Сбор нагрузок на фундамент. Как рассчитать, примеры. Курсовая работа: Расчет и проектирование фундаментов в городе Косомольск-на-Амуре Сбор нагрузок на фундамент пример

Это один из важных этапов проектирования. Правильно собранные нагрузки позволяют эффективно законструировать фундамент, который будет прочно держать все здание.

Для того чтобы понять, как выполняется сбор нагрузок на фундамент, я продемонстрирую небольшой пример. По моему мнению, данные по сбору лучше всего оформлять в табличной форме. Но для начала давайте пройдемся по азам теоретической части.

Виды нагрузок

Виды нагрузок можно разделить на два типа: постоянные и временные. В зависимости от условий строительства и назначения здания на фундамент может передаваться:

а) Длительная временная нагрузка, которая действует на фундамент достаточно долго. Сюда относят передачу нагрузки от оборудования, а также полезное давление от материалов (в складских помещениях) и прочих элементов наполнения помещения.

б) Кратковременная нагрузка, которая действует непродолжительное время. В этой категории находится полезная нагрузка на перекрытия от людей, в зависимости от назначения здания (поток в жилом здании и офисном помещении значительно отличается), нагрузки от кранов в промышленных зданиях, а также ветровые и снеговые нагрузки.

в) Особая нагрузка, которая возникает в особых случаях. Эта категория учитывает сейсмические нагрузки, аварийные ситуации, а также нагрузки от просадки здания в районах, где ведутся горные выработки.

Полноценно правильный расчет фундамента выполняется после сбора нагрузок на фундамент. При этом складываются наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок, которые позволяют выявить поведение фундамента в максимально опасном положении.

Выполняя сбор нагрузок на фундамент необходимо все горизонтальные и вертикальные силы (кроме бокового давления грунта) приложить на обрезе фундамента.

Сбор нагрузок на фундамент. Пример

Конструктивная схема нашего здания представлена на картинке. Сооружение имеет несущие кирпичные стены по цифровым осям и самонесущие стены по буквенным. Монолитное перекрытие опирается только на стены по цифровым осям.

Самонесущая стена передает на фундамент только собственный вес, а вот несущие стены, кроме собственного веса, еще воспринимает давление от плит перекрытия и всего, что находится на плите. Возьмем плиту в пролете между осями 1 и 2. Она опирается только на две стены, поэтому вес от плиты будет равномерно передаваться: половина на стену по оси 1, а вторая половина на стену по оси 2. Аналогична ситуация с плитой в пролете осей 2 и 3. В итоге получается, что стена по оси 2 получает в два раза больше нагрузки от плиты перекрытия, чем стена по оси 1 и 3.

Выполняя сбор нагрузок на фундамент, следует понимать, что в зависимости от воспринимаемого давления, фундаменты будут отличаться по своей геометрии. Поэтому Определим, что фундамент под стены по осям 1 и 3 - будет первого типа, фундамент под стену по оси - будет второго типа, а фундамент под стены по осям А и Б - будет третьего типа.

Теперь приступаем к сбору нагрузок от конструкций на 1 м 2 . Для правильного понимания процесса сбора, данные заносим в таблицу:

Теперь можно сказать, что сбор нагрузок на фундамент выполнен. Можно приступать к выполнению расчета фундамента на прочность, определять глубину заложения и расчетные геометрические размеры.

Пример сбора нагрузок на фундамент довольно простой, но он показывает основную схему действия. В случае возникновения дополнительных вопросов, мы на них с удовольствием ответим в комментариях. Тем, кому нужен файл с таблицей расчетов - можете скачать документ: .

. Использование материала разрешается только с установлением активной обратной ссылки

Представьте себе ситуацию, которая иногда встречается в наше время. Приходит человек в строительную компанию и говорит: "Я хочу заказать у вас строительство кирпичного двухэтажного дома с гаражом. Только у меня одно условие. Так как я располагаю небольшим бюджетом, не могли бы вы построить дом без фундамента, его все равно ведь не видно?" Как вы думаете, что ему могут ответить? С вероятностью в 99% ответ будет звучать так: "Извините, но это не возможно, ведь фундамент - это основа любого дома , без которой он просто развалится".

Действительно, фундаменты являются главными конструкциями практически для любого сооружения. И поэтому к ним должны предъявляться особые требования. В частности их подбор нужно производить исключительно по расчету, в котором учитывается будущий вес конструкций, опирающиеся на фундамент. Другими словами, необходимо произвести сбор нагрузок на фундамент .

Данная процедура выполняется согласно СНиП 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) "Актуализированная редакция" .

Общая нагрузка на фундамент складывается из следующих нагрузок:

1. Крыша и кровля.

Сюда входят вес конструкций крыши (стропила, обрешетка, железобетонная плита покрытия и т.д.), вес кровельного "пирога" (утеплитель, профнастил, металлочерепица, ондулин и т.д.), а также снеговая и ветровая нагрузки.

3. Покрытие.

В том случае, если, например, ваш дом имеет холодный чердак, т.е. комнат для проживания там не предусматривается и утеплитель располагается не в крыше, а над последним этажом, то это нужно учесть в отдельной категории.

Обычно здесь учитывается вес несущих элементов перекрытия и теплоизоляционного материала (минплита, пенополистирол, керамзит и т.д.). Редко к ним прибавляется цементно-песчаная стяжка.

Временная нагрузка для чердачного помещения - 70 кг/м 2 .

4. Подвальное перекрытие.

Если пол первого этажа опирается на стены, то его необходимо учитывать при сборе нагрузок на фундамент. В том случае, если пол устроен по грунту, то он передает нагрузку непосредственно на грунт, а не на фундамент. И, следовательно, его учитывать не нужно.

Данная нагрузка получается суммированием следующих масс: конструкции перекрытия (ж/б плита, балки и т.д.), "пирог" пола (ламинат, паркет, Ц/П стяжка, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы), временные нагрузки (перегородки, люди, мебель и т.д.).

Примечание: для того, чтобы перенести перечисленные выше нагрузки на фундамент необходимо знать грузовую площадь. Грузовая площадь - это нагрузка, которая воспринимается несущими конструкциями. Например, для здания с двумя несущими стенами, расположенными на расстоянии 5 метров друг от друга и, на которые опирается перекрытие, грузовая площадь для каждой стены будет равна 2,5м · 1м = 2,5м 2 . Потом эта цифра умножается на нагрузку, выраженную в кг/м 2 для того, чтобы получить кг или, другими словами, получить тот вес, который должен восприниматься фундаментом. Если же вы хотите получить равномерно распределенную нагрузку (кг/м), то просто разделите эту величину на 1м.

В том же случае, если у вас 4 несущих стены при тех же условиях, то грузовая площадь на стены собирается следующим образом.

Ну, а если дом снабжен внутренними несущими стенами, то необходимо сложить 2 грузовых площади с каждого полупролета. Но об этом в примере ниже.

5. Вертикальные конструкции.

К таким конструкциям относятся несущие стены и колонны, а также, собственно, фундамент.

Пример сбора нагрузок на фундамент

Исходные данные:

Предполагается строительство жилого 2-х этажного дома с холодным чердаком и двухскатной крышей. Опирание крыши производится на две крайних стены и одну стену под коньком. Подвал не предусмотрен.

Место строительства - г. Нижегородская область.

Тип местности - поселок городского типа.

Размеры дома - 9,5х10 м по наружным граням фундамента.

Угол наклона крыши - 35°.

Высота здания - 9,93 м.

Фундамент - железобетонная монолитная лента шириной 500 и 400 мм и высотой 1 900 мм.

Цоколь - керамический кирпич, толщиной 500 и 400 мм и высотой 730 мм.

Наружные стены - газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщина стеной 500 мм и высотой 6 850 мм.

Внутренние несущие стены - газосиликат плотностью 500 кг/м 3 , толщиной стены 400 м и высота 6 850 мм.

Перекрытия и крыша - деревянные.

Конструкции, которые могли бы задержать снег на крыше, не предусмотрены.

План фундамента.

Требуется:

Собрать нагрузки на центральную ленту фундамента, расположенную под внутренней несущей стеной, если грузовая площадь от перекрытия 4,05 м 2 , а от крыши - 5,9 м 2 .

Сбор нагрузок на внутреннюю несущую стену.

Определяем нагрузки, действующие на 1 м 2 грузовой площади (кг/м 2) всех конструкций, нагрузка которых передается на фундамент.

Определяем нормативную и расчетную нагрузки на фундамент:

q норм = 183,8кг/м 2 · 4,05м + 173,4кг/м 2 · 4,05м + 100,6кг/м 2 · 4,05м + 120,9кг/м 2 · 5,9м + 1000кг/м 2 · 1,9м + 640кг/м 2 · 0,73м + 200кг/м 2 · 6,85м + 140кг/м 2 · 5,9м + 15кг/м 2 · 2,95м = 7174,85 кг/м .

q расч = 232,9кг/м 2 · 4,05м + 220,7кг/м 2 · 4,05м + 126,5кг/м 2 · 4,05м + 154,3кг/м 2 · 5,9м + 1100кг/м 2 · 1,9м + 704кг/м 2 · 0,73м + 220кг/м 2 · 6,85м + 196кг/м 2 · 5,9м + 21кг/м 2 · 2,95м = 8589,05 кг/м .

Для определения нагрузок составляют схемы грузовых площадей и подсчитывают полезную нагрузку и собственную массу конструкций на 1м 2 .В каркасных зданиях нагрузка с выделенных грузовых площадей на уровне каждого перекрытия передается на отдельные колонны, а с колонн - на фундамент. В зданиях с продольными и поперечными несущими стенами подсчитывают нагрузку, приходящуюся на 1 м длины несущей стены на уровне отметки верха фундамента.

Грузовая площадь для ленточного фундамента равна произведению половины расстояния в свету между несущими элементами в одном направлении и расстояния между осями оконных проемов в другом направлении. Для несущих стен без проемов берется любая длина по стене, где возможен более полный учет различных нагрузок (рисунок 2).

Грузовая площадь для фундамента под колонну определяется как произведение половины расстояния между несущими элементами в одном

направлении и половины расстояния между несущими "элементами в другом направлении (рисунок 3). В каркасных сооружениях при расчете оснований и фундаментов учитывают нагрузки от собственной массы ригелей и колонн.

а– с продольными несущими стенами

б– с поперечными несущими стенами

Рисунок 2 – Грузовые площади на ленточные фундаменты зданий

Рисунок 3 – Грузовые площади на фундаменты каркасных зданий

При расчете оснований и фундаментов учитывают также нагрузки от собственной массы фундаментов и давления грунтов.

Подсчет нормативных и расчетных нагрузок ведется обычно в табличной форме (таблица 6).

5 Определение момента по обрезу фундамента

При проверке максимальных и минимальных напряжений по подошве фундамента следует учитывать момент от внецентренного приложения нагрузок первого и вышележащих этажей относительно оси, проходящей через центр тяжести фундамента (рисунок 4).

Рисунок 4 - Схема действия сил

Момент от этажных нагрузок M II), в кНм определяется по формуле

где N п oc т1 – постоянная погонная нагрузка на 1-й этаж, кН;

e 1 – эксцентриситет приложения погонных нагрузок на

1-й этаж, м;

N – сумма погонных постоянных и временных нагрузок на вышележащие этажи и собственная масса стены, кН;

e– эксцентриситет приложения нагрузок вышележащих этажей, м.

Т а б л и ц а 6 – Сбор нагрузок на фундамент по сечению I-I , грузовая площадь

Приложение А

Сбор нагрузок на фундамент предлагается оформить в виде таблиц по нижеприведенным формам.

Таблица 9

Постоянные нормативные нагрузки

Таблица 10

Временные нормативные нагрузки

Определяем грузовую площадь (см. рис.11 б):

А = 2,8 ·2,53 = 7,1 м 2 ,

где: 2,53 - расстояние между осями,

2,8 - половина расстояния в чистоте между стенами.

Нормативные нагрузки на 2,53 м длины фундамента на уровне спланированной отметки земли (кН):

Таблица 11

Постоянные нагрузки

Таблица 12

Временные нагрузки

Нормативное усилие на обрезе фундамента от вышележащих конструкций N о II определяется как сумма постоянной и временной нагрузок.

Фундамент передает усилия от веса вышележащих конструкций и воспринимаемых ими нагрузок на основание. Прочность конструкций наземной части зданий обеспечивается прочностью и долговечностью фундамента, его устойчивостью, наличием конструктивных мероприятий, ограничивающих осадки основания в пределах, допустимых СНиП 2.02.01-83, экономичной и целесообразной формой и конструкцией фундаментов.

Проектирование фундамента заключается в выборе его типа, размеров и способов устройства. Для этого необходимо определить: материал и конструкцию фундамента; глубину его заложения; давление под подошвой фундамента; осадки фундамента и способ выполнения работ по подземной части зданий. Кроме того, следует проверить устойчивость фундамента.

На стадии проектирования строительства жилого дома для правильного определения геометрических размеров фундамента в обязательном порядке выполняется сбор нагрузок, действующих на конструкции здания. От того, насколько точно будет выполнен расчет, зависит общая несущая способность дома или сооружения, его долговечность и прочность. По результатам расчетных данных подбирается площадь фундамента, его конфигурация, глубина расположения нижней отметки. Существуют нормативные строительные документы (СНиП), в которых четко описан принцип составления сбора нагрузок и их предельно допустимые значения.

Разновидность нагрузок

Конструкция фундамента находится под влиянием постоянных и временных нагрузок, значение которых зависит от многих факторов: климатического района застройки, видов грунтов основания, строительных материалов для основных конструкций стен, крыши, перекрытий.

Постоянные нагрузки

К постоянным видам нагрузок относятся:

• Собственный вес конструкций здания.
• Расчетные показатели давления грунтов на боковую поверхность ленточного фундамента.
• Давление от грунтовых вод.

При выполнении расчетов усилия от постоянного веса считаются самым серьезным видом нагрузки.

Конструкция здания может подвергаться периодическим временным нагрузкам, таким как:

• Снеговая, показатель которой зависит от толщины снежного покрова в каждом конкретном регионе.
• Ветровая, определяемая по таблице усредненных показателей розы ветров в данной местности.
• Сейсмическая (для районов с повышенной сейсмичностью).
• От веса мебели в помещениях и перемещения людей.

Показатели временных нагрузок можно найти в ДБН В.1.2-2 2006 «Нагрузки и воздействия» в разделе 6 по таблице 6.2.

Учет необходимых параметров

Для обеспечения надежности несущего основания необходимо грамотно и правильно произвести подсчет всех нагрузок от усилий и внешних факторов, влияющих на проектируемое здание.

Для успешного выполнения сбора нагрузок необходимо предусмотреть следующие параметры:

1. Климатические условия места под застройку.
2. Тип почвенных грунтов и их структурные особенности.
3. Уровень горизонтальной линии грунтовых вод.
4. Особенности конструкции здания, объема и вида материалов для строительства здания.
5. Вид кровельной конструкции с материалами.

Все эти факторы служат исходными данными составления расчетной несущей способности ленточного фундамента.

Расчет несущего основания

Расчет несущей способности ленточного фундамента можно производить двумя способами. Первый способ с применением сложных формул и точных расчетных показателей используют архитекторы и конструкторы при составлении проектной документации на строительство дома. Второй способ — более простой и понятный, рассчитанный на широкий круг желающих для самостоятельного подбора площади фундаментов. Этот вид расчета основан на использование таблиц с усредненными коэффициентами видов постоянных и временных нагрузок.

Глубина залегания

При проведении расчетов по сбору нагрузок на фундамент рекомендуется найти суммарный вес элементов конструкции и определить глубину залегания подошвы ленточной конструкции. Чтобы вычислить необходимую глубину залегания низа ленточного фундамента необходимо определить глубину промерзания грунта и сделать структурный анализ почвы. Для каждого региона существует свой показатель промерзания почвы, выведенный на основе длительных наблюдений и многолетнего опыта.

В строительстве принято закладывать ленточный фундамент на отметке ниже точки промерзания грунта.

Определение нижней отметки

Чтобы легче было понимать принцип сбора исходных данных, рекомендуется обратить внимание на конкретный примерный расчет сбора нагрузок на несущую фундаментную конструкцию с помощью таблиц усредненных коэффициентов.

Например, требуется найти проектную отметку расположения подошвы фундамента жилого дома, расположенного в городе Курск.

Таблица помогает вычислить проектную глубину, на которой целесообразно размещать ленточный фундамент. Для выбранного участка строительства с глинистыми грунтами типа «супесь» искомое значение расположения нижней точки ленты фундамента равняет 3/4 табличного значения уровня промерзания грунтов.

Путем несложных арифметических вычислений определяется величина показателя:

120 см х 3/4 =120 см х 0,75 =90 см

Эта цифра показывает минимальную глубину заложения надежного фундамента, которая исключает риски деформации несущих конструкций из-за сезонных циклов замерзания и оттаивания почвы. По желанию застройщика, можно сделать и более заглубленный фундамент. Но и расчетной глубины, равной 90 см, будет вполне достаточно, чтобы получился прочный и надежный жилой дом.

Сбор нагрузок от кровельной конструкции

Кровельная нагрузка от собственного веса равномерно распределяется на несущие стены дома. Например, если жилой дом оборудован стандартной классической двухскатной крышей, в этом случае она будет опираться на две боковые противоположные крайние стены. Для определения кровельной нагрузки такого вида кровли следует произвести необходимый расчет, который удобно представить в табличном виде:

Пример сбора кровельной нагрузки:

Усилия от снежной нагрузки

В зимнее время толщина снежного покрова может достигать максимального размера, который составляет 250–450 мм.

Вначале необходимо найти показатель снеговой нагрузки по табличным данным карты среднего снежного покрова.

Так как снег равномерно распределяется по всей площади крыши, то показатель снеговой нагрузки напрямую зависит от площади кровли.

В примерном расчете кровля 2-х скатная с уклоном в 45 градусов. Длину одного ската крыши с уклоном 45 градусов определяем по формуле:

Длина cката = (Длина кровли /количество скатов кровли): косинус 45 градусов.
Если подставить в расчет конкретные цифры примера, то получится следующие значения:
Длина cката = (10 м / 2): 0,525 = 9,52 м.

Теперь необходимо вычислить площадь кровли, которая зависит от длины ската, конька кровли и количества скатов крыши:

Площадь кровли = Длина cката х длина конька х количество скатов.

В нашем примере расчетная площадь кровли составляет:

S кровли=9, 52 метра х 10м х 2 =190, 4 м 2.

По справочной таблице 3 снеговой нагрузки находим средний коэффициент снеговой нагрузки для города Курск. Табличное значение составляет 126 кг/м 2.

Чтобы определить нагрузку от веса снега на ленточный фундамент необходимо знать площадь нагруженных стен фундамента: Р снега = (S кровли х коэффициент таблицы): S стен нагруженных фундаментов.

Крыша в нашем примере имеет два ската, значит, снеговую нагрузку воспринимают две стороны ленточного фундамента, длина которых составляет 10 м. Ширина ленточного фундамента 500 мм. Значит, площадь нагружаемых стен фундамента составляет:

(10м +10 м) : 0,5 м=10 м2.

Р снега = (190,4 м2 х126 кг/м2): 10 м2=2399 кг.

Для удобства и наглядности все расчетные показатели удобно свести в таблицу, в которой видна вся цепочка промежуточных расчетов:

Нагрузки от веса этажного перекрытия

Усилие в виде давления от веса перекрытий дома передается на несущие стены и фундамент, поэтому расчет этажных нагрузок находится в прямой зависимости от их суммарной площади.

В нашем примере, в жилом доме имеется два перекрытия – одно из деревянного массива, а второе монолитная железобетонная плита. По табличным данным 4 определяем искомые показатели и производим дальнейшие расчеты.

Нагрузка от перекрытия 1, выполненного из сборных железобетонных элементов:

Площадь перекрытия = 10 м х 10 м = 100 м.

По таблице 4 находится коэффициент веса железобетонных плит перекрытия, равный 500кг/м 2.

Вычисляем нагрузку от веса перекрытия: 100м2 х 500 кг/м 2=50000 кг.

Нагрузку от перекрытия 2 из деревянных конструкций определяем аналогичным путем: Площадь перекрытия=10 м х10 м=100м2.

Коэффициент веса деревянных конструкций по табличным данным равен 150 кг/м2. Расчетная нагрузка от деревянного перекрытия составляет: 100м2 ж150 кг/м 2 =150000 кг

Суммарный вес нагрузок от перекрытия составляет: 50000 кг +150000 кг=65000 кг

Площадь нагружаемых стен фундамента составляет 10м2 (расчет снеговой нагрузки).

Зная это значение, можно найти нагрузку от веса перекрытий на 1 м2 площади фундамента: 65000 кг: 10 м2=6500 кг

Суммарный вес перекрытий 6500 кг на 1 м 2.

Нагрузки от стен дома

Чтобы вычислить показатель от собственного веса стен дома необходимо знать их объем и общий вес, который зависит от вида применяемого материала для кладки стен. Составляется таблица, в которой легко и наглядно можно увидеть весь путь подсчета данных.

Для расчета нагрузки от собственного веса стен здания необходимо выполнить следующие вычисления. Вначале определяем площадь стен здания. В нашем примере длина каждой стены составляет 10 м, высота 3 м. Находим периметр стен: Р = (10+10+10+10) м х 3 м=120 м2.

Для дальнейших расчетов потребуется значение объема стен здания. При толщине наружных стен 0,4 м объем стен составит:

V= 120 м2 х 0,4 м=48 м3. В качестве материала для стен используется пустотелый кирпич. В таблице усредненных показателей находим значение веса кирпича, равный 1400 кг/м3.Используя значение этого коэффициента и объема стен можно найти общую стеновую нагрузку: 48 м3 х1400 кг/м3=67200 кг.

Ширина ленточного фундамента составляет 500 мм. Периметр стен фундамента составляет 40 м.

Площадь стен фундамента:40 м х0,5 м=20м2.

Определяем стеновую нагрузку на 1 м2 фундамента: 67200 кг: 20 м2=3360 кг.

Результаты вычислений заносим в таблицу:

Сбор дополнительных усилий

Этот показатель учитывает собственный вес конструкции фундамента, который в виде равномерных нагрузок передается непосредственно на грунтовое основание. Для определения этого значения, необходимо знать объем фундамента и удельную плотность строительных материалов, из которых он изготовлен.

Для вычисления нагрузки от собственного веса ленточного фундамента используем значения предыдущих расчетов площади стен фундамента 20 м2 и отметки залегания фундамента 0,9 м. Определяем объем ленточного фундамента: 20 м2 х 0,9 м=18 м3.

По таблице усредненных показателей плотности материалов находим значение плотности фундамента из бетона на гранитном щебне, который равен 2300 кг/м3.Для определения нагрузки от собственного веса фундамента используем полученный объем стен фундамента и табличный коэффициент: 18 м2 х 2300 кг/м3 =41400 кг.

Чтобы узнать расчетную нагрузку на 1 м2 фундамента используется общая нагрузка от веса фундамента и площадь стен фундамента: 41400 кг: 20 м2=2079 кг/м2

Данные заносим в таблицу

Видеопример расчета фундамента:

После учета показателей нагрузок от расчетных усилий на ленточный фундамент, принимается окончательное решение по габаритам конструкции опорной части жилого дома. При этом важно не превышать предельно допустимую суммарную нагрузку, которую способен выдержать фундамент.