УДК 69ББК38.7в

Р24

Оригинал-макет подготовлениздательством «Центр общечеловеческих ценностей»

Расчеты конструкций загородного дома. СпособыР24 экономии. Нагрузки. Воздействия: Справочник /Сост.

В.И. Рыженко. — М.: Издательство Оникс, 2007. —32 с: ил. — (В помощь домашнему мастеру).

ISBN 978-5-488-01337-7

Наша книга предназначена не только для домашнегомастера, но и для тех, кто хочет осуществлять авторскийнадзор во время строительства. Сведения, приведенные в ней,касаются расчетов конструкции, ознакомившись с которы-ми вы сможете самостоятельно произвести расчеты, чтобыобеспечить надежность вашего жилища.

УДК 69ББК 38.76i

ISBN 978-5-488-01337-7 ©Рыженко В.И., составление, 2007© ООО «Издательство Оникс», иллюстраций,

оформление обложки, 2007

www.infanata.org

СПОСОБЫ ЭКОНОМИИ СРЕДСТВ ИМАТЕРИАЛОВ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ

ФУНДАМЕНТОВ

В малоэтажном индивидуальном жилищном строи-тельстве используются, как правило, ленточные фун-даменты - сборные и монолитные.

Ленточные фундаменты из сборных бетонных бло-ков нашли широкое применение в предыдущие годыпри массовом жилищно-гражданском строительстве,когда основным приоритетом было ускорение сроковстроительства за счет массового применения готовыхэлементов заводского изготовления. При этом, то по-ложение, что ленточные фундаменты из сборных бе-тонных блоков дороже, чем монолитные в расчет непринималось, из-за того, что возведение ленточныхмонолитных фундаментов требует большего времени,что удлинило бы сроки строительства. А главным в тегоды был фактор времени, все остальное было подчи-нено главному - сокращению сроков строительства.

Рассмотрим преимущества и недостатки устрой-ства ленточных фундаментов из сборных бетонныхблоков (вариант 1) и ленточных монолитных фун-даментов (вариант 2).

Вариант 1. При устройстве ленточных фундамен-тов из сборных бетонных блоков производственныйцикл состоит из следующих этапов:

• изготовление блоков на заводе или полигоне;• погрузка их на автотранспорт;• доставка блоков автомашинами на строительную

площадку;• выгрузка их из автомашины автокраном, кото-

рый в это время должен находиться на строительнойплощадке;

• устройство ленточного фундамента из сборныхбетонных блоков (монтаж автокраном) в подготов-ленном котловане (траншее).

Вариант 2. При устройстве ленточных монолит-ных фундаментов производственный цикл состоит изследующих этапов:

• устройство траншеи точно по ширине фундамента;• заливка в траншею бетона марки 100 (без уст-

ройства опалубки). Бетон, как правило, готовится вбетономешалке непосредственно на стройплощадке.

Сравнение этих двух вариантов устройствафундаментов показывают:

1. В варианте 1 затраты на погрузочно-разгрузоч-ные работы и транспортировку блоков весьма значи-тельны, тогда как в варианте 2 эти затраты отсутству-ют.

2. Бетонные блоки заводского изготовления име-ют ширину 30, 40, 50, 60 см и если требуется фунда-мент, например, шириной 55 см, то принимается раз-мер блока шириной 60 см. Это приводит к перерасхо-ду бетона и, следовательно, к удорожанию.

В варианте 2 ширина устраиваемого фундаментасоответствует требуемой ширине, например 55 см.

3. В варианте 2 бетон в фундаменте, перед началомкладки стен, должен набрать начальную прочность,это составляет 7-10 дней. Однако, если учесть, чтоэто индивидуальное, а не массовое строительство, издесь фактор времени не имеет такого большого зна-чения, разрыв между бетонированием фундамента

и началом кладки стен в 7-10 дней не является реша-ющим. Следует отметить, что в настоящее время по-явились добавки - пластификаторы, которые уско-ряют сроки достижения начальной прочности бето-на до 3-4 дней.

Итак, для устройства фундаментов в малоэтажномстроительстве наиболее оптимальным (с точки зре-ния экономии средств и материалов) является вари-ант 2 (ленточные монолитные фундаменты).

Однако, даже если выбран вариант 1 (ленточныефундаменты из сборных бетонных блоков), здесь так-же можно немного сэкономить. Если вместо двух опе-раций («разгрузка автокраном блоков с автомаши-ны на площадку складирования» и «монтаж блоковавтокраном с площадки складирования в фунда-мент») выполнить одну операцию - «разгрузка авто-краном блоков с автомашины сразу в фундамент,минуя площадку складирования». Такой метод на-зывается «монтаж с колес».

Но в этом случае, во избежание простоя автотран-спорта, на строительной площадке все должно бытьподготовлено для «монтажа с колес». А именно: вы-полнена разбивка осей здания, отрыта траншея, уст-роена подготовка под фундамент, приготовлен ра-створ для кладки блоков.

Примечание. Вопросы устройства подготовки под фун-дамент и его армирования решаются в обоих вариантаходинаково - в зависимости от грунтовых условий.

ПРОСТЕЙШИЕ РАСЧЕТЫЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ

Как показала практика, примеры конструированияцелесообразно дополнить простейшими расчетами,которые помогли бы рассчитать основные элементыдля несложных конструктивных схем, таких, какодно-, двух и трехэтажные здания с массивнымистенами (жилые дома, бани, гаражи).

С помощью этих простейших расчетов можно бу-дет определить размеры фундаментов в зависимостиот конкретных нагрузок и грунтовых условий, рас-считать шаг балок и их сечение в перекрытиях, подо-брать сечения строительных конструкций и т. п.

В начале даны нормативные данные и принципывыполнения простейших расчетов конструктивныхэлементов здания, а далее, в качестве примеров вы-полнены расчеты наиболее характерных элементовзданий.

Очень часто размеры фундаментов, сечение балок имонолитных железобетонных плит назначаются «на гла-зок» и, для большей надежности «с запасом». Это приво-дит к перерасходу материалов (иногда довольно большо-му) и, следовательно, к удорожанию строительства.

Выполнение простейших расчетов, позволит при-нять оптимальное решение при конструированииэлементов зданий, что в свою очередь, приведет к эко-номии средств на строительство.

Нагрузка и воздействия для расчетаконструктивных элементов зданий

Общие положения

Для расчета элементов зданий прежде всего необ-ходимо определить какие нагрузки и воздействиявлияют на рассчитываемую конструкцию

Нагрузки и воздействия, согласно строительнымнормам и правилам, разделяются на постоянные ивременные (временные длительные, кратковремен-ные и особые).

К постоянным нагрузкам и воздействиям отно-сятся:

а) вес частей зданий - несущих и ограждающихконструкций;

б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок) настены подвальных и цокольных помещений.

К временным длительным нагрузкам и воздей-ствиям относятся:

а) вес стационарного оборудования;б) нагрузки на перекрытия складских и подсобных

помещений;в) вес некоторых частей зданий, положение кото-

рых в процессе эксплуатации может измениться (на-пример, перегородок);

г) вес слоя воды на плоских покрытиях (например,фонтан с бассейном на террасе);

К кратковременным нагрузкам и воздействиямотносятся:

а) нагрузки на перекрытия жилых домов, коттед-жей от веса людей, мебели и т. п.;

б) вес людей, деталей, ремонтных материалов в зо-нах обслуживания оборудования (проходах, проез-дах и других свободных от оборудования участков);

в) нагрузки от подвижного подъемно-транспорт-ного оборудования;

г) снеговые нагрузки;д) ветровые нагрузки;е) температурно-климатические воздействия;ж) нагрузки, возникающие при перевозке и монта-

же строительных конструкций, при складированиина строительстве материалов и изделий.

В случае, если в помещениях жилых зданий пре-обладает оборудование (например, котельная) иливозможно интенсивное скопление людей (например,банкетный зал) нагрузки для этих помещений следу-ет отнести к временным длительным нагрузкам.

К особым нагрузкам и воздействиям относятся:а) сейсмические воздействия;б) воздействия просадок основания (например,

при просадочных грунтах или в районах горных вы-работок и т. п.).

При учете совместного действия нагрузок, сле-дует различать следующие сочетания:

а) основные сочетания, составленные из постоян-ных и временных длительных нагрузок и одной извозможных кратковременных нагрузок (наиболее

Примечание: сейсмическое воздействие учитываетсяв районах с сейсмичностью более 6 баллов по школе Рихте-ра. Так как таких районов в России немного, а расчеты оченьсложны, расчет конструкций на сейсмическую нагрузкув настоящей книге не приводится.

существенно влияющих на напряженное состояниерассматриваемого элемента или конструкции);

б) дополнительные сочетания, составляемые изпостоянных, временных длительных и всех кратков-ременных нагрузок, при их числе не менее двух;

в) особые сочетания, составляемые из постоян-ных, временных длительных, возможных кратков-ременных и одной из особых нагрузок.

Для расчета конструкций зданий приняты основ-ные сочетания нагрузок.

К конструкциям и входящим в них элементамподлежащим расчету, относятся:

• основание фундаментов;• фундаменты;• стены;• перекрытия;• покрытия;• строительные конструкции;• лестничные площадки и марши.В зависимости от разного рода факторов, в конст-

рукциях здания возникают напряжения, которые, воизбежание появления трещин, необходимо гасить вдеформационных швах.

Деформационные швы делятся на:• температурные;• температурно-усадочные;• осадочные.Температурные швы устраиваются в огражда-

ющих конструкциях для компенсации напряже-ний, возникающих при колебаниях температуры:

• в стенах - от фундамента до покрытия;• в покрытиях - поперек всего здания. Расстояние

между температурными швами зависит от материа-ла конструкций и от расчетных температур (см.табл. 1).

4. В подземных сооружениях, расположенных в зонепромерзания грунта, расстояния между температурнымишвами «S» в каменных стенах могут быть увеличенывдвое.

5. Для стен из комбинированной кладки (например, изглиняного кирпича, облицованного силикатным кирпичом)максимальное расстояние между температурными швами«S» могут определяться как среднее значение между рас-стояниями, приведенными в таблице 1 для кладки из гли-няного и силикатного кирпича.

Температурно-усадочные швы устраиваются в бе-тонных и железобетонных конструкциях (покрыти-ях, перекрытиях, отмостках, площадках и т. п.) длякомпенсации напряжений, возникающих при коле-баниях температуры. Расстояния между темпера-турно-усадочными швами принимаются по табл. 2.

Температурно-усадочные швы в покрытиях и пере-крытиях должны совпадать с температурными шва-ми в стенах.

Осадочные швы устраиваются когда ожидаетсянеравномерная осадка отдельных частей здания:

• при разнородных грунтах;• при возведении отсеков здания в разное время;• при разных высотах отдельных частей здания,

превышающих 10 м;• при значительной разнице в ширине подошвы

фундаментов и их заглублений.Осадочные швы должны прорезать все здание от

крыши до фундамента.

Нагрузки и коэффициенты надежности

Расчетные нагрузки получаются умножением нор-мативных нагрузок на соответствующие коэффици-енты надежности

Для постоянных нагрузок

Нормативные нагрузки от веса несущих (перекры-тые балконы, лестницы и т. п.) и ограждающих кон-струкций (стены) определяют по проектным разме-рам элементов в соответствии с данными об объем-ных весах материалов из которых выполнены этиэлементы. Объемные веса основных строительныхматериалов приведены в табл. 3.

Коэффициент надежности для нагрузок от весастроительных конструкций и грунтов принимается:

• 1,05 (0,9) для металлических конструкций;• 1,1 (0,9) для бетонных, железобетонных, камен-

ных и деревянных конструкций;• 1,3 (0,9) для тепло- и звукоизоляционных материа-

лов, засыпок, выравнивающих слоев, стяжек, штукату-рок, бетонных (со средней плотностью 1600 кг/м2 и ме-нее) и т. п., выполняемых на строительной площадке;

• 1,2 (0,9) то же, выполняемое в заводских условиях;

• 1,1 (0,9) для грунтов в природном залегании;• 1,15 (0,09) для насыпных грунтов.

Примечание: Указанные в скобках коэффициенты надежности,принимаются в тех случаях, когда уменьшение нагрузок от весаконструкции и грунтов ухудшает работу конструкции. Например,при расчете на устойчивость, опрокидывание, скольжение.

Для металлических конструкций, в которых нагруз-ка от собственного веса превышает 50% общей нагруз-ки, коэффициент надежности следует принимать - 1,1.

Для временных нагрузок на перекрытие

Нормативная снеговая нагрузка на 1 м2 площади гори-зонтальной проекции покрытия определяется по формуле

где: - расчетное значение снегового покрова на 1 м2 гори-зонтальной поверхности земли принимаемый по табл. 6.

- коэффициент перехода от веса снегового покро-ва к снеговой нагрузке земли на покрытие, принима-емый по табл. 6.

Таблица 6Схемы снеговых нагрузок и значение

коэффициента

Ветровые нагрузки

Учитывая то, что рассматриваемые в настоящейкниге здания и сооружения имеют небольшую высоту(до 3-х этажей), а также то, что все они имеют массивныестены, перевязанные поперечными стенами и перекры-тиями, влиянием ветровой нагрузки можно пренебречь.

Однако, при строительстве крыши необходимоучитывать возможность создания «эффекта паруса».Таких случаев, когда крышу сносило сильным поры-вом ветра - достаточно.

Во избежание этого, при строительстве необхо-димо предусмотреть следующие мероприятия:

• в строительных конструкциях крыши пред-усмотреть кресты жесткости;

• торцы чердака (фронтоны) возводить в послед-нюю очередь в тихую, безветренную погоду;

• избегать создания на чердаке «кармана», когдаскаты крыши и один торец создают для ветра ловуш-ку. В этом случае сила ветра может оказаться большевеса конструкций крыши: ветер поднимет крышу иснесет ее. Если обоих торцов нет, то ветер безболез-ненно для крыши пролетает через чердак как черезтрубу и «эффект паруса» не создается.

Расчет фундаментов

Основным типом фундаментов в малоэтажномжилищном строительстве являются ленточные фун-даменты, выполняемые, как правило, из сборныхблоков или монолитные.

Расчет фундаментов состоит из следующихэтапов:

1. Расчет грунтового основания под подошвойфундамента по нормативным нагрузкам, т. е. опре-

деление среднего давления по подошве фундаментаот вышележащих нагрузок, передаваемых элемен-тами здания на фундамент, и сравнение его с норма-тивным давлением грунтового основания, на кото-рый опирается фундамент. Среднее давление по по-дошве фундамента от вышележащих нормативныхнагрузок не должно превышать нормативного дав-ления на основание, т. е. грунт под подошвой фунда-мента не должен деформироваться под воздействи-ем нагрузок от вышележащих элементов здания,передающихся на фундамент.

2. Расчет самого фундамента по расчетным на-грузкам, воздействующим на фундамент. Как прави-ло, расчету подлежат столбчатые фундаменты подколонны, в которых необходимо армировать ниж-ний (подошвенный) уступ и стаканную часть для ус-тановки колонны. Для ленточных фундаментов рас-чет выполняется только в том случае, если ширинанижнего (подошвенного) уступа фундамента, опреде-ленная расчетом, значительно больше толщины сте-ны, опирающейся на фундамент. В этом случае ар-мирование нижнего уступа фундамента определяет-ся расчетом (см. рис. 1).

Для остальных случаев, когда ширина подошвыфундамента незначительно отличается от толщиныстены, опирающейся на фундамент (см. рис. 2), рас-чет фундамента не производится. В случае необходи-мости размеры нижнего уступа фундамента (см.рис. 2 а) устанавливаются конструктивно.

В малоэтажном жилищном строительстве (до 3-хэтажей) случай приведенный на рис. 1, встречаетсякрайне редко, только при плохих грунтах. Для рас-чета армирования нижнего уступа такого фундамен-та можно использовать данные расчета монолитныхжелезобетонных перекрытий.

Наиболее распространенный случай ленточныхфундаментов для малоэтажного жилищного строи-тельства приведен на рис. 2. Максимально целесооб-разные размеры нижнего уступа «с», при которых нетребуется выполнять расчет, составляют 30 см.

В малоэтажном жилищном строительстве с мас-сивными стенами можно сделать допущение, что сте-ны и вышележащие этажи передают нагрузку на фун-дамент центрально.

Предварительную ширину ленточного централь-но загруженного фундамента «в» подсчитывают поформуле:

где Р - нормативная нагрузка в тоннах, передавае-мая от стены и вышележащих этажей на 1 погонныйметр фундамента;

RH - нормативное давление на грунты основания вкгс/см2;

- средняя величина объемного веса материалафундамента и грунта на его уступах, принимаемаяравной 2,0 т/м3;

h - глубина заложения фундамента, в метрах.

Найденный размер ширины подошвы фундамента«в» (в метрах) округляют в большую сторону. Послеокончательного установления ширины фундаментаподсчитывают среднее давление по подошве фунда-мента от вышележащих нормативных нагрузок

и сравнивают его с нормативным давлением нагрунты основания «RH».

где Q - вес фундамента и грунта на его уступах (обре-зах), в тоннах.

При определении нормативного давления на осно-вание (грунт) необходимо учитывать то, чтовозможность упрощенного определения норматив-ного давления на грунты основания под подошвойфундамента напрямую зависит от вида грунтов изкоторого сложено это основание.

Упрощенное определение нормативного давле-ния на основание можно выполнять когда грунта-ми основания являются:

• крупнообломочные грунты (щебенистые и гра-велистые);

• пески гравелистые, крупные, средней крупностии мелкие; плотные и средней плотности;

• супеси пластичные (показатель консистенции, плотные и средней плотности;

• суглинки и глины полутвердые (показатель кон-систенции ), тугопластичные (показательконсистенции ), плотные и среднейплотности.

Как уже говорилось выше, на площадке строи-тельства необходимо выполнить инженерно-геоло-гические изыскания. В случае обнаружения на пло-щадке хороших грунтов, при которых возможно уп-рощенное определение давления грунтов, прикоторых возможно упрощенное определение давле-

ния грунтов основания под подошвой фундаментов,объем лабораторных работ уменьшается и норма-тивное давление на грунты основания «RH» в этомслучае можно принять по табл. 7-10.

Пример расчета фундаментов

В качестве примера для расчета фундаментоввозьмем 2-этажный 4-х комнатный жилой дом.

Для проведения расчета определим следующийпорядок:

1. В плане здания выделим 1 п.м. стены, опираю-щейся на ленточный фундамент (рис. 5).

2. Определяем вес стены, передаваемый на 1 п.м.фундамента.

Для этого высоту стены от верхнего обреза фунда-мента до кровли умножим на толщину и объемныйвес каждого слоя многослойной стены и умножим на1 п.м.

В нашем примере стена от фундамента до кровлиимеет высоту 7,5 м, толщину внутренней стены при-нимаем 0,38 м.

Вес наружной стены составляет:

7,5х(2х0,03 + 0,05x0,12 + 1,3х0,51)х1,0м = 5,47т

Вес внутренней стены составляет:

7,5x1,3x0,38 = 3,71 т

3. Определим нормативную нагрузки от 1 м2 по-крытия (крыши состоящую из собственного веса по-крытия и снеговой нагрузок. Для нашего примеравозьмем собственный вес покрытия (кровля из чере-пицы на деревянной обрешетке) - 50 кгс/м2, вес сне-гового покрова (возьмем III район) для кровли про-стой формы - 180 кгс/м2.

Итого нормативная нагрузка от 1 м2 покрытия со-ставляет

50 + 180 = 230 кгс/м2.

Примечание: Внутренняя стена выполнена из пустотелого гли-няного кирпича толщиной 38 см.

4. Определим нормативную нагрузку от 1 м2 пере-крытия, состоящую из собственного веса перекрытияи временной нагрузки. Собственный вес 1 м2 каждогослоя получается умножением объемного веса слоя наего толщину.

Временная нормативная нагрузка на чердачноеперекрытие составляет - 70 кгс/м2. Временная нор-мативная нагрузка на междуэтажное перекрытие вквартире составляет - 150 кгс/м2 (см. табл. 4).

Нормативная нагрузка от 1 м2 чердачного пере-крытия составляет:

• собственный вес конструкции - 0,18 х 15 + 0,025х 600 =17,7 кгс/м2;

• временная нормативная нагрузка - 70,0 кгс/м2;

• итого 17,7 + 70 = 87,7 кгс/м2.

Нормативная нагрузка от 1 мг междуэтажногоперекрытия составляет:

• собственный вес конструкций 0,015 х 600 + 0,03х 1800 + 0,08 х 2400 = 255 кгс/м2;

• временная нормативная нагрузка - 150 кгс/м2;

• итого 255 + 150 = 405 кгс/м2.5. Выделим площадь перекрытия и покрытия с ко-

торой необходимо собрать нагрузку на фундамент.Она собирается с половины пролета между несущи-ми стенами: для крайних пролетов с одной стороны,для средних пролетов - с двух сторон. К несущим от-носятся стены, на которые опираются перекрытия ипокрытие.

6. Определим нагрузку от покрытия, чердачногои междуэтажного перекрытия передаваемую на1 погонный метр ленточного фундамента путем ум-ножения выделенной площади на нормативную на-грузку от покрытия, чердачного и междуэтажногоперекрытия.

В нашем примере = 4,1 м; выделенная пло-щадь 4,1 х 1 = 4,1 м. Нагрузка на 1 п. м. фундаментасредней стены от покрытия и всех перекрытий со-ставит:

(230 + 87,7 + 405) х 4,1 = 2963,1 кгс/п.м. = 2,96 тс/п.м.

Нагрузка на 1 п.м. фундамента крайней стены отпокрытия и всех перекрытий составит:

(230+87,7+405)х4,1/2=1481,5кгс/п.м.=1,48тс/п.м.

7. Определим ширину ленточного фундамента поформуле 1 на стр. 21.

Для нашего примера в качестве основания примемглинистые грунты средней плотности с RH = 2,4 кгс/м2

(см. табл. 10).

Глубину заложения примем - 1,8 м.Ширина подошвы фундамента составит:• для внутренней стены:

Для нашего примера примем ширину фундамента:• для внутренней стены - конструктивно по ши-

рине стены - 0,4 м;• для наружной стены - конструктивно по шири-

не стены - 0,65 м.

Содержание

Способы экономии средств и материаловпри возведении фундаментов 3Простейшие расчеты элементов зданий 6

Нагрузка и воздействия для расчетаконструктивных элементов зданий 7

Нагрузки и коэффициенты надежности 12

Снеговые нагрузки .....16Ветровые нагрузки 18

Расчет фундаментов 18Пример расчета фундаментов 24