Типы фундаментов. Монолитная фундаментная плита.

Введение

      Монолитная фундаментная плита представляет собой плоскую ж/бетонную конструкцию, расположенную под всей площадью дома (или других построек). Поскольку важным фактором любого фундамента является площадь опирания на грунт и от неё зависит передаваемая на грунт нагрузка, монолитная фундаментная плита выгодно отличается от других типов фундаментов, т.к. её площадь очень большая и это позволяет использовать её на грунтах с низкой несущей способностью. По аналогии с ленточным фундаментом, фундаментная плита бывает двух типов: мелкозаглубленная (в случае отсутствия подвального (цокольного) этажа), заглубленная (при наличии подвального (цокольного) этажа). Это позволяет значительно сэкономить на земляных работах при отсутствии потребности в устройстве подвального (цокольного) этажа.
      За особенность работы монолитной фундаментной плиты - не оказывать сопротивления подвижкам грунта и не гасить их данный тип фундамента ещё называют "плавающим". Но, нельзя данное название трактовать как универсальный фундамент для всех типов грунтов, вопреки сложившемуся мнению, данный тип не пригоден для грунтов с сильным пучением или на топких грунтах. На таких грунтах не исключены неравномерная просадка дома, что может привести к неправильной работе несущих конструкций и проявиться в виде трещин на них. Для правильной работы фундаментной монолитной плиты главное сохранить баланс между нагрузкой от дома и возникающим в грунте, сезонным напряжениям, т.е. нельзя на тонкой (слабой) плите возводить массивный каменный двух-, трехэтажный дом; и наоборот - на толстой (массивной) плите возводить легкое деревянное строение. Для точного определения толщины плиты, марки бетона, количества арматуры, её диаметров и её расположения в теле плиты, производится расчет фундаментной монолитной плиты, но поскольку выполнить такой расчет под силу только специалисту, для частного домостроения применяется набор требований, который с достаточной степенью точности позволяет определить все эти параметры и простому обывателю.

Шаг 1. Определяем толщину фундаментной монолитной плиты.

      Поскольку, основное назначение фундамента - передавать нагрузку от дома на грунт (основание), для расчета основных характеристик фундамента необходимо произвести расчет веса дома (для этого, можно воспользоваться калькулятором расчета веса дома). Как уже говорилось в статье (Грунты и основания) в зависимости от типа грунта, меняются и его физико-механические свойства, главное из которых - несущая способность грунта. Несущая способность - это максимальная нагрузка, которую грунт способен воспринять от веса дома, без деформаций. На основании несущей способности были разработаны показатели оптимального давления на грунт фундаментной плиты, в зависимости от его типа (см. Таблицу 1). 

      Для примера, рассмотрим следующий вариант:
имеем дом, двухэтажный, наружные и внутренние стены которого выполнены из кирпича, толщина наружных стен в 2 кирпича (b=510мм), толщина внутренних несущих стен 1,5 кирпича (380мм). Размер дома в плане составляет 10 х 12м, длина внутренней несущей стены составляет 12м.п.
      По результатам расчета на калькуляторе мы получили общий вес дома (с временными нагрузками и коэффициентом надежности 1,3): 630тн, при этом нагрузка на несущие стены составляет 6,38тн/м.п. 
      Далее, исходя из проекта, определяем площадь опирания плиты, в нашем примере, при размерах дома 10 х 12м, к длине и ширине необходимо добавить минимум по одной толщине наружной стены с каждой стороны, соответственно размеры плиты будут составлять:

(10м + 2 х 0,5(две толщины)) х (12 + 2 х 0,5(две толщины)) = 11 х 13 м = 143м2.

      Таким образом у нас есть площадь плиты и вес дома. Разделим вес дома на площадь плиты:

630тн (630 000 кг) / 134м2 (1340000см2) = 0,470 кг/м2

- получили показатель распределенного давления на грунт от нашего дома.
     

     Теперь из Таблицы №1 выбираем тип нашего грунта (например, "пески мелкие средней плотности") для которого оптимальным давлением будет 0,25кг/см2.
      Сопоставляем с полученным нами распределенным давлением 0,47 кг/см2 отсюда делаем вывод: для нашего дома, имеющего вес 630тн на грунтах: пески мелкие средней плотности тип фундаментная плита экономически не выгоден, поскольку для выполнения условия оптимального давления на грунт нам потребуется увеличивать площадь фундаментной плиты почти в 2 раза!!! 
      Рассмотрим другой пример - имеем одноэтажный дом, с несущими стенами из пеноблоков, имеющий в плане размеры 8 х 10м. Используя калькулятор определяем его вес. Вес получился 98 тн. Определяем площадь фундаментной плиты:

(10м + 2 х 0,4 (две толщины)) х (8 + 2 х 0,4 (две толщины)) = 10,8 х 8,8 м = 95м2.

Таким образом у нас есть площадь плиты и вес дома. Опять разделим вес дома на площадь плиты:

98тн (98 000 кг) / 95м2 (950000см2) = 0,103 кг/м2

- получили показатель распределенного давления на грунт от нашего дома.

Теперь из Таблицы №1 выбираем тип нашего грунта (например, опять выберем "пески мелкие средней плотности") для которого оптимальным давлением будет 0,25кг/см2. Вычитаем из оптимального давления полученное нами распределенное давление:

0,250 - 0,103 = 0,147 кг/см2;

Теперь эту разницу мы должны компенсировать весом фундаментной плиты, для этого нам необходимо обратиться к формуле:

Mплиты / Sплиты = 0,147 кг/см2,

где, 
Мплиты - масса плиты, кг;
Sплиты - её площадь, см2;

находим массу нашей плиты:

Мплиты = Sплиты х 0,147 = 950 000 см2 х 0,147 кг/см2 = 139 650кг;

Принимая во внимание, что плотность ж/бетона составляет в среднем 2500кг/м3, находим толщину нашей плиты:

139 650кг / 2500кг/м3 = 55,86 м3 (объем нашей плиты), разделим его на площадь / 95м2 = 0,588м = 58,8см.

Рассмотрим третий пример - имеем двухэтажный дом, с несущими стенами из пеноблоков, имеющий в плане размеры 8 х 10м. Используя калькулятор определяем его вес. Вес получился 168 тн. Определяем площадь фундаментной плиты:

(10м + 2 х 0,4 (две толщины)) х (8 + 2 х 0,4 (две толщины)) = 10,8 х 8,8 м = 95м2.

Таким образом у нас есть площадь плиты и вес дома. Опять разделим вес дома на площадь плиты:

168тн (168 000 кг) / 95м2 (950000см2) = 0,176 кг/м2

- получили показатель распределенного давления на грунт от нашего дома.

Теперь из Таблицы №1 выбираем тип нашего грунта (например, опять выберем "пески мелкие средней плотности") для которого оптимальным давлением будет 0,25кг/см2.
Вычитаем из оптимального давления полученное нами распределенное давление:

0,250 - 0,176 = 0,073 кг/см2;

Теперь эту разницу мы должны компенсировать весом фундаментной плиты, для этого нам необходимо обратиться к формуле:

Mплиты / Sплиты = 0,073 кг/см2,

где, 
Мплиты - масса плиты, кг;
Sплиты - её площадь, см2;

находим массу нашей плиты:

Мплиты = Sплиты х 0,073 = 950 000 см2 х 0,073 кг/см2 = 63 350кг;

Принимая во внимание, что плотность ж/бетона составляет в среднем 2500кг/м3, находим толщину нашей плиты:

63 350кг / 2500кг/м3 = 27,74 м3 (объем нашей плиты), разделим его на площадь / 95м2 = 0,292м = 29,2см.

Анализ результатов расчета толщины фундаментной плиты:

по результатам расчетов толщина плиты может попасть в три диапазона: 

1. толщина плиты менее 100мм;
2. толщина плиты от 150мм до 350мм;
3. толщина плиты более 350мм.

В первом случае - у Вас очень слабая несущая способность грунта. Возможно потребуются дополнительные обследования и принятие решений для укрепления грунтов, либо переход на другой тип фундаментов.
Во втором случае - Монолитная фундаментная плита подходит Вам в качестве основания. Полученный результат округляют до ближайшего значения, кратного 50 мм (в целях экономии лучше округлять в меньшую сторону!).
В третьем случае - монолитная фундаментная плита, как тип фундамента не подходит для Вашего дома. Требуется принимать в расчет другой тип фундаментов (ленточный, столбчатый или свайный).

      Таким образом, для рассмотренных нами первого и второго варианта показали - что тип фундамента - монолитная фундаментная плита - НЕ ПОДХОДИТ! Такой тип фундамента подходит лишь для третьего варианта, его мы и продолжим дальше рассматривать.
Окончательно принимаем толщину 25см и пересчитаем заново, но с учетом веса самой плиты:

168 тн (вес дома) + (95м2 (площадь плиты) х 0,25м (толщина плиты) х 2500кг.м3 (плотность ж/бетона) = 168тн + 59,38тн = 227,38тн (общий вес);

Разделим его на площадь плиты:

227 380 / 950 000 = 0,239кг/см2

- сравниваем с оптимальным давлением 0,250 получаем разницу 0,011кг/см2 - 4,4% от оптимальной нагрузки это в пределах

допуска (+-10%), поэтому дя расчета остальных показателей принимаем толщину плиты - 25 см. 

Шаг 2. Определяем марку бетона для фундаментной плиты.

Для определения марки бетона фундамента, нам необходимо рассчитать один показатель отношение нагрузки от здания к площади несущих стен. Для расчета площади несущих стен мы возьмем периметр дома (10+8) х 2 = 36м.п. и умножим на толщину стен 0,4м получим 14,4 м2.
Делим нагрузку от дома 168тн (168000кг) на площадь несущих стен 14,4м2 (144000см2):

168 000 / 144 000 = 1,16кг/см2 ,

что соответствует 1,16 кгс/см2, это очень маленькая нагрузка для бетона любой марки (см. таблицу 2), но принято закладывать марку бетона для монолитной фундаментной плиты не ниже М200!

Шаг 3. Расчет армирования для фундаментной плиты.

Армирование фундаментной плиты выполняется сеткам, взаимно перекрещивающимися под прямым углом стержнями арматуры.
Согласно СП 63.13330.2012, при высоте плиты от 10 до 15 см используется один ряд арматурной сетки, от 15 см до 30 см – два ряда, свыше 30 см – три и более рядов.
Для железобетонных оснований используется арматура диаметром в основном 12–16 мм, чаще всего 14 мм. Если сеток несколько, то верхняя армируется с помощью прутков диаметром 8–10 мм (поскольку она выполняет функцию "конструктивной", а нижняя функцию "рабочей" арматуры).

Шаг арматуры может быть различным, лучше его принимать в зависимости от того, какова толщина плиты фундамента: 
если толщина плиты до 25 см используют шаг 150 мм, 
если толщина свыше 25 см – 200 мм.

Напишем наши исходные данные для фундаментной плиты:

• Длина плиты - 10,8м;
• Ширина плиты - 8,8м;
• Толщина плиты - 250мм;
• Кол-во армирующих сеток - 2 шт;
• Арматура для нижней сетки - класс А500 диам. 14мм;
• Шаг арматуры для нижней сетки - принимаем 150 мм;
• Арматура для верхней сетки - класс А400 диам. 10мм;
• Шаг для верхней сетки - принимаем 200мм;

Выполняем расчет:
Нижняя сетка ("рабочая" арматура).
считаем кол-во продольных стержней, для этого делим ширину на шаг арматуры и добавляем один пруток (крайний):

8800 / 150 + 1 = 59,67 ~ 60 прутков (длиной 10,8 м.), общая длина = 648 м.п.

считаем кол-во продольных стержней, для этого делим ширину на шаг арматуры и добавляем один пруток (крайний):

10800 / 150 + 1 = 73 прутка (длиной 8,8 м.), общая длина = 642,4 м.п.

Итого на нижнюю сетку необходимо 648 + 642,4 = 1290,4 м.п. при весе погонного метра 1,21 кг/м.п. общий вес составит 1561,4 кг = 1,56 тн. 

Верхняя сетка ("конструктивная" арматура).
считаем кол-во продольных стержней, для этого делим ширину на шаг арматуры и добавляем один пруток (крайний):

8800 / 200 + 1 = 45 прутков (длиной 10,8 м.), общая длина = 486 м.п.

считаем кол-во продольных стержней, для этого делим ширину на шаг арматуры и добавляем один пруток (крайний):

10800 / 200 + 1 = 55 прутков (длиной 8,8 м.), общая длина = 484 м.п.

Итого на нижнюю сетку необходимо 486 + 484 = 970 м.п. при весе погонного метра 0,62 кг/м.п. общий вес составит 601,4 кг = 0,60 тн. 

Дополнительно считаются концевые скобообразные элементы (см. рис. 4) из расчета 1 шт на каждый стержень нижней сетки, при этом длина одного элемента - пять толщин плиты:

(60 + 73) х (0,25*5) = 166,25 м.п. (из арматуры А400 диам. 10мм) х 0,62 = 103 кг = 0,1 тн;

Так же дополнительно считаются фиксаторы верхней сетки ("пауки" или "лягушки" см рис.3)
Из расчета 2 шт на 1 м.кв. сетки, при этом длина одного элемента - пять толщин плиты:

95 м2 х 2 шт х (0,25*5) = 237,5 м.п. (из арматуры А400 диам. 10мм) х 0,62 = 147,25 кг = 0,15 тн;

Потребность в арматуре:

• арматура А500 диам. 14мм - 1,56тн.;
• арматура А400 диам. 10мм - 0,85тн.;

Остался ещё один вопрос - стоимость монолитной фундаментной плиты.
Для правильной работы фундаментной плиты необходимо выполнить все минимально необходимые слои:

• По слою утрамбованного грунта устраивается песчаная подушка толщиной 25 - 30 см, с послойным тромбованием;
• Для выполнения оклеечной гидроизоляции необходимо сформировать основание - чаще всего это слой подбетонки из бетона В7,5 (В15) толщиной 100мм;
• Слой гидроизоляции оклеечной в два слоя;
• Сама монолитная плита;

Для расчета укрупненной стоимости нам необходимо:
Состав работ и перечень необходимых материалов.
Состав работ:

1. Разработка грунта - (из расчета мелкозаглубленной плиты и необходимых слоев получается глубина котлована: песок 300мм + подбетонка 100мм = 400 мм) - 95,0м2 х 0,4 = 38 м3;
2. Устройство песчаного (щебеночного) основания - 0,3м (толщина) х 95,0 м2 = 28,5м3;
3. Устройство подбетонки из бетона В7,5 - 95м2 (площадь) х 0,1м (толщина) = 9,5м3;
4. Устройство гидроизоляции из рулонных материалов в два слоя: 95 м2;
5. Устройство опалубки - 0,4 (высота опалубки) х (10,8 + 8,8) х 2 м.п. (периметр) = 15,68 м.кв.;
6. Устройство арматурного каркаса - 1,56 + 0,85 = 2,41 тн.;
7. Укладка бетонной смеси - 23,76 м2;
8. Распалубливание - 15,68 м.кв.

Перечень материалов:

1. Песок(щебень) - 28,5 * 1,3 (коэфф. уплотнения) = 37,0м3;
2. Бетон В7,5 - 9,5 х 1,02 = 9,7м3;
3. Гидростеклоизол - 95 м2 х 2 (слоя) х 1,1 (расход) = 209м2;
4. Щиты опалубки - 201,6 м.кв.;
5. Арматура - 2,41 тн.;
6. Бетон - 23,76 х 1,02 = 24,2м3;

Далее, в зависимости от региона, где Вы собираетесь строить определяете рыночные расценки на работы и материалы.
Сводим все данные в таблицу №3. и получаем смету: 

Мы рассмотрели ещё один тип фундаментов - монолитная фундаментная плита, ознакомились с его плюсами и минусами. Этой статьёй мы заканчиваем знакомиться с типами фундаментов, далее будем рассматривать технологию их строительства.