Для чего и как правильно произвести расчет арматуры для ленточного фундамента?

Ленточные фундаменты (ЛФ) относится к самонапряжённым конструкциям, которые объединяют в себе такие твёрдые материалы, как бетон и арматура.

Этот вид основания здания обладает устойчивостью к растяжению и сжатию, что дает фундаменту высокую прочность.

Оптимальный расчёт количества профильных и гладких стержней определённых диаметров, связанных в едином каркасе, обеспечивает несущую способность и надёжность основания здания или сооружения.

Как произвести расчет количества арматуры для ленточного фундамента, расскажем в статье.

Нормативы

В результате многолетних исследований и испытаний были выработаны методики расчёта армирования заливных ленточных фундаментов.

Во времена СССР была разработана нормативная документация, касающаяся расчётов армирования ленточных фундаментов.

В уже далёком 1989 году Госстроем СССР был утверждён СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», нормы которого действительны до сих пор. В нём указывались правила формирования исходных данных для расчёта армирования.

В СНиПе изложены порядок расчёта количества и диаметры продольной, вертикальной и поперечной арматуры, как выполнять сварные соединения стержней и устанавливать закладные детали в бетонном монолите. В отдельной главе даются указания по конструированию предварительно напряжённых элементов.

Ранее в 1978 году было разработано и принято к обязательному исполнению «Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжёлого бетона (без предварительного напряжения)». На базе этих двух документов проектными организациями были разработаны методики расчётов армирования ленточных фундаментов.

Как рассчитать, сколько надо?

Во главу угла методики подсчёта армирования ленточных оснований заложен принцип преобладания сопротивления грунтового основания над удельной нагрузкой от веса здания или сооружения.

Соблюдение этого соотношения является основой расчёта ширины ленты. Вместе с глубиной заложения этот параметр определяет размер поперечного сечения заливного фундамента.

После этого рассчитывают несущую способность ленты, величина которой зависит от полной загрузки наземной части строения. На этом этапе определяют количество и сортамент арматурных стержней, их форму соединения в единый каркас.

Если надавить на какой-либо мягкий предмет, то он прогнётся. Верхняя плоскость сожмётся, а снизу материал растянется. Так и в ленточном фундаменте, верхняя его часть будет испытывать сжатие, а на нижний слой будут воздействовать силы растяжения.

Это физическое явление учитывают при расчёте монолитной ленты. То есть, в верхнем и нижнем поясе закладывают арматуру, которая выдерживает сжатие, а снизу бетон противостоит растяжению.

На основе этого положения было разработано «Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжёлого бетона (без предварительного напряжения)».

Тяжёлый бетон приготавливают из:

• цемента М 300 – М 800,
• щебня гранитных пород,
• среднефракционного песка,
• воды средней жёсткости с добавкой различных видов пластификаторов.

Его применяют для возведения заливных фундаментных лент.

Кроме этого пользуются Сводом Правил СП 52-101-2003, который содержит рекомендации по расчёту и проектированию, относящиеся к изготовлению и установке армокаркасов ЛФ. Правила согласованы с требованиями СНиП 52-01-2003.

В расчёт глубины заложения подошвы ленточного фундамента включают два фактора:

Уровень грунтовых вод

Уровень залегания грунтовых вод легко определить, если рядом с местом строительства есть колодец. Расстояние от уровня земли до поверхности воды в нём будет равно искомому параметру.

В отделе архитектуры и землеустройства местной администрации можно взять копию вертикальной съёмки с привязкой к стройучастку, где будет указан уровень грунтовых вод. Если нет ни того не другого, то этот показатель определяют взятием образцов почвы с помощью бурения грунта.

Чтобы глубинные воды не могли воздействовать на фундаментное основание, подошву заливной ленты располагают выше этой отметки.

Глубина промерзания

Знать её необходимо по причине того, что воздействие на влажную почву при минусовой температуре в зимний период вызывает в ней замерзание воды. Этот процесс вызывает пучение грунта потому, что он в это время резко увеличивается в объёме.

Силы пучения могут легко выдавить вверх фундамент дома. Чтобы этого не происходило, подошва ленты должна находиться ниже зоны морозного пучения. Глубину промерзания определяют справочным путём либо таким же способом, как и при установлении уровня грунтовых вод.

Глубина заложения фундаментной ленты должна находиться на отметке выше уровня грунтовых вод и ниже уровня промерзания почвы. Количество продольных рядов зависит от высоты основания. Согласно СНиПу, расстояние между конструкционными рядами арматуры не должно быть более 40 см.

Сколько рядов арматуры нужно для армирования ленточного фундамента высотой 1 метр? Количество рядов в зависимости от высоты основания:

• до 70 см – без продольной арматуры;
• от 71 до 90 см – один ряд;
• от 91 до 130 см – два ряда;
• от 131 до 170 см – три ряда;
• от 171 до 210 см – четыре ряда.

Установлено, что на месте строительства грунтовые воды залегают на глубине 1200 мм, а уровень промерзания грунта равен 800 мм. В этом случае глубину заложения ЛФ принимают величиной 1 метр. Высота ленты с учётом нормативной высоты цоколя 150 -200 мм (расстояние от верха фундамента до уровня земли) будет равна 1150 – 1200 мм.

Максимальная масса строения включает в себя следующее:

1. Вес всех конструкций дома, включая фундамент.
2. Снеговая нагрузка на кровлю (СНиП 2.01.07-85).
3. Вес оборудования: печь, котёл, система трубопроводов, сантехнический приборы, обстановка и пр.
4. Ориентировочный вес максимального количества людей, одновременно находящихся в доме.

Общий вес умножают на коэффициент запаса 1,1. Этот параметр P будет главным определяющим фактором расчёта ширины фундамента.

Ширину ленточного заливного фундамента рассчитывают по формуле Tхk/S <= R, где:

• T удельная нагрузка от максимального веса строения (см. выше);
• k – коэффициент запаса (1,1);
• S – площадь подошвы (S = P/T);
• R – сопротивление грунта.

R = 1,88 кг/см2 (грунт суглинок), P = 15000 кг, T = 1,8 кг/см2, L – длина ленты 24 м. S = P/T = 8333 см2. Оптимальная ширина ленты будет равна: S/L = 8333/2400 = 3,47 см. Следовательно, ширину ЛФ можно принимать исходя из толщины кладки + выступы ленты по обеим сторонам стены (25 мм х 2 = 50 мм).

При возведении внешнего ограждения в 1 кирпич (250 мм) ширина ЛФ составит 250 +50 = 300 мм = 30 см. Если стены возводят из шлакоблока, то поперечный размер ленты принимают 40 см. Для стен толщиной в 1,5 кладочного элемента фундамент делают шириной 50 см и более.

Зависимость количества стержней от схемы армокаркаса

Лента испытывает действие двух основных сил. Одна из них давит сверху (нагрузка от дома), другой силовой вектор выталкивает ленту вверх (сопротивление почвы + пучение грунта). Чтобы сбалансировать это явление в массиве монолита делают два горизонтальных пояса из арматурных стержней.

Двухпоясное армирование сверху и снизу внутри бетона актуально для мелко- и среднезаглубленных оснований. Для глубокозаглубленных лент нужно устанавливать 3 пояса. Для фиксации стержней в пространстве их скрепляют вязальной проволокой. Такой вид формирования армокаркаса называют конструкционным типом.

Продольные (работающие) пруты перевязывают с поперечными и вертикальными прутками, которые не несут нагрузки. Согласно СНиП 52-01-2003 и Руководства (см. выше) продольные стержни располагаются по всей длине ленты с зазором между арматурой и опалубкой не менее 30 мм и 50–70 мм снизу.

Вертикальные отрезки располагаются вдоль поясов, чередуясь каждые 100 – 300 мм друг от друга. Поперечные отрезки соответствуют размеру ширины пояса от 300 мм.

При расчёте длиын прутков нужно добавлять припуски не менее 30 o стержня для вязки арматурного узла. Наращивание арматуры выполняют внахлёст с заведением концов на 150 мм.

Теперь, зная эти нормы, легко определить количество стержней всех направлений. После этого останется определить их диаметры.

Диаметр и расположение

Согласно вышеуказанным нормативным документам, общая площадь сечения продольной арматуры должна равняться 0,1% площади поперечного сечения ленты.

Например, ширина фундамента 400 мм, а её высота равна 1000 мм. Тогда поперечная площадь прутков составит 4000 см2.

Потребуется 4 стержня периодической арматуры диаметром 12 мм. Гладкие отрезки арматуры вертикального положения  готовят из стержней o 6 мм, а для поперечин используют гладкие отрезки o 8 мм. О выборе и расчете диаметра арматуры читайте в этой статье.

Правила и параметры расчёта

Подсчёт арматурных стержней состоит из двух частей: расчет продольной и расчет вертикальной и поперечной арматуры.

Для формирования двухпоясного армирования устанавливают 4 продольных стержня периодического профиля по всему периметру фундамента. При длине ленты 24 м арматуры потребуется 24 х 4 = 96 м, с припусками это составит 100 м.

Связанные между собой отрезки образуют раму, в углах которой проходят продольные стержни. Их подсчёт зависит от ширины и высоты ленты. При высоте 100 см и ширине 40 см ленты потребуются поперечные отрезки длиной 30 см и вертикальные связи высотой 92 см (вычитаем нижний зазор 50 мм и верхний защитный слой бетона 30 мм из 1000 мм).

Для периметра длиной 24 м и чередования рамок с промежутком 300 мм нетрудно подсчитать, что для вертикальных прутков понадобится гладких стержни o 8 мм общей длиной (24000/300) х 2 х 0,92 м = 147,2 м. Потребность в поперечной арматуре составит(24000/300) х 2 х 0,3 = 48 м.

Исходя из предыдущего, можно суммировать потребность в арматуре для фундамента длиной 24 м:

• вертикальные прутки o 8 мм – 150 м;
• поперечные стержни o 6 мм – 50 м;
• продольная периодическая арматура o 12 мм – 100 м.

Согласно нормативам расход вязальной проволоки составляет 50 см на каждый узел соединения арматурных стержней. Для ленточных заливных фундаментов используют стальную нить o 0,8 – 1,2 мм.

Использование калькуляторов

Далеко не всем застройщикам под силу возиться с расчётами потребности в арматуре. Также существует риск ошибок, допущенных во время проектирования фундамента. Онлайн калькуляторы помогают точно рассчитать, сколько и какого вида нужно приготовить стальных стержней для формирования армокаркасов заливного фундамента.

Сервисы запрашивают исходные параметры такие, как:

1. 

   Длина основания.

2. Ширина ленты.
3. Глубина заложения подошвы.
4. Диаметры арматуры продольного, вертикального и поперечного расположения.
5. Количество продольных стержней в поперечном сечении.
6. Количество рядов вертикальных и поперечных прутков и шаг между ними.
7. Сопротивление грунта.

Эти данные вводятся в окошки сервиса. После этого нужно мышкой кликнуть по полю «Рассчитать». После этого калькулятор покажет линейный погонаж каждого вида арматуры и его вес.

В интернете можно обнаружить несколько видов калькуляторов расчёта ЛФ, которые выдадут не только данные армирования, но и предложат лучшее расположение ветвей ленты, её ширину и высоту. Популярные калькуляторы найдете здесь и тут.

Все самое важное об армировании ленточного фундамента найдете в этом разделе сайта.

Заключение

Даже при самом точном расчёте арматуры для ленточного фундамента нужно делать определённый её запас в случае возникновения непредвиденных расходов материала. Если возникают затруднения в самостоятельном подсчёте армирования ЛФ, то лучше обратиться за помощью к специалистам.

Цель расчёта состоит в том, чтобы не допустить перерасход стальных изделий и в то же время не сделать слабым основание дома, которое может в процессе эксплуатации потерять несущую способность.