Расчет нагрузки на свайный фундамент

• Масса стен постройки
• Масса кровельных материалов
• Измерение массы перекрытий
• Пример здания и предварительные расчеты
• Последние расчеты

Каждая постройка, независимо от того, кто ее строит, для чего и в какой части света, нуждается в тщательном планировании. При этом многие недочеты можно изменять по ходу исполнения той или иной части работы, но есть один элемент, который нужно тщательнейшим образом распланировать – это фундамент.

Считается, что расчет свайного фундамента произвести гораздо сложнее.

Существует множество вариантов фундаментов, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности, но среди всех выделяется свайный, т.к. он не только с технической стороны сложнее других, но и расчет его произвести гораздо сложнее. Причиной тому служит то, что в поддерживающей системе идет не одна свая, а целая группа, которая зависит от метража. При большой массе приходится либо увеличивать количество, либо дорабатывать. Что у свайных фундаментов хорошо, так это базовая возможность расширять опорную часть сваи, благодаря чему увеличивается площадь соприкосновения с грунтом, а вместе с этим и уменьшается необходимость в дополнительном усилении.

Масса стен постройки

Расчет осадки свайного фундамента.

Если на сваях возводится дом, тогда это будет либо каркасный домик, либо из почти необработанного дерева (брус, кругляк), но в случаях более мелких построек допустимо использование любых стройматериалов.

Каркасный деревянный дом – масса стен составляет 40 кгм?. Такие дома очень легкие и возводятся в теплом или умеренном климате. При других обстоятельствах его зимой не получится протопить печкой. Этот материал самый легкий среди остальных, к тому же скорость его монтажа выше, чем у ближайшего конкурента в 4-5 раз.

Кругляк/брус имеет массу 90 кгм?, но при этом пользуется гораздо большим спросом. Данные материалы использовались всю историю человечества, поэтому никто и не пробует истокам и проследить этапы развития. Деревянные стены являются идеальными теплоизоляторами, которые не подводят даже в самые морозные зимы и самое знойное лето. Единственное, чего они боятся, – это открытого огня.

Из-за массы кирпича 220 кгм? его используют достаточно редко. Здания такого плана на свайный фундамент устанавливаются исключительно в тех случаях, когда в этом есть серьезная необходимость. Обычно такие дома не превышают 1 этажа с мансардой, иначе нагрузка серьезно увеличится и даже расширенных свай может оказаться недостаточно.

Все показатели массы для стен указаны не в абсолютных числах, а для толщины в 15 см, т.к. именно такую толщину имеют простенки. Наружная стена всегда в несколько раз толще, поэтому нужно имеющиеся данные приводить к конечному результату, чтобы вести точные подсчеты.

Масса кровельных материалов

Виды ростверков свайных фундаментов.

Кровля имеет свой особенный расчет по сравнению с другими элементами:

• площадь кровли превосходит площадь дома на 0,5 м в каждую сторону (если брать абсолютные величины, то нужно увеличить длину и ширину на 1 м);
• к кровле прибавляется масса осадков, воздействующих на нее, т.к. выводить их в отдельную графу не имеет смысла.

Обычно все рекомендации для домов на сваях идут против тяжелых материалов, да и необходимости особой в них нет. Поэтому рассмотрены будут только 4 возможных: синтетическая кровля, шифер, металл, натуральная кровля.

Синтетическая кровля может иметь различную массу, при этом минимальные показатели у битумной черепицы (8 кг/м?) являются абсолютно минимальными среди всех, а за среднее число считается 25 кгм?. Такая кровля не обладает высокими показателями долговечности (менее 50 лет), но дизайнерские особенности помогают сохранять популярность. Единственное, что мешает данному виду кровли занять одно из лидирующих мест, – это высокая цена.

Шифер – самый известный кровельный материал во всем постсоветском пространстве. В период массового строительства нужны были дешевые и надежные строительные материалы, среди которых хорошо выделялся именно шифер. Обладая достаточно высокой массой (50 кгм?), шифер легко стелется, не нуждается в особых мерах предосторожности, а найти его можно даже в самом маленьком городке на отшибе цивилизации. Поэтому тут отсутствующие дизайнерские особенности и высокая масса уступили главенство выносливости, цене и долговечности.

Металлические крыши имеют очень большое количество вариаций, в которые входит металлопрофиль, металлочерепица, фальцевая кровля и много других вариаций. При расчетах используются показатели 30 кгм?, но бывают и более легкие варианты. Металлическая кровля рассчитана минимум на 50 лет, но не более 80 (медная фальцевая кровля – исключение, которое продержится и 300 лет). Серьезными плюсами, которые заставляют людей выбрать именно этот вариант, служат невысокая цена, простота в монтаже, долговечность и возможность выбора цветовой гаммы. Единственный минус кровли – полное отсутствие звукоизоляции. Во время сильного дождя кровля даже может начать усиливать звук (при ошибках в монтаже).

Натуральные кровельные материалы – это скорее дань традициям и желание выделить постройку среди всех других. Чаще всего в настоящее время такой вид кровли используется в стилизованных кафе и дорогих ресторанах, где клиент переносится в атмосферу, которую создали для него квалифицированные мастера. Крыша достаточно легкая – 15 кгм?. Но при этом говорить о долговечности не стоит, т.к. заменяется она раз в несколько лет, что при ее цене не имеет никакого значения. Цена же у такой кровли почти равна нулю, т.к. нарезать камыш можно бесплатно, а приобретение соломы обойдется в считанные копейки.

Масса воздействующих осадков используется не среднегодовая, а максимальная в снежную пору, но при этом все расчеты принимаются за абсолютные величины: юг 50 кгм?, центральная полоса 100 кгм?, север 170 кгм?, крайний север 230 кгм?.

Измерение массы перекрытий

Виды свайного фундамента.

Перекрытия для легких домов используются 3-х видов: деревянные с легким утеплителем, плиты пустотные и монолиты.

Монолитные перекрытия используются исключительно в качестве цоколя, т.к. масса в 500 кгм? будет придавать чересчур серьезную нагрузку на свайный фундамент. Удобство такого перекрытия в том, что после заливки через него не проходят абсолютно никакие воздействия – температуры, звук и влажность. А его прочностные показатели позволяют забыть про ремонт более чем на век.

Пустотные плиты используются только в качестве межэтажных вариантов в связи с тем, что экстремальные условия цоколя они не выдержат. Их масса в 300 кгм? дает повод задуматься, но срок службы более 50 лет обычно перевешивает. Такой вариант считается золотой серединой между монолитами и деревом, т.к. обладает достаточно большой долговечностью и прочностными показателями, но при этом имеет высокую массу.

Деревянные перекрытия с легким утеплителем – данный вид перекрытий имеет различную массу в зависимости от места установки: для цоколя такая масса равняется 130 кгм?, тогда как между этажами можно немного ослабить конструкцию до 80 кгм?. Данный вид перекрытия самый экологичный среди всех собратьев, но при этом самый недолговечный. Влага со временем разрушает дерево, поэтому уже лет через 30 придется заменять часть их, но их цена вполне может позволить такое мероприятие.

Пример здания и предварительные расчеты

Схема внецентренно нагруженного свайного фундамента с трапециевидной эпюрой давления под ростверком.

Теперь можно попробовать рассчитать здание со всеми вытекающими последствиями. К примеру, деревянный одноэтажный дом имеет внешний периметр 10*15 м с длиной внутренних простенков 12 м. Оба перекрытия изготовлены из дерева с легким утеплителем, а кровля из натуральных материалов. Установлен дом в центральной полосе.

Первым делом нужно рассчитать площадь внешних и внутренних стен, но нельзя забывать, что внешние стены в 3 раза толще простенков. Т.е. Sсум=S1+S2, где S1 – это площадь внешних стен, а S2 – внутренних.

• S1=P*3*h, где P – периметр, h – высота стен. S1=((10+15)*2)*3*2.7=405 м2 (данные указаны относительно первичных показателей массы к площади);
• S2=l*h, где l – длина стен. S2=12*2.7=32.4 м2;
• Sсум=32.4+405=337.4 м2.

После этого нужно найти общую длину опоры (для свайного основания площадь искать не нужно) L=l+P=12+50=62 м.

Имея данные по площади всех стен, можно вычислить их массу m=S*90=337.4*90=30366 кг.

Перекрытия вычисляются по аналогичным формулам, только уже придется использовать горизонтальную проекцию:

m=S1*m1+S2*m2=10*15*80+10*15*130=12000+19500=31500 кг

Подсчитать кровлю окажется не намного сложнее:

• m1=(a+1)*(b+1)*15=11*16*15=2640 – масса кровельных материалов;
• m2=(a+1)*(b+1)*100=11*16*100=17600 кг – масса осадков;
• M=m1+m2=17600+2640=20240 кг – суммарная масса.

Имея все данные, можно подсчитать суммарную массу дома Mсум=Mстен+Mпер+Mкров=30366+31500+20240=82106 кг.

Последние расчеты

Масса бетона для сваи постоянная – 2400 кгм?, а сопротивление возьмем по отношению к сухой глине 25000 кгм?.

Высота сваи обычно 2 м и диаметр 0,4 м. Т.е. ее площадь соприкосновения с грунтом составит 3,14*0,04=0,1256 м?, а ее объем 0,2512 м?.

Mкол=0,2512*2400=602,88 кг.

Количество колонн исходит из расчета 1 шт. на 1 м длины стен, т.е. 62 колонны.

Масса всех колонн – 62*602,88=37378,56

Масса постройки с колоннами – 37378,56+82106=119484,56.

Суммарная площадь всех колонн – 62*0,2512=15,5744 м?, что позволяет им нести массу 389360 кг.

Отсюда можно сделать вывод, что нагрузка на свайный фундамент получается меньшая, чем можно себе позволить, и расчет верный. Если бы нагрузка была равна или превосходила, тогда необходимо было бы увеличить частоту колонн, а вместе с этим расширить горизонтальную площадь соприкосновения с грунтом. Такое конструктивное решение позволит с минимальными дополнительными затратами решить возникшую незадачу.