Проектирование ленточного фундамента с подвалом

6.2. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ И СТЕН ПОДВАЛОВ

6.2.1. Общие положения

Ленточные фундаменты под стены выполняются в монолитном или сборном варианте (см. гл. 4). При наличии подвала фундаментная стена является одновременно стеной подвала, которая работает совместно с элементами сооружения.

По конструктивному решению стены подвалов зданий и сооружений подразделяются на массивные (рис. 6.14, а) и гибкие (рис. 6.14, б, в). Массивные стены применяются в подвалах зданий и сооружений и выполняются из кирпича, крупных бетонных блоков, панелей и т.д.

Гибкие стены выполняются, как правило, в виде железобетонных навесных панелей, работающих на изгиб в вертикальной плоскости. Стены подвалов опираются на перекрытия, располагаемые выше или ниже поверхности грунта.

Стены подвала, опертые на колонны, рассчитываются по схеме разрезной балки с расчетным пролетом, равным расстоянию между осями колонн, на равномерно распределенную нагрузку от давления грунта, равного среднему давлению в пределах условно принятой расчетной ширины панели.

Наружные стены подвалов, опертые на перекрытия, рассчитываются: по первой группе предельных состояний — на устойчивость положения стен подвалов против сдвига на подошве фундамента (при отсутствии специальных конструктивных мероприятий, удерживающих стену от сдвига); на устойчивость основания фундамента стены (для нескальных грунтов); на прочность скального основания (для скальных грунтов); на прочность элементов конструкций и узлов соединений; по второй группе предельных состояний — на деформации оснований фундаментов стен, на образование трещин в элементах конструкций.

Все эти расчеты, за исключением расчетов на устойчивость основания, в которых следует использовать метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, выполняются так же, как и для свободно стоящих подпорных стен (см. далее гл. 7). Расчеты на устойчивость с использованием метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения производятся при фиксированном центре этих поверхностей. За центр поверхности скольжения в этих случаях принимается нижняя точка опирания стены на перекрытие.

6.2.2. Расчет ленточных фундаментов

Ленточные фундаменты наружных стен зданий с подвалами рассчитываются на нагрузки, передаваемые стеной подвала, и на действующее на них давление грунта.

Расчет ленточных фундаментов производится по сечению I-I, проходящему по краю фундаментной стены (рис. 6.15), а при ступенчатой форме фундаментов — и по грани ступени. Расчетные усилия в сечении на 1 м длины фундамента при центральной нагрузке определяются по формулам:

где р — среднее давление по подошве фундамента, передаваемой на грунт от расчетных нагрузок; а — выступ консоли фундамента.

Расчетные усилия в сечении на 1 м длины фундамента при внецентренной нагрузке (см. рис. 6.15) вычисляются по формулам:

где р_max и p₁ — соответственно давления от расчетных нагрузок, передаваемые на грунт под краем фундамента в расчетном сечении.

Расчет по прочности нормальных сечений производится на момент от расчетных нагрузок. Подбор площади

сечения продольной арматуры производится по формуле

где R_s — расчетное сопротивление арматуры растяжению; v — коэффициент, определяемый по табл. 6.2 в зависимости от параметра А´₀ ; h₀ — рабочая высота сечения, принимаемая равной расстоянию от верха фундамента до центра арматуры.

ТАБЛИЦА 6.2. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА v

A´0	v	A´0	v
0,039	0,98	0,139	0,92
0,058	0,97	0,164	0,91
0,077	0,96	0,18	0,90
0,095	0,95	0,204	0,88
0,113	0,94

Параметр А´₀ определяется по формуле

где R_b — расчетное сопротивление бетона для предельного состояния первой группы; b — ширина сечения фундамента.

При расчете наклонных сечений на действие поперечной силы должно соблюдаться условие

Расчет на действие поперечной силы не производится при

где k₁ — коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 0,75; R_bt —расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния первой группы.

Расчет элементов без поперечной арматуры производится из условия

где Q — поперечная сила, действующая в наклонном сечении, т.е. равнодействующая всех поперечных сил от внешней нагрузки, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения; Q_b — поперечное усилие, воспринимаемое бетоном сжатой зоны в наклонном сечении:

где k₂ — коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 1,5; с — длина проекции наклонного сечения на продольную ось.

Железобетонные фундаменты рассчитываются по раскрытию трещин, при этом ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, определяется по формуле

где η — коэффициент, принимаемый равным при стержневой арматуре периодического профиля 1,8, гладкой 1,3, при проволочной арматуре периодического профиля 1,2, гладкой 1,4; σ_s —напряжение в стержнях растянутой арматуры; μ — коэффициент армирования сечения, принимаемый равным отношению площади сечения арматуры к площади сечения b × h₀ , но не более 0,02; d — средний диаметр растянутой арматуры:

где d₁ , …, d_k — диаметры стержней растянутой арматуры; n₁ , …, n_k — число стержней соответствующе арматуры.

Напряжение в арматуре определяется по формуле

где M₁ — момент от действия расчетной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке γ_f = 1:

М — момент от действия расчетной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке γ_f > 1; А´_s — фактическая площадь принятой арматуры; А´´_s — площадь арматуры, требуемая по расчету прочности.

Пример 6.2. Рассчитать фундаментную плиту с угловыми вырезами (рис. 6.16). На 1 м длины фундамента передается нагрузка 450 кН. Бетон класса В10, имеющий R_bt = 0,63 МПа и R_b = 7 МПа.

Решение. Среднее давление по подошве фундамента

р = 450 · 240/(0,4 · 1,6 + 0,6 · 2,4) = 0,52 МПа,

а с учетом коэффициента надежности по нагрузке

р´ = 1,2 · 0,52 = 0,62 МПа.

Нагрузка на 1 м ширины фундаментной плиты составит:

Расчет проводим в трех сечениях: I–I — по грани стеновой панели; II–II — по грани угловых вырезов с учетом анкеровки арматуры на величину l_а , равную примерно 9 см; III–III — то же, без учета анкеровки. Расчетные усилия в этих сечениях будут:

M_I–I = 995 · 0,42 2 /2 + (1490 – 995) 0,285 2 /2 = 101,3 кН·м

Q_I–I = 995 · 0,185 + 1490 · 0,235 = 534 кН;

M_II–II = 995 · 0,275 2 /2 + (1490 – 995) 0,09 2 /2 = 39,6 кН·м;

Определяем необходимую площадь сечения арматуры при h₀ = 0,3 – 0,033 = 0,267 м:

;

по табл. 6.2 находим v = 0,955; площадь сечения арматуры

см 2 ;

;

при v = 0,983 площадь сечения арматуры

см 2 ;

Армируем двумя сетками — нижней, рабочая арматура которой принята диаметром 8 мм из стали класса А-III в количестве 16 стержней общей площадью 8,04 см 2 , и верхней из арматуры диаметром 5 мм класса Вр-I в количестве 24 стержней общей площадью 4,73 см 2 . Общая площадь арматуры в сечении I–I составляет 12,77 см 2 .

Рассматриваем наклонные сечения 3 и 4. Определяем по формуле (6.56):

Q = 0,35 R_bbh₀ = 0,35 · 0,7 · 26,7 = 1516 кН > 534 кН.

Находим по формуле (6.57):

Q₁ = k₁R_btbh₀ = 0,75 · 0,063 · 240 · 26,7 = 292,4 с = 26 см. Тогда а´ = а – с = 42 – 26 = 16 см. Высота сечения для а´ :

h´ = 10 + 16 (30 – 10)/20 = 26 см;

Определяем усилие, воспринимаемое бетоном, и действующее усилие:

Q = Q_I–I – qc = 534 – 1496 · 0,235 – 995 (0,26 – 0,235) = 159 кН с = 37 см. Тогда а´ = 42 – 37 = 5 см и h₀ = 18,6 см, откуда:

Q_b = 1,5 · 0,053 · 160 · 18,5/37 = 140 кН;

Q = 534 – 1490 · 0,235 – 995 (0,37 – 0,235) = 50 кН M´₁ = M/ γ_f = 101,3/1,2 = 84,4 кН·м;

d = (24 · 0,52 + 16 · 0,8) = 6,6 мм;

а_с = 1,2 · 120 (3,5 – 100 · 0,002) = 0,191 мм

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Расчеты и технологии строительства фундамента для дома с подвалом

Решение устроить подвал в частном доме должно быть взвешенным и продуманным. С одной стороны, в цокольном этаже удобно размещать хозяйственно-бытовые и технические помещения, мастерскую или бильярдную. Часто под домом оборудуют гараж для автомобиля, сауну, баню, тренажерный зал. С другой стороны, требуются тщательный расчет, немалые финансовые вложения в строительство подземного помещения, надежная защита от протечек.

Фундамент дома с подвалом

Как построить дом с подвалом правильно, чтобы избежать ошибок и переделок в будущем?

Строительство фундамента для дома с подвалом

Конструкция цокольного этажа фактически является фундаментом для всего дома. Нагрузка передается через стены на грунтовое основание. Перед началом строительства проводят инженерные изыскания – определяют тип почвы, ее несущую способность, глубину залегания подземных вод.

Последняя характеристика – основополагающая для принятия решения о возведении подвала. При высоком УГВ его строительство – рискованное мероприятие. Как бы качественно и правильно ни была бы выполнена гидроизоляция, существует большая вероятность протечек через некоторое время от начала эксплуатации. Рекомендуется отметку пола цокольного этажа поднять над уровнем грунтовых вод не менее, чем на 0,5 м.

Ленточный фундамент с подвалом

Строительство фундамента для дома с подвалом включает этапы:

1. Подготовительные работы – очистку, выравнивание площадки, срезание и перенос плодородного слоя почвы в отвал на компостирование, перемещение коммуникаций, закупку и складирование материалов.
2. Разметку плана дома на местности, разбивку осей, установку обносок.
3. Земляные работы – выкапывание котлована, транспортировку земли, обратную отсыпку.
4. Строительные работы – устройство основания под подвал, возведение стенок, монтаж перекрытия.
5. Устройство дренажа.
6. Гидроизоляцию.
7. Утепление, пароизоляцию.
8. Прокладку коммуникаций, устройство вентиляции.
9. Внутреннюю отделку, установку лестницы.
10. Наружную облицовку, отмостку.

Строительство подвала под домом приравнивается по трудоемкости и стоимости к возведению фундамента с надземным этажом. Он может располагаться под всем сооружением или его частью.

Земляные работы и водоотведение

После разметки фундамента приступают к рытью котлована. Чаще всего это делают механизированным способом – экскаватором, фронтальным погрузчиком. Вручную копать и вывозить большой объем земли очень трудоемко.

Земляные работы и последующее устройство фундамента нужно проводить, по возможности, без временного разрыва, чтобы избежать поступления поверхностных вод в яму. Дождь или таянье снега приводят к размоканию грунтов, размыву стенок котлована, заливанию уже установленного арматурного каркаса. По периметру формируют неразрывный бортик из земли высотой 30-50 см, чтобы дождевая вода не стекала с окружающего участка.

Котлован под подвал

Если есть возможность, выкапывают водоотводной канал длиной 6-7 м и приемочный объем, бурят поглотительные скважины. Это поможет избежать замокания основания.

Котлован выкапывают на глубину отметки пола подвала (-1,2 или -1,5 м) плюс толщина песчаной или песчано-гравийной подушки и бетонного армированного основания. Нивелиром проверяют горизонтальность дна. После выкопки его утрамбовывают, засыпают слоем песка и гравия толщиной 20-25 см, увлажняют, уплотняют.

При необходимости устраивают подпорные стенки, чтобы исключить обрушение грунта.

Дренаж

Наружная дренажная система предназначена, чтобы отводить воду еще на подходе к фундаменту. Особенно это важно, если почва на участке глинистая, рядом расположены водоемы, дом стоит на склоне, или низ основания заглублен ниже уровня земли на 1,3 метра.

Пристенный дренаж фундамента

Внешнее дренирование перенаправляет почвенные воды в пристенный контур или кольцевой, расположенный на расстоянии 1,5-2 метра от фундамента. Дренаж целесообразно выполнять параллельно с земляными работами.

Кольцевая система представляет собой замкнутый трубопровод, уложенный по периметру здания, с уклоном в сторону накопительного колодца или коллектора. Вода проникает в трубы сквозь перфорированные стенки. Из водосборника жидкость попадает в канализацию, или ее откачивают за пределы участка либо в ассенизаторскую машину. Возможно отведение воды самотеком в дренажную канаву ниже уровня фундамента.

Расчет фундамента и толщины стенки

Фундаменты и стены подвала испытывают не только вертикальные нагрузки от дома и собственного веса, но и боковое давление грунта. Поэтому работу конструкции нельзя рассматривать так же, как в обычных бес подвальных домах.

Все расчеты нужно провести заранее

В результате бокового воздействия при недостаточной толщине стенки и ширине фундамента возможны деформации, сдвиг и наклон подошвы, проседание грунта под опорной частью. Это приведет к потере устойчивости конструкцией, ее разрушению.

Расчет фундамента дома с подвалом подробно расписан в “Пособии по проектированию зданий и сооружений”, в котором на примерах дан алгоритм определения оптимальных размеров, схемы армирования конструкций цокольного этажа. Если не проводились геологические исследования, расчетное сопротивление грунта принимают с большим запасом. Соответственно, элементы будут иметь не только значительный резерв по прочности, но и перерасход по материалам. Рациональное решение – когда опорная часть шире стенки фундамента.

Строительные работы

В частном строительстве наибольшее распространение получили ленточные и плитные фундаменты с подвалом. Стены возводят из монолитного бетона или сборных элементов – кирпича, блоков.

Проект армирования фундамента с подвалом

Строительные работы включают:

1. Устройство армированной монолитной плиты или ленты.
2. Возведение стен.
3. Монтаж перекрытия из деревянных балок или железобетонных панелей.

Плиту армируют одним или двумя рядами сеток, ленту – каркасами по расчету. Применяют бетон марки не ниже М200. Монолитные стенки усиливают вертикальными стальными стержнями, в блочных или кирпичных через каждые 300-400 мм по высоте прокладывают горизонтально проволоку или арматуру. В углах и стыках устанавливают Г- и П-образные металлические элементы для восприятия разнонаправленных напряжений.

Монтаж перекрытия

Железобетонные плиты опирают на 2 противоположные стены на глубину 70-120 мм. Деревянные балки перекрытия монтируют в “гнезда” или встык с помощью накладных элементов. От гниения древесину обрабатывают антисептиками.

Для устройства небольших погребов подходят свайные и ленточные фундаменты. В этом случае подземное помещение располагают под домом на некотором расстоянии от опор, чтобы ослабление толщи грунта и нагрузка от стенок не привели к перекосу или заваливанию оснований.

Гидроизоляция

Защита от попадания влаги – важнейшая часть работ при строительстве цокольного этажа. Стыки стен и плиты герметизируют расширяющимися лентами и специальными растворами.

Гидроизоляция

Снаружи и изнутри фундамент для дома с подвалом обрабатывают:

• окрасочными составами;
• напыляемыми веществами;
• рулонными материалами;
• проникающей гидроизоляцией.

Работы проводят с соблюдением технологии. Обмазку осуществляют в несколько слоев. Проникающую гидроизоляцию наносят неоднократно, следя, чтобы не было пропусков и зазоров. Оклейку – в 2 слоя с нахлестом и проклейкой швов. Обрабатывают конструкции по всей высоте.

От качества выполненной изоляции зависит возможность полноценной эксплуатации цокольного этажа, долговечность здания в целом.

Утепление фундамента дома с подвалом

Цокольный этаж нуждается в обязательном утеплении. Промерзание стен неблагоприятно сказывается на микроклимате не только подвала, но и всего дома. Отсутствие теплоизоляции приводит к разрушению поверхности бетона над уровнем земли, деформациям фундамента из-за пучения в прилегающих слоях грунта. К тому же неизбежны теплопотери.

Утепление подвала

Теплоизоляцию можно выполнить снаружи и внутри помещения. Для наружного утепления применяют неподверженные действию влаги материалы:

• экструдированный пенополистерол в плитах;
• пенопласт;
• термопанели;
• штукатурная смесь с вермикулитом или пенополистеролом;
• напыляемый пенополиуретан.

К наружному утеплению фундамента относится устройство отмостки. Она препятствует затеканию воды в пристеночное пространство, проникновению холода сквозь слой грунта.

Изнутри цокольный этаж утепляют, если нет возможности провести эту операцию снаружи. Тепло сохранится в помещении, но стены не будут защищены от холода. Проникшая в поры и капилляры вода при понижении температуры замерзает, вызывая постепенное разрушение материала.

Для внутренней теплоизоляции используют ту же материалы, что и для наружной, с последующей декоративной отделкой.

Вентиляция подвала

В цокольном этаже присутствует постоянная влажность. К тому же на поверхность выходит почвенный радон и скапливается в нижнем уровне помещения. Он тяжелее воздуха, поэтому простым проветриванием через продухи или фрамуги его достаточно сложно удалить.

Схема вентиляции для подвала

Естественная вентиляция подвала достигается установкой разноуровневых вытяжных каналов. Один располагается на высоте 15-30 см от пола, другой – под потолком. За счет разницы давлений и температур возникает движение воздушных масс из нижнего слоя в верхний. Наружный, более холодный, воздух поступает в помещение, а теплый застоявшийся удаляется.

Такой вентиляции может быть недостаточно. Зимой она неэффективна, часто забивается инеем. Целесообразно устроить комбинированную приточно-вытяжную систему – сочетание естественной и принудительной. Воздух будет циркулировать за счет побуждения специальными нагнетателями – вентиляторами или турбинами.

Принудительная вентиляция обладает преимуществами перед естественной системой. Очищенный воздух нагрет или охлажден в соответствии с нужным режимом. Погодные условия снаружи подвала не влияют на работу устройств. Можно вентилировать помещения большой площади.

Рекомендации

Советы застройщикам от специалистов, имеющих опыт в строительстве и эксплуатации цокольных этажей:

1. Для внутренней отделки используют материалы, не боящиеся сырости или обработанные от гниения.
2. Для спуска в подвал нужно обустроить удобную некрутую лестницу.
3. Рекомендуется выполнить пол первого этажа с подогревом по перекрытию с полноценной теплоизоляцией.
4. Желательно утеплить отмостку, сделать отведение поверхностных вод в дренажную канавку или перфорированную трубу.

Правильно обустроенный подвал станет отличным местом для отдыха

Строительство фундамента с подвалом требует расчета, объективно учитывающего условия работы конструкции, тщательного выполнения гидроизоляции и утепления. Возведение цокольного уровня приравнивается по стоимости к строительству основания и надземного этажа.

Источник