Расчет фундамента на опрокидывание

Расчет фундамента на опрокидывание

Вывод: устойчивость конструкции обеспечена

Расчет рекламной конструкции с помощью программного комплекса APM WinMachine

Расчет верхнего строения (поперечных балок и оголовка) выполнен с помощью сис­темы автоматизированного расчета APM WinMachine модуля APM Structure3D, пред­назначенного для расчета напряженно-деформированного состояния стержневых, пла­стинчатых, оболочечных и твердотельных конструкций, а также их комбинаций.
В зависимости от ветрового района установки и высоты конструкции существу­ют два варианта исполнения поперечных балок (гнутый швеллер 236х70 и швеллер с усилением из того же сечения, длиной 2м) и оголовка (труба 160х160х8(С245) и 160х160х8(С345)) (см. табл 1) Проверка элементов ведется для каждого из вариантов исполнения, при этом рассматривается случай, при котором сумма изгибающих мо-ментов для элемента заданного сечения является наибольшей
Проверка прочности поперечных балок, выполненных из гнутого швеллера 236х70 без усиления
Расчетная схема (согласно табл.1 и табл.2) принимается для IV-го ветрового рай­она, высота стойки 4м, при этом нагрузка на поперечные балки (соотв . на верхнюю, среднюю и нижнюю) составит:

Проверка прочности сечения оголовка выполненного из трубы 160х160х8 (С245) Расчетная схема (согласно табл.1 и табл.2) принимается для IV-го ветрового рай­она, высота стойки 4.5м, при этом нагрузка на поперечные балки составит:

Погонная нагрузка на балки составляет:

Проверка прочности сечения оголовка, выполненного из трубы 160х160х8 (С345) и поперечных балок из гнутого швеллера с усилением
Расчетная схема (согласно табл.1 и табл.2) принимается для V-го ветрового рай­она, высота стойки 45м, при этом нагрузка на поперечные балки составит:

Погонная нагрузка на балки составляет:

Проверка прочности сечения оголовка, выполненного из трубы 160х160х8 (С345) и поперечных балок из гнутого швеллера с усилением
Расчетная схема (согласно табл.1 и табл.2) принимается для V-го ветрового рай­она, высота стойки 45м, при этом нагрузка на поперечные балки составит:

Погонная нагрузка на балки составляет:

Результаты расчета приведены в приложении к расчету (соотв. Приложению 2, 3)
Вывод: представленный расчет показал, что несущие элементы конструкции удов­летворяют требованиям прочности, максимальные эквивалентные напряжения не пре­вышают допустимых .

Расчет болтового соединения оголовка (рекламного поля) конструкции

Проверка сечения болтов М24 (Кл 8.8):

— усилие в одном болте от действия момента относительно оси Х-Х

усилие в одном болте от действия момента относительно оси Y-Y:

Итого на самый загруженный болт приходится
P = px+py=6197 + 1755 = 7952кг
Несущая способность болта М24 составит:
Nb = Rbt ×Ab = 4000×3.52 = 14080кг, где
Rbt — расчетное сопротивление болтов растяжению (Кл 8.8)
Abn — площадь сечения болта нетто
Итого: P = 7952 Список используемой литературы

1. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»
2. СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»
3. Уманский А . А . «Справочник проектировщика», Москва 1960г. 4. Работнов Ю. Н . «Сопротивление материалов»
5. СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»
6. СНиП 2.0311-85 «Защита строительных конструкций от коррозий»

* В качестве примера показано выполнение расчетов рекламной конструкции одним из ведущих операторов наружной рекламы, действующих на территории России.
** Используемые при расчетах рекламных конструкций СНиПы

Москва 2008г.

1 часть. Ветровая нагрузка

Какой расчет необходим для основания дома?

Исходя из прямого назначения, которое состоит в равномерной передаче нагрузки сооружения на грунт, необходимо выполнить расчет ширины его опорной части и ее прочность.

Для этого необходимо определить вес сооружения, включая и собственный вес основания.

В расчет на прочность фундамента должны войти и снеговые нагрузки, передающиеся на него от кровли в зимнее время, и вес всего, что будет смонтировано и внесено внутрь помещения (отопительная система, водоснабжение, канализация, мебель и т. п.).

Ветровые нагрузки на невысокое здание в расчет фундамента на прочность не включают. Эти нагрузки учитывают, когда выполняют расчет на прочность такого элемента кровли, как мауэрлат, с помощью которого через стены они передаются на основание дома.

На рис. 1 показаны варианты возможных поворотов и смещений фундамента: а) осадка с поворотом, б) осадка с поворотом и смещением, в) сдвиг по подошве.

Рис. 2. Неправильный расчет прочности фундамента может привести к опрокидыванию всего сооружения.

На мелкозаглубленное основание в зимний период действуют выталкивающие силы, возникающие в результате пучения грунта. Неравномерное распределение этих сил и может привести к потере устойчивости фундамента, показанное на изображении, особенно в том случае, если по каким-либо причинам на основание не было возведено строение. Чтобы в этом случае исключить потерю устойчивости, грунт необходимо защитить от промерзания.

Если произошла потеря устойчивости, когда строительство дома было закончено, следует искать ошибки при расчете требуемой прочности. Но это все же не должно было привести к опрокидыванию всего сооружения, как это показано на рис. 2. Изображен небольшой дом, опрокидывание которого произошло не потому, что не был выполнен соответствующий расчет фундамента. При определении размеров основания и его заглубления, не были учтены физические свойства грунта (на изображении видно, что это песчаный грунт).

Расчет на опрокидывание и продавливание фундамента

При обустройстве ленточного фундамента в обязательном порядке необходимо провести расчет на опрокидывание. Угроза его появления существует при возведении малогабаритного, легкого дома. Опрокидывание также возможно при обустройстве фундамента мелкого заложения.

Чтобы рассчитать нагрузку на фундамент со стороны стихии на опрокидывание, необходимо использовать формулу: Mu≤(ус/уn)Мz, в которой:

  • Mu – опрокидывание сил по отношению к оси опрокидывания основания мелкого заложения, который проходит по крайним точкам опирания;
  • Mz – момент сдерживающих сил относительно указанной оси;
  • Yc – коэффициент условий работы (для скальных грунтов – 0.9, для нескальных грунтов – 0.8);
  • Yn – коэффициент надежности (1.1 – на стадии эксплуатации, 1.0 – на стадии строительства).

Расчет на продавливание используется для выявления безопасности монолитной конструкции. Он выполняется при наличии сосредоточенной силы (колоны, сваи и т.д.).

Если продавливание слишком высокое, это может привести к разрушению материалов плоть до арматурного пояса. В этом случае необходимо компенсировать продавливание наращиванием толщины монолитного перекрытия.

Продавливание рассчитывается по формуле: F≤αRbtumho, в которой:

  • F – указывает на продавливание;
  • Α – коэффициент, исчисляемый для разных типов бетона: тяжелого – 1, мелкозернистого – 0.85, легкого – 0.8;
  • Um – среднеарифметическое значение периметров оснований пирамиды, которая возникает, когда на плиту действует продавливание в пределах рабочей высоты сечения.

Продавливание исчисляется, при наличии опирания монолитной конструкции на колону, стойку, сваю, при обустройстве плитного и опорно-столбчатого фундамента.

На продавливание нужно проверять только плитные конструкции. Ростверки в свайных фундаментах проверять на продавливание не нужно.

Расчет ленточного фундамента

Ленточный фундамент используется при возведении построек с большой массой стен и бетонными перекрытиями. Он эффективен на пластичных грунтах с высокой угрозой проседания. Применяться ленточный фундамент может на участках с высоким залеганием грунтовых вод.

Выбрав ленточный фундамент в качестве основания, нужно рассчитать кубатуру фундамента, его пропорции, глубину и ширину. Это основные показатели несущей способности железобетонной ленты.

Устройство ленточного фундамента

Читайте также  Горелка для биокамина

Для определения глубины заложения фундамента под тяжелые, двух этажные здания, нужно прибавить 30-60 см и толщину промерзания почвы зимой. Заборы и легкие дома из дерева или газобетона могут обойтись основанием с глубиной мелкого заложения, не более 50 см. Ширина ленты стандартная и, как правило, она составляет 40 см.

Чтобы правильно сделать расчет фундамента ленточного типа, его пропорции, необходимо определить площадь его основания, которая будет указывать на параметры несущей способности. С этой целью используется формула: S > k (n)*F/k©*R, где:

  • k (n) – коэффициент надежности площади;
  • F – суммарная нагрузка на грунтовый массив. Сюда входит общая, эксплуатационная и атмосферная нагрузка;
  • k© – коэффициент условий работы (для глины пластичной и сооружений жесткой конструкции равен 1, для крупного песка и не жестких конструкций равен 1.4);
  • R – расчетное сопротивление грунта (показатели несущей способности, которые есть в таблице СНиПа).

Чтобы правильно рассчитать, сколько необходимо бетона для заливки ленточного основания, необходимо воспользоваться формулой V = 2ab x (c+d), в которой

  • а – ширина ленты;
  • b – высота;
  • с – длина стены по внешней стороне фундамента;
  • d – длина по внутренней плоскости.

Соотношение количества цемента, песка и воды для приготовления бетона для ленточного основания зависит от марки бетона. Например, чтобы получить нужный объем бетона марки М250, нужно смешать цемент М400 с песком и щебнем в пропорции 1:2.1:3.9.

Из десяти литров цемента должен получиться объем 43 литра бетона М250 для ленточного фундамента. Чем гуще пропорция бетона, чем выше показатели его несущей способности.

Расчет плитного фундамента

Перед тем, как рассчитать фундамент плитного типа, необходимо правильно определить толщину плиты и глубину ее заложения.

Это универсальный вариант основания, который эффективен на неустойчивых, сильно пучинистых грунтах.

Подходит для дома из газобетона и тяжелых материалов, так как обладает повышенной несущей возможностью.

Для легких одноэтажных зданий из газобетона подойдет плита минимальной толщины 100 мм. В загородном частном строительстве используется плита для заливки в 200-250 мм. Толщина 250 мм удобна для армирования и заливки бетона.

Плита может быть мелкого или глубокого заложения. Наибольшее распространение получила плита мелкого заложения на 40-50 см. Фундамент глубокого заложения применяется для обустройства подвалов под домом из газобетона. Плита, в таком случае, ложиться на почву ниже уровня ее промерзания.

Объем бетона под плитный фундамент дома из газобетона или другого материала рассчитывается по формуле: V = xcb, в которой:

  • x ― длина одной стороны;
  • c ― другой;
  • b ― высота.

Для плитного основания лучше использовать бетон не ниже марки М300. Соотношение количества цемента с песком и щебнем должно составлять 1:1.9:3.7. При этом объем щебня с песком на 10 л цемента будет равен 32:17. А общий объем бетона из 10 л цемента получится 41 л.

Расчет свайного фундамента

Основой свайного фундамента являются столбчатые опоры. Чтобы определить их диаметр, необходимо выполнить расчет нагрузки на фундамент, то есть вес здания, как было упомянуто выше. Для дома из газобетона, бруса или каркаса оптимально подойдут сваи диаметром 108 мм.

Длина сваи определяется по глубине залегания твердых пород грунта. Если дом строится на глине или песке, достаточно 2.5 м длины.

Если под плодородным слоем почвы расположились рыхлые грунты, нужно сверлить скважину до достижения более плотной почвы. В случае неровности участка, к каждой длине сваи необходимо прибавить еще по 0.5 м.

Количество опор определяется весом дома из газобетона, кирпича или бруса. Чтобы определить, сколько их потребуется, можно воспользоваться упрощенной схемой определения расстояния между сваями, а затем просто поделить это число на длину стены:

  • для деревянный домов – 3 м;
  • для домов из газобетона – 2 м;
  • для заборов – 3.5 м.

Свайные столбы соединяются между собой железобетонным ростверком. Рекомендуется применять ленты высотой 30 см и шириной – 40 см. Можно использовать готовые столбы или залить их самостоятельно.

Чтобы посчитать объем расхода раствора, необходимо воспользоваться формулой: V = (3,14 × d2 / 4) х h, в которой:

  • h ― высота опоры;
  • d ― её диаметр.

Для заливки столбчатого основания для стен из газобетона или других материалов используется бетон марки М 300 и М400. Согласно строительным нормам соотношение пропорции цемента с песком и щебнем для М 400 будет равным 1:1.2:2.7.

При этом соотношение пропорции щебня с песком на 10 л цемента в объемном составе будет отвечать 24:11 л. Полученное количество раствора на 10 л цемента составляет объем 31л.

Методы

Общие рекомендации по размерам и заглублению могут оказаться полезными, но гораздо правильнее будет ориентироваться на результаты расчетов профессионального уровня. Большое значение при их выполнении имеет методика послойного суммирования. Она позволяет уверенно оценивать осадку основания, покоящегося на природной подложке из песка или грунта. Важно: существуют отдельные ограничения для применимости такого метода, но разобраться в этом глубоко смогут только специалисты.

Необходимая формула включает:

  • безразмерный коэффициент;
  • среднестатистическое напряжение элементарного грунтового слоя под действием внешних нагрузок;
  • модуль повреждения почвенной массы при первичной загрузке;
  • он же при вторичной загрузке;
  • средневзвешенное напряжение элементарного грунтового слоя под собственной массой, извлеченной при подготовке котлована почвы.

Нижнюю линию сжимаемого массива определяют теперь по полному напряжению, а не по дополнительному воздействию, как это рекомендуют строительные нормы и правила. В ходе лабораторных испытаний свойств почвы рассматривается сейчас обязательно нагружение с паузой (временным освобождением). Сначала основание под фундаментом условно разбивается на слои идентичной толщины. Затем измеряют напряжение на стыках этих слоев (строго под серединой подошвы).

После этого можно установить напряжение, создаваемоесобственной массой почвы на внешних границах слоев. Следующим шагом становится определение низовой линии толщи, подвергающейся сжатию. И только после всего этого можно, наконец, рассчитать как следует осадку фундамента в целом.

Для расчета внецентренно нагруженного основания дома практикуется иная формула. Она исходит из того, что требуется усиливать внешнюю границу несущего блока. Ведь именно туда будет приложена основная часть нагрузки.

Компенсировать изменение вектора приложения силы можно за счет армирования, но оно должно проводиться в строгом соответствии с проектными условиями. Иногда армируют подошву или ставят колонну. Начало расчета подразумевает установление сил, которые действуют по периметру фундамента. Упростить вычисления помогает сведение всех сил к ограниченному набору результирующих показателей, по которым можно судить о характере и интенсивности прилагаемых нагрузок. Очень важно правильно вычислить точки, в которых будут прилагаться результирующие силы к плоскости подошвы.

Далее занимаются собственно вычислением характеристик фундамента. Начинают с определения той площади, которую он должен иметь. Алгоритм примерно одинаков с тем, который используется и для нагруженного по центру блока. Разумеется, получить точные и окончательные цифры можно только при сдвиге на необходимые величины. Профессионалы оперируют таким показателем, как эпюра грунтового давления.

Рекомендуется делать ее величину равной целому числу от 1 до 9. Такое требование связано с обеспечением надежности и устойчивости конструкции. Обязательно высчитывается пропорция наименьшей и наибольшей нагрузок по проекту. Во внимание следует принимать как особенности самой постройки, так и применение тяжелой техники в ходе строительства. Когда предусмотрено воздействие крана на нагруженную за пределами центра фундаментную конструкцию, не допускается, чтобы минимальное напряжение было меньше 25% от максимального значения. В тех случаях, когда строительство будет вестись без использования тяжеловесных машин, приемлемым уровнем является любое положительное число.

Читайте также  Инструмент для пайки медных проводов

Наивысшее допускаемое сопротивление грунтовой массы должно на 20% превосходить самый значительный уровень воздействия, возникающего снизу от подошвы. Рекомендуется просчитывать армирование не только наиболее нагружаемых участков, но и прилегающих к ним конструкций. Дело в том, что прилагаемая сила может смещаться по вектору вследствие износа, реконструкции, капитального ремонта или иных неблагоприятных факторов. Очень важно учесть все те явления и процессы, которые способны оказать вредное действие на фундамент и ухудшить его характеристики. Консультация со стороны профессиональных строителей поэтому отнюдь не будет лишней.

Результат

Наконец, остается определить опорную площадь для вашего дома. Делается это просто – умножается длина стен фундамента на их ширину. В нашем случае выходит – 15,5 тысячи квадратных сантиметров.

Складываем массу всех конструкций:

  • стены – 25,1 тонны;
  • перекрытия – 8;
  • кровля – 2,88;
  • фундамент – 74,4.

Получается, что весь особняк у нас весит – 110,38 тонны. Этот результат нужно разделить на вышеупомянутую опорную площадь – 15500 см 2 . У нас выйдет, что на один квадратный сантиметр давит 7,12 килограмма.

Остается только свериться с нормами сопротивления грунтов:

  • крупный песок – от 3,5 до 4,5 килограммов на см 2 ;
  • средний песок – 2,5-3,5;
  • мелкий – 2,5-3;
  • глина твердая – 3-6;
  • пластичная – 1-3;
  • каменистые грунты, галька или щебень – 5-6.

Как видно, особняк вышел слишком тяжелый. В этом случае увеличиваем площадь фундамента за счет толщины стен.

Требования к применению столбчатых оснований

Низкая стоимость конструкции с опорой на вертикальные столбы делает ее весьма привлекательной для частных застройщиков. Однако этот тип фундаментов имеет ряд ограничений по применению.

К неблагоприятным условиям для применения столбчатых оснований относят:

  • вероятность горизонтальной подвижности грунтов и боковые внешние нагрузки;
  • склонную к просадке или пучинистости почву;
  • высокий уровень грунтовых вод, которые не должны подходить к подошве ближе 500 мм;
  • глубина промерзания грунта более 1,5 м;
  • перепады высот на участке застройки больше 2-х метров;

Уменьшенная несущая способность позволяет использовать его только для каркасных домов, строительства легких жилых зданий из щитовых и деревянных материалов, а так же небольших бань, веранд, пристроек, хозяйственных сооружений и под каркасный гараж.

Удельный вес стенового материала для одноэтажных зданий не должен превышать 1000 кг/м 3 , а толщина стен — менее 400 мм. Применение тяжелых железобетонных перекрытий, балок и перемычек не допускается.

Для таких помещений как веранды, пристройки и флигеля, рекомендуется делать собственный фундамент. Вес их конструкций намного меньше самого жилого дома. Поэтому можно использовать более простую и дешевую конструкцию. Кроме того, такое отделение может значительно уменьшить общую площадь дома и приведет к другим расчетным результатам.

Предварительный расчет нагрузки фундамента на грунт

Нагрузку фундамента на грунт расчитывают как произведение объема фундамента на удельную плотность материала, из которого он выполнен, разделенное на 1 м 2 площади его основания. Объем можно найти как произведение глубины заложения на толщину фундамента. Толщину фундамента принимают при предварительном расчете равной толщине стен.

Таблица 6 – Удельная плотность материалов фундамента

  1. Площадь фундамента – 14,4 м 2 , глубина заложения – 1,4 м. Объем фундамента равен 14,4·1,4=20,2 м 3 .
  2. Масса фундамента из мелкозернистого бетона равна: 20,2·1800=36360 кг.
  3. Нагрузка на грунт: 36360/14,4=2525 кг/м 2 .

Как рассчитать?

Столбчатая конструкция определяется сложением площадей сечений всех колонн.

Выражение представляет собой зависимость веса постройки от установленного значения сопротивления почвы: S = 1.4 x P/Ro, где:

  • 1.4 — это коэффициент резерва устойчивости;
  • P — вес постройки;
  • Ro — сопротивление почвы.

Чтобы произвести расчет, следует спроектировать расположение основных колонн и определить минимально необходимое количество. В результате можно вычислить размер сечения каждого участка под столб, разделив общую площадь поверхности на количество колонн.

Если в итоге значение составило до 40 см, оно остаётся неизменным. В случае необходимости сечения колонн 60 см и более, их число увеличивают по схеме. При этом промежутки между столбами нужно рассчитать с учётом равномерного распределения нагрузки на фундамент.

Если толщина составляет 40 см, допустимая площадь опорной конструкции должна быть больше сечения колонны в 1.5 раза. Основание опоры выполняется из железобетона в опалубке.

При этом обязательно оснастить его арматурой в 2 ряда и обеспечить слой щебня толщиной 10 см и более. Основание опоры должно размещаться в плоскости ниже отметки промерзания почвы на 40 см.

Общая смета

Подводя итог, чтобы вся изложенная теория стала чуточку понятнее, приведём пример расчёта основания для одноэтажного дома.

Здание габаритами 6х10 м, с внутренней шестиметровой стеной. При этом высота первого этажа – 3 м, а высота чердака – 2 м.

  • Фундамент ленточный, из железобетона, глубиной 1,5 м, шириной – 0,5 м. Кровля двускатная из шифера.
  • Площадь поверхности стен = (6+10+6+10+6)*3 + (1/2*6*2)*2 = 126 кв.м.
  • Площадь поверхности перекрытия = 6*10 = 60 кв.м.
  • Площадь поверхности кровли = 4*10*2 = 80 кв.м.
  • Нагрузка на фундамент = 126*270 + 60*300 + 60*200 + 80*50 = 68020 кг.
  • Площадь основания фундамента = Площадь по внешним границам – Площадь по внутренним границам + Площадь внутренней стены =
    = 6*10 – (6-2*0,5)*(10-2*0,5) + 0,5*(6-2*0,5) = 17,5 кв.м.
  • Объём фундамента = 17,5*1,5 = 37,5 кв.м.
  • Вес фундамента = 37,5*2500 = 93750 кг.
  • Нагрузка на 1 кв.см. грунта = (93750+68020)/(17,5*10000) = 0,9244 кг/кв.см.
    Такая нагрузка допустима для самых слабых грунтов – для насыщенных водой песков.
  • Объём бетона = Объём фундамента = 37,5 кв.м.
  • Арматура ребристая = (2*(6+10)+6)*3*2 = 228 м
  • Количество соединений арматуры = (2*(6+10)+6)/0,5 + 1 = 77
  • Арматура гладкая на 1 соединение = (0,5-2*0,05) + (1,5-2*0,05)*3 = 4,6 м
  • Арматура гладкая всего = 4,6*77 = 354,2 м
  • Проволоки вязальной = 0,3*3*4*77 = 277,2 м
  • Как вы видите, расчёт фундаментов – не настолько сложная наука, чтобы отказываться от стройки своими силами, и данный пример расчёта фундамента приведён здесь как главное доказательство.

    Разбираемся с методами крепления ламината на стену. О нюансах установки можете узнатьздесь.

    О выборе и укладке теплого электрического пола для дома читайте в нашей статье.

    • Следующая запись Водонепроницаемая битумная мастика для гидроизоляции фундамента: виды, преимущества, технология нанесения

    Наверно, чтобы все так точно рассчитать, надо академию строительную закончить))) А мы на даче, когда дом строили, сперва прикинули, сколько будут стоить работы по фундаменту. Конечно, без главных параметров, как здесь и написано, не обошлись. Посчитали все, потом и у прораба проконсультировались. Наши и его расчеты совпали: как правило, бюджет на строительство любого фундамента (свайный, наверное, дороже обойдется) составляет до 35% от бюджета всей стройки.