Нагрузка от грунта на стену подвала

Расчет фундамента под наружную стену подвала. Расчет устойчивости основания против сдвига (по 1 предельному состоянию). Пример расчета.

Расчет стены проводится в несколько этапов, в каждом из них проверяется определенное условие, обеспечивающее надежную работу конструкции. Что определяет расчет устойчивости основания против сдвига? На стену воздействуют немалые горизонтальные силы от давящего на нее грунта (в нашем примере такое давление достигает более двух тонн на метр квадратный стены), пытающиеся сдвинуть стену в сторону подвала. Препятствуют этому удерживающие силы: нагрузка на стену подвала (из п. 4 расчета); собственный вес стены подвала и фундамента; пригруз грунта со стороны обратной засыпки (именно поэтому мы стараемся сделать фундамент не симметричным, а большую его часть выдвинуть в сторону обратной засыпки – чтобы получше пригрузить); пригруз обратной засыпкой и конструкцией пола со стороны подвала и пассивное горизонтальное давление от них же. Все эти вертикальные силы придавливают фундамент к земле, возникает сила трения между подошвой и грунтом основания (чем шире подошва, тем больше сила трения – это еще один фактор, который нужно запомнить); и если сила трения больше сдвигающей силы хотя бы в 1,2 раза (коэффициент запаса, учитывающий всякие погрешности), то фундамент не сдвинется и стена будет стоять на нем надежно.

Что означает «по 1 предельному состоянию»? К 1 предельному состоянию относится решение вопроса устойчивости конструкции, его мы и решаем. Конкретно для расчета – это проявляется в выборе повышающих коэффициентов из п. 1.

Итак, первое, что нужно определить – это горизонтальное давление, воздействующее на стену по высоте.

В п. 5.2 и 5.3 мы определяем горизонтальную составляющую интенсивности активного давления грунта – она переменна, вверху равна σ_г1, а к низу возрастает до σ_г2. Что это такое, название явно сложное. Грунт засыпки имеет собственный вес (удельный вес грунта γ), и неоднородную, сыпучую структуру, характеризующуюся углом внутреннего трения φ (этот угол определяет способность грунта не рассыпаться под собственным весом, а значит и влияет на степень давления веса грунта на конструкцию стены). Если бы грунт был подобен скале (монолитный и целостный), то его вес давил бы только вниз и на соседствующую стену не воздействовал. А так давление грунта распределяется под углом трения, и в итоге в нем можно выделить вертикальную и горизонтальную составляющую. Чем выше угол трения, тем лучше держит грунт сам себя, и тем меньше его горизонтальное давление и больше вертикальное.

Понятие активного и пассивного давления введено для различия: активное пытается сдвинуть, пассивное – помогает удержать на месте.

Величина горизонтального давления всегда увеличивается с глубиной, она прямо пропорциональна глубине грунта. На уровне поверхности грунта она равна нулю, поэтому σ_г1 = 0, т.к. в нашем примере поверхность грунта ниже верха стены (если бы грунт был выше верха стены, то вверху стены σ_г1 имела бы уже какую-то величину).

Помимо влияния собственного веса грунта на стену также оказывает влияние нагрузка на грунте – горизонтальная составляющая давления от нее постоянна по всей глубине, ее мы находим в п. 5.4. В данном примере рассмотрен случай, когда временная нагрузка на грунте распределена равномерно по всей площади. Если у Вас другой случай, то формулу и эпюру надо переработать согласно рисунку 8 руководства.

И последняя величина – это интенсивность горизонтальных сил сцепления грунта засыпки, которую мы находим в п. 5.6. Сила сцепления удерживает грунт – чем больше сцепление грунта, тем меньше его давление на стену, поэтому σ_сг в формуле 5.7 и 5.8 мы используем со знаком минус. И чем большего сцепления грунта можно добиться при уплотнении обратной засыпки, тем легче будет стене и фундаменту.

В формуле определения интенсивности сил сцепления повышающий коэффициент не используется – обратите внимание на такие случаи. Если мы применим повышающий коэффициент, то тем самым мы уменьшим сдвигающую силу, а ее нам нужно определить максимальной. Повышающие коэффициенты используются только там, где они могут ухудшить условия работы конструкции.

Обратите внимание, что в данном расчете грунт засыпки – это связный грунт, он имеет не нулевое сцепление. Если вы применяете несвязный грунт (песок, шлак и др.), то нужно считать по другим формулам руководства, и эпюры будут другими, т.е. данный расчет уже не подходит.

Далее нам следует суммировать горизонтальные давления, чтобы получить итоговую эпюру.

Вверху значение интенсивности горизонтального давления равно σ₁, а внизу – σ₂.

Причем, здесь может быть два варианта: σ₁ может получиться как с отрицательным, так и с положительным значением. При отрицательном значении итоговая эпюра будет иметь вид треугольника; при положительном – вид трапеции. Соответственно, формулы получатся тоже разные.

В данном примере у нас получился вариант с треугольной эпюрой. Но расчет я постаралась сделать универсальным для обоих случаев, поэтому в данном месте расчет у меня раздвоился, и нужно сделать выбор, по какому из вариантов «а» или «б» считать далее.

Итак, в п. 5.9 мы определили, что расчет будем вести по варианту «а».

В этом варианте, когда мы суммируем все три эпюры (с учетом знаков: первые две действуют в одну сторону, третья – в противоположную), получается итоговая треугольная эпюра давления, наглядно показывающая, на какой высоте (Н₁) и с какой силой воздействует на стену активное горизонтальное давление. Обратите внимание, что если графически построить эпюры пропорционально значениям, получившимся в формулах, то все результаты на рисунке и в расчете сойдутся – такая самопроверка никогда не помешает.

Найдя горизонтальное давление грунта σ₂ на уровне низа подошвы, мы с его помощью определяем сдвигающую силу Т_сд, что и сделано в п. 5.10а.

Вариант «б» (пункт 5.10б) для данного примера не актуален, но я приведу его на рисунке ниже, вдруг ваш расчет пойдет по другому пути (пример итоговой эпюры для варианта «б» я не привожу).

И следующим этапом будет определение всех возможных удерживающих сил, действующих на фундамент: собственный вес фундамента, стены и грунта обратной засыпки, опирающегося на подошву фундамента с двух сторон, собственный вес конструкции пола и нагрузка на стену фундамента от конструкций здания. Временные нагрузки в этом расчете не участвуют, т.к. без них ситуация хуже, чем с ними.

Все эти силы, кроме Р₅, имеют площадь сбора нагрузки, что мы наглядно видим из рисунка выше. Суммируя все силы, мы получаем N (п. 5.16).

Также необходимо найти пассивное горизонтальное давление грунта Е_п – это давление части грунта, находящейся под уровнем пола подвала (справа от стены и фундамента) и удерживающей фундамент от сдвига. Пассивное давление зависит от веса грунта, его сцепления и угла внутреннего трения – обратите внимание, их значения берутся для расчета по 1 предельному состоянию. Полы в данном случае условно игнорируются, и их толщина при расчете пассивного давления грунта исключается.

После этого в п. 5.18 определяется удерживающая сила Т_уд.

Обратите внимание, для стены подвала без сложных геологических условий выполняется проверка только при β = 0. Иначе расчет нужно выполнять согласно примечанию к п. 8.13 руководства.

Последним шагом является проверка – сравнение сдвигающей и удерживающей сил. Если первая меньше второй хотя бы в 1,2 раза, то условие обеспечено, и можно переходить к следующему этапу расчета.

Что делать, если условие не обеспечено? Можно выполнить следующие мероприятия:

– увеличение ширины подошвы в сторону улицы – этим мы добавляем дополнительный пригруз от веса грунта засыпки, а также вес самой подошвы;

– увеличение ширины подошвы в сторону дома – эффект от него меньше, чем от первого, но все же есть, т.к. с увеличением площади фундамента возрастает сила трения, препятствующая сдвигу;

– увеличить собственный вес конструкций фундамента и стены за счет их толщины – иногда (если не хватает совсем немного) это рациональней, чем копать более широкую траншею;

– заменить обратную засыпку на грунт с большим углом внутреннего трения (песок, шлак).

Не забывайте, положительные факторы в этом расчете – это любая вертикальная нагрузка; ширина подошвы фундамента (чем больше, тем лучше); большой угол трения грунта засыпки со стороны улицы. Отрицательные факторы: глубина подвала, точнее высота грунта засыпки со стороны улицы (чем она больше, тем больше сдвигающая сила); маленькая толщина засыпки со стороны подвала (эта засыпка препятствует сдвигу, иногда стоит ее увеличить немого, подняв пол подвала, чтобы условия по сдвигу удовлетворялись); небольшая нагрузка на стену подвала (чем больше пригруз, тем больше сила трения и сопротивление сдвигу).

В обычных случаях все проблемы можно решить увеличением ширины подошвы фундамента. Но если этого не достаточно, возможно проведение дополнительных мероприятий, например устройство распорок между стенами подвала, которые будут препятствовать сдвигу. Естественно, распорки должны быть рассчитаны на действие сдвигающей силы и установлены с определенным шагом. Если в доме часто стоят несущие поперечные стены, нужно проводить анализ о возможности сдвига фундамента – в некоторых случаях можно пропускать эту часть расчета.

Сбор нагрузок на стену подвала

Необходимо произвести расчет наружной стены подвала на основании следующих исходных данных: высота стены подвала – 2,5 м; толщина бетонного пола подвала – 0,18 м; длина площадки опирания плит перекрытия подвала – 0,19 м; материал стены подвала – ФБС 24.6.6; марка раствора для стены подвала – М150; отметка уровня земли – -1,300 м; объемная масса грунта – 20 кН/м3; расчетный угол внутреннего трения грунта – 33°; нормативное значение поверхностной нагрузки от грунта – 13 кН/м2.

Принимаем толщину стены подвала h=600 мм ( блоки ФБС 24.6.6 СТБ 1076-97). В качестве конструкции перекрытия принимаем железобетонные плиты перекрытия ПК60.15 с размерами в плане 5980х1490 мм. Длина площадки опирания плит перекрытия подвала – 0,19 м. Для упрощения ширину грузовой площади примем B=2,6 м соответственно на стену подвала будет передаваться нагрузка с кирпичной стены первого этажа – N1; нагрузка, передаваемая с плиты перекрытия – N2; т. к. N2 действует с эксцентриситетом будет возникать изгибающий момент – М; а также на стену будет оказывать влияние грунт.

Конструктивное решение стены подвала, ее расчетная схема и эпюра изгибающих моментов приведены на рис. 4.

Стену будем рассчитывать как балку с двумя неподвижными шарнирными опорами.

Далее определим значения расчетных усилий на стену подвала.

Определение усилий, действующих в расчетных сечениях стены подвала

Нагрузка на стену подвала, передаваемая с кирпичной стены первого этажа

где (0,8+дПЛ) – это расстояние от низа простенка до стены подвала.

Нагрузка на стену подвала, передаваемая с перекрытия

Эксцентриситет нагрузки от перекрытия над подвалом N2 относительно оси стены подвала (см. рис. 4)

Согласно п. 6.65 [2], при определении изгибающего момента от вертикальных нагрузок в верхнем сечении стены подвала, учитываем суммарную величину фактического и случайного эксцентриситетов (e1+eсл) для N1 (т.к. е1=0, учитываем только eсл), а для N2 учитываем только фактический эксцентриситет e2.

Временную нормативную нагрузку на поверхности земли заменяем добавочным эквивалентным слоем грунта высотой

hred = , где р – нормативное значение поверхностной нагрузки от грунта; г – объемная масса грунта

Верхняя и нижняя ординаты эпюры бокового давления грунта определим по формуле:

где ц – расчетный угол внутреннего трения грунта;

гf = 1.2 – коэффициент надежности по нагрузке ( табл. 1) [1];

где Н2 – расстояние от пола подвала до поверхности земли ( см. рис. 4).

Изгибающий момент в любом сечении стены подвала от горизонтальной нагрузки определим по формуле:

где Н1 – высота подвала ( см. рис. 4).

Изгибающий момент в любом сечении стены подвала от действия вертикальных нагрузок определим по формуле:

Определим сечение по высоте стены подвала с максимальным изгибающим моментом от совместного действия вертикальных и горизонтальных нагрузок. Для этого дифференцируем полученное путем суммирования уравнение.

В сечении с координатой х, где , действует максимальный изгибающий момент Мmax.

Решаем квадратное уравнение:

Значит уравнение не имеет корней, следовательно функция МХ не имеет экстремумов и ее величина плавно убывает на всей области определения от х=0 до х=Н1. Поэтому, максимальный изгибающий момент действует в верхнем сечении стены подвала и равен Мmax=84,1 кН•м.

В этом же сечении действует продольная сила

Что нужно знать о боковом давлении грунта на стены подвала

Дачник с 20 летним стажем

В процессе строительства дома на ранних этапах одной из главных проблем может оказаться невозможность преодоления бокового давления грунта на стены подвала, если конструкция предполагает наличие этого помещения. Игнорировать этот вопрос нельзя ни в коем случае, так как в будущем это может повлечь за собой не только деформацию здания, но и полное его разрушение. В особенности в зоне повышенного риска находятся все сооружения, предполагающие наличие более 1 этажа.

Чтобы справиться с возникшими сложностями, строители научились использовать специальную технологию и материалы, способные противостоять большим нагрузкам на стены. Когда происходит закладка фундамента, самым важным моментом можно назвать правильность расчётов сопротивления. Также стоит помнить, что чем глубже фундамент, тем сильнее будет давление на него.

Зависимость выбора метода возведения фундаментных стен от величины давления грунта

Чтобы повлиять на достоверность прочностных характеристик фундамента, перед возведением стен стоит тщательно исследовать почву в условиях трехосного сжатия. Это значит, что мастеру необходимо будет ознакомиться с методиками полевых определений информации о фильтрации, прочности и деформируемости. На основании полученных данных можно задумываться о том, какой метод возведения фундаментной стены окажется наиболее приемлемым и безопасным.

Расчет давления грунта на стену подвала

В данном случае расчётная схема может предоставляться в виде балки с шарнирным опиранием в уровне перекрытий над подвальным помещением и защемлением на уровне подошвы фундамента. Говоря от треугольной нагрузке от бокового давления земли, она будет действовать не по всей площади балки и в дальнейшем создаст проблемы при заделке. Чтобы решить эту статистически неопределённую задачу, специалисты могут использовать метод из строительной механики.

Расчет толщины стен

Будущая толщина стены фундамента напрямую зависит от подобранных строительных материалов, а также глубины сооружения под землей. Если данная конструкция будет использоваться как жилая зона, высота должна быть не менее 2,5 м. Если здесь будут расположены технические помещения, достаточно использовать показатели до 2 м. Также не стоит забывать о том, что придется предусмотреть запасы на стяжку пола, а также отделочные работы.

В данном видео вы подробнее узнаете о расчётах стен подвала:

Определение толщины стен всегда производят с учетом уровня места расположения грунтовых вод. Если они протекают на большом расстоянии от будущего основания, специалисты рекомендуют придерживаться таких правил:

• нижнюю стенку можно выполнить, как не силовую, которая будет выступать на 10-15 сантиметров за строительный контур;
• если глубина размещения находится на отметке 1,5-2,2 метра, толщина стены подвала может составить от 25 до 40 сантиметров.

Технические характеристики материалов при строительстве стен фундамента

В зависимости от ситуации, при строительстве стены фундамента могут использоваться самые разные материалы. Каждый из них обязательно должен обладать надежностью и долговечностью. Независимо от того, какие показатели были получены после расчётов давления, лучше отдавать предпочтение самому надежному варианту. Для этих целей могут использоваться:

• каменные породы;
• бетон;
• железобетонные блоки;
• кирпичи.

Бетон

Бетон очень часто используется как основной строительный материал не только для сооружения стен для фундамента, но и для перекрытий или других конструкции для дома. Он может выполнять заполняющую, изоляционную или отделочную функцию. Основное преимущество этого материала — надежность. В процессе строительства специалист может добиться необходимой прочности, что позволит сделать сооружение максимально долговечным.

Также не стоит забывать, что бетон не стоит больших денег, поэтому у хозяина дома будет возможность сэкономить. Именно поэтому это практически самый распространённый вариант для сооружения фундаментных стен.

Единственный риск, который можно отметить в этом случае, это возможное обрушение грунта в ходе работ, после чего он может перемешаться с бетоном, что повлияет на снижение прочности состава.

Кирпич

Кирпич можно назвать одним из тех вариантов, который используется для сооружения стен для фундамента уже на протяжении долгого времени. Его использовали ещё задолго до того, как популярность начал набирать бетон. Кирпичи широко применялись благодаря лёгкости монтажа, при этом они очень прочные и надёжные.

Также не стоит забывать о том, что именно такие элементы позволяют выполнять не только стандартную кладку, но и различные узоры, которые подчеркнут оригинальность дизайна сооружения в целом. Но после того как будет выполнена кладка, не стоит забывать о том, что её необходимо защитить от сырости и влаги. Для этого можно использовать сразу несколько способов. Основными технологиями для этой разновидности работ можно считать следующее:

Если выполняется окрасочная гидроизоляция, необходимо использовать различные мастики, для которых основой выступают синтетические смолы или битум с наполнителем. Перед тем как приступить к работе, поверхность необходимо тщательно очистить и выровнять, чтобы на ней не было каких-либо шероховатостей, зазоров и выступов. Чтобы добиться идеального результата, специалисты обрабатывают кладку грунтовкой.

После того, как она полностью просохнет, можно наносить подготовленный материал. При оклеечной гидроизоляции работы выполняются с помощью следующих материалов:

Один из них наносится на изолированную поверхность с помощью битумных мастик. Говоря об одной из самых эффективных штукатурных гидроизоляций, можно выделить цементно-песчаный раствор. В эту смесь для усиления эффекта добавляют пенетрирующие материалы. Сам цемент не должен быть марки слабее М100.

Камни

Как и остальные варианты стен для фундамента, камень отличается своими недостатками и преимуществами. Этот вариант наиболее приемлем в тех случаях, когда хозяин дома собирается соорудить высокую несущую конструкцию. Способ наиболее выгоден за счёт следующих положительных сторон:

• камень является экологически чистым материалом;
• такие решения всегда имеют привлекательный вид, который в дальнейшем не потребует дополнительной отделки;
• стены из камня окажутся одними из самых прочных, это обеспечит долговечность конструкции;
• этот материал не нуждается в защите от влаги, так как от природы является водостойким.

Несмотря на вышесказанное, камень имеет и некоторые недостатки. Одни из самых существенных — высокая цена, а также большие временные затраты. Если решено использовать именно этот материал, все необходимые расчёты и возведение конструкции из бута должны производиться только высококвалифицированными специалистами. Только в этом случае использование камня будет оправданным, так как если не учесть все, даже самые малейшие, нюансы, есть вероятность того, что со временем конструкция обрушится.

Камень имеет ряд преимуществ

Ещё одной положительной особенностью этого материала можно считать его гибкость при комбинировании с другими материалами. Если бюджет хозяина дома ограничен, то, чтобы удешевить сооружение и при этом не повлиять на его качество, для основы, которая будет находиться в земле, можно использовать бут, а в верхней части – кирпич. Но при этом такую технологию не стоит применять самостоятельно, так как здесь существует множество тонкостей, о которых знают только опытные специалисты.

Железобетонные блоки

Если для сооружения стен фундамента планируется использовать железобетонные блоки, такая конструкция окажется самой прочной и долговечной из всех вышеперечисленных. Это объясняется тем, что для изготовления таких элементов используется арматура и армирующие сетки, обеспечивающее прочное сцепление.

Железобетон можно назвать единственным материалом, который способен конкурировать с камнем и бетоном. В процессе выполнения монтажа стоит быть необычайно аккуратным, так как большой вес блоков при неаккуратном отношении к работе может привести к самым разным последствиям.

Как убрать давление грунта на стену подвала?

При строительстве дома одной из важнейших проблем становится преодоление давления грунта на стены подвала. Оставить без внимания этот момент не представляется возможным, поскольку стены подвала, да и сам фундамент, могут не выдержать этого давления в совокупности с весом здания и деформироваться или разрушиться.