Расчет фундаментной плиты

Расчет фундаментной плиты является достаточно сложным, поскольку выполняется в 3D постановке с учетом совместной работы дома и основания. Фундаментная плита является одним из наиболее распространенных фундаментов в индивидуальном жилищном строительстве (далее ИЖС).  В данной статье рассмотрены основные аспекты расчета, проектирования и строительства фундаментной плиты для ИЖС.

Фундаментная плита. Термины и определения

Фундаментная плита (raft foundation) — это фундамент в виде сплошной бетонной или железобетонной плиты, который передает нагрузки на основание от всего сооружения.

Фундаментная плита
Рис.1

Суть работы и особенности фундаментной плиты

Рассмотрим работу фундаментной плиты под нагрузкой. Основная нагрузка на фундаментные плиты передается через несущие стены и колонны.  На рисунке 2 показана деформированная схема системы «фундаментная плита – грунтовое основание» (для наглядности деформации увеличены во много раз и показаны в сечении). Как видно из рисунка 2, под стенами осадки плиты имеют максимальные значения, а между стенами осадки значительно меньше, поэтому формируется выгиб в противоположенную сторону.

Суть работы фундаментной плиты заключается в том, что в совестную работу с основанием включается не только та часть фундамента, на которую непосредственно действуют нагрузки, но относительно свободная от нагрузок часть фундамента. Таким образом, действующие на фундамент нагрузки «размазываются» по всей площади фундаментной плиты, вследствие этого появляются следующие преимущества относительно ленточного и столбчатого фундаментов:

  • значительно снижается удельная нагрузка на грунт;
  • значительно повышаются запасы по несущей способности основания;
  • значительно снижаются осадки основания и их неравномерность.
Рассмотрим работу фундаментной плиты под нагрузкой
Рис. 2

Исходя из особенностей работы фундаментной плиты, вытекают особенности армирования. Между несущими стенами или колоннами, как правило, рабочее армирование требуется в верхней зоне плиты, а под ними – рабочее армирование требуется в нижней зоне.

Изополя армирования фундаментной плиты в верхней зоне по оси Х

армирование фундаментной плиты
Рис. 3

Изополя армирования фундаментной плиты в нижней зоне по оси Y

армирование фундаментной плиты
Рис. 4

Область применения фундаментных плит

Фундаментные плиты целесообразно использовать:

  • при возможности резкого ухудшения деформационно-прочностных характеристик грунтов основания (например, вследствие изменения гидрогеологических условий);
  • на площадках, сложенных слабыми грунтами или  грунтами с модулем деформации менее 10 МПа;
  • при наличии пучинистых грунтов и значительной чувствительности зданий к неравномерным деформациям;
  • при строительстве на просадочных грунтах;
  • при строительстве на органоминеральных и органических грунтах.

Иными словами, фундаментную плиту нужно применять в сложных инженерно-геологических условиях строительства. Если грунтовые условия достаточно хорошие, то дешевле применить ленточный фундамент с полами по грунту.

В частном строительстве фундаменты делают как правило малозаглубленными или вообще незаглубленными. Исходя из этого, фундаментная плита является предпочтительным вариантом, поскольку в отличие от ленточного фундамента, несущая способность основания будет гарантировано обеспечена даже на слабых грунтах.

Основные типы фундаментных плит для ИЖС

На участке строительства во многих случаях имеется перепад высот. Чтобы с одной стороны нивелировать этот перепад, а с другой – обеспечить требуемую высоту цоколя, разработаны различные варианты фундаментной плиты. На рисунках 5-11 показаны наиболее распространенные варианты фундаментных плит (подготовка под фундаменты условно не показана).

1. Незаглубленная или малозаглубленная фундаментная плита на участке без перепада.

фундаментная плита
Рис. 5

2. Малозаглубленная фундаментная плита со встроенной подпорной стенкой на участке с перепадом

2. Малозаглубленная фундаментная плита со встроенной подпорной стенкой на участке с перепадом
Рис. 6

3. Малозаглубленная фундаментная плита ребрами вниз

Малозаглубленная фундаментная плита ребрами вниз
Рис. 7

4. Малозаглубленная фундаментная плита ребрами вверх

Малозаглубленная фундаментная плита ребрами вверх
Рис. 8

5. Заглубленная фундаментная плита (подземный этаж)

5. Заглубленная фундаментная плита (подземный этаж)
Рис. 9

6. Фундаментная плита с ребрами или без на насыпи

Фундаментная плита с ребрами или без на насыпи
Рис. 10

7. Фундаментная плита на насыпном основании плюс подпорные стенки

Подробно о том, какие бывают подпорные стены, и как выполняется их расчет, написано здесь.

Фундаментная плита на насыпном основании плюс подпорные стенки
Рис. 11

Расчет фундаментной плиты

Фундаментные плиты являются достаточно сложными конструкциями с точки зрения расчета. Дело в том, что простого способа выполнить их расчет не существует. В отличие от ленточного фундамента, фундаментную плиту можно рассчитать только с применением численных методов.

Расчет фундаментной плиты включает следующие основные пункты:

  1. расчет грунтового основания по несущей способности;
  2. расчет грунтового основания по деформациям;
  3. расчет железобетонных конструкций по первой и второй группам предельных состояний с подбором толщины и армирования;
  4. расчет фундаментной подушки;
  5. расчет теплоизоляции основания и фундамента;
  6. расчет устойчивости склона (откоса), если фундаментная плита расположена вблизи склона(откоса).

Наиболее корректный расчет фундаментной плиты предполагает рассмотрение совместной работы сооружения и основания. Такой расчет требует моделирования как минимум первого этажа, а в идеале – несущих конструкций всех этажей. Чем точнее моделируются условия работы фундаментной плиты, тем больше точность и достоверность расчетов, и тем экономичнее фундамент.  Ниже рассмотрим пример расчета фундаментной плиты в пространственной 3D постановке с учетом совместной работы дома с основанием.

Моделируется фундаментная плита и несущие конструкции первого этажа.

расчет фундаментной плиты
Рис. 12

Моделируются несущие конструкции второго этажа.

расчет фундаментной плиты
Рис. 13

Расчетная модель разбивается на конечные элементы, задаются нагрузки.

расчет фундаментной плиты
Рис. 14

Создается трехмерная модель грунтового основания.

расчет фундаментной плиты
Рис. 15

Осуществляется привязка модели дома к модели основания.

расчет фундаментной плиты
Рис. 16

На рисунке 12 показана модель основания в разрезе.

расчет фундаментной плиты
Рис. 17

В результате расчета методом конечных элементов определяются усилия, подбирается толщина и армирование фундаментной плиты в соответствии с требованиями СП 63.13330.2018.

Толщину фундаментной плиты рекомендуется назначить из условия восприятия поперечных сил бетоном плиты, без поперечного армирования.

расчет фундаментной плиты
Рис. 18
расчет фундаментной плиты
Рис. 19

В результате расчета фундаментной плиты по материалу должны быть определены:

  • толщина фундаментной плиты;
  • требуемые характеристики бетона;
  • требуемые характеристики арматуры;
  • расположение слоев арматуры;
  • требуемое рабочее армирование (диаметр и шаг арматуры).

Подготовка под фундаментные плиты

Состав и объем подготовки под фундаментные плиты сильно разнится в зависимости от условий строительства.

Практически всегда нужно предусматривать бетонную подготовку толщиной 5-10 см из бетона В7,5. В большинстве случаев классическую бетонную подготовку можно заменить профилированной мембраной PLANTER.

Поскольку фундаментные плиты в ИЖС незаглубленные или малозаглубленные, а грунты основания во многих случаях пучинистые, то рекомендуется:

  • во-первых, выполнить подушку расчетной толщины из непучинистого грунта (песок гравелистый, крупный или средней крупности и др);
  • во-вторых, в фундаментной подушке предусмотреть дренажную систему;
  • в-третьих, выполнить теплоизоляцию основания и фундамента в соответствии с СТО 36554501-012-2008.

Пример 1. Подготовка под фундаментную плиту на просадочных грунтах

Пример 1. Подготовка под фундаментную плиту на просадочных грунтах
Рис. 20

Пример 2. Подготовка под фундаментную плиту на пучинистых грунтах

Подготовка под фундаментную плиту на пучинистых грунтах
Рис. 21

Пример 3. Подготовка под фундаментную плиту на насыпных грунтах (непригодных для использования) при высоком уровне подземных вод

Пример 3. Подготовка под фундаментную плиту на насыпных грунтах (непригодных для использования) при высоком уровне подземных вод
Рис. 22

Важно!

В проектах фундаментных плит, если имеется фундаментная подушка, необходимо закладывать контроль качества уплотнения грунтов на каждом квадратном метре. Для этой цели можно использовать динамический плотномер Д-51. Фундаментные подушки необходимо проектировать и устраивать в соответствии с требованиями СП 45.13330.2017.

Пример 4. Подготовка под фундаментную плиту на слабых глинистых грунтах

Помимо бетонной подготовки, в ряде случаев требуется щебеночная подготовка толщиной 10-20 см. Чаще всего используется щебень фракции 20-40 и 5-20 мм (фракция щебня уменьшается по мере приближения к бетонной подготовке).

Подготовка под фундаментную плиту на слабых глинистых грунтах
Рис. 23

Конструирование фундаментной плиты (КЖ)

Конструирование фундаментной плиты выполняется в соответствии с требованиями СП 63.13330.2018.

Защитный слой бетона при наличии бетонной подготовки должен быть не менее 40 мм, а при отсутствии подготовки – не менее 70 мм.

Армирование фундаментных плит производится в двух зонах: нижней и верхней. Каждая зона должна иметь рабочую арматуру в двух направлениях.

Важно!

Армировать фундаментные плиты одной сеткой (совершенно не важно, где она будет расположена) категорически нельзя.

Фундаментные плиты чаще всего армируют отдельными стержнями, значительно реже – готовыми сетками.

Арматурные стержни  стыкуются внахлёст. Стыки арматуры внахлестку следует располагать вразбежку. При этом площадь рабочей арматуры, стыкуемой в одном сечении, не должна превышать для периодического профиля — 50%.

Существует два основных подхода к армированию фундаментных плит:

  • первый подход, экономный и сложный в исполнении, предполагает установку нижней и верхней арматуры, соответствующей минимальному проценту армирования, по всей площади плиты, а на участках, где действующие усилия превышают усилия, воспринимаемые этой арматурой, — установку дополнительной арматуры, совместно с вышеуказанной арматурой воспринимающей действующие на этих участках усилия;
  • второй подход, дорогой и простой в исполнении, предполагает установку нижней и верхней арматуры одинаковой по всей площади в соответствии с максимальными значениями усилий.

В проекте необходимо использовать тот подход к армированию, который смогут правильно реализовать подрядчики заказчика.

На концевых участках фундаментных плит следует устанавливать поперечную арматуру в виде П-образных хомутов, расположенных по краю плиты, обеспечивающих восприятие крутящих моментов у края плиты и необходимую анкеровку концевых участков продольной арматуры.

Толщина фундаментной плиты в ИЖС, как правило, не должна быть менее 25 см.

Шаг стержней продольной арматуры рекомендуется назначать не более 200 мм.

В чертежах КЖ обязательно нужно указать, каким образом будет обеспечиваться проектное положение арматуры. Как правило, проектное положение нижней арматуры обеспечивается при помощи пластиковых фиксаторов, а верхней арматуры – при помощи фиксаторов типа «Лягушка». Размеры «лягушек» подрядчик должен уточнять по месту, в зависимости от способа установки.

В проектах фундаментных плит всегда нужно закладывать гидроизоляцию подошвы и торцов.

По итогам конструирования фундаментной плиты выдаются следующие рабочие чертежи:

  • опалубочный план фундаментной плиты с разрезами;
  • схема армирования фундаментной плиты;
  • спецификация материалов.

Чертежи следует оформлять в соответствии с требованиями ГОСТ 21.501-2018.

Пример 1. Конструирование фундаментной плиты

Конструирование фундаментной плиты
Рис. 24
Конструирование фундаментной плиты
Рис. 25

Пример 2. Конструирование фундаментной плиты

Конструирование фундаментной плиты
Рис. 26
Конструирование фундаментной плиты
Рис. 27
Конструирование фундаментной плиты
Рис. 28

Устройство фундаментной плиты

Рассмотрим ключевые этапы устройства фундаментной плиты на конкретном примере.

1. Выполняется разработка котлована под фундаментную плиту

Перерыв между окончанием разработки котлована и устройством фундамента  не допускается. При вынужденных перерывах должны быть приняты меры к сохранению природных свойств грунта.

Разработка котлована под фундаментную плиту
Рис. 29

2. Выполняется разработка котлована под дренажную систему

Выполняется разработка котлована под дренажную систему
Рис. 30

3. Выполняется монтаж дренажной системы, укладка геотекстиля и устройство фундаментной подушки

Фундаментная подушка устраивается путем послойного уплотнения при толщине слоя не более 10-15 см. Уплотнение производится до достижения проектного коэффициента уплотнения.

3. Выполняется монтаж дренажной системы, укладка геотекстиля и устройству фундаментной подушки
Рис. 31

4. В процессе работ не забываем про коммуникации, которые будут под фундаментной плитой

4. В процессе работ не забываем про коммуникации, которые будут под фундаментной плитой
Рис. 32

5. Под ребрами плиты устраивается подготовка, монтируется опалубка, и продолжаем устройство фундаментной подушки

Работы по возведению монолитных железобетонных конструкций следует производить в соответствии с требованиями СП 70.13330.2012.

Под ребрами плиты устраивается подготовка, монтируется опалубка, и продолжаем устройство фундаментной подушки
Рис. 33

6. Устраивается теплоизоляция и гидроизоляция подошвы фундамента, выполняется армирование фундамента

6. Устраивается теплоизоляция и гидроизоляция подошвы фундаменты, выполняется армирование фундамента
Рис. 34

7. Фундаментная плита готова к заливке

7. Фундаментная плита готова к заливке
Рис. 35

8. Выполняется бетонирование фундаментной плиты

8. Выполняется бетонирование фундаментной плиты
Рис. 36

9. Фундаментная плита почти готова. Выполняем уход за бетоном и ждем набора прочности

9. Фундаментная плита почти готова
Рис. 37

Распалубку фундаментной плиты следует производить при достижении бетоном не менее 80% от проектной прочности.

Загружать фундаментную плиту допускается при достижении 100% от проектной прочности (ждем 28 суток после заливки).

Нагружать фундаментную плиту необходимо по возможности равномерно.

Рекомендуемая литература по теме

СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений

СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия

СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты

СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции

СП 435.1325800.2018 Конструкции бетонные и железобетонные монолитные. Правила производства и приемки работ

СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений

СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры

СП 229.1325800.2014 Железобетонные конструкции подземных сооружений и коммуникаций

Методическое пособие по проектированию оснований и фундаментов на просадочных грунтах

Методическое пособие проектирование оснований фундаментов на пучинистых грунтах

Методическое пособие по проектированию оснований и фундаментов на органоминеральных и органических грунтах

СТО 36554501-012-2008 Применение теплоизоляции из плит полистирольных вспененных экструзионных ПЕНОПЛЭКС при проектировании и устройстве малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

Балки и плиты на упругом основании. Лекции с примерами расчета по специальному курсу строительной механики: учеб. пособие / А.Ю. Цвей

Дом за 100 дней (Проект-инструкция)

Копирование на этом сайте запрещено.

error: Content is protected !!