Какую нагрузку выдерживает фундамент из винтовых свай
Свайно-винтовой фундамент для дома из СИП панелей
Один из наиболее популярных типов фундамента для каркасных зданий и зданий из СИП панелей - это конечно свайно-винтовой фундамент. Конечно есть альтернативы в виде железобетонных свай, буронабивных свай (тисэ), ленточного фундамента, столбчатого, плитного. Но сейчас мы постараемся разобраться какую все-таки нагрузку выдерживает фундамент из винтовых свай. Какой длины они нужны и как понять, что этот фундамент подходит для вашего дома. Сначала поговорим о наиболее важных моментах, а затем рассмотрим все на общем примере с простейшими расчетами.
Критерий №1 - Глубина промерзания
Очень важный момент при выборе длины сваи - это конечно глубина промерзания грунта в вашем регионе. Почему это так важно? Все дело в том, что в процессе замерзания, влажный грунт увеличивается в объеме. Происходит это из-за того, что вода переходя из жидкостного агрегатного состояния в твердое увеличивается примерно на 12%.
В различных регионах глубина промерзания имеет разные показатели. Эти показатели имеют данные о глубине промерзания в наиболее холодную и бесснежную зимы. Снежный покров создают некую перину для грунта и не дают промерзать ему столь сильно.
Так, например для Новосибирской области расчетная глубина промерзания грунта составляет 220 см. Фактическая может отличаться в каждый отдельновзятый год. Именно поэтому длина сваи должна выбираться с учетом данного критерия. В обратном случае фундамент может подвергаться пучинистости грунта. Об этом в следующем разделе.
Критерий №2 - Пучинистость грунта
Соответственно, чем больше воды в зоне промерзания, тем более пучинистый грунт в период его промерзания. Грунты делятся на:
- сильнопучинистые (пучение может составлять до 12%)
- среднепучинистые (до 8%)
- слабопучинистые (до 4%)
Пучиность грунта определяется его составом, уровнем грунтовых вод (УГВ) и пористостью. Так например глинястые и мелко песчаные являются пучинистыми, а крупнозернистые песчаные и гравийные - к непучинистым. С чем это свзяано. Дело в том, что по глинястым и мелкопесчаным грунтам легко поднимается влага от (УГВ) за счет капилярного эффекта и хорошо удерживаются в таком грунте. В глиняных грунтах высота капилярного поднятия достигает 8 м и даже больше, в суглинках 4 м, в супесях - 1.5 м, в мелкозернистых песках 1 м, в среднезернистых 0,4 м, в крупнообломочных этот эффект не имеет почти никакого значения. Каппилярное поднятие осуществляется только в сообщающихся порах и пустотах капилярного размера. То есть, чем тоньше структура грунта (чем более мелкая фракция), тем его можно отнести к более пучинистым грунтам. В связи с эти пучинистость грунта зависит не только от состава грунта, но и от глубины залегания грунтовых вод.
Процесс промерзания грунта происходит сверху вниз и происходит с некоторой скоростью, которая зависит от погоды. Влага превращается в лед и вытесняет воды в нижние слои грунта. Пучинистость также определяется тем, успеет ли влага просочиться через структуру грунта или нет, хватит ли степени фильтрации, чтобы этот процесс прошел с пучением или без. Если крупноструктурные грунты не создают влаге никакого сопротивления, то глина не успевает пропустить через себя нужный объем воды и тем самым создает пучинистость.
Наличие давления от веса строения также сказывается на проявлении пучинистых явлений. Если слой грунта под подошвой фундамента сильно уплотнить, то и степень пучинистости его уменьшится.
Основная опасность пучинистости грунта заключается в том, что она происходит неравномерно!
Критерий №3 - Слои грунта.
Для того, чтобы фундамент выдерживал наибольшие нагрузки по весу, он должен опираться на плотные грунты с высоким уровнем сопротивления. Все мы знаем, что грунт не является однородным и располагается слоями. Для того чтобы понимать на какой глубине располагается плотный слой грунта - делаются пробные бурения (геологическое изыскание грунта). Наибольшее сопротивление имеет твердые глины, крупные пески и щебень. Ниже приведена таблица с плотностью грунтов. Чем выше значение, тем лучше этот грунт для опирания на него фундамента.
Тип грунта и показатель его сопротивления в: кг/см2
Щебень, гравий - 5 кг/см2 , Пески крупные, гравелистые - 4 кг/см2 , Глины твердые - 4 кг/см2, Пески средней крупности - 3 кг/см2, Супеси плотные и пластичные - 2,5 кг/см2,
Пески мелкие и пылеватые плотные - 2 кг/см2, Суглинки твердые и пластичные - 1,5 кг/см2, Пески мелкие средней плотности - 1,5 кг/см2, Глины пластичные- 1,5 кг/см
Расчет веса одного дома из СИП панелей.
Для расчета возьмем:
- дом площадью 100 м2 со стропильной системой из пиломатериала естественной влажности.
- кровельное покрытие - металлочерепица 0,45
- окна 2-х камерные, 5-ти камерный профиль
- внешняя отделка - планкен
- внутренняя отделка вагонка
- стяжка 8 см под теплые полы
- Рассчитаем вес комплекта СИП панелей. В одном из наших проектов количество панелей составляет 121 штуку. Плотность используемого пенополистирола 25 кг/м3 и две OSB-3 плиты 12 мм. Вес 1 м2 такой панели 174 мм составляет 19 кг. А в сравнении вес 1 м2 стены кладкой в один кирпич (25 см) будет весить в районе 400 кг. Итого одна панель весит: 3,125 х 19 = 60 кг . Тогда 60 х 121 = 7260 кг или 7 тонн 260 кг.
- Считаем вес пиломатериала камерной сушки: Пиломатериала камерной сушки в данном проекте 10,6 м3. Масса одного кубического метра пиломатериала хвойных пород камерной сушки составляет 500 кг. Тогда 10,6 х 500 = 5300 кг или 5 тонн 300 кг
- Считаем вес пиломатериала естественно влажности: Его 6 м3. Масса одного м3 пиломатериала хвойных пород ест.вл. составляет 800 кг. Тогда 6 х 800 = 4800 кг или 4 тонны 800 кг
- Считаем кровельное покрытие металлочерепицу: Вес 1м2 металлочерепицы с толщиной металла 0,45 составляет 3.633 кг. Тогда 98 х 3.633 = 356 кг, добавляем коэффициент на планки 1.15 и получаем 410 кг.
- Считаем окна 2-х камерные. Приблизительно вес 1 м2 окна составляет 40 кг. Тогда 21 м2 окон это 21 х 40 = 840 кг
- Считаем стяжку внутри дома: 88 м2 полезной площади дома. 8 см толщина стяжки. Приблизительный вес 1 см в один м2 составляет 20 кг. Итого мы получаем 160 кг на 1м2. Тогда 160 х 88 = 14080 кг или 14 тонн 80 кг
- Считаем наружные фасады из планкена: 155 м2 фасадов. Это 369 штук 20*140*3000. Соответственно 3 м3. Вес сухой лиственницы - 600 кг. Тогда, 3 х 600 = 1800 кг или 1 тонна 800 кг
- Считаем Внутреннюю отделку вагонкой:: с учетом всех перегородок и подшива потолков у нас получается 210 м2 или 411 шт. имитации бруса 170*17*3000. Соответственно 3,56 м3 Вес сухой сосны 450 кг. Тогда 3,56 х 450 = 1600 кг или 1 тонну 600 кг
- Считаем керамогранит: Для расчета берем, что все полы у нас будут покрыты керамогранитом 12 мм. Тогда площадь дома 88 м2, мы умножаем на 29 кг - это вес 1 м2 керамогранита. Тогда 88 х 29 = 2550 кг или 2 тонны 550 кг
- Суммируем 7260 + 5300 + 4800 + 410 + 840 + 14080 + 1800 + 1600 + 2550 = 38640 кг, добавляем коэффициент на крепеж, дополнительные элементы отделки, конструктива, мебелеровки - 1,3 и получаем 38640 х 1,3 = 50 200 кг или 50 тонн 200 кг
Итого мы получили вес одного дома площадью 100 м2 - 50 тонн 200 кг.
Расчет количества свай и несущей ими нагрузки:
- В данном проекте у нас 26 винтовых свай диаметром 108 мм, чтобы посчитать площадь опирания, мы воспользуемся формулой площади круга S = π × r2. За число π берем константу 3,14. R – это радиус круга. Диаметр лопасти сваи 300 мм, а радиус 150 мм тогда S = π r2 = π 15х15 = 225 π (см)2 ≈ 706 (см)2
- Допустим, что слой опирания сваи у нас твердые глины с показателем сопротивления 4 кг/м2, тогда мы можем рассчитать какой вес держит одна свая 706 х 4 = 2 824 кг
- Таким образом 26 свай удерживают нагрузку: 26 х 7065 = 73 424 кг. Как мы помним вес нашего дома 50 200 кг.
Таким образом, мы сделали расчет по соответствию свайно-винтового фундамента для дома из СИП панелей.