Как рассчитать количество арматуры для ленточного фундамента

Каркас из стального прутка обеспечивает существенное повышение прочности опорной конструкции здания. Сколько арматуры надо на ленточный фундамент и как ее расположить для получения максимального эффекта? Ответы на эти и другие вопросы предлагаются в рамках этой статьи.

Ленточные фундаменты закладываются под несущие стены здания и имеют большую протяженность при сравнительно небольшой высоте и ширине. Армирование основания обычно выполняет с использованием металлических стержней гладких или периодического профиля. Количество стального проката, потребное для конкретной ленты фундамента определяются на этапе проектирования. В индивидуальном жилищном строительстве часто обходятся без привлечения специалистов, и расчеты выполняются самостоятельно. При этом необходимо учесть множество факторов типа: несущей способности почвы и действующих нагрузок.

Расчет армирования ленточного фундамента

При проектировании опорной конструкции здания важно обеспечить высокие прочностные показатели, поскольку деформация основания приводит к растрескиванию стен. Наличие арматуры в ленточном фундаменте и правильное ее расположение позволяет увеличить его несущую способность. При проведении расчетов определяются следующие параметры:

Общая длина с учетом внутренних перегородок по осевой линии.
Площадь подошвы фундаментной ленты и внешней боковой поверхности.
Потребное количество бетона и его вес.
Абсолютная и распределенная (удельная) нагрузка на грунт.
Параметры армирования ленточного фундамента расчетной ширины: минимальный диаметр арматуры (отдельно для продольных, поперечных и вертикальных стержней), шаг и величина нахлеста прутков.
Общий вес и длина арматурного проката.
Толщина и количество досок, необходимых для устройства опалубки фундамента.

Расчеты проводятся с учетом требований нормативной документации на основании исходных данных. Для этих целей могут использоваться специальные программы проектирования домов, а также простенькие онлайн-калькуляторы. В принципе необходимые вычисления можно выполнить и в Экселе, таблицы очень удобны для составления спецификаций и калькуляций.

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

Прочность и устойчивость дома в значительной мере зависит от несущей способности основания. Правильный расчет армирующего каркаса ленточного фундамента обеспечивает ему необходимые механические показатели и позволяет избежать излишних расходов. В ряде случаев в опорную конструкцию закладывается избыточное количество арматуры или высота ленты делается чрезмерной. Это не только удорожает строительство, но и приводит к увеличению нагрузки на грунт. В результате возможно неравномерное оседание и деформация конструкций здания.

В процессе проектирования наряду с диаметром и типом прутка определяется, как закладывать арматуру в фундаменте дома. От расположения стрежней во многом зависит несущая способность опорной конструкции. При этом учитываются способы соединения стержней при армировании фундамента ленточного типа: сварка или вязка арматуры. Во втором случае стыковка прутков осуществляется внахлест, что увеличивает расход материала.

Нормативы

Работы по проектированию зданий и сооружений выполняются в соответствии с утвержденными методиками. При определении того, сколько надо арматуры на ленточный фундамент руководствуются требованиями следующих нормативных документов:

СНиП 52-01-2003. Правилами устанавливается минимальное соотношение площади поперечного сечения стального прутка и опорной конструкции. Для малоэтажных зданий этот показатель составляет 0,1%.
СП 52-101-2003. Документом определяются способы создания армокаркаса для фундамента с применением сварных и стыковых соединений, а также внахлестку с прямыми концами стержней или с загибами.
СП 50-101-2004. Требования к структурной целостности при армировании ленточного фундамента заданной ширины (50, 60, 70 см и более).
СП 63.133330.2012. Особенности устройства узловых соединений в каркасах внутри фундамента с использованием П-образных хомутов, что позволяет избежать выпучивания вертикальной арматуры.

Порядок проведения расчетов ленточного фундамента регламентируется действующим СНиП 2.02.01-83. Этим документом нормируются предельные нагрузки и воздействия, глубина заложения с учетом промерзания и уровня грунтовых вод, допустимые деформаций строительных конструкций и другие факторы.

Как рассчитать потребное количество арматуры?

При проектировании зданий и сооружений подбирается материал и тип опорной конструкции мелкого или глубокого заложения. Основные показатели армирования фундамента своими руками определяются двумя способами:

по несущей способности основания;
по предельным деформациям.

Первая методика расчетом позволяет точно определить, сколько арматуры надо на ленточный фундамент и применяется в следующих случаях:

при наличии больших горизонтальных нагрузок;
при размещении здания на откосе или вблизи от него;
если здание возводиться на скальных или неустойчивых грунтах.

Расчетная схема системы армирования фундамента выбирается исходя из наиболее существенных факторов, определяющих его напряженное состояние. При этом учитываются свойства прилегающих грунтов и возможное их изменение в процессе строительства и эксплуатации. Минимальный диаметр арматуры (гладкой или периодического профиля) подбирается таким образом, чтобы обеспечивалась достаточная прочность основания.

Определение глубины заложения и высота ленты

Перед проведением проектных работ на участке застройки проводятся геологические изыскания с целью определения состава грунтов. Эти данные необходимы для расчета минимальной ширины основания и потребного количества стального прутка, в том числе для достаточного армирования углов ленточного фундамента своими руками. Такие исследования обходятся довольно дорого, а потому необходимые для расчетов данные берутся из таблиц раздела «Строительная климатология».

Для вычисления глубины заложения ленточного фундамента рассчитывается глубина промерзания грунта по формуле:
dfn = d0 х √ Mt,
где d0 – нормативный показатель для определенного типа грунта;
Mt, – сумма модулей средних отрицательных температур для конкретной местности, определяется для холодного периода с ноября до март включительно для средней полосы.

Так, для Подмосковья глубина промерзания для супесчаных или суглинистых грунтов варьируется в пределах от 1,23 до 1,34 м. При этом высота ленточного фундамента рассчитывается с учетом типа здания и среднесуточной температуры в помещении. Для отапливаемых домов без подвала, где пол устроен на лагах минимальная глубина заложения основания должна быть порядка 1,07 м.

Уровень залегания грунтовых вод

Для того, чтобы правильно армировать ленточный фундамент необходимо точно рассчитать его высоту и ширину. Геометрические характеристики основания определяются с учетом уровня грунтовых вод для обеспечения достаточной устойчивости. Соответственно показатели армирования ленточных фундаментов, а особенно углов напрямую зависят от этих факторов. При проектировании опорной конструкции важно обеспечить равномерную осадку здания или сооружения.

В случае если глубина залегания грунтовых вод выше уровня промерзания грунта в данной местности, глубину заложения фундаментной ленты делают максимальной. Это позволит свести к минимуму риск его разрушения из-за вымывания опорных слоев. При этом предусматриваются меры по отводу излишней влаги (дренажные системы), а также эффективная гидроизоляция основания.

Глубина промерзания

Морозное пучение грунтов оказывает негативное влияние на основания закладываемых зданий. Глубину сезонного промерзания необходимо учитывать при определении величины заглубления и выборе метода армирования фундамента. Это нормативный показатель, характеризующий среднее значение от максимальных уровней промерзания пластов почвы, данные берутся из результатов ежегодных наблюдений в течении не менее чем 10 лет.

При отсутствии таких исследований глубина промерзания грунтов для зимнего сезона устанавливается с применением теплотехнических расчетов по следующей формуле:
df = kh х dfn,
где dfn – нормативный показатель ГПГ;
kh – коэффициент, учитывающий тепловой режим эксплуатации зданий и сооружений (отапливаемых или неотапливаемых).

Глубина заложения ленточной опорной конструкции, а также порядок армирования углов и основных частей выбираются исходя из условия недопущения морозного пучения грунтов:

Для наружных фундаментов – по нулевому уровню планировки.
Для внутренних – независимо от ГПГ.

Глубина сезонного промерзания в значительной мере зависит от состава грунтов и уровня подземных вод. Наибольшие нормативные показатели отмечаются для мелких и пылеватых песков, а также супесей с различной величиной текучести, наименьшие – для крупнообломочных скальных с песчаным заполнителем.

Правила и параметры расчёта

В ходе проектирования фундамента жилого дома или производственного здания используются утвержденные методики и действующих нормативов. При проведении расчетов железобетонных оснований ленточного типа и определения потребного количества строительной арматуры придерживаются следующих правил:

устанавливаются постоянные и временные нагрузки на опорную конструкцию;
определяется глубина заложения основания в зависимости от уровня промерзания грунтов и залегания подземных вод;
рассчитывается ширина подошвы основания здания;
подбирается наиболее эффективная схема армирования и потребное количество металлопроката;
определяются способы вязки углов арматура для ленточного фундамента продольных и поперечных стержней;
вычисляется минимальный диаметр и подбирается тип прутка;
выполняется подготовка чертежей армирования ленточного фундамента;
составляются спецификации потребных материалов для возведения основания здания.

При армировании фундаментов своими руками важно точно придерживаться выбранной схемы пространственного силового каркаса. Порядок выполнения работ устанавливается действующими нормативами и предусматривает сначала установку вертикальных стержней с последующим крепление к ней горизонтальных и продольных. При этом вязать арматуру следует мягкой проволокой с использованием механического или электрического инструмента. Допускается применение прутков небольшого диаметра в дополнении к основным.

Определение нагрузок на фундамент

Для того чтобы точно рассчитать и правильно армировать ленточный фундамент необходимо учесть воздействие многих факторов. При проведении проектных и расчетных работ определяются все возможные нагрузки на основание здания:

Постоянные. Зависят от размеров и типа сооружения, используемых строительных материалов и закладываемых коэффициентов надежности.
Временные. К таковым относят полезную нагрузку из расчета не менее 150 кг/м2 для жилых зданий исходя из площади перекрытий, а также снеговой с учетом климатической зоны.

Перечисленные нагрузки учитываются при выборе наиболее подходящей схемы основания и способа армирования ленточного фундамента расчетной ширины (50, 45, 40 или 35 см). Нормативными документами определяется следующих порядок расчета постоянных и временных нагрузок на опорные конструкции здания:

глубина заложения основания;
определение веса кровли и стропильной системы;
снеговая и ветровая нагрузка;
масса несущих стен и перегородок;
вес перекрытий;
полезная нагрузка.

По результатам предварительных расчетов и последующего их уточнения вычисляются предельные значения давления ленточного фундамента на грунт. Исходя из полученных данных, вычисляется сколько надо поперечной, вертикальной и продольной арматуры. Кроме того подбирается наиболее подходящий тип и диаметр стержней из существующей номенклатуры металлопроката. Наилучшие характеристики имеет пруток периодического профиля за счет лучшего сцепления с бетоном.

Точное определение и учет всех типов нагрузок на основание здания и грунт позволяет свести к минимуму вероятность деформации несущих и ограждающих конструкций в процессе осадки. Привлекаемые строительные рабочие обязаны знать, как правильно связать арматуру для ленточного фундамента, чтобы исключить возможность его растрескивания и разрушения. Качество выполнения всех операций обычно контролируется прорабом или иным квалифицированным специалистом.

Расчет ширины подошвы (основания)

Здания и сооружения имеют определенный вес и оказывают значительное давление на грунт. При этом предельная нагрузка подошвы ленточного фундамента для нормальных почв не должны превышать 30 кг/м2. Исходя из этого показателя, определяются эффективная площадь и ширина опорной конструкции.

При выборе схемы и метода армирования ленточного фундамента ширина в 40 или 50 см может быть признана достаточной, в случае если учитывается характер нагрузок от стен. Последние могут быть несущими и самонесущими, кроме того на вертикальные конструкции в средней части здания приходится больший вес. Постоянная нагрузка для первых варьируется в пределах от 8147 до 11559 кг/м, для вторых от 0 до 8688 кг/м. Данные приведены для одноэтажного дома с длиной стен в 10 и 7 м соответственно.

Эффективная схема основания и армирования ленточного фундамента шириной 40 см или 50 см определяется с учетом механических свойств грунтов, а также постоянных и временных нагрузок. Расчеты проводятся дифференцированно для каждой стены отдельно в строгом соответствии с пошаговой инструкцией. При определении площади подошвы учитывается нормативное сопротивление грунтов (способность выдерживать давление без существенного уплотнения и разрушения).

Зависимость количества стержней от схемы армокаркаса

Расчет потребности в стальном прокате проводится исходя из особенностей выбранной пространственной конструкции. При определении используемого типа и параметров арматура в фундаменте и как закладывать ее учитываются следующие моменты:

Продольные (рабочие) стержни. Предназначаются для восприятия изгибающих нагрузок и при ширине ленты более 15 см располагаются в несколько слоев обычно в два или три. Диаметр прутка нижнего уровня каркаса всегда больше или равен нижнему (в случае незначительных нагрузок).
Поперечные горизонтальные. Позволяют связать конструкцию в единое целое и обеспечивают равномерное перераспределение нагрузок на все продольные стержни.
Вертикальные (хомуты). Используются при толщине фундамента дома более 15 см для сопряжения верхней и нижней частей стального каркаса.

Диаметр и шаг стержней арматуры продольной, поперечной и вертикальной назначается по отдельности исходя из конструктивных соображений и экономической целесообразности. В ходе проектирования определяется класс и профиль поверхности прутка (гладкий или периодический), а также марка стали и антикоррозионные свойства.

Особое внимание уделяется армированию углов ленточной опорной конструкции здания, на которую не должно приходятся стыков. Стержни для этой части каркас изгибаются с использованием специальных приспособлений. При выполнении работ по вязке углов арматуры для фундамента допускается применение вертикальных хомутов увеличенного диаметра. Это позволяет значительно повысить несущую способность наиболее нагруженной зоны основания постройки.

Диаметр и расположение

Устройство силового каркаса опорной конструкции здания предполагает использование прутков определенного профиля. Диаметр рабочих стержней, применяемых для армирования ленточного фундамента шириной 40, 45 или 50 см, зависит от длины несущей или самонесущей стены:

до 3 м – не менее 10 мм;
от 3 до 6 м – не менее 12 мм;
свыше 6 м – 14 мм и более.

Основную нагрузку воспринимает продольная арматура и в ленточном фундаменте ее расположение должно соответствовать действующим строительным нормативам. Несущая способность основания в значительной мере определяется правильным распределением стержней между верхним и нижним слоями каркаса. На последнюю приходятся большая часть изгибающих нагрузок.

При армировании ленточного фундамента здания следует учитывать, что расположение продольных стержней внутри каркаса позволяет избежать разрушающих деформаций основания. Эта особенность конструкции свойственна как основным лентам, так и местам их сопряжения. Важно правильно армировать углы, которые должны состоять только из цельных стержней. Рабочие и поперечные прутки связывают между собой едиными вертикальными хомутами. В результате образуется исключительно прочная и устойчивая пространственная конструкция.

Продольные отрезки

Рабочая арматура в мелкозаглубленном ленточном фундаменте воспринимает наибольшие изгибающие нагрузки. Согласно СНиП 52-01-2023 пункт 7.3.6 номер профиля и тип стержней подбираются таким образом, чтобы обеспечить их эффективное взаимодействие с бетоном. Продольная арматура в большинстве случаев закладывается в два слоя, с целью обеспечения равномерного перераспределения напряжений и деформаций по всей площади поперечного сечения основания.

Действующими нормативами установлено, что в армокаркасе для основания здания расстояние между прутками продольного армирования не должно превышать двойного его высоты. Если же плоскость изгиба лежит вне центра сжатых стержней, шаг между ними должен быть 500 мм и меньше. Это универсальный принцип, применяемый при армировании ленточных фундаментов любого сечения и типа.

Как правильно расположить рабочие стержни в каждом из слоев в зависимости от ширины каркаса и основания? При малых и средних нагрузках на опорную конструкцию продольная арматура размещается на расстоянии 5-7 см от ее края в два ряда. Тем самым ей обеспечивается достаточная прочность и жесткость. В случае если нагрузки высоки и близки к предельным, количество рядов рабочей арматуры увеличивается и она равномерно распределяется по всей ширине каркаса.

Вертикальные и поперечные прутки

Для того чтобы правильно армировать ленточный фундамент необходимо выполнить требование СНиП 52-01-2003. Пункт 7.3.7 определяет шаг поперечных прутков, обеспечивающий наилучшее восприятие нагрузок железобетоном. Минимальное расстояние между такими стержнями не должно превышать половины высоты каркаса и не более 300 мм. Вязка арматуры при этом осуществляется в каждом пересечении, в углах при необходимости дублируется.

В ходе работ по устройству фундамента своими руками вертикальные стержни подбираются с учетом его высоты. В случае если глубина заложения опорной конструкции не более 800 мм минимальный диаметр прутка должен быть не менее 6 мм, при больших показателях – 8 мм и более. При закладке углов ленточного фундамента допускается использование арматуры, диаметр которой больше основной. Такое решение обеспечивает локальное усиление наиболее нагруженных частей конструкции.

Заключение

Расчет потребного количества арматуры для ленточного фундамента осуществляется по методикам, утвержденным действующими строительными нормами и правилами. В процессе проектирования определяется высота ширина ленты, а также глубина заложения опорной конструкции с учетом уровня подземных вод и глубин сезонного промерзания грунтов. Вычисляются постоянные и временные нагрузки и минимальная площадь подошвы.

На основании этих данных выбирается наиболее оптимальная схема арматурного каркаса, определяется количество, тип и диаметр продольных (рабочих) стержней их расположение. На следующем этапе вычисляется шаг и основные параметры поперечных и вертикальных прутков. Особое внимание уделяется армированию углов и стыков наружной и внутренних лент основания.
При правильном устройстве армокаркаса для фундамента ленточного типа заложенная железобетонная конструкция работает как единая система. Такое основание, возведенное своими руками, будет исключительно долговечным. Равномерное перераспределение нагрузок на грунт обеспечит естественную осадку без предельных деформаций несущих и ограждающих элементов здания.