Детальный расчет фундамента под дом

Перед тем как начинать возведение здания, нужно подготовиться к этому процессу со всех сторон. Самое сложное – это расчет фундамента под дом, т.к. для этого потребуется целый ряд дополнительных расчетов – от крыши до основания. Подобные расчеты сможет провести любой желающий, если знать, с чего начинать работу.

Схема устройства монолитного фундамента.

Расчет стен и простенков

Сначала нужно четко определиться, из какого материала будет изготавливаться сам дом. Таких материалов много, но среди прочих есть и доминирующий ряд, к которому относятся следующие варианты:

Столбчатый фундамент с ростверком.

1. Каркасное строительство. Произвести расчет такого дома достаточно просто, т.к. масса его колеблется от 30 до 50 кг/м². Такие дома популярны во многих регионах мира благодаря своей простоте, легкости конструкции, самым низким финансовым вложениям и возможности установки на любом типе местности (устанавливается на любой фундамент). Но наряду с плюсами есть и серьезные минусы: каркас достаточно ненадежен при физическом воздействии, велика вероятность допустить ошибку при сборке, из-за чего результат также может пострадать. Самым большим минусом каркасного дома считается то, что он изготавливается из легкого дерева, которое не простоит даже века.
2. Дома из бруса (будет описываться этот вариант). Масса дома не намного больше – всего 70-90 кг/м², но этот материал проверен веками. Почти во всех странах мира на протяжении всей истории возводились дома из бруса и кругляка, причем это был основной строительный материал. В настоящее время цена таких домов выходит незначительно дороже каркасной технологии, зато результат надежнее. Плюсы технологии – долговечность, небольшая масса, легкость в монтаже, невысокая цена, идеальная природная теплоизоляция, полная экологичность. Минусы, в свою очередь, тоже существенные: легко подвергается возгоранию (тушить есть смысл лишь на ранних этапах), легко допустить ошибку при строительстве, из-за чего нередко брус идет трещинами (неправильное распределение массы при укладке в чашу).
3. Кирпичное строительство. Расчет фундамента под дом из кирпича немного сложнее, т.к. приходится работать с гораздо большими числами – 200-270 кг/м². Впервые использовался в Древнем Риме в начале нашей эры, но вплоть до середины 19 века имел популярность лишь при строительстве богатых домов, т.к. изготовление кирпича было достаточно сложным и дорогим делом. Материал обладает целым рядом положительных характеристик: крайне высокая долговечность, неплохая теплоизоляция, физическая выносливость, огнестойкость и экологичность. Минусы тоже есть – высокая цена, сложность кладки, необходимость очень надежного основания и сложность в ремонте.
4. Монолит. Расчет фундамента для монолитного дома в теории не намного сложнее, чем у кирпича, т.к. масса 300-350 кг/м². Сложность заключается в том, что из железобетона делается лишь основной каркас, а все остальное – это другие материалы, считающиеся в отдельности. Положительные стороны монолитного строительства в его надежности, технологичности, высокой скорости возведения, теплоизоляции, бесшовности и долговечности. Негативные стороны – высокая стоимость, необходимость тяжелой техники при строительстве и сложность расчетов.

Остальные строительные материалы используются тоже достаточно часто, но неконкурентоспособны по сравнению с перечисленными. Очень важно учитывать, что все показания массы исходят из толщины стены в 15 см, т.е. при повышении толщины растет и масса.

Межэтажные и цокольные перекрытия

Схема устройства ленточного сборного фундамента.

Цокольное перекрытие – это один из важнейших элементов дома, который отвечает за целый ряд жизненно важных факторов, поэтому необходимо сделать верный выбор. Для расчета фундамента под дом из бруса используются следующие варианты цокольных перекрытий:

1. Деревянные перекрытия с легким утеплителем. Этот вариант имеет небольшую массу – 100-150 кг/м², но используется исключительно в щадящих условиях (максимально – средняя полоса России, но и тут уже будет ощущаться серьезный дискомфорт при эксплуатации). Несомненный плюс материала в простоте расчета (все удобные виды кратности), его долговечности, средней теплопроводности, а вместе с тем простоте и скорости монтажа. Но есть и минусы: неустойчив физически (материал достаточно выносливый, но лишний раз проверять его на прочность не стоит), при неправильном монтаже подвержен гниению, при морозе свыше -25°С дает о себе знать.
2. Деревянные перекрытия с тяжелым утеплителем. Масса значительно выше – 200-300 кг/м², к тому же считается, что он немного сложнее. Такая конструкция способна выдержать даже морозы крайнего севера, причем в монтаже не намного сложнее своего облегченного собрата. К плюсам относится долговечность, экологичность, материал дышит и при этом позволяет добиться максимальной защиты. Минусы тоже весьма ощутимы – дерево подвержено гниению, монтаж хоть и не очень сложный, но отнимает немало времени, да и цена такого проекта не самая низкая (в 21 веке цена на лес растет в очень многих точках мира).
3. Железобетонные плиты. Самый популярный материал в частном и высотном строительстве благодаря ряду особенностей. Масса плит 400 кг/м², причем не колеблется. Очень удобный в работе материал, но и с рядом своих недостатков. Плюсы – монтаж 1 плиты 8-15 мин, долговечность, прочность, небольшой расход цемента, устойчивость к химическим и физическим воздействиям. Минусы – отсутствие базовой теплоизоляции, высокая масса, необходимо наличие автокрана.
4. Монолит. В доме из бруса только цокольное перекрытие может быть монолитным, причем не полноценным, а проложенным на двутаврах. Благодаря такой доработке цена и масса (400 кг/м²) существенно снижаются, но вместе с тем немного уменьшаются и прочностные характеристики. К плюсам относится целостность конструкции, высокие прочностные показатели, идеальная изоляция (температуры, влага и звук). Минусы – необходимо наличие автомиксеров, высокая цена, высокая масса и весьма продолжительный период полного затвердевания (28 дней и еще 2-3 дня на подготовку и заливку).

Межэтажные перекрытия

Схема армирования ленточного фундамента.

Произвести расчет межэтажных перекрытий для дома гораздо проще, т.к. их меньше, но свои загвоздки присутствуют и здесь. Дом из бруса позволяет использовать почти все виды межэтажных перекрытий, кроме монолитных, из-за их очень высокой массы, причем, несмотря на некоторые схожести с цоколем, будут и отличия:

1. Деревянные перекрытия с легким утеплителем (70-100 кг/м²). Хороший вариант для межэтажного пространства, если все наружное утепление сделано идеально. Используются вне зависимости от региона и климатической зоны. Плюсы в этом случае в цене, экологичности и скорости монтажа. Минусы – слабая шумоизоляция, при осложнениях скажется низкая теплоизоляция и слабая физическая устойчивость.
2. Деревянные перекрытия с тяжелым утеплителем (150-200 кг/м²). Организация таких перекрытий в средней полосе или южнее не оправдана, зато в северных регионах может серьезно спасти. Все минусы облегченного аналога нивелированы, зато цена вырастает ощутимо, время работы тоже повышается. В домах из бруса именно деревянные перекрытия встречаются чаще остальных.
3. Пустотные плиты (300 кг/м²). Современный качественный материал, монтаж которого достаточно быстр и удобен. Экологически чистые, но и полезными их назвать нельзя. При монтаже нужно быть предельно внимательным, т.к. незакрытые боковые пустоты могут уменьшить стяжку. При правильном монтаже минусы следующие: щели между плитами, необходимость в автокране, слабая изоляция (шум и влага) и высокая масса. Плюсов больше – высокая прочность, простой и быстрый монтаж, долговечность и выносливость.

Межэтажные и цокольные перекрытия считаются совместно, т.к. их плоскости идентичны, а разница в массе усложнит формулу совсем немного. Раздельные подсчеты займут гораздо больше времени и сил, а результат будет идентичным.

Кровля и воздействия на нее

Таблица состава бетонной смеси.

Для подобного строительства подойдет далеко не всякая кровля, т.к. дом и так будет проседать, а под очень большой массой последствия могут быть весьма неожиданными. Каждая кровля характеризуется своими показателями, которые далеко не всегда учитываются:

1. Битумная черепица (8 кг/м²). При использовании этого материала можно не опасаться за давление, т.к. он самый легкий. Плюсы материала – долговечность, легкость монтажа, низкая масса и эстетичный внешний вид. Минусы – достаточно слабый против физических воздействий, неэкологичен (условно безвредный) и очень дорогой.
2. Натуральные кровельные материалы (10-20 кг/м²). Обычно используется хворост, солома и камыш, но бывают исключения. В монтаже такая кровля достаточно сложная, тем более новичок не сможет ее правильно уложить. Цена небольшая, а если не лениться, то и вовсе почти бесплатно. Плюсы – долговечность (при качественном монтаже до 100 лет), внешний вид и доступность материалов. Минусы – нужно дополнительное обучение, сложность в монтаже и кропотливость.
3. Металлическая кровля (30 кг/м²). Качественный и надежный материал, используемый почти на всех современных промышленных зданиях. Среди положительных сторон невысокая цена, простота в монтаже, долговечность, вариативность, надежность, высокая прочность. К минусам относится полное отсутствие звукоизоляции и теплоизоляции.
4. Шифер (50 кг/м²). Самый популярный среди аналогов благодаря целому ряду особенностей. При СССР нужно было создание материала, отвечающего всем необходимым показателям, а внешний вид при этом не имел никакого значения. Шифер доступен, долговечен (50 лет), прост в монтаже и легко заменяется. Среди минусов лишь хрупкость и непрезентабельный внешний вид.

Расчет бетонной смеси.

При расчете кровельных материалов нужно учитывать, что крыша выходит за пределы здания на 0,5 м в каждую сторону, поэтому площадь схематически увеличивается на 1 м в длину и 1 м в ширину. Кроме самой кровли идет расчет и осадков:

1. Южные части страны – 50 кг/м².
2. Центральная полоса – 100 кг/м².
3. Северные районы – 170 кг/м².
4. Крайний север – 200 кг/м².

Используются исключительно максимальные показатели осадков, чтобы не случилось неожиданностей.

Базовые расчеты строения

Расчет сопротивление грунтов и их виды.

В самом начале нужно подсчитать массу дома, причем габариты будут задаваться произвольные. Пусть это будет дом из бруса 9×11 м в 1 этаж с крышей из шифера. Цокольное перекрытие монолитное, а межэтажное – из дерева с хорошим утеплителем, т.к. дом находится в северной части страны. Толщина стен – 30 см, простенков – 15 см, причем суммарная длина простенков – всего 15 м. Заглубленный ленточный фундамент возводится на сухой супеси.

Для начала нужно подсчитать массу стен и простенков, а попутно и общую длину:

1. L=l1+l2, где l1 – суммарная длина наружных стен, l2 внутренних простенков, а L – суммарная длина. Важно учитывать, что l1 равно периметру здания (P).
2. S1=(l1×2+l2)×h, где S1 – суммарная площадь стен и простенков, приведенная к общей толщине, h – высота стен.
3. L=(9+11)×2+15=40+15=55 м.
4. S1=(40×2+15)×3=285 м².

http://youtu.be/S33UTty4_Z0

Отсюда можно вывести массу основной коробки здания:

• M1=S1×85=285×85=24225 кг.

Теперь выводится масса перекрытий:

1. M2=m1+m2, где m1 – масса цокольного перекрытия, а m2 – масса межэтажного. m=S×m0, где m0 – это масса 1 м² используемого материала.
2. M2=S×(400+200)=99×600=59400 кг.

Масса кровли считается немного проще, но по этой же формуле:

1. M3=m1+m2, где m1 – масса кровельных материалов, а m2 – осадки. При расчетах надо помнить про повышенные показатели площади.
2. M3=Sпов×(50+100)=120×150=18000 кг.

Основные подсчеты и завершение работы

В самом конце нужно подсчитать массу фундамента и завершить его расчет, подсчитав его взаимодействие с грунтом. Ширина используемой ленты традиционно 0,5 м, а его суммарная высота 2 м, причем показатели не изменяются и под простенками.

1. M4=(L×h1×a)×2400, где a – ширина, h1 – высота, а 2400 – постоянная масса 1 м³ бетона в фундаменте.
2. M4=55×2×0,5×2400=132000 кг.

Площадь давления фундамента на грунт составляет: Sфунд=L×a=55×0,5=27,5 м².

Теперь для наглядности нужно составить таблицу, отображающую все полученные данные.

Сопротивление сухой супеси составляет 20000 кг/м², т.е. суммарное сопротивление составит 550000, что более чем в 2 раза превышает показатели массы дома. Таким образом, это строительство возможно.

Используя приведенные выше формулы расчета, можно организовать вычисление любого дома вне зависимости от применяемых материалов.

http://youtu.be/q0lgt7HK2L8

Важно внимательнейшим образом следить за всеми данными, т.к. даже небольшая погрешность может серьезно отразиться на результате, потому что каждая формула выводит свои четкие данные. Если разница в показаниях меньше чем в 1,5 раза, то можно немного расширить фундамент у основания, благодаря чему серьезно увеличится площадь опоры, а масса – совсем незначительно.