Фундамент монолитная плита, какая толщина оптимальна для дома

Задумав построить жилой дом, который, даже будучи возведённым по каркасно-обшивной технологии, должен стоять не менее 50 лет, не стоит во главу угла ставить вопрос экономии на фундаменте. Ведь именно от него зависит не только срок службы здания, но и эксплуатационный комфорт – в частности, сохранение тепла, 25% которого теряется через заглублённые в грунт конструкции. Фундамент монолитная плита способен решить все поставленные задачи – была бы правильно рассчитана толщина. Как это сделать самостоятельно, мы и расскажем в данной статье.

Что нужно знать о плите при выполнении расчёта

Фундамент плита выглядит, как сплошной монолит, параметры которого соответствуют проекции здания. Монолитная плита может выходить за контуры стен только в том случае, когда вертикальные поверхности требуется утеплять по системе вентфасада, облицовывать кирпичом или камнем.

Основным достоинством такой конструкции является максимально увеличенная площадь опоры, делающая её очень устойчивой даже в условиях сейсмической нестабильности. Главное только придать плите правильную конфигурацию, обязательно учитывая вид и прочностные характеристики грунта, на который она будет опираться.

Пространственная устойчивость здания зависит не только от того, какую толщину будет иметь плитный фундамент, но и от интенсивности её армирования. Бетон и арматура работают в совокупности, что и позволяет плите фундамента эффективно сопротивляться излому.

Можно ли уменьшить толщину плиты

В официальном проектировании с помощью увеличения арматуры в наиболее нагруженных зонах можно добиться экономии бетона путём уменьшения толщины монолита. А чтобы обеспечить наибольшую статичность и предупредить вероятность проскальзывания в подошве, актуального для строительства на глинистых почвах, плитам нередко придают ребристую форму.

• Монолитные рёбра, жёстко связанные арматурой с плитой, могут быть направленными вверх, образуя ростверк (он же выполняет и функцию цоколя). Получается комбинированный фундамент, который строители называют плитно-ростверковым (его фото представлено в начале статьи). Именно этот вариант в большинстве случаев предусматривается, когда под домом проектируется цокольный этаж.

• Данный вид плиты идеально подходит для зданий, стены которых возводятся из теплоэффективных каменных материалов, реагирующих трещинами на нестабильность грунта. Вариант с верхними рёбрами избавляет от необходимости строительства цоколя, ведь толщины плиты чаще всего недостаточно, чтобы поднять полы первого этажа выше уровня выпадающего зимой снега.
• Но в некоторых случаях рёбра проектируют не поверх плиты, а под ней. Они обязательно располагаются в толще грунта, тогда как сама монолитная плита находится выше его уровня. Рёбра жёсткости охватывают периметр дома и связывают его продольными балками. Формируются они по принципу ленты, поэтому данный вариант плиты именуют ленточно-плитным фундаментом.
• Такой конструктив плиты лучше работает на грунтах с невысокой прочностью. Ребристые плиты чаще применяют в холодных климатических зонах, на глубоко промерзающих и вечномёрзлых грунтах, с обязательной закладкой в межрёберное пространство теплоизолирующих плит экструзионного пенополистирола.
• За счёт разницы толщин утеплительного контура и формируется ребристая конфигурация, а сама плита получается более тонкой. Если обычная плоская плита под одноэтажный дом должна иметь толщину 250-300 мм, то при наличии рёбер и правильном распределении арматуры, толщина плиты может уменьшаться до 150, и даже до 120 мм.

Что дают плите рёбра, и как обойтись без них

Из вышесказанного ясно, что толщина плиты может быть уменьшена благодаря локальным утолщениям, называемым рёбрами жёсткости. Так как они предусматриваются под всеми несущими стенами и имеют полноценное объёмное армирование, основную часть нагрузок утолщения воспринимают сами, передавая лишь часть усилий плите, объединяющей балки между собой.

Это и даёт возможность не просто уменьшить толщину монолита, но и внутренний каркас горизонтальной части сделать не объёмным, а плоским.

Примечание: Фактически, такая плита выполняет функции пола по грунту – разница только в том, что она здесь жёстко соединена с ленточной частью, а не является плавающей.

Когда монолитная плита выполняется в плоском варианте, главной задачей проектировщика является выбор такой толщины, которая обеспечит ей отличное сопротивление продавливанию. При отсутствии рёбер справиться с этой задачей лучше всего помогает подготовительная бетонная плита толщиной 100 мм (бетонная подготовка, подбетонка).

Бетонная подготовка — это слой монолита, заливаемый по грунту из тощего неармированного бетона, и выполняет она три основные функции:

• выравнивает грунт и восполняет недостаток его прочности;
• защищает базу дома от подпора грунтовых вод;
• является основанием для монтажа рулонной гидроизоляции, и уберегает её от механических повреждений.

На заметку: Вариант с подготовительным бетонированием является классическим, в масштабном строительстве применяется именно это способ. При проектировании домов подбетонку всегда проектируют для домов с подвальными этажами. У поверхностных плит данную функцию выполняют ПВХ геомембраны и слои пенополистирольной теплоизоляции, так как здесь вероятность подпора грунтовых вод сводится к нулю.

Армированная фундаментная монолитная плита – самостоятельный расчёт толщины

Прежде чем рассчитать толщину плиты, нужно определиться с её конфигурацией. Варианты с рёбрами более сложны в расчёте, чем простая плоская плита, так как там нужно посчитать отдельно ленточную часть и отдельно плитную, и суммировать сопротивление изгибу и сжатию.

Если бы всё это было так просто, зачем тогда нужны проектировщики? Но в случае с плоской плитой вполне можно попробовать самостоятельно определить толщину плиты, и мы поможем своему читателю справиться с этой задачей.

Установочные данные

Чтобы браться за расчёт толщины плиты, нужно иметь полное представление о конструктиве опирающегося на неё дома. Если у вас нет полноценного проекта, его придётся разрабатывать самостоятельно, и надо определиться заранее со всеми материалами, которые будут использоваться при строительстве дома.

Мы для полноты картины тоже зададим необходимые условия задачи, и произведём расчёт для одноэтажного дома 10*12 м:

• Внешние ограждающие конструкции газобетонные, из блоков D400: толщина 0,375 м, высота 3 м, общая длина 56 м. Общая площадь стен составляет 168 м2.
• Перегородки тоже газоблочные, но из блоков плотностью 600 кг/м3. Толщина 0,1 м, высота 3 м, общая длина 37,5 м. Суммарная площадь перегородок составляет 112,5 м2.
• Перекрытия над цоколем и чердаком из деревянных балок, суммарная площадь 240 м2.
• Крыша из мягкой черепицы площадью 161,2 м2 с двумя скатами, угол наклона 31 градус.
• Снеговые нагрузки по III категории — 180 кгс/м2.
• Грунт на участке – мелкий песок средней плотности, удельное давление 0,25 кг/см2 (берём по справочной таблице).

Подсчёт суммированных нагрузок

Цель нашего расчёта – определение суммарной нагрузки, которую фундаменту придётся выдерживать. Для этого нужно знать объёмный вес (аналогичен плотности) каждого материала, потом их суммировать, что и даёт постоянную нагрузку. Придумывать здесь ничего не требуется, все значения давно рассчитаны и представлены в строительных нормах.

Кроме постоянных нагрузок на фундамент воздействуют и временные (вес снегового покрова на крыше). Действуют и полезные нагрузки, к которым относят вес людей и мебели. Каждый вид усилия умножается на соответствующий коэффициент надёжности, взятый из действующего стандарта.

Вот как будет выглядеть суммированная нагрузка на фундамент, исходя из условий нашей задачи:

Определение веса плиты

Чтобы определить толщину плиты, нужно узнать её вес, и отправной точкой для этого действия является площадь фундамента, которая нам известна.

• Дом у нас 10*12 м, поэтому площадь плиты будет 120 м2. Так как удельное давление на грунт выражается в кг/см2, то и площадь нужно перевести в сантиметры: 1200000 см2.
• Суммарная нагрузка от дома у нас получилась 126522 кг. Разделив её на площадь дома (те же 1200000 см2), мы узнаем, какое давление он будет оказывать на плиту: 126522 кг/1200000 см2 = 0,105 кг/см2.
• Зная удельное давление, которое может выдерживать грунт, мы минусуем из него давление от наземных конструкций, и получаем нагрузку, которую должен компенсировать наш фундамент: 0,25 кг/см2 – 0,105 кг/см2 = 0,145 кг/см2.
• Полученную цифру нам нужно облечь в геометрическую форму, для чего мы сначала определяем массу плиты: М = 0,145 кг/см2 х 1200000 см2 = 174000 кг.
• Делением массы на плотность железобетона (справочные данные) и на площадь монолита, мы получим максимально возможную толщину плитного фундамента: 174000 кг: 2500 кг/м3: 120 м2 = 0,58 м2 или 60 см.

Проверочное действие

Теперь, произведя обратные действия, нужно проверить, сможет ли выдержать грунт вес данной плиты:

1. Находим объём плиты 0,6 м *120 м2 = 72 м3.
2. Определяем вес плиты: 72 м3 х 2500 кг/м3 = 180000 кг.
3. Суммируем нагрузки от плиты и дома: 180000 кг + 126522 кг = 306522 кг.
4. Делим общую нагрузку на площадь плиты: 306522 кг: 1200000 см2 = 0,255 кг/см2.

Мы получили цифру, очень близкую к заданному нами удельному давлению грунта (0,25 кг/см2). Превышение составило всего 0,005 кг/см2, но оно не укладывается в норматив – правила проектирования гласят, что превышение должно быть в пределах 3%-25%. Чтобы его добиться, толщину нашей плиты нужно уменьшить.

Подбор оптимальной толщины

Возьмём не 0,6, а 0,3 м, и произведём вычисления заново:

1. Находим объём плиты 0,3 м *120 м2 = 36 м3.
2. Определяем вес плиты: 36 м3 х 2500 кг/м3 = 90000 кг.
3. Суммируем нагрузки от плиты и дома: 90000 кг + 126522 кг = 216522 кг.
4. Делим нагрузку от дома на площадь плиты: 216522 кг: 1200000 см2 = 0,180 кг/см2.

Невооружённым глазом видно, что полученная нагрузка от дома гораздо меньше удельной нагрузки на грунт (0,25 кг/см2), так что монолитная плита толщиной 30 см будет оптимальной.

Заключение

Мы привели расчёт, который поможет сориентироваться с оптимальной толщиной плиты. Однако подобные вычисления приблизительны, ведь кроме бетона в монолите работает ещё и арматура. Варьируя её количество, можно уменьшать толщину плиты, но сделать это грамотно может только специалист. Что же касается других надворных построек, которые почти всегда возводятся без проекта, подобный способ вычисления геометрических параметров фундамента вполне приемлем.