотрено три перекрытия, но стяжка осуществляется только для двух из них, при условии, что толщина стяжки составляет 50 мм, то следует выбрать 100 мм. Также не должно возникнуть вопросов по выравниванию стен. Алгоритм расчета следующий: площадь внутренних стен умножается на 2 (учитывается выравнивание обеих сторон) и к этому прибавляется площадь наружных стен, что создаст некоторый запас на толщину стен, поскольку выравнивание происходит внутри помещения.
Обращаю внимание на важный аспект: в калькуляторе элементы, которые не учтены, рассчитываются с запасом, что приводит к небольшому увеличению итоговой нагрузки. Для ясности: в калькуляторе отсутствует понятие «жилая площадь». Эксплуатационная нагрузка на перекрытия, стяжка пола и масса перекрытий рассчитываются по полной площади в плане дома. То есть для дома размером 10х12 м, нагрузки будут рассчитываться для площади 120 м². В калькуляторе не учитываются окна и двери, хотя они имеют меньшую массу по сравнению со стенами, особенно если стены выполнены из кирпича или монолита. Поэтому, выбрав коэффициент запаса прочности, следует учесть, что некий запас уже присутствует в данных расчетах.
Для первого этажа были добавлены полы по грунту. Есть небольшое замечание: если у кого-то возникает необходимость учитывать вес дома с учетом стяжки, то общую толщину стяжки для всех перекрытий следует выбирать без учета стяжки для полов по грунту.
Отвечая на вопрос о небольших отличиях, можно сказать, что различия действительно могут быть, но они будут незначительными. Двухскатная крыша имеет свои фасады, в отличие от вальмовой, у которой их нет. Площадь кровли и снеговая нагрузка при равном угле наклона могут быть примерно одинаковыми, но итоговые данные следует вычесть на вес фасадов, если использовался ведь коэфициент запаса.
Касательно нагрузки на 1-й и 2-й этажи: не удалось найти расчетные значения, только те, что соответствуют мансардам. Так задумано? В «Таблице №29. Расчетные полезные нагрузки, действующие на перекрытия», согласно СНиП 2.01.07-85, указаны расчетные значения нагрузки для различных зданий и помещений: например, для квартир в жилых домах — 240 кг/м², для детских дошкольных учреждений, домов отдыха и административных зданий — 195 кг/м².
В книге А. Дачника упоминается и о ветровой нагрузке на фундамент. «На практике ветровую нагрузку на фундамент можно ориентировочно рассчитать по эмпирической формуле: Ветровая нагрузка = площадь здания * (40 + 15 * высота дома). Рассчитаем ветровую нагрузку на фундамент нашего дома плотностью 100 м² и высотой 7 метров: 100 * (40 + 15 * 7) = 14500 кг.»
Минимальная ширина ленты рассчитывается следующим образом: «Дано: 1. Газобетонный дом размером в плане 10 на 10 м, 2. Расчетная суммарная нагрузка от дома на грунт составляет 191000 кгс, 3. Общая длина фундамента по периметру дома с двумя внутренними лентами — 56 м, 4. Несущая способность суглинка на участке — 1 кг/см² (в расчетах лучше использовать минимально допустимые значения несущей способности грунтов, если данные о них не являются надежными). Решение: 1. Длина фундамента, переведенная в сантиметры — 56 метров = 5600 см. 2. Находим минимально необходимую ширину фундамента: делим суммарную нагрузку на длину фундамента и несущую способность грунта — 191000 / 5600 / 1 = 34,1 см. Минимально необходимая ширина мелкозаглубленного ленточного фундамента составляет 34,1 см, округляем до 35 см». Ваши единицы измерений в кН легко переводятся в кгс. Все вышесказанное прошу воспринимать как конструктивные замечания к калькулятору, а не как поиск недостатков системы. Книга действительно весьма полезна и содержит множество информации. Я считаю, что данный материал крайне важен для изучения при проектировании собственного фундамента. В случае внесения поправок в калькулятор, отдельные главы в книге можно будет пропустить.
Основная цель проведения расчетов заключается в выборе соответствующих габаритов основания и его пространственного расположения в грунте, с целью минимизации сдвигов и перемещений, возникающих как в фундаменте, так и в наземных конструкциях. Соответственно, выбор площади подошвы и глубины закладки существенно влияет на эксплуатационные характеристики здания, позволяя избежать просадок, кренов и других изменений проектных отметок конструктивных элементов.
Расчет нагрузки на фундамент
В расчет нагрузки от кровли включается вес целого ряда элементов, таких как кровельное покрытие, включая мауэрлат, деревянные и железобетонные фермы, плиты перекрытия, а также стропила, обрешетка и прочие элементы кровельной конструкции. Кроме этого, дополнительно необходимо учитывать снеговое и ветровое давление, которые зависят от угла наклона крыши и могут быть выражены в табличных коэффициентах. Также важно не забыть о весе людей, осуществляющих обслуживание крыши, который принимается на уровне 100 кг/м².
Раздел, касающийся перекрытий, включает сумму масс панелей, балок и отделочных материалов. К этой сумме добавляется нагрузка от домашней мебели, людей, оборудования, а также временных и постоянных перегородок. Вес конструкции дома также включает массу сантехнического оборудования и труб, относящихся к коммуникациям.
Вес пола первого уровня строения также должен рассматриваться при расчетах нагрузок. Он учитывается в расчете усилий, применяя соответствующие коэффициенты перехода. Для этого необходимо учитывать принцип его устройства и конструктивные особенности.
В отдельном разделе рассматриваются вертикальные элементы, которые включают массу несущих стен, колонн, эркеров, балконов и других каркасных структур здания. Для более точного расчета веса стен необходимо определить их объем, после чего умножить его на удельный вес материала, из которого они изготовлены.
Общие усилия, которые переносятся на основание, зависят от грузовой площади. Для стен этот показатель вычисляется по площади одного погонного метра стены, который затем умножается на нагрузку в кг/м², в результате чего мы получаем массу, передающуюся на фундамент.
Ленточный фундамент
Для окончательной оценки общей нагрузки осуществляется суммирование всех усилий. Наибольшее давление, как правило, испытывают боковые стороны, на которые опирается кровля. Чтобы выяснить, соответствует ли полученное значение допустимому сопротивлению почвы, следует воспользоваться таблицами СНиП 202.01-1983. В них приводится условное допустимое сопротивление почвы (в кг/м²), и его необходимо сопоставить с расчетным значением фактической нагрузки на единицу площади (также в кг/м²) — при этом первое значение должно обязательно превышать второе.
Площадь подошвы рассчитывается по формуле S > a · F / (b · R), где:
- S — расчетная площадь подошвы ленточного фундамента в см²;
- a — коэффициент запаса, который равен 1.2;
- F — нагрузка на основание от здания;
- b — коэффициент условий обслуживания, который зависит от типа грунта и вида строения (указан в соответствующих таблицах);
- R — расчетное сопротивление почвы в кг/см².
Значение R применяется без изменений, если фундамент углубляется на 1.5–2.0 метра. Если же речь идет об меньшей глубине погружения, в таком случае следует изменить значение по формуле Rm = 0.005 R · (100 = h / 3), где h – это глубина закладки, а R берется из таблицы.
В случае, если нагрузка не соответствует типу грунта, корректируют проект путем замены тяжелых материалов на более легкие. В противном случае возможно увеличение ширины подошвы основания, что также призведет к изменению других параметров и коэффициентов. Чаще всего применяют именно второй метод, так как он требует меньших трудозатрат на производство нулевого цикла.
Столбчатый фундамент
Для расчета нагрузки от столбчатого фундамента следует учитывать массу одной опоры и умножить ее на количество столбов. Объем одной опоры вычисляется как произведение площади подошвы на длину вертикального элемента. Полученное значение умножается на удельный вес материала (чаще всего, речь идет о бетоне). В дополнение к этому следует учитывать массу металлического каркаса, который является частью основания.
Общий расчет нагрузки (массы дома) сопоставляется с таблицей, в которой указаны значения сопротивления грунта. Если фундамент не удовлетворяет критериям, необходимо увеличить количество столбов или увеличить площадь поперечного сечения опоры.
Анализ грунта
Рекомендуется поручать изучение грунтовых условий специалистам, которые могут бурить скважины на различных уровнях и брать образцы для лабораторного анализа физических и механических характеристик. Обычно на поверхности располагается слой плодородной почвы, дальше идет несущий грунт, на который будет опираться фундамент.
- скальные;
- мерзлые с вкраплениями льда;
- дисперсные;
- техногенные с насыпными и намывными участками.
Самостоятельно также можно определить категорию грунта, прокопав скважины под необходимыми углами, где будет возводиться дом. Необходимо учитывать, что перерасход материалов может вызвать ненужные затраты, а слабое основание, в свою очередь, приводит к разрушениям здания.
Горсть грунта нужно смочить водой и скатать в жгут, диаметр которого составляет примерно 1 см. Полученный образец скатайте в кольцо.
- Если жгут распадается — это песок;
- Скатывается, но легко ломается — это супесь;
- Если шнур получается, но в кольцо не складывается — это легкий суглинок;
- Сгибается в круг, но на поверхности возникают трещины — это тяжелый суглинок, приближающийся к глине;
- Если липкий жгут при сгибании не образует трещин — это глина.
Уровень грунтовых вод можно определить, посмотрев на отметки воды на стенах подвала у соседей. Глубина промерзания грунта должна определяться по справочникам для соответствующих областей строительства.
Согласно той же методике, следует рассматривать лишь две стороны фундамента при расчете снеговых и перекрытий нагрузок. Однако это не совсем корректно:
Похожие записи
Как закрыть сваи? Выбираем самый лучший способ
Столкнувшись с задачей строительства дома на винтовом или забивном фундаменте, необходимо решить, как именно закрыть сваи, чтобы выделить цоколь.
Винтовые и забивные сваи в водонасыщенном грунте
Установить сваи в водонасыщенном грунте — это оптимальный способ устройства фундамента на слабых пучинистых почвах. Сваи…
Фундамент 6х6, проект которого захотят украсть
Фундамент 6х6 пользуется огромной популярностью у жителей больших городов и населенных пунктов в качестве оптимального основания.
Чем заполняют сваи винтовые для фундамента?
Для повышения надежности свайного фундамента важна защита от коррозии. Поэтому потребуется знание о том, чем именно заполняют сваи, чтобы обеспечить их долговечность.
