Правила и пример расчета нагрузок на фундамент

Прежде чем начать работы по изготовлению фундамента под забор, как и под любое другое сооружение, необходимо произвести расчеты, целью которых является определение двух основных параметров: глубины залегания и площади основания.

В этой статье мы разберем, как это можно сделать и приведем конкретный пример.

Что нужно для расчета?

В процессе выполнения данных расчетов требуется учитывать особенности грунта, в котором будет находиться фундамент, к которым относятся:

• тип грунта;
• пучинистость грунта;
• глубина промерзания;
• уровень залегания грунтовых вод.

Кроме природных (естественных) факторов при расчете основных параметров фундамента учитываются также нагрузки, которым будет подвергаться в фундамент в процессе эксплуатации. Принято разделять такие нагрузки на временные и постоянные. Для фундамента под забор к постоянным нагрузкам следует отнести:

• вес самого фундамента;
• вес конструкции забора.

К переменным относятся ветровые нагрузки.

Подробная инструкция о том, как сделать фундамент для забора с кирпичными столбами, находится здесь.

Если вас интересует, как смонтировать ленточный фундамент для забора своими руками, прочтите эту статью.

О том, как забетонировать столбы для забора, вы можете узнать отсюда.

Расчет нагрузки в зависимости от типа основания

Фундаменты под забор бывают двух основных типов:

• Ленточный;
• Столбчатый.

Фундамент ленточного типа

Главным параметром для расчета глубины залегания фундамента   является глубина промерзания грунта. Разумеется, что в зависимости от климатической зоны этот показатель существенно меняется, но для легкого забора, изготовленного из дерева, профнастила или других современных материалов, этот показатель практически фиксирован – 50 см. Но следует помнить, что это глубина без учета верхнего (плодородного) слоя, толщина которого 10-15 сантиметров.

Расчет площади основания фундамента направлен на определение оптимальной пропорции, которая позволит достигнуть максимальной устойчивости возводимой конструкции. Ошибки в расчетах могут привести либо к «осадке» конструкции, либо к ее «выталкиванию» пучинистыми грунтами.

Площадь основания рассчитывается по специальной формуле:

S = [k(n)*F]/[k(c)*R], где:

• S — площадь основания фундамента;
• k(n) – коэффициент надежности (как правило, принимается 1,2, т.е. запас площади составляет 20%);
• F – суммарная расчетная нагрузка на основание грунта. Равняется суммарному весу фундамента и забора с учетом максимальных ветровых нагрузок;
• k(c) – коэффициент, характеризующий условия работы, учитывающий наиболее вероятную работу материалов в конструкциях. Для конструкций из бетона равняется 1,1;
• R — показатель расчетного сопротивления грунта, берется из таблицы.

Нагрузка на грунт от фундамента и конструкций забора рассчитывается исходя из веса материалов, из которых они изготовлены. К примеру, вес одного кубического метра бетонного фундамента составляет от 2200 до 2500 килограмм.

Ветровую нагрузку на конструкцию забора следует рассчитывать исходя из стандартных для конкретной территории показателей, руководствуясь положениями строительных норм и правил (СНиП 2.01.07-85).

Фундамент столбчатого типа

Алгоритм расчета базовых параметров для фундамента столбчатого типа ничем не отличается от аналогичного расчета для ленточного типа фундаментов. Рассчитанная площадь основания столбчатого фундамента может быть разделена равными долями на необходимое количество столбов.

В случае, если вместе с деревянным забором устанавливаются тяжелые цельнометаллические ворота, целесообразнее параметры фундамента для ограждения и ворот рассчитать отдельно.

Пример расчета

Необходимо рассчитать ширину основания ленточного монолитного бетонного фундамента под забор из красного кирпича длиной 120 метров и высотой 1,8 метра. Кирпич без пустот, кладка в полкирпича. Участок расположен на песчаном грунте средней крупности.

Алгоритм расчета нагрузок включает в себя несколько этапов:

1. Работа с грунтом. На этом этапе необходимо определить тип грунта, в котором будет находиться фундамент. Основные виды грунтов достаточно легко определить по их внешнему виду. Самое простое решение на данном этапе – обратиться за помощью к соседям, если таковые имеются, и выяснить все особенности грунтов на данной территории.
   Точно так же можно выяснить и уровень залегания грунтовых вод, и глубину промерзания, а также пучинистость грунта. Как уже говорилось выше, эти показатели важны для расчета глубины фундамента.
2. Рельеф участка. Особенности рельефа необходимо учитывать при выборе типа фундамента. В случае, если участок расположен на разных уровнях, то предпочтительнее изготовить столбчатый фундамент, при этом необходимо учитывать вероятность различной ветровой нагрузки на конструкцию на разных участках забора.

Сначала определим вес забора. Расчетный вес 1 кубического метра кирпичной кладки колеблется от 1900 до 2200 килограмм. Это усредненный показатель. Он зависит от соотношения в кладке раствора (и его удельного веса) и веса самого кирпича.

Далее определим общий объем кирпичной кладки в заборе. Ширина — 0,125 метра, длина — 120 метров, высота — 1,8 метра. 0,125*120*1,8 = 27 куб. м. Суммарный вес кирпичного забора составит 27*2000 = 54 000 килограмм.

Определяем вес фундамента. Рассчитать точно вес фундамента невозможно, т.к. мы не знаем его ширины (которую пытаемся определить в настоящем расчете). Поэтому принимаем ширину фундамента 40 сантиметров, глубину – 50 сантиметров. Плотность бетонных изделий составляет 2400 килограмм на кубометр. Общий объем фундамента составит 0,4*0,5*120= 24 куб. метра. Таким образом, общий вес фундамента составит 57 600 килограмм.

Определим ветровую нагрузку на забор. При расчете этой нагрузки необходимо учитывать три основных показателя:

• скорость ветра;
• температура воздуха;
• атмосферное давление.

Температура и давление присутствуют в этой формуле как факторы, непосредственно влияющие на плотность воздуха, которая в нормальных условиях (сухой и чистый воздух) равняется 1,22 кг/м³. При снежных или песчаных бурях, при ливне и сильных порывах ветра плотность воздуха существенно увеличивается.

Силу ветра рассчитываем по упрощенной формуле:

F=0.61V²/9,8, где:

• 0,61 – плотность воздуха;
• V – скорость воздуха.

В средних широтах при прогнозируемой скорости ветра более 20 м/с объявляется штормовое предупреждение. Однако для обеспечения конструкции запасом прочности, произведем расчет исходя из скорости ветра 30 м/с.

F = 0,61*30*30/9,8 = 56 килограмм на квадратный метр забора.

Общая площадь забора равняется (1,8*120) 216 квадратных метров. Общая ветровая нагрузка на конструкцию составит 12 096 килограмма.

Пример схемы фундамента под забор

F=54000+57600+12096=123 696 килограмм.

Площадь основания фундамента рассчитываем исходя из следующих коэффициентов:

• коэффициент надежности – 1,2;
• коэффициент условий работы – 1,1;
• расчетное сопротивление грунта – 3,5.

S = 1,2*123696/1,1*3,5 = 38554 кв.см / 10000 = 38,55 кв.м.

Получаем общую площадь основания фундамента 38,5 квадратных метра. Т.е. при длине фундамента 120 метров его ширина должна составить не менее 32 сантиметров.

Проверить правильность расчетов можно следующим образом: разделим суммарную нагрузку на общую площадь фундамента и сравним полученный результат с показателем сопротивления грунта. Если результат деления меньше или равен показателю – расчет выполнен правильно. В нашем примере 3,2кг/см² — меньше показателя сопротивляемости для плотного песка средней крупности.