Пример расчета необходимого числа столбчатых фундаментов

Здравствуйте Арнольд Максимович! Дачный дом (из бруса) сел на северную сторону на 15 см. Фундамент - на сбитой глине. Грунт - песок или суглинок. Хочу подвести столбчатый фундамент. Сведения о строительстве - в основном из вашей книги "С чего начать". По ней и пытаюсь рассчитать фундамент. В разделе "Подсчёт нагрузки" приведен учёт нормативных нагрузок. Общая их сумма составляет 325 кг/м2 (для Подмосковья, думаю, она такая же и для Казани). Не написано, что делать далее с этой нагрузкой. Правильно ли будет определить общую нагрузку на фундамент, как сумму нормативной нагрузки, умноженной на площадь основания дома, и вес? Александр

В третьем и четвёртом изданиях "Энциклопедии обустройства" в начале главы "Фундаменты для садовых построек" я дал исходные данные для расчёта потребного количества сборных столбчатых фундаментов. Однако, к сожалению, не учёл, что большинству читателей, которые не являются специалистами в строительном деле, этих данных без конкретного примера расчётов явно недостаточно. О чём, кстати, получил большое количество писем с вопросами: "А как?!". В том числе приведённое выше, которое пришло совсем недавно по Интернету.
Учитывая вопросы читателей, я в корне переделал раздел "Подсчёт нагрузок", добавив конкретный пример расчёта необходимого числа столбчатых фундаментов, чтобы даже самый далёкий от строительства человек мог подсчитать конструктивные и нормативные нагрузки для расчёта столбчатых фундаментов на любых грунтах.
В качестве примера я взял одноэтажный дом с размерами в плане 6,0x6,0 м (рис. 1) с рублеными стенами из бруса сечением 150x150 мм (объёмный вес бруса - 800 кг/м³), обшитыми снаружи вагонкой по рулонной гидроизоляции. Цоколь дома - бетонный, высотой 0,8 м и шириной 0,2 м (объёмный вес бетона - 2100 кг/м³), на железобетонной рандбалке сечением 0,20x0,15 м (объёмный вес железобетона-2400 кг/м³). Высота стен - 3,0 м. Крыша - двускатная, кровля - из волнистого шифера. Цокольное и чердачное перекрытия - дощатые по деревянным балкам сечением 150x50 мм, утеплённые минераловатными плитами (объёмный вес утеплителя - 300 кг/м³).

Рис 1. План цокольного этажа и распределение конструктивных нагрузок по осям.

За расчётные я взял установленные СНиПом нормативные нагрузки (нормативные равномерно распределённые нагрузки на перекрытия устанавливаются СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" в зависимости от назначения помещения):
- для жилых помещений, то есть на цокольное перекрытие - 150 кг/м²;
- для чердачного перекрытия - 75 кг/м².

Коэффициент перегрузки для нормативных нагрузок (равный 1,4) в расчётах не учитывал. Думаю, для лёгкого дачного домика он не нужен. И без него, чтобы использовать нормативную нагрузку на цокольное перекрытие, равную 150 кг/м², нужно на каждый квадратный метр поставить по 2,2 человека средней упитанности. Умножаем 36 м² на 2,2. Получим, что для воспроизведения нормативной нагрузки потребуется 79,2 человека. Правда, на чердачное перекрытие - в два раза меньше, но всё одно и так заведомо много больше реального.
А вот нормативную снеговую нагрузку, равную для средней полосы России 100 кг/м² на площадь горизонтальной проекции крыши, нужно учитывать обязательно. Хотя о такой снеговой нагрузке в последние десятилетия можно только мечтать, но принимать в расчёт нужно.

Перейдём непосредственно к расчётам.

Рис 2. Распределение равномерных нормативных нагрузок цокольного и чердачного перекрытий.

На рис. 1 и рис. 2 видно, что на фундаменты по различным осям приходятся различные нагрузки. По осям "1", "2" и "3", на которые опираются балки перекрытий, приходятся самые большие нагрузки, причём наибольшая - по оси "2", по осям же "А" и "В" нагрузки существенно меньше.
А теперь давайте подсчитаем нагрузки на фундаменты по каждой из осей. Определяются они, как я уже говорил, суммированием всех конструктивных и нормативных нагрузок.

НАГРУЗКИ ПО ОСЯМ "1"И "3"

Конструктивные нагрузки:
1) от сруба стены: 6 м х 3 м = 18 м². Умножаем на суммарную толщину стены ~ 0,2 м (с учётом наружной обшивки). Получаем 3,6 м³, а вес - 3,6 м³ х 800 кг/м³ = 2800 кг или ~ 3,0 т;
2) от рандбалки: 0,2 м х 0,15 м х 6,0 м = 0,18 м³ х 2400 кг/м³ = 430 кг или ~ 0,5 т;
3) от цоколя: 0,2 м х 0,8 м х 6,0 м = 0,96 м³ х 2100 кг/м³ = 2160 кг или ~ 2,0 т;
4) от цокольного перекрытия. Посчитаем суммарный вес всего перекрытия, а затем возьмем 1/4 часть от него (на рис. 1 обозначено одинарной штриховкой).
Лаги сечением 50x150 мм установлены с "шагом" 50 см - всего 2,0 м³. Их вес равен 2,0 м³ х 800 кг/м³ = 1600 кг или ~ 1,6 т.
Посчитаем вес настила пола и подшивки толщиной 30 мм.
Объём - 0,06 м х 36 м² = 2,16 м³. Умножаем его на 800 кг/м³, получаем 1700 кг или ~ 1,7 т.
Минераловатный утеплитель - толщиной 0,15 м.
Объём равен 0,15 м х 36 м² = 5,4 м³. Умножив на плотность 300 кг/м³, получим 1620 кг или ~ 1,6 т.
Всего: 1,6 + 1,7 + 1,6 = 4,9 т или ~ 5,0 т. Делим на четыре, получим 1,25 т, округлённо ~ 1,3 т;
5) от чердачного перекрытия ~ 1,2 т;
6) от крыши: суммарный вес одного ската (1/2 всей кровли) с учётом веса стропил, обрешётки и шифера - всего 50 кг/м² х 24 м² =1200 кг или ~ 1,2 т.

Нормативные нагрузки (на каждую из осей "1"и "3" приходится 1/4 часть нормативной нагрузки на перекрытие):
1) от цокольного перекрытия: (6,0 м х 6,0 м)/4 = 9 м² х 150 кг/м² = 1350 кг или ~ 1,4 т;
2) от чердачного перекрытия: вдвое меньше, чем от цокольного перекрытия или ~ 0,7 т;
3) от временной снеговой нагрузки: (100 кг/м² х 36 м²)/2 = 1800 кг или ~ 2,0 т.
Итого: Все конструктивные нагрузки в сумме: 9,2 т или ~ 9200 кг. Все нормативные нагрузки в сумме: 4,1 т или ~ 4100 кг. Всего на каждую из осей "1" и "3" приходится нагрузка, равная ~ 13300 кг.

НАГРУЗКИ ПО ОСИ "2"

Конструктивные нагрузки:
1) нагрузки от сруба стены, рандбалки и цоколя будут точно такими же, как и для оси "1" или "3": 3,0 т + 0,5 т + 2,0 т = 5,5 т;
2) нагрузки от цокольного и чердачного перекрытий будут в два раза выше, чем рассчитанные для осей "1" и "3" (см. рис 1. двойная штриховка): 2,6 т +2,4 т = 5,0 т.

Нормативные нагрузки:
1) от цокольного перекрытия: 2,8 т;
2) от чердачного перекрытия: 1,4 т.
Итого: Все конструктивные нагрузки в сумме: 10,5 т или ~ 10500 кг. Все нормативные нагрузки в сумме: 4,2 т или ~ 4200 кг. Всего на ось "2" приходится нагрузка, равная ~ 14700 кг.

НАГРУЗКИ ПО ОСИ "А" И ОСИ "В"

По этим осям в расчёт берутся только конструктивные нагрузки от сруба стен, рандбалок и цоколей, то есть 3, 0,5 и 2 т соответственно. Фундаменты по этим осям не несут ни конструктивные, ни нормативные нагрузки от перекрытий, ибо их несут фундаменты под продольными стенами по осям "1", "2" и "3".
Следовательно, нагрузки на фундаменты от каждой из этих стен будут равны 3,0 т + 0,5 т + 2,0 т = 5,5 т или ~ 5500 кг.

А теперь давайте подсчитаем, сколько потребуется для нашего домика сборных столбчатых фундаментов с башмаками диаметром 30 см, исходя, естественно, из расчётных сопротивлений грунтов (R).
При расчётном сопротивлении грунта R=2,5 кг/см² (наиболее часто встречающееся значение) и опорной площади башмака 706 см² (для упрощения вычислений округлим до 700 см²), несущая способность одного столбчатого фундамента будет Р = 2,5 кг/см² х 700 см² = 1750 кг.
Для грунта с расчётным сопротивлением R = 1,5 кг/см² Р = 1,5 кг/см2 х 700 см² = 1050 кг.
А при минимальном табличном значении R = 1 кг/см², несущая способность одного столбчатого фундамента будет, естественно, ещё меньше: Р = 1,0 кг/см2 х 700 см² = 700 кг.
Как я уже говорил, в результате моих экспериментов, которые я провожу уже более десяти лет, установлено, что расчётное сопротивление обводнённых грунтов бывших болот значительно, почти вдвое ниже минимального значения табличного расчётного сопротивления, равного 1,0 кг/см², и составляет на глубине 1,5 м примерно 0,5...0,6 кг/см².
Таким образом, на обводнённых грунтах бывших болот, имеющих расчётное сопротивление R = 0,6 кг/см², несущая способность одного столбчатого фундамента с башмаком 30 см составит Р = 0,6 кг/см² х 700 см² = 420 кг.
Имея эти данные, подсчитаем, сколько нужно для нашего домика столбчатых фундаментов (объёмом 0,02 м³ бетона каждый) для приведённых выше расчётных сопротивлений грунта. Под стены по осям "1" и "3" с нагрузкой ~ 13300 кг, по оси "2" с нагрузкой ~ 14700 кг и под стены по осям "А" и "В" с нагрузкой ~ 5500 кг.

1) R = 2,5 кг/см².
Для стен по осям "1"и "3" потребуется:
13300 кг/1750 кг = 7,6 шт. или, округлив ~ 8 штук фундаментов.
Для стены по оси "2":
14700 кг/1750 кг = 8,4 шт. или, округлив ~ 9 штук.
Для стен по осям "А" и "В":
5500 кг/1750 кг = 3,1 шт. или, округлив ~ 3 штуки.
Всего ~ 31 фундамент. Объём бетона - 31 х 0,02 м3 = 0,62 м³.
2) R = 1,5 кг/см².
По осям "1" и "3" ~ по 12 штук.
По оси "2" ~ 14 штук.
По осям "А" и "В" ~ по 6 штук.
Всего ~ 50 шт. Объём бетона ~ 1,0 м³.
3) R = 1,0 кг/см².
По осям "1"и "2" ~ по 19 штук.
По оси "2" ~ 21 штука.
По осям "А" и "В" ~ по 8 штук.
Всего - 75 штук. Объём бетона ~ 1,50 м³.
4) R = 0,6 кг/см².
По осям "1"и "3" ~ по 32 штуки.
По оси "2" ~ 35 штук.
По осям "А" и "В" ~ по 13 штук.
Всего - 125 штук. Объём бетона ~ 2,50 м³.

В первых двух примерах угловые столбчатые фундаменты следует установить на пересечении осей, а вдоль осей - с равным шагом (на равном расстоянии друг от друга). Под цоколь дома по оголовкам фундаментов отливают в опалубке армированные бетонные рандбалки.
В третьем примере на пересечении осей следует установить по три столбчатых фундамента. Так же по три столбчатых фундамента следует группировать и вдоль осей "1", "2" и "3". Как говорят строители, установить "кусты" из трёх столбчатых фундаментов (рис. 3).

Рис 3. "Куст" из трех столбчатых бетонных фундаментов.

На каждом таком "кусте" в дальнейшем надо сделать общий железобетонный оголовок-ростверк с последующим устройством на оголовках-ростверках и на оголовках столбчатых фундаментов, установленных по осям "А" и "В" железобетонных рандбалок.
В четвёртом примере на пересечениях осей и вдоль осей"1", "2" и "3" делать "кусты" придётся уже из четырех столбчатых фундаментов с последующим устройством на них оголовков-ростверков. По этим ростверкам, а также по оголовкам столбчатых фундаментов вдоль осей "А и "В" затем надо будет уложить железобетонные рандбалки под цоколь домика.

А теперь сравним объёмы работ при строительстве столбчатых и ленточного фундамента для одного и того же дома.

Возьмём обычный ленточный фундамент с глубиной траншеи 1,5 м шириной 0,4 м. Для экономии бетона траншею на 0,5 м засыпают песком, выше идёт 1,0 м бетона. Таким образом, для устройства ленточного фундамента необходимо разработать вручную 18 м³ грунта, который весь подлежит вывозу, уложить 6 м³ песка и 12 м3 бетона.
Из четырёх рассчитанных вариантов столбчатых фундаментов, для сравнения возьмём третий.
Разработка грунта буром - 7,5 м³ с вывозом 1,5 м³ или в 12 раз меньше (остальной грунт идёт на обратную засыпку), потребность бетона - 1,50 м³ или в 8 раз меньше. Песок - 1 м³ (нужен под рандбалки) или в 6 раз меньше.
Превратите сами, уважаемые читатели, эти "меньше" в денежные и трудовые затраты и вы поймёте разницу. Только, пожалуйста, не бейте тех, кто будет советовать вам делать ленточный фундамент, а не столбчатый.
ВАЖНО!!! В заключение этого раздела о самом главном. Для определения несущей способности грунтов под основаниями фундаментов нужно обязательно провести инженерно-геологические изыскания. Только не пугайтесь таких мудрёных слов. Для садовых, дачных и усадебных лёгких строений инженерно-геологические изыскания означают необходимость выкопать на месте дома или, если это невозможно, то в непосредственной близости от него так называемый разведочный шурф (рис. 4).

Рис 4. Схема разработки шурфа для определения несущей способности грунтов под основаниями фундаментов.

Этот шурф нужен для того, чтобы узнать какой грунт в его естественном виде будет располагаться под основаниями фундаментов, а определив его вид, по таблицам 1 и 2 выбрать расчётное сопротивление. Для лёгких садовых, дачных и усадебных построек точность такого определения будет вполне достаточной. Для большей уверенности возьмите с запасом процентов 10-15.

И ещё. Я бы не советовал проводить инженерно-геологические изыскания при помощи бура. Бур достаёт образец грунта разрыхлённым, и только очень опытный специалист сможет по такому образцу определить его расчётное сопротивление, да и то с погрешностью.
Успехов вам!

© Максимыч, журнал "Дом" №8/2010 г.