Как рассчитать столбчатый фундамент

Как рассчитать столбчатый фундамент?

Фундаментное основание столбчатого типа представляет собой бетонную или металлическую раму (ростверк), опирающуюся на вертикальные столбы, заглубленные в грунт на определенную глубину.

Материалом для устройства столбов может служить железобетон, полнотелый глиняный кирпич, блоки, металлические трубы или бутовый камень. В нижней части каждой опорной колонны может быть предусмотрена более широкая подошва для увеличения площади опоры. Поперечное сечение вертикальных опор может быть круглым или квадратным.

Варианты столбчатых оснований.

Надежность фундаментной конструкции в значительной мере зависит от расчета столбчатого фундамента и правильного расположения опорных столбов, которые должны быть установлены:

  • под всеми углами здания;
  • в местах примыкания и пересечения стен;
  • на прямых участках ростверка не далее двух метров друг от друга.

Конструкция рамы ростверка должна служить опорой для всех несущих стен и перегородок. При большой длине здания следует предусмотреть дополнительные поперечные перемычки для обеспечения более надежной связи между продольными балками.

Разновидности основания

Всего различают четыре типа фундамента:

  1. Плитный.
  2. Свайный.
  3. Ленточный.
  4. Столбчатый.
  1. Плитный фундамент выполняется в виде монолитной плиты, которая фиксируется на грунт.
  2. Свайный базис обустраивается в виде балочной конструкции, фиксирующейся на стержни, вкрученные в грунт.
  3. Под ленточными фундаментами понимают основания, которые выполнены в виде относительно прямой стены, заглубленной в грунт. Её ещё называют лентой. Она повторяет контуры фасада.
  4. Столбчатый фундамент обычно состоит из прочной конструкции балок.

Каждый из указанных разновидностей базиса существенно друг от друга отличается. Поэтому прежде, чем выбрать наиболее подходящий из них для конкретного случая, требуется тщательно изучить особенности их структуры. Причем к решению этого вопроса нужно подходить очень внимательно. Далее рассмотрим фундаменты в разрезе. Ленточному типу уделим немного больше внимания.

Глубина заложения столбчатого фундамента является критерием для выделения следующих подвидов:

  • Глубокого заложения – ростверк заглубляется ниже отметки, на которой промерзает грунт.
  • Мелкого заглубления – погружение ростверка в почву в таких фундаментах происходит на глубину 0,4-0,6м.
  • Незаглубленный – лента ростверка располагается над поверхностью земли. И может возвышаться над плоскостью грунта до 0,5м.

В зависимости от материала изготовления выделяются следующие виды столбчатых фундаментов:

  • Столбчатый монолитный фундамент — железобетонная конструкция, имеющая статус самой надежной и прочной среди столбчатых фундаментов. Столбы обязательно армируются. Монолит способен быть достаточно устойчивым на подвижном, нестабильном грунте. Кроме того, такие фундаменты выдерживают двухэтажные дома из дерева.
  • Кирпичный – это, пожалуй, самый распространенный тип. Такие фундаменты отличаются длительным сроком службы. Высота возводимого на них здания может достигать двух этажей. Фундамент строят из обожженного кирпича. Возводить его можно только на плотном грунте.
  • Сборный столбчатый фундамент из блоков – по качеству соотносим с фундаментом из кирпича. Максимальной прочностью обладают конструкции из бетонных блоков.
  • Бутобетонный – фундамент, опоры которого изготовлены из бута, залитого бетоном. Такие основания достаточно прочны, но на неустойчивом грунте возводить их не рекомендуется. Все о бутовых фундаментах можно почитать здесь.
  • Трубчатый фундамент — для его возведения используют трубы из асбеста диаметром 150-400мм в зависимости от массы здания. В трубах устанавливается арматурный каркас, после чего их заливают бетоном. Подробнее о том, как изготавливаются буронабивные сваи, читайте здесь.
  • Фундамент свайный столбчатый — основание, опорами в котором выступают металлические сваи. Их вкручивают в толщу грунта, таким образом, получается надежная и устойчивая опора для дома даже на сложных грунтах.

Преимущества и недостатки фундамента на столбах

Список достоинств столбчатого фундамента довольно обширен, в нем числятся:

Отсутствие потребности в грузоподъемной спецтехнике;

Возможность устройства свайного поля на склонах;

Высокая скорость возведения;

Отсутствие необходимости в подготовительном выравнивании стройплощадки;

Простота технологии, позволяющая сделать его самостоятельно;

Превосходная устойчивость столбов к пучению;

Если запроектировано и сделано на этапе строительства грамотно, то он спокойно прослужит больше полувека. Он не боится сезонного пучения грунта, лишь бы только поднятие земли не затронуло ростверк. А технология работ настолько просто, что выполнить все вполне можно в одиночку, не привлекая сторонних высокопрофессиональных и дорогостоящих монтажников.

Среди недостатков фундаментов на столбах для домов за городом числятся:

Малая устойчивость опор к боковым нагрузкам;

Ограничения по грунтам (для болотистых участков выбирать не стоит).

Ограничения по несущей нагрузке (для тяжелых бетонных или кирпичных домов подобное основание не подходит по определению);

Невозможность устройства подвала.

Главный недостаток рассматриваемой разновидности свайно-ленточного фундамента – это возможное разрушение опор при сильных боковых воздействиях. Если на участке сильно подвижные в горизонтальной плоскости грунты, то придется сильно увеличивать диаметр свай, что скажется на цене строительства. Либо вообще потребуется подбирать иной тип фундамента для сооружаемого дома.

Минусы — боковые нагрузки

Устройство столбчатого фундамента

Заложение такого фундамента под несущий каркас будущего строения, как правило, делают открытым способом, в предварительно отрытых колодцах или траншеях ниже глубины промерзания грунта: разжиженный грунт и воду удаляют со дна, делают подсыпку из песка или щебня толщиной не более 10 см и трамбуют. Сперва заливают в опалубке (или монтируют из блоков) подошву фундамента, затем — столб (можно сложить из камня).

Площадь подошвы выбирают (рассчитывают специалисты) в зависимости от передаваемой на грунт нагрузки и его просадочности. При больших нагрузках на столбчатый фундамент его армируют (усиливают). Для относительно легких построек (одноэтажных) и сооружений от армирования можно отказаться. Но конструкция столба должна быть такой, чтобы эпюра распределения в нем нагрузки имела угол наклона более 60°. Если угол меньше, неармированная подошва разрушится. Колодец (траншею) с готовым столбчатым фундаментом обратно засыпают песком, послойно и трамбуя.

Нагрузка на столбчатый фундамент определяет его размеры и конструкцию. Оптимальное восприятие нагрузки фундаментом и перенос ее на грунт основания показан на эпюре сопротивления: угол 60° и более гарантирует запас прочности даже не армированному фундаменту, менее 60° фундамент требует усиления армированием

Для столбчатого фундамента важно чтобы его подошва находилась ниже глубины промерзания грунта. Но при его возведении не всегда удается понизить уровень грунтовых вод ниже глубины промерзания. Поскольку бетонные работы в таких условиях весьма затруднительны, столбчатые фундаменты лучше делать сборными из готовых бетонных блоков, укладываемых на цементный раствор. Для подошвы следует использовать армированные блоки.

Поэтапная инструкция

  1. Перед тем как сделать столбчатый фундамент с ростверком, необходимо подготовить площадку на месте его устройства, для чего с намеченной территории убирают всю растительность и снимают дерн (25-30 см и 45-50 см для глинистой почвы). Затем все углубления и неровности засыпают песком и гравием.
  2. После укладки песчано-гравийной подушки размечают размеры, по которым будет заливаться опорно столбчатый фундамент своими руками. На данном этапе понадобятся колышки и шнур. С их помощью необходимо строго по схеме отметить расстояние между будущими столбами (не более 2 м). Главное правило этого шага – точность, и соблюдать его нужно неукоснительно.
  3. Чтобы столбчатый фундамент из блоков надежно закрепился в грунте, нужно выкопать ямы для свай. В зависимости от типа грунта и основного материала, глубина может варьироваться в пределах от 30 см и больше относительно пределов залегания основы (зазор для подушки из песка и гравия). Глубокие скважины (от 1 м) рекомендуется укреплять специальными деревянными опорами.
Читайте также  Вытяжка в ванну

Далее пошаговая инструкция, по которой устанавливается мелкозаглубленный опорно столбчатый фундамент, будет отличаться в зависимости от того, какие конструктивные особенности необходимо внедрить, а также от материала опорных столбов.

Ростверком называют конструкцию, которая устраивается по поверхности столбов и соединяет их верхние части между собой. Также она служит основанием для несущих стен постройки.

Монолитный столбчатый фундамент

Железобетонный столбчатый фундамент с ростверком является наиболее популярным у застройщиков, ведь он надежен и крепок. Здесь ямы для опор должны превосходить по ширине аналогичные параметры колонн (разница между ними будет не менее 15 см). В эти углубления необходимо установить деревянную опалубку, которая обязательно укрепляется арматурой и бетонируется. После застывания раствора столбы соединяются ростверком – железобетонным, металлическим или деревянным. Этот метод имеет свои минусы, так как технология его изготовления достаточно трудоемкая.

Сборный столбчатый фундамент

Мелкозаглубленный столбчатый фундамент из блоков (20х20х40 см) имеет свои плюсы, но есть у него и минусы. К достоинствам таких конструкций можно отнести доступность и простоту монтажа, а к недостаткам – меньшую прочность в сравнении с предыдущим вариантом, из-за чего его категорически не рекомендуют мастерить на подвижных грунтах. Их технология монтажа выглядит так:

  • ширина углублений равна 40 см;
  • в ямы слоями засыпается гравий и песок;
  • устанавливаются 4 блока (один на другой), скрепленные между собой цементной массой.

Ростверковый столбчатый фундамент из блоков может устанавливаться на железобетонную плиту, служащую дополнительной опорой. Преимущество такого решения заключается в том, что оно предотвращает проседание грунта.

Кирпичный столбчатый фундамент

Кирпичный опорно-столбчатый фундамент, как можно понять из названия, собирается из кирпича и армируется металлической сеткой. Такие конструкции обязательно снабжаются рубероидной или битумной гидроизоляцией. Основа из асбестовых труб подразумевает устройство несъемной опалубки. По такому же принципу собирается мелкозаглубленный фундамент из стальных труб или винтовых свай.

Столбчатые основания собираются по следующей схеме:

  1. В грунте бурятся скважины, по диаметру на 5 см больше самих свай. Если планируется строительство легковесного дома, можно ограничиться опорами диаметром 20 см. Перед вертикальной установкой столбов дно скважин нужно плотно утрамбовать, а сами столбы уплотняются песком и землей.
  2. На треть глубины свай заливают бетон, затем их приподнимают для того, чтобы раствор равномерно устелил дно и придал опоре дополнительной крепости.
  3. Внутрь всех труб помещают армированный каркас с тем условием, чтобы прутья выглядывали из ямы на 20 см. Остаток раствора укладывается слоями до нулевой отметки, при этом правильно будет подвергать основание периодической вибропрессовке.

Ростверковый фундамент из труб не рекомендуется надолго оставлять ненагруженным, иначе почва может вытолкать сваи и их заглубление будет неравномерным. Между установкой опор и дальнейшим строительством должно пройти не более 3 суток с момента затвердевания раствора.

Деревянный мелкозаглубленный столбчатый фундамент собирается из брусьев, предварительно обработанных антисептическими средствами. Диаметр опор должен составлять не менее 20 см, иначе дом накренится и быстро разрушится. Выбирать древесину стоит между дубом и хвойными породами. В данном случае глубина заглубления будет не меньше полуметра.

Деревянный столбчатый фундамент

Расчет столбчатого фундамента каркасного дома

Исходные параметры для расчета столбчатого фундамента:

  1. тип грунта и перепад высот в месте будущего строительства;
  2. глубина залегания подземных вод;
  3. уровень промерзания грунта;
  4. проект дома (расположение несущих и внутренних стен).

Самым главным противопоказанием для выбора столбчатого фундамента является высокий уровень грунтовых вод. Нельзя допускать, чтобы он подходил ближе чем на 50 см к подошве столбов. Кроме того, столбы обязательно должны быть заложены глубже слоя плодородных неустойчивых органических грунтов.

Сначала необходимо исследовать грунты на месте будущего строительства. Подробно об этом говорится в статье по ссылке http://moi-domostroi.ru. Запомните: приняв решение строить столбчатый фундамент, в обязательном порядке необходимо делать пробное бурение на 0,5-0,6 метров ниже предполагаемой глубины заложения столбов для выявления водонасыщенных слабых грунтов (плывунов).

После исследования грунтов необходимо определить нагрузку, которую дом с фундаментом будут оказывать на несущий грунт, проще говоря, расчёт веса дома. Оценивается примерная масса будущей постройки (точную считать бессмысленно, однако при подсчетах постарайтесь учесть и нагрузки из-за домашней утвари), после чего выбирается вид столбчатого фундамента. Если есть сомнения, то лучше взять более прочный вариант.

Примечания:

1) При угле наклона скатов крыши больше 60º снеговая нагрузка принимается равной нулю.

2) При расчёте фундамента к весу дома прибавляется и ориентировочный вес самого фундамента. Высчитывается его примерный объём и умножается на удельный вес железобетона, равный 2500 кг/м³.

После определения веса дома рассчитываем минимально необходимую суммарную площадь (S) оснований всех столбов фундамента:

где 1,3 — коэффициент запаса надёжности;

Р — общий вес дома вместе с фундаментом, кг;

Rо — расчётное сопротивление несущего грунта, кг/см².

Значение Rо, называемое ещё несущей способностью грунта, ориентировочно можно принять по таблице ниже:

Примечание:

Значения расчётных сопротивлений даны для грунтов расположенных на глубине около 1,5 метров. У поверхности несущая способность почти в полтора раза ниже.

Рассчитав значение суммарной площади оснований всех столбов, мы теперь можем определить их необходимое число в зависимости от диаметра или размеров сечения.

Итак, спроектированный мной каркасный дом с мансардой имеет размеры 8 на 8 м, высота потолков 1-го этажа 2.5 м, площадь крыши 108 м 2 , стены толщиной 200 мм с утеплением пенопластом или минватой (окончательное решение еще не принято).

Для расчета нагрузки возьму следующие параметры массы 1 м 2 конструкций:

  1. цокольное перекрытие 75 кг;
  2. чердачное 75 кг;
  3. стены 70 кг;
  4. кровля 30 кг;
  5. снеговая нагрузка 190 кг;
  6. полезная нагрузка помещений (мебель и люди) 210 кг;
  7. фундамент 2500 кг/м 3 ;

При расчете массы стен просуммировал площадь всех стен, включая внутренние перегородки, получив следующий результат: площадь стен первого этажа 121.5 м 2 , площадь внутренних стен мансарды 41.5 м 2 . Таким образом, масса всех стен дома равна (121.5 + 41.5)*70 = 11 410 кг.

Площадь перекрытий (цокольного и первого этажа): 8 * 8 = 64 м 2 . Масса перекрытий 64*2*75 = 9 600 кг.

Полезная нагрузка помещений: 64 * 210 = 13 440 кг.

Масса чердачного перекрытия (мансарда с утеплением): 108 * 200 = 21 600 кг.

Масса снеговой нагрузки (при самых худших условиях): 108 * 190 = 20 520 кг.

Общая масса дома равна примерно 77 тонн.

Масса фундамента (22 опоры): 4 м 3 * 2500 = 10 000 кг.

Итого, масса дома с фундаментом составляет около 87 тонн.

Так как по проекту у меня запланирована установка 22 столбов-опор, теперь необходимо определить потребную площадь их основания (грунт: 50 см плодородный слой, далее — 10 см суглинка, ниже — песок с гравием, грунтовые воды расположены ниже 2 м).

Минимально необходимая суммарная площадь (S) оснований всех столбов фундамента:

S = 1.3 * 87 000 (кг) / 3,5 = 32 314 см 2

Теперь находим потребную площадь одной опоры: 32 314 / 22 = 1 468 см 2 , что соответствует квадрату со сторонами 38 см.

Если принять размер опоры 0.6 м х 0.6 м (площадь основания 3600 см 2 или 0.36 м 2 ), то суммарная площадь основания всех опор будет равна 7,92 м 2 , а нагрузка на грунт составит не более 1,3 * 87 000/79200 = 1,42 кг/см 2 , что обеспечивает необходимую несущую способность фундамента (ведь под подошвами опор у моего фундамента будет насыпной грунт с уплотнением, т.е. R должно быть не более 1,5 кг/см 2 ).

Читайте также  Глубина фундамента для двухэтажного дома

Весь процесс возведения столбчатого фундамента состоит из нескольких обязательных последовательных этапов.

  1. Подготовка Участок расчищается и выравнивается. Проводится разметка, снимается дерновой слой. Необходимо соблюдать горизонтальность и точность углов при помощи измерительных строительных инструментов.
  2. Земляные работы Согласно разметке выкапываются котлованы под столбы (тумбы). На дно котлована засыпается подушка из смеси щебня и песка высотой 20 см. Максимально уплотняется. Для гидроизоляции можно использовать рубероид. Кусок, соответствующий габаритам котлована, укладывается поверх засыпки.

  1. Кладка Тумбы выкладываются стандартным способом с перевязкой швов. В качестве связки можно применить обычный цементный раствор, но лучше воспользоваться готовыми клеевыми смесями. Они обладают лучшими показателями прочности, морозоустойчивости, пластичности и долговечности. Середина конструкции заполняется раствором, в который вставляется арматура сечением 10 – 12 мм. Это позволит увеличить прочность столбов в случае деформации. Над поверхностью земли тумба возвышается на 30 – 40 см. Очень важно, чтобы все столбы были на одном уровне.
  2. Доводка После затвердевания проводится гидроизоляция столбов при помощи рубероида или подобного материала. Все полости и пустоты тщательно засыпаются грунтом.
  3. Ростверк Для повышения прочности и долговечности вся конструкция скрепляется ростверком. Он может быть деревянным или железобетонным. Деревянные балки монтируются между собой пазовым креплением с опорой на столбы. Для железобетонного варианта выполняется опалубка, варится арматурный пояс жесткости, устанавливается внутри опалубки, заливается бетонным раствором.

Преимущества керамзитобетонных блоков. Выбираем материал для строительства.

В среднем, за расстояние между соседними столбами выбирают 1,5-2,5 м, хотя оно может быть и увеличено в зависимости от грунта и веса дома. Для наиболее распространённого среднего значения в 1,5-2,5 м. ростверк можно выполнить в виде обычной армированной перемычки. Однако при этом нужно учитывать, что если вы хотите пристроить веранду, террасу или крыльцо, то они должны быть установлены на отдельном фундаменте. Другими словами, должно быть разделение этих фундаментов с помощью деформационного шва. Такое ограничение связано с разной нагрузкой, оказываемой стенами дома и пристраиваемыми конструкциями.

Если столбы фундамента установлены на расстояние больше 2-3 метров, то ростверк требует более мощного укрепления, с помощью так называемой рандбалки. Рандбалка представляет собой сборную или монолитную железобетонную балку. Также в её основе может быть металлический профиль, швеллер или двутавр.

На рисунке показан пример устройства столбчатого фундамента м ростверком из типовых сборных элементов:

  1. Блоки ленточного фундамента ФЛ 8-12-3 размером 1180 х 800 х 300 мм.
  2. Бетонные блоки ФБС 9-5-6 размером 880 х 500 х 580 мм.
  3. Ростверк из железобетонных перемычек 5 ПБ-25-37 П размером 2460 х 250 х 200 мм.
  4. Проволочные скрутки.
  5. Монолитный армированный пояс.