Рассчитываем фундамент для каркасного дома

Каркасный дом имеет множество преимуществ, среди которых легкость, надежность, возможность строительства на любом грунте. Но при этом необходим правильный расчет всех деталей. Важнейшую роль играют несущие конструкции, на которых держится здание. Одной из них является фундамент, его расчет заключается в определении опорной площади и нагрузки на грунт, выборе подходящего типа и необходимых размеров. Изучите, как рассчитать все нужные показатели.

Виды фундаментов для каркасных домов

Перед тем как определить параметры фундамента, оптимальные для каркасного дома, нужно выбрать тип основания в соответствии с видом почвы участка. Рассмотрим плюсы и минусы каждого.

Ленточный фундамент – классика частного домостроения

Ленточный фундамент выдерживает значительные нагрузки, в том числе и на подвижном грунте. Под каркасный дом лучше всего подойдет монолитный или сборный мелкозагрубленный фундамент, имеющий глубину заложения около 0,5 м и возвышающийся над поверхностью земли около 20-30 см.

Недостатком ленточного фундамента считается невозможность перепланировки дома. Поэтому во время проектирования очень важно правильно произвести все расчеты жилого объекта, поскольку потом исправить ничего не получится.

Дом на сваях

Свайно-винтовой фундамент можно применять для любого участка, при этом чаще всего он актуален на сложных почвах. Несмотря на то что сваи располагаются на большую глубину, необходимости в привлечении спецтехники нет, монтаж возможен в любое время года и не требует много времени и финансовых затрат.

Свайная конструкция имеет хорошие показатели несущей способности и при необходимости позволяет проводить ремонтные работы. Сваи устойчивы к воздействию грунтовых вод и промерзанию почвы. Идеальный вариант для небольшого каркасного дома.

Монолитная плита

Плитный фундамент имеет в основе плоскую железобетонную опору. Возводятся основания такого вида на слабых, пучинистых и неоднородных почвах, где содержатся грунтовые воды.

Фундамент надежный, простой в монтаже, устойчив на скользящей почве. Для каркасного дома его применяют очень редко, поскольку он характеризуется дороговизной и необходимостью установки чернового пола.

Простой столбчатый фундамент

Столбчатый фундамент состоит из отдельно стоящих столбов из бетона. Верхняя часть конструкции называется оголовком, а нижняя – основанием. Столбики располагаются в местах сосредоточения нагрузки, в частности по периметру каркасного дома и под пересечением стен. Высота их обычно равна высоте пола на первом этаже, то есть около 50-60 см над поверхностью земли.

Столбчатый фундамент очень просто и быстро монтировать, он наиболее приемлемый по цене. Однако есть серьезные недостатки: невысокая несущая способность и возможность монтажа только на непучинистых устойчивых грунтах в теплое время года.

Геологические изыскания

Не только расчет фундамента важен для возведения устойчивого каркасного дома, важны характеристики грунта и геологические особенности. Специалисты, проектирующие сооружения, проводят сложные геологические изыскания – бурение и изучение материала в лаборатории.

Если каркасное здание будет возводиться самостоятельно, то часто достаточно визуального исследования. С этой целью проводится бурение на глубину ниже подошвы фундамента примерно на 50-100 см. Это поможет определить тип почвы и исключить наличие водонасыщенных слоев. Рекомендуется такую проверку делать в нескольких местах, поскольку неустойчивый грунт может находиться рядом, в пределах постройки.

Сбор и анализ нагрузок

Нагрузка на фундамент может быть постоянная и временная. В первый тип входят все элементы каркасного дома. Временные нагрузки бывают кратковременными (вес людей) и длительными (вес оборудования, мебели). Для расчета во внимание берется также вес снегового покрова. Постоянная нагрузка рассчитывается с учетом веса стен, кровли, перекрытий, веса самого фундамента. Масса конструкций по типу представлена ниже.

• Стены толщиной 150 мм в каркасном доме с утеплителем: 30-50 кг/кв. м.
• Стены из бруса и бревен: 70-100 кг/кв. м.
• Стены из кирпича толщиной 150 мм: 200-270 кг/кв. м.
• Стены из железобетона толщиной 150 мм: 300-350 кг/кв. м.
• Металлическая кровля: 40-60 кг/кв. м.
• Керамическая кровля: 80-120 кг/кв. м.
• Кровля из гибкой черепицы: 50-70 кг/кв. м.
• Собственный вес железобетонного фундамента: 2500 кг/куб.м.

Указанные значения относятся к нормативным. Чтобы получить расчетные показатели их необходимо умножить на специальный коэффициент надежности по нагрузке. Ниже они указаны для каркасного дома.

• Деревянные: 1,1.
• Железобетонные с плотностью выше 1600 кг/куб м: 1,3.
• Засыпки, изоляционные слои, стяжки, выполненные в заводских условиях 1,2.
• Засыпки, изоляционные слои, стяжки, выполненные на строительной площадке 1,3.

Расчет несущей конструкции

Долговечность и качество любого здания напрямую зависит от прочности фундамента. Поэтому на этапе проектирования важной задачей является расчет оптимального значения размеров основы.

Что нужно рассчитать

Несущая способность грунтов и масса дома являются основополагающими показателями для расчетов. Благодаря им имеется возможность определить способность почвы выдержать нагрузку дома с конкретной площадью опоры и массой. Строительство будет возможным только тогда, когда показатели несущей способности почвы больше, чем давление на нее здания, иначе нужно проводить изменения в размерах и увеличивать ширину основания.

Для расчета несущей способности фундамента учитывают площадь основания и глубину его заложения. Эти параметры важны при определении возможной усадки конструкции в течение двух лет после строительства. Если усадка будет неравномерной, то по стенам или фундаменту могут пойти трещины, дом перекосится или вовсе разрушен.

Существует множество факторов, из-за которых фундамент может опускаться неравномерно. Прежде всего, это малая плотность грунта, чрезмерная пучинистость, большая нагрузка, неправильная форма построенного фундамента.

Глубина заложения несущих конструкций: тип грунта

Перед проведением расчетов требуется определить структуру грунта, глубину его промерзания и расположение уровня грунтовых вод. Это позволит установить оптимальную глубину заложения фундамента. Несущая конструкция будет максимально крепкой при заложении на однородный грунт, который усаживается равномерно. В учет также берется тип почвы.

Хрящевой грунт – это сочетание камней и гравия. Минимальная глубина заложения в этом случае составляет 0,5 м. На определение точного показателя здесь влияет только уровень грунтовых вод и вес сооружения. На скальном участке, где преобладают плотные горные породы, фундамент закладывают на небольшую глубину, при этом лишь сняв верхний тонкий слой почвы.

Песчаный грунт хорошо впитывает воду, которая на поверхности не застаивается. За счет этого и незначительного промерзания глубина основания может быть около 50-70 см. Она увеличивается до уровня промерзания в том случае, когда грунт пылевидный или мелкозернистый, а расположение грунтовых вод высокое.

Особенностью песчаных почв также является риск сильного проседания из-за высоких показателей уплотнения при нагрузке. Поэтому цоколь должен быть высоким, а глубина может быть увеличена до 70-100 см.

Фундамент для глинистого грунта необходимо закладывать ниже точки промерзания. Особенно придерживаться этих рекомендаций нужно при высоком уровне грунтовых вод. Такая почва наиболее опасна, так как сжимается при сильной нагрузке и вспучивается при замерзании. Чтобы избежать трещин, требуется высокопрочный фундамент.

Уровень грунтовых вод

Заложение фундамента на определенную глубину зависит и от уровня грунтовых вод. Факторы влияния:

• Заложение несущей конструкции на глубину от 50 см необходимо, если грунтовые воды залегают глубже замерзания грунта более чем на 100 см.
• В случае нахождения грунтовых вод ниже уровня промерзания менее 100 см, устраивают гравийно-песчаную подушку от дна основания до уровня промерзания грунта, а несущую конструкцию погружают на глубину не менее 50 см.
• При одинаковом уровне промерзания и грунтовых вод или если грунтовые воды протекают высоко, закладку фундамента делают ниже уровня промерзания. Бывает исключение, если здание отапливается круглый год или грунт песчаного типа.

Площадь несущей конструкции

Площадь фундамента рассчитывается на основе того факта, что почва не должна проседать под давлением каркасного дома. Проседание случается, если нагрузка на грунт избыточна из-за большого веса здания. Чтобы ее уменьшить, требуется увеличение площади основы под фундамент. При выборе ленточного типа несущей конструкции нужно увеличить ширину ленты.

Для уменьшения нагрузки на грунт при выборе столбчатого фундамента необходимо увеличить размеры и количество столбов. Расстояние между ними должно быть около 100-250 см. Определяют его индивидуально, в зависимости от несущей способности грунта и веса здания. Обычно расстояние составляет 100-200 см на песчаной почве и супесях, 200-250 см – на глинистом, хрящевом, скальном грунтах. Далее рассмотрим пример расчета размеров фундамента.

Расчет площади основания

При строительстве каркасного дома бывает достаточно столбчатого фундамента. Чтобы определить нагрузку на грунт требуется просуммировать вес фундамента и вес здания. Это позволит понять выдержит ли почва планируемое строение.

Итак, допустим, столбики будут иметь диаметр 20 см и глубину 1,9 м. Опорная площадь равняется 3,14 х 10 см х 10 см = 314 кв. см. Вес столбика будет 143 кг, а объем 0,6 куб. м. Понадобится 30 столбиков, поскольку длина стен составляет 30 м, а расстояние равняется 1 м. Исходя из этого, общий вес равен 30 х 143 кг = 4290 кг, опорная площадь – 30 х 314 кв. см = 9420 кв. см.

Общий вес каркасного дома составит 27000 кг. Для расчета нагрузки на грунт необходимо разделить это число на опорную площадь, получится 2,88 кг/кв. см. Несущую способность сухого грунта можно взять за 2 кг/кв. см. Это значит, что для строительства каркасного дома такой площади фундамента недостаточно и нужно увеличить количество или размер столбов.

Видео: самостоятельный расчет ленточного фундамента

Плюсы и минусы ленточного фундамента под каркасный дом

Ленточный фундамент под каркасный дом– самый распространенный вид оснований в частном строительстве. Технология выверена веками. Трудо- и материалоемкость меньше, чем у плитного. В конструкции отсутствуют недостатки, свойственные сваям с висячим ростверком – открытое подполье, невысокий срок службы. Как правило, внутри сооружения устраивают полы по грунту.

Ленточное основание под легкое сооружение экономически целесообразно закладывать на глубину выше уровня промерзания. Применяя меры, препятствующие пучению и разрушению, можно добиться долгой и надежной службы фундамента в течение всего срока эксплуатации.

Глубина заложения

Строительная конструкция работает в сложных условиях и воспринимает большие нагрузки. Ошибки при расчете и возведении фундамента оборачиваются последствиями, которые потом трудно или невозможно исправить. Поэтому первая важная задача — определить тип почвы, ее несущую способность, склонность к проседанию, уровень грунтовых вод. Исходя из этого, принимают решение о строительстве ленточного основания.

Дополненные и измененные СНиП 2.02.01-83 теперь применяют в строительстве под названием СП 22.13330.2010. В соответствии с правилами допускается устраивать малозаглубленные фундаменты под каркасные дома после проведения инженерно-геодезических, геологических и гидрометеорологических изысканий, расчета по нагрузкам и сравнения технико-экономических показателей разных вариантов подземных конструкций.

Готовые проекты содержат стандартные решения, которые часто не учитывают особенностей условий конкретного участка. Поэтому нельзя пренебрегать хотя бы начальной геологией, в ходе которой выясняется необходимость проведения более детальных изысканий.

Перед выбором вида фундамента для дома изучают рельеф и уклон местности, определяют возможный вариант дренирования. Можно самостоятельно узнать тип грунта и уровень залегания подземных вод. Для этого отрывают шурфы на участке на глубину промерзания и анализируют состояние почв, структуру, прочность слоев.

Глубину промерзания определяют по СП 131.13330.2012. Интересующие сведения могут предоставить в районном или городском земельном отделе архитектуры.

Исходя из полученной информации принимают решение об устройстве того или иного типа основания.

Ленточныймалозаглубленный фундамент для каркасного домарекомендуется возводить на участке со спокойным рельефом. Наиболее рационально применение МЗЛФ понепучинистым грунтам – крупнозернистым пескам, нетекучим глинам, скальным или крупнообломочным породам с содержанием глинистых частиц менее 10 %. При этом уровень УГВ должен быть ниже 2 м.

При грунтах с низким УГВ, но склонных к увлажнению и пучению – глинистых, суглинистых и супесчаных с содержанием пылеватых частиц более 10 % – рекомендуется закладывать фундамент на глубину не ниже, чем 50 см от уровня подземных вод, а также МЗЛФ в виде ростверка по сваям.

Если высокий УГВ или участок с большим уклоном, то независимо от типа почв рассматривают другие варианты оснований: плитного малозаглубленного или свайного с висячим ростверком.

Фундамент мелкого заложения

Особую опасность для мелкозаглубленных конструкций представляют неравномерная осадка. Подошва фундамента опирается на неплотный грунт выше уровня промерзания. В этой области почва обычно разрыхлена воздействием воды и низких температур.

При растяжении фундамента, которое происходит из-за непрочного грунта, в нижней части конструкции со временем образуются микротрещины. Их раскрытие приводит к коррозии арматуры, воспринимающей растягивающие усилия. Работа в таких экстремальных условиях чревата появлением трещин сначала на железобетонной ленте, затем на стенах.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент длястроительства каркасного домарекомендуетсяиспользовать только на родных плотных грунтах.

Песчаная подушка на рыхлых почвах даже с послойным уплотнением не создаст достаточно прочного основания, которое хорошо воспринимает нагрузки без усадок и деформаций.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент на сваях

МЗЛФ на сваях рекомендуется строить в тех случаях, когда нет уверенности в однородности и прочности несущего грунта. Такая конструкция лишена недостатков мелкозаглубленного ленточного фундамента.

Основную часть нагрузки от здания – 85 % – воспринимают железобетонные буронабивные или металлические винтовые сваи, опирающиеся на грунт ниже уровня промерзания на 20-30 см. Ростверк выполняют в виде МЗЛФ, соединяющего между собой опоры. Он равномерно передает усилия на подземные анкеры и поверхность земли через подошву.

Такой вариант более устойчив, имеет высокую жесткость, надежен при неплотных подстилающих грунтах.

Заглубленный ленточный фундамент

Это классический вариант основания под здание из кирпича или бетона. В каркасном строительстве применяют при возведении домов с подвалами или цокольными этажами.

Основное условие для устройства заглубленного ленточного фундамента – постоянный низкий уровень грунтовых вод. Даже незначительное и нечастое поднятие подземной влаги приводит к появлению течей, отсыреванию стенок подвала, разрушению отделки.

Подошва основания опирается на горизонт нормативного промерзания грунта. Это исключает действие сил морозного пучения снизу, но касательные усилия и боковое давление земли присутствуют.

Поэтому ленточный заглубленный фундамент под каркасный дом рассчитывают и выполняют, соблюдая все необходимые требования.

Расчет

Самостоятельный расчет фундамента выполняют при однородных, механически прочных грунтах с низким УГВ. Осложнения в виде торфяников в подпочвенном слое, частых подтоплений, насыпных или намывных песков, сложного рельефа требуют профессионального подхода.

Задача фундамента – передавать нагрузки от здания на грунт. Для определения площади опорной части проводят расчет. Если она рассчитана некорректно, то вес дома превысит сопротивление основания. В результате продавливания и неравномерной осадки почвы возможно появление трещин, разрушение конструкций.

Правильный расчет – не гарантия долговечности фундамента. Ее обеспечивают грамотное строительство и эксплуатация с соблюдением требований. Если после устройства основания копать подвал вблизи стенки конструкции или пристраивать часть здания, это приведет к ухудшению условий работы участка ленты из-за нарушения целостности почвы. Неправильная консервация подземной части на зиму также изменяет свойства грунтов в не лучшую сторону.

Ленточный фундамент для каркасного домасоздает давление, расчеткоторого проводят по формуле:

Вес дома = вес надземной части + вес фундамента.

Площадь опирания определяют, исходя из выражения:

S› 1,2 Вес дома/ отпор грунта, где 1,2 – коэффициент надежности.

Иногда к отпору грунта применяют повышающий коэффициент, что приводит к уменьшению площади опоры. Делать этого не рекомендуется, так как различные нарушения при эксплуатации могут негативно сказаться на несущей способности почвы.

Например, переувлажнение грунта с нарушенной структурой при отсутствии дренажа, отвода воды, просевшей отмостке приводит к его ослаблению.

Несущую способность грунта определяют по таблице СНиП 2.02.01-83. Так, у песка она в среднем равна 2кг/см², у глины – 3кг/см².

Вес дома находят сложением постоянных и временных нагрузок от всех конструкций, отделки, пола, кровли, мебели, людей, оборудования и снега (СНиП 20.13330.2011, 131.13330.2012).

Существует упрощенный способ нахождения массы дома, разработанная строителями-профессионалами:

1. Нагрузка от каменного, кирпичного, газопенобетонного с облицовкой кирпичом — 2,4 т/м²;
2. Ячеистые бетоны, отделанные штукатуркой – 2 т/м²;
3. Брусовые и каркасные дома – 1,7 т/м².

Значения включают нагрузку от фундамента. Чтобы найти вес дома, достаточно площадь умножить на величину. Если строение ведется в 2 этажа, соответственно, показатель удваивают.

Полученную величину подставляют в формулу и находят S– требуемую минимальную площадь фундаментной ленты.

Например, для одноэтажного каркасного дома с площадью 120 м², строящегося на песке, искомая площадь равна:

1,2х120х1,7/20=12,24 м² (20 – несущая способность песка в т/м²).

Ширинаполосы ленточного фундамента для каркасного домаопределяется, исходя из длины несущих стен и перегородок, которая в этом примере равна 12х2+10х2+12(центральная)=56 м:

12,24/56=0,22 м=22 см.

Согласно СНиП 2.02.01., минимальная ширина под наружные стены одноэтажного дома принимается равной 250 мм. Эта величина не может быть также меньше толщины стен.

В каркасном строении высота сечения стоек ограждающей конструкции определяется по несущей способности бруса. Обычно это 150-200 мм.

Теплотехнический расчет определяет толщину утеплителя. Если она больше сечения доски, разделяют теплоизоляцию на 2 части – между стойками каркаса укладывают первый слой, снаружи – второй.

С учетом отделки наружных стен обшивными материалами искомая толщинанесущего ленточного фундаментадля каркасного дома– 250-350 мм.

Армирование

Железобетонную ленту армируют каркасом из рабочих стальных стержней и связующих элементов. Применяют рифленый и гладкий прокат классов А400-500 для основных, А240 – для конструктивных прутков. Расчет и технология нормируются СНиП 52-01-2003, СП 63.13330.2012.

Каркасы представляют собой пространственные конструкции из продольных и поперечных стержней, соединенных хомутами. Первые воспринимают растягивающие напряжения, вторые – распределяют их равномерно между вертикальными и горизонтальными элементами.

Армирование МЗЛФ для каркасного дома рассчитывают по упрощенной схеме, где определяется минимально допустимая площадь стержней. Она составляет 0,1 % сечения ленты.

При ширине фундамента 300 мм и глубине заложения 400 мм с учетом высоты цоколя 600 мм рабочая площадь составляет 300000 мм². Профили должны иметь суммарное сечение не менее 300000х0,001=300 мм². Этому значению соответствуют несколько позиций из таблицы сортамента стали.

С учетом существующих ограничений на участках длиной свыше 3 м разрешено применять арматуру диаметром от 12 мм. Поэтому каркас изготавливают из 4 стержней, по 2 в нижнем и в верхнем ряду.

Поперечную арматуру подбирают, исходя из высоты каркаса. Если она меньше 80 см, используют проволоку диаметром 6 мм, при большей – стержни с сечением 10 мм. Шаг крепления – 25-30 см. Хомуты связывают механическим способом или вручную.

Требуемый расход арматуры находят по чертежу, приобретают с запасом 5 %.

Ленточный мелкозаглубленный фундамент – технология

Подготовительные работы включают расчистку местности, удаление верхнего плодородного слоя на глубину 30 см, разметку и установку обносок.

Операции по устройству МЗЛФ выполняют по следующей схеме:

1. Подготовка траншеи глубиной на 20-40 см ниже заложения подошвы фундамента;
2. Подсыпка песком или щебнем с послойным уплотнением до проектной отметки;
3. Укладка дренажных труб, обернутых в геотекстиль;
4. Установка опалубки с предусмотренными сквозными отверстиями для фиксации гильз (для коммуникаций и продухов);
5. Укладка гидроизоляции;
6. Монтаж арматурного каркаса;
7. Заливка в опалубку бетона марки М250-300 с уплотнением вибратором или вручную.

После бетонирования фундамент нуждается в уходе – оберегании от переувлажнения, пересыхания, замерзания.

После набора 70 % прочности, что происходит в зависимости от погодных условий на 4-14 день, конструкцию разопалубливают. На боковые поверхности наносят окрасочную гидроизоляцию, наплавляют рулонные материалы или монтируют мембраны. На горизонтальную часть фундамента укладывают 2-3 слоя рубероида.

Желательно наружную сторону основания защитить теплоизолятором – наклеить плиты пенополистирола. Утепление подземной конструкции и отмостки – эффективный способ борьбы с пучением грунта.

Обратную засыпку выполняют песком. Он дренирует поверхностные воды, направляя их в дренаж.

Вокруг отмостки прокладывают ливневку для удаления стоков с крыши.

Ленточный фундамент для каркасного дома обладает высоким ресурсом, если выбрано рациональное решение с привязкой к условиям участка, произведен правильный расчет, изготовление соответствует технологии.