Плитный фундамент: что нужно знать для проведения верных расчетов?

Строительные работы в большинстве случаев влекут за собой массу

проблем и вопросов, которые вряд ли когда-либо возникают в повседневной жизни. Недостаток информации в этом деле может привести к весьма плачевным последствиям, к примеру, к совершению непоправимых ошибок.

Конечно, большинство промахов, пускай и с трудом, но можно исправить, и все же, столкновение с ними – не самая приятная процедура. С чего начинается стройка? Первым и, пожалуй, самым важным этапом строительных работ считается заливка фундамента. На сегодняшний день существуют десятки, а то и сотни разновидностей фундаментов.

Особой популярностью в современном «строительном мире» пользуется именно плитный фундамент.

Он отличается высокой устойчивостью, надежностью, и поэтому идеально подходит для применения на участках с подвижными грунтами и подверженностью последних к сильному вспучиванию.

Среди веских преимуществ данного типа фундамента также стоит отметить и то, что он позволяет значительно сократить финансовые расходы за счет отсутствия работ по обустройству стяжки чернового пола.

 

А вы знаете? Плитный фундамент представляет собой специфичный вариант заливки незаглубленного фундамента. Основанием такого типа фундамента является, как правило, монолитная плита из железобетона.

Предупрежден – значит вооружен. Прежде чем приступить к работе непосредственно над возложением фундаментной плиты, следует уделить внимание расчету фундамента данного типа.

Эта процедура поможет не только заранее определить примерную стоимость строительных работ, но и установить количество необходимых строительных материалов.

Плитный фундамент: технология и особенности возложения

Существует два подвида плитного фундамента, каждый из которых обладает определенными характеристиками и преимуществами.

В зависимости от особенностей конструкции различают монолитный плитный фундамент и плитный фундамент, состоящий из определенного количества отдельных плит.

Более распространенным является именно монолитный фундамент Ростов-на-Дону. Причиной этому служат его высокие эксплуатационные свойства, такие как износостойкость, надежность, устойчивость и прочность.

Процесс возложения плитного монолитного фундамента условно можно разделить на такие этапы:

• Подготовка рабочей поверхности: утрамбовка/выравнивание грунта, настил песчано-щебневой подушки, установка рулонной гидроизоляции, укладка утеплителя;
• Установка каркаса: сооружение арматурно-проволочного каркаса, установка опалубки;
• Заливка фундамента: подготовка бетонного раствора, его заливка.

Расчет плитного фундамента: правила и рекомендации

Расчет плитного фундамента – процесс довольно серьезный и ответственный. Чтобы избежать каких-либо ошибок и неточностей в расчетах, необходимо следовать рекомендациям, разработанным квалифицированными специалистами.

• Толщина плитного фундамента варьируется в зависимости от весовой нагрузки на плиту. Чем больше вес строения – тем, соответственно, толще должна быть фундаментная плита.
• Количество материалов, необходимых для настила песчано-щебневой подушки можно рассчитать, умножив предполагаемую толщину подушки на ее площадь.
• Необходимое количество рулонной теплоизоляции полностью соответствует площади монолитной плиты.
• Для расчета количества гидроизоляции необходимо учесть не только площадь фундаментной плиты, но и ширину бокового нахлеста.
• Нужное количество бетонного раствора вычисляется путем умножения предполагаемой высоты фундамента на его площадь с обязательным учетом усадки бетонного раствора.
• Количество материалов, необходимых для укладки арматурных поясов напрямую зависит от габаритов ячейки.
• Количество проволоки, нужной для сооружения каркаса рассчитывается путем подсчета арматурных соединений. Количество проволочных отрезков должно соответствовать количеству пересечений арматуры.
• Размеры щитов опалубки напрямую зависят от периметра фундаментной плиты.

Преимущества фундаментной плиты

К достоинствам конструкции можно отнести:

• строительство на грунтах с плохими характеристиками;
• возможность возведения крупных объектов;
• возможность самостоятельной заливки;
• высокая несущая способность;
• предотвращение локальных деформаций;
• устойчивость к воздействию сил морозного пучения.

К слабым сторонам такого типа фундаментов относят:

• нецелесообразность использования на участках с уклоном;
• большой расход бетона и арматуры;
• по сравнению с готовыми элементами фундамента, устройство монолитной плиты требует дополнительного времени на набор прочности бетоном;
• сложный расчет.

Изучение характеристик грунта

Перед тем как приступить к расчету любого типа фундамента определяют характеристики основания под него. К основным и наиболее важным моментам относят:

• водонасыщенность;
• несущую способность.

При строительстве крупных объектов перед началом разработки проектной документации выполняют полноценные геологические изыскания, которые включают в себя:

• бурение скважин;
• лабораторные исследования;
• разработку отчета о характеристиках основания.

В отчете предоставляются все значения, полученные в ходе первых двух этапов. Полный комплекс геологических изысканий стоит дорого. При проектировании частного дома в нем чаще всего нет необходимости. Изучение почвы выполняются двумя методами:

• шурфы;
• скважины.

Отрывку шурфов выполняют вручную. Для этого лопатой выкапывают яму, глубиной на 50 см ниже предполагаемой отметки подошвы фундамента. Почву изучают по срезу, определяют примерно тип несущего слоя и наличие в нем воды. Если грунт слишком насыщен водой, рекомендуется остановиться на свайных опорах под здание.

Второй вариант изучения характеристик основания под дом выполняют ручным буром. Анализ проводят по кускам почвы на лопастях.

Важно! При проведении мероприятий необходимо выбирать несколько точек для изучения. Они должны располагаться под пятном застройки. Это позволит наиболее тщательно изучить тип почвы.

Определившись с основанием, для него выясняют оптимальное удельное давление на грунт. Величина потребуется в дальнейшем расчете, пример которого представлен далее. Значение принимают по таблице.

Тип исследуемого грунта	Оптимальное удельное давление на грунт, кг/см2
Песок пылеватый и мелкий	0,35
Песок средней крупности	0,25
Супесь*	0,50
Суглинок	0,35
Пластичная глина	0,25
Твердая глина*	0,50

*При данном типе грунта основания более экономичным может оказаться ленточный вариант, поэтому нужно рассчитать смету на два типа фундамента и выбрать тот, который будет стоить дешевле.

Расчет толщины плиты

Расчет выполняется по СП «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» и по руководству «Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа» в два этапа:

• сбор нагрузок;
• расчет по несущей способности.

Сбор нагрузок включает в себя проведение работ по вычислению общей массы дома с учетом веса снегового покрова, мебели, оборудования и людей. Значения для домов из различных материалов можно взять из таблицы.

Тип нагрузки	Значение	Коэффициент надежности
Стены и перегородки
Кирпич 640 мм	1150 кг/м2	1,2
Кирпич 510 мм	920 кг/м2
Кирпич 380 мм с утеплением 150 мм	690 кг/м2
Брус 200 мм	160 кг/м2	1,1
Брус 150 мм	120 кг/м2
Каркасные 150 мм с утеплителем	50 кг/м2
Перегородки гипсокартонные 80 мм	30-35 кг/м2	1,2
Перегородки кирпичные 120 мм	220 кг/м2
Перекрытия
Железобетонные 220 мм с цементно-песчаной стяжкой 30 мм	625 кг/м2	1,2 — для сборных и 1,3 — для монолита
Деревянные по балкам	150 кг/м2	1,1
Крыша по деревянным стропилам
С металлическим покрытием	60 кг/м2	1,1
С керамическим покрытием	120 кг/м2
С битумным покрытием	70 кг/м2
Временные нагрузки
Полезная для жилых зданий	150 кг/м2	1,2
Снеговая	В зависимости от района строительства по п. 10.1 СП «Нагрузки и воздействия». Снеговой район определяется по СНиП «строительная климатология».	1,4

Важно! В таблице уже учитывается толщина конструкций. Для вычисления массы остается лишь умножить на площадь.

Кроме этого, каждую нагрузку необходимо умножить на коэффициент надежности. Он необходим для обеспечения запаса по несущей способности конструкции из бетона и предотвращения проблем при незначительных ошибках строителей или изменениях условий эксплуатации (например, смена назначения здания). Все коэффициенты принимаются по СП «Нагрузки и воздействия».

Для различных нагрузок, коэффициент отличается и находится в пределах 1,05-1,4. Точные значения также приведены в таблице. Для фундамента из бетона по монолитной технологии принимают коэффициент 1,3.

Важно! Если уклон кровли составляет более 60 градусов, снеговую нагрузку в расчете не учитывают, поскольку при такой крутизне ската, снег не скапливается на нем.

Общую площадь всех конструкций умножают на массу, приведенную в таблице и коэффициент, после чего, складывая, получают суммарный вес дома без учета фундаментов.

Основная формула для вычислений имеет следующий вид:

P1= M1/S,

где P1 -удельная нагрузка на грунт без учета фундамента, M1 — суммарная нагрузка от дома, полученная при сборе нагрузок, S — площадь плиты из бетона.

Далее необходимо рассчитать разницу (Δ) между полученным значением и числом, приведенным в таблице выше, в зависимости от типа грунта.

Δ=P-P1,

где P — табличное значение несущей способности грунта.

M2 = Δ*S,

где М2 — требуемая масса фундамента (больше этой массы строить фундамент нельзя), S — площадь плиты из бетона.

Следующая формула:

t = (М2/2500)/S,

где t — толщина заливки бетона, а 2500 кг/м³ — плотность одного кубического метра железобетонного фундамента.

Далее толщина округляется до ближайшей большей и меньшей величины кратной 5 см. После выполняется проверка, при которой разница между расчетным и оптимальным давлением на грунт не должна превышать 25% в любую сторону.

Совет! Если при расчете получается, что толщина слоя бетона превышает 350 мм, рекомендуется рассмотреть такие типы конструкции как ленточный фундамент, столбчатый или плита с ребрами жесткости.

Помимо толщины потребуется подобрать подходящий диаметр армирования, а также выполнить расчет количества арматуры для бетона.

Важно! Если в результате расчета у вас получится толщина плиты более 35 см, это указывает на то, что плитный фундамент избыточен в данных условиях, нужно посчитать ленточный и свайный фундаменты, возможно они окажутся дешевле. Если же толщина вышла меньше 15 см, значит здание слишком тяжелое для данного грунта и нужен точный расчет и геологические исследования.

Пример расчета

Пример предусматривает следующие исходные данные:

• одноэтажный дом с мансардой размерами в плане 8 м на 10 м;
• стены выполнены из силикатного кирпича толщиной 380 мм, общая площадь стен (4 наружных высотой 4,5 м) равняется 162 м²;
• площадь внутренних перегородок из гипсокартона равняется 100 м²;
• кровля металлическая (четырехскатная, уклон 30ᵒ), площадь равняется 8 м * 10 м/cosα (угол наклона кровли) = 8 м * 10 м/0,87 = 91 м² (также понадобится при вычислении снеговой нагрузки);
• тип грунта — суглинок, несущая способность = 0,32 кг/см² (получено при геологических изысканиях);
• снеговая нагрузка — 180 кг/м²;
• перекрытия деревянные, общей площадью 160 м² (также понадобится при вычислении полезной нагрузки).

Сбор нагрузок на фундамент выполняется в табличной форме:

Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка
Стены: 162 м2 * 690 кг/м2 = 111780 кг	1,1	122958 кг
Перегородки: 100 м2 * 30 кг/м2 = 3000 кг	1,2	3600 кг
Перекрытия: 160 м2 * 150 кг/м2 = 24000 кг	1,1	26400 кг
Крыша: 91 м2 * 60 кг/м2 = 5460 кг	1,1	6006 кг
Полезная нагрузка: 160 м2 * 150 кг/м2 = 24000 кг	1,2	28800 кг
Снеговая: 91 м2 * 180 кг/м2 = 16380 кг	1,4	22932 кг
	ИТОГО:	210696 кг

Площадь плиты под здание принимается с учетом того, что ширина плиты больше, чем ширина дома на 10 см. S = 810 см * 1010 см = 818100 см² = 81,81 м².

Удельная нагрузка на грунт от дома = 210696 кг/818100 см² = 0,26 кг/см².

Δ = 0,32 — 0,26 = 0,06 кг/см².

М = Δ*S = 0,06 кг/см² * 818100 см²= 49086 кг.

t = (49086 кг/2500 м³)/81,81 м² = 0,24 м = 24 см.

Толщину плиты можно принять 20 см или 25 см.

Выполняем проверку для 20 см:

1. 0,2 м * 81,81 м² =16,36 м³ — объем плиты;
2. 16,36 м³ * 2500 кг/м³ = 40905 кг — масса плиты;
3. 40905 + 210696 = 251601 кг — нагрузка от дома с фундаментом;
4. 251601 кг/ 818100 см² = 0,31 кг/см² — фактическое давление на грунт меньше оптимального не более чем на 25 %;
5. (0,32-0,31)*100%/0,32 = 3% < 25%(максимальная разница).

Проверять фундамент большей толщины уже нет смысла, поскольку требующий меньшего расхода бетона и арматуры размер удовлетворил требованиям. На этом пример расчета толщины завершен. Принимаем плиту толщиной 20 см. Следующим этапом станет расчет армирования и количества арматуры.

Арматура для плитной конструкции подбирается в зависимости от толщины. Если плита с толщиной бетона толщиной 150 см и менее, укладывают одну сетку армирования. Если толщина бетона составляет более 150 мм, необходима укладка арматуры в два слоя (нижний и верхний). Диаметр рабочих стержней 12-16 мм (самый распространенный 14 мм). В качестве вертикальных хомутов устанавливают стержни арматуры с размерами сечения 8-10 мм.

По хорошему плиту нужно рассчитывать и на изгибающие нагрузки, но эти расчеты сложны и выполняются профессионалами на специальном ПО. Чтобы точно понять какой диаметр арматуры и ее шаг необходим в вашем случае, нужно проводить точные вычисления, либо закладывать арматуру с большим запасом по прочности и минимальным шагом, соответственно сильно переплачивая.

Любой, даже одноэтажный дом нуждается в перекрытии. С их помощью разделяют этажи и уровни. В зависимости от размещения в доме выделяют чердачные, междуэтажные и перекрытия первого этажа. Они обеспечивают устойчивость здания, воспринимают нагрузку, причем как собственную, так и от мебели, инженерной и бытовой техники. Если вы в поисках  плит перекрытия, то обратите внимание в первую очередь на надежность производителя, прозрачность в ценах и сроках поставок.

Расчет арматуры

Вычисление количества арматуры для рассчитанной выше плиты:

1. плита толщиной 20 см — две рабочих сетки;
2. диаметр стержней —  12 мм, шаг — 150 мм;
3. стержни укладываются так, чтобы обеспечить защитный слой бетона с каждой стороны 0,02-0,03 м. Длина стержней в примере = 8,1 м — 0,02*2 = 8,06 м и 10,06 м;
4. количество стержней в одном направлении = (8,1 м (длина стороны)/0,15 м (шаг) + 1) *2 (два слоя) = 110 шт;
5. количество стержней в другом направлении = (10,1 м (длина стороны)/0,15 м (шаг) + 1)*2 (два слоя) = 136 шт;
6. общая длина стержней = 110*8,06 + 136*10,06 = 886,6 м + 1368,16 = 2254,76 м;
7. общая масса арматуры 2254,76 м * 0,888 кг/м = 2002, 2 кг.

При покупке необходимо предусмотреть запас 3-5%, чтобы избежать необходимости докупать материал. Также потребуется рассчитать объем бетона. В рассматриваемом случае он равен: 8,1м*10,1м*0,2м = 16,36 м³. Это значение потребуется при заказе бетонной смеси.

Упрощенный расчет толщины фундаментной плиты и количества материалов на нее — несложная задача, которая не потребует большого количества времени. Но выполнение этого этапа позволит обеспечить надежность без перерасхода материалов, что сэкономит нервы и деньги будущего владельца дома.

Важно! Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Для точного расчета фундамента необходимо геологическое исследование. Доверяйте расчет только профессионалам.

Рис 1.1:  Фундамент из монолитной бетонной плиты

ПРЕИМУЩЕСТВА ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА

Среди всех существующих видов фундаментов плитное основание по праву считается одним из самых надежных. Монолитный фундамент универсален, он может возводиться практически на любых видах почвы, в отличие от ограниченных в применении ленточных и свайных оснований.

Плитные фундаменты отлично подходят для строительства домов на следующих типах грунтов:

• Торфяных;
• Песчаных;
• Болотистых;
• На местности с высоким уровнем расположения грунтовых вод;
• На грунтах склонных к сезонному пучению.

Пучение — это склонность грунта к изменению своего объема в холодное время года. Происходит это по причине замерзания грунтовых вод (влага при кристаллизации увеличивается в объеме), в результате чего расположенные в грунте конструкции просто выпирает наружу.

Рис. 1.2:  Трещины в цоколе и стенах дома — характерный результат морозного пучения грунта на фундамент

Пучение является главным врагом большинства фундаментов — зимой, когда почва промерзает, силами пучения их выпирает из почвы, а летом, когда грунтовые воды оттаивают, происходит усадка основания. Такие колебания оказывают на фундамент сильнейшие динамические нагрузки, в результате которых основание разрушается, происходит растрескивание стен дома и постройка постепенно переходит в аварийное состояние.

Совет эксперта! За счет большой массы и прочности плитный фундамент обладает высокой устойчивостью к выталкивающим воздействиям и динамическим нагрузкам на изгиб и разрыв, в результате чего такое основание без проблем переносит сезонные пучения грунта.

Среди достоинств плитного фундамента также можно выделить:

• Высокая несущая способность — по данной характеристике плитные фундаменты не имеют конкурентов, на таких основаниях могут возводиться как одноэтажные, так и многоэтажные дома из тяжелых стройматериалов — кирпича, бетона, газосиликата;
• Плитный фундамент дает возможность обустроить полноценный цокольный этаж;
• Технология возведения плитного фундамента достаточно проста, она без проблем может быть реализована своими руками;
• Монолитная фундаментная плита обладает максимальной долговечностью среди всех типов фундаментов, срок ее службы превышает 150 лет;
• Обустройство плитного основания не предусматривает большого количества земляных работ, так как глубина заложения плиты минимальна.

НЕДОСТАТКИ ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА

Единственный существенным недостатком монолитных плитных фундаментов является высокая стоимость обустройства. Такие фундаменты долговечны и надежны, но стоят они дорого, поскольку для их создания требуется большое количество стройматериалов — бетона и арматуры.

Рис. 1.3:  Процесс обустройства плитного фундамента

В целом же, если вы решили строить «на века», плитный фундамент — лучший выбор.

ПЛИТНЫЙ ФУНДАМЕНТ РАСЧЕТ

Качественный фундамент — необходимое условие прочности и долговечности любого здания, поэтому к его расчету необходимо подходить с максимальной ответственностью.

Совет эксперта! Основным рассчитываемым параметром монолитного основания является толщина плиты, поскольку именно от толщины плиты зависят прочностные характеристики и несущая способность фундамента.

При расчете толщины учитываются характеристики грунта и масса возводимого здания. Согласно строительным нормам и правилам, минимальная толщина плитного основания под постройки из легких материалов, пенобетона либо дерева, должна составлять 20 сантиметров, под здания из кирпича — 25 сантиметров.

Главное условие — чтобы между контурами арматурного каркаса соблюдалось расстояние минимум в 7 сантиметров, а сам армокаркас был утоплен в бетон не менее чем на 5 сантиметров.

Рис. 1.4:  Схема монолитного плитного фундамента

Если дом возводится на проблемных грунтах — плывунах, в болотистой местности либо на пучинистой почве, необходимый минимум толщины основания — 30 сантиметров, в таких случаях целесообразно обеспечить запас прочности фундамента, так что экономить на его толщине не стоит.

Чтобы точно рассчитать массу дома и на ее основании определить толщину плитного фундамента воспользуйтесь следующими таблицами:

Конструкция (стены)	Вес (т/м2)
Кирпичная кладка	0,794
Из ячеистого бетона (пеноблок, газоблок)	0,654
Каркасные деревянные панели с утеплителем	0,167
Из сруба (диаметр 0,24 м)	0,135
Из бруса (диаметр 0,15 м)	0,12
Цоколь из железобетона	1,5

Конструкция (междуэтажные перекрытия)	Вес (т/м2)
Из железобетона	0,405
Из дерева	0,102

Конструкция (покрытие крыши)	Вес (т/м2)
Шиферная	0,7
Жестяная либо из листовой стали	0,3

Определив вес будущей можно выполнить точный расчет толщины плиты перекрытия. Приводим пример подобного расчета для дома массой 270 тонн (10*10м).

• 1. По таблице определяем несущую способность почвы, на которой строится здание (синие цифры);

Рис. 1.5:  Несущая способность разных видов грунтов

• 2. К примеру, дом будет возводится на суглинистой почве с несущей способностью 3,5 кгс/см2. Учитывая площадь застройки (10 м2), определяем оптимальную нагрузку на грунт: 10000 см2 * 3,5 кгс/см2 = 350 тонн веса с учетом массы самого фундамента (если нагрузка будет большей — произойдет усадка, меньшей — постройка может перекосится из-за сил пучения);
• 3. Определяем, какая толщина плиты нужна для достижения оптимальной нагрузки на грунт в 350 тонн (350 — 270 т. массы самого дома = 80 т.) учитывая, что плотность железобетона составляет 2,7 т/м2 : 80/2,7 = 29,7 кубов бетона;
• 4. 29,7 кубометров бетона по объему (при размере фундамента 10*10 м) заполняют толщину в 30 сантиметров.

Исходя из этого, требуемая толщина плитного фундамента исходя из несущей способности грунта и веса здания составляет 30 см.