Как правильно рассчитать толщину плитного фундамента

Иногда при планировании постройки собственного дома обстоятельства складываются таким образом, что привычная, надежная и относительно недорогая схема ленточного фундамента станоится попросту невозможной. Обычно к таким заключениям приходят в тех случаях, когда оценка состояния грунтов на участке говорит об их недостаточной несущей способности или выраженной склонности в морозному вспучиванию. Можно, конечно, закладывать глубокую ленту, опуская ее подошву ниже уровня промерзания грунта, но это чрезвычайно осложняет проект и приводит к большому удорожанию его реализации. Кроме того, этому может помешать и слишком близкое расположение подземных водоносных горизонтов. В качестве альтернативы рассматривают вариант возведения плитного фундамента неглубокого заложения.

У этого типа фундамента есть еще одно расхожее название – «плавающий», которое довольно точно характеризует его особенности. Действительно, равномерное распределение нагрузки от здания и массы самой плиты по большой площади приводит к тому, что удельное давление получится минимальным, и железобетонное основание здания как будто «плавает» на поверхности, не осаживаясь вглубь и повторяя сезонные вертикальные колебания грунта. Но это значимое преимущества лишь тогда раскрывается в полной мере, когда размеры плитного фундамента, и, в частности – его толщина, соответствуют и реальным условиям эксплуатации здания, и параметрам постройки, возведенной на таком основании.

Давайте поближе разберемся в этом вопросе: плитный фундамент расчёт толщины, в зависимости от условий участка под строительство, и от специфики планирующегося к возведению здания.

Цены на цемент

Принцип строения плитного фундамента

Чтобы понять, на чем основан расчет толщины плитного фундамента, для начала необходимо разобраться с принципом его обустройства. Дело в том, что это не просто монолитная железобетонная плита, уложенная на грунт, а целая совокупность слоев из различных материалов, каждый из которых по-своему важен.

В первую очередь на месте строительства обязательно выбирается насыщенный органикой плодородный слой почвы, с тем, чтобы дно котлована под фундамент достигло несущего слоя грунта (поз.1). После выкапывания дно котлована выравнивается в черновую и трамбуется.

«Плавающая» плита должна расположиться практически на поверхности, с небольшим, обычно в 100÷200 мм заглублением. А это значит, что выбранный плодородный грунт должен быть чем-то замещен. Эту роль выполняют песчаные и гравийные (щебёночные) подушки. А их, в свою очередь, во избежание заиливания и перемешивания с грунтом, целесообразно отделить слоем геотекстиля (поз.2).

Расположение песчаного (поз.3) и щебёночного (поз.4) слоев может различаться, в зависимости от конкретных условий. Так, при глубоком (глубже двух метров) расположении поверхностных водоносных слоев обычно применяется нижняя песчаная «подушка» толщиной порядка 400 мм, затем щебёночная или гравийная. Если же уровень грунтовых вод располагается выше, то оптимальным решением становится нижняя засыпка гравия (щебня) – чтобы свести до минимума капиллярное «подсасывание» влаги снизу. А затем засыпается песчаная подушка, которой выравнивают поверхность, доводя ее до уровня расположения бетонной подготовки.

Одним словом, комбинации могут быть разные. Но что является обязательным в любом случае – это послойная засыпка с очень тщательной трамбовкой каждого из слоев (вручную качественно это выполнить не удастся – потребуется применение виброплиты). Кстати, нередко между слоями песка и гравия (щебня) также прокладывают слой геотекстиля, предотвращающего взаимопроникновение материалов и дающего определённый эффект армирования этих утрамбованных слоев.

При качественном исполнении этих «подушек» они способствуют максимально равномерному распределению нагрузок от плиты на грунт, становясь подобием «демпфера», в переделённой степени гасящего сезонные колебания грунта.

Так как поверх «подушек» будет заливаться раствор, их сверху необходимо прикрыть слоем гидроизоляции (поз.5). В этих целях на данной этапе можно применить обычную техническую полиэтиленовую пленку толщиной не менее 200 мкм. Это еще не основной гидроизоляционный барьер – сейчас задача просто удержать влагу в слое бетонной подготовки до ее созревания.

Поз. 6 – это как раз сама бетонная подготовка (ее часто называют «подбетонкой»). Она представляет собой залитый и выровненный слой тощего бетона (обычно достаточно марочной прочности М100). Толщина подбетонки в пределах 50 ÷ 100 мм, в армировании она не нуждается, так что слишком дорогим ее создание не выглядит. Нередко в целях экономии это слой исключают, и совершенно напрасно – бетонная подготовка позволяет выполнить высококачественную, гарантированно надежную гидроизоляцию, создает ровную поверхность под утепление фундаментной плиты.

Основной слой гидроизоляции (поз.7) – главный барьер от проникновения влаги к фундаменту снизу. Практика показывает, что лучший вариант для такого барьера – это не менее двух слоев полимер-битумных рулонных материалов, уложенных на подбетонку с соблюдением технологических правил монтажа подобной гидроизоляции.

Как и чем выполняется качественная гидроизоляция фундамента?

Монолитную плиту фундамента необходимо защитить от воздействия влаги со всех сторон. Какие рулонные материалы предпочтительнее для качественной гидроизоляции фундамента своими руками, какова технология их укладки – обо всем этом в специальной публикации нашего портала.

Поверх гидроизоляции нередко укладывают слой утеплителя (поз. 8), в качестве которого обычно выступает экструдированный пенополистирол. Такой подход дает немало преимуществ, однако, имеет и свои «слабые места», так что этот слой применяется далеко не везде и не всегда. Так что довольно часто прямо на слой основной гидроизоляции проводится заливка уж самой монолитной фундаментной плиты (поз. 9). Ее толщина может быть в пределах от 100 до 300÷ 350 мм (имеются в виду условия частного строительства) – именно этот вопрос мы и будем рассматривать далее. Ну а от толщины зависит и конструкция армирующего каркаса плиты (поз. 10). Так, при толщинах до 150 мм применяется армирование в один ярус. При большей толщине – в два, с обязательным 50 мм слоем между каждым ярусом и внешней поверхностью плиты.

В тему рассмотрения не входят, но на схеме все же указаны некоторые другие элементы конструкции:

— поз. 11 – вертикальная гидроизоляция монолитной плиты (цокольной части);

— поз. 12 – дренажная траншея со щебёночным наполнением;

— поз. 13 – дренажная труба;

— поз. 14 – утрамбованная песчано-гравийная засыпка пазух вокруг плитного фундамента.

— поз. 15 – слой термоизоляции (экструдированного ППС) для утепления отмостки вокруг плиты. Этот слой в идеале должен состыковаться с утеплением самой плиты снизу.

— поз. 16 – отмостка (бетонная, плиточная или иная) вокруг фундамента.

Как правильно сделать отмостку вокруг цоколя?

Для надежности и долговечности любого фундамента необходимо не только соблюдение технологии его создания, но и правильное обустройство прилегающего к нему по периметру участка территории. Обо всех нюансах самостоятельного создания качественной отмостки вокруг дома – читайте в специальной публикации нашего портала.

Цены на ПГС

Для более полной картины об особенностях плитного фундамента – соответствующий видеосюжет:

Видео: в чем выражаются достоинства и недостатки плитных фундаментов для загородных домов?

Как рассчитывается толщина фундаментной плиты?

Принцип расчета

Разброс допустимых толщин монолитных фундаментных плит в практике индивидуального строительства – довольно невелик. Как привило, этот параметр оценивается в 150 – 300 мм. Впрочем, для хозяйственных построек могут быть плиты и в 100 мм, а для крупных построек – доходить до 350÷400 и даже более, но это уже достаточно редкое явление. Можно примерно ориентироваться на следующие показатели:

— лёгкие пристройки, садовые сооружения, постройки хозяйственного назначения – 100÷150 мм.

— легкие каркасные дома, одноэтажные постройки из бревен, бруса, газосиликатных блоков – 200÷300 мм.

— двухэтажные срубы или дома из бруса, одноэтажные здания из силикатного кирпича или бетона – 250÷350 мм.

— двух- или трёхэтажные коттеджи из кирпича или иных тяжелых материалов – 300÷400 мм.

Надо правильно понимать, что при таких толщинах, при использовании качественного бетона марки М300 (В22.5) и при правильном, соответствующем СНиП армировании плиты, она имеет колоссальный резерв прочности. И каких-либо угроз в плане слабости фундамента под планируемую нагрузку – ожидать обычно не приходится. Такой фундамент спокойно выдержит массу постройки и «ответное» деформирующее воздействие со стороны грунта. Казалось бы, в таком случае нечего и «огород городить» — зачем еще проводить какие-то расчеты толщины?

А они, оказывается, все равно важны, правда, проблема уже рассматривается с совершенно иных позиций. А конкретно: будет ли фундамент оправдывать свое второе название – «плавающий», не станет ли он буквально «тонуть» в конкретном типе грунта, или же, наоборот, окажется слишком легким.

Попробуем пояснить этот подход несколько подробнее.

Любая серьезная стройка не зря всегда начинается с геологического исследования участка. Важно определиться с характером грунтов, послойно, чтобы оценить и глубину их залегания, и толщину слоев, и расположение возможных водоносных горизонтов.

Для дальнейших расчетов и проектирования здания важно получить точную картину. Дело в том, что каждый из типов грунтов обладает собственной несущей способностью. По своей физической сути – это сопротивление нагрузке, выпадающей на единицу площади. Понятно, что при проведении расчетов всегда принимают во внимание, что давление, вызванное суммарной массой дома и самого фундамента, с учетом временных динамических и статических (например, ветровых и снеговых), эксплуатационных (люди, имущество, мебель и т.п.) нагрузок не должно превысить несущей способности грунта, на который опирается фундамент.

Для примера – таблица со значениями расчетных сопротивлений нескольких распространенных типов грунтов.

Казалось бы – все просто. Но вот именно для плитного фундамента подобный подход должной степенью объективности не отличается. Как уже говорилось, большая площадь опоры сводит возможные нагрузки на грунт к минимуму, и особо переживать за то, что будет превышено предельное сопротивление грунта – не приходится. И чтобы более наглядно оценить картину, лучше принимать во внимание так называемое оптимальное удельное давление. Этот параметр рассчитан специалистами в области строительства специально для плитных фундаментов и для различных типов грунтов. Если давление от здания на грунт будет в пределах этого «оптимума» или незначительно отличаться от него, в диапазоне, скажем, не более  плюс-минус 25%, то можно быть уверенным в том, что плитный фундамент в полной мере выполняет свою функцию и раскрывает все свои преимущества.

Это позволяет избежать крайностей. Слишком тяжёлая комбинация «плита +дом» со временем обязательно начнет постепенно погружаться в грунт. Но ничего хорошего не обещает и другая крайность – когда нагрузка на грунт становится недопустимо малой. Мало приятного будет, если постройка станет чутко (как «поплавок» в воде) реагировать на милейшие колебания грунта, то есть покажет себя из-за легкости чрезмерно «плавающей». Например, неравномерное оттаивание земли весной на северной и южной стороне дома в такой ситуации запросто может привести к перекашиванию плиты, а значит – и всего здания в целом, что может закончиться появлением трещин или иных деформаций.

Одним словом, необходимо максимально точно приблизиться к значению оптимального удельного давления. Величины этого пааметра для разных грунтов показаны в таблице ниже:

Даже на беглый взгляд заметно, что количество строк здесь уже меньше. Ничего странного – на целом ряде грунтов с высокой несущей способностью возведение плитного фундамента становится совершенно неоправданной затеей, так как достаточно будет значительно более дешевой ленточной схемы.

Кроме того, в таблице жирным шрифтом выделены две строки. В обоих этих случаях рекомендуется провести более тщательный анализ, в том числе и экономический, иных имеющихся вариантов строительства.

• Супеси выделены оттого, что с большой долей вероятности на них также возможно использование более простого и дешевого ленточного фундамента.
• Твердые глины – это весьма обманчивый тип грунта. При резком переувлажнении (например, сильный паводок, аномально затянувшиеся дожди, изменения в положении водоносного слоя и т.п.) их структура и, следовательно, сопротивление нагрузке могут претерпевать существенные изменения в сторону потери несущей способности. То есть нет полной застрахованности от вероятности постепенного проседания постройки в неблагоприятно складывающихся условиях, хотя предварительные расчеты будут говорить о полной возможности строительства. В этом случае лучше проконсультироваться с опытными спеиалистами – возможно, оптимальное решение будет крыться в создании иного типа фундамента, например, свайного.

Получив результат, его можно сравнить с оптимальным табличным, найти разницу, и этот недостаток давления компенсировать массой железобетонной фундаментной плиты.

После этого проделывается обратная процедура: получив необходимую массу плиты для такой компенсации, и зная плотность железобетона, несложно весовую характеристику перевести в объем, а затем, при известной площади – и в рекомендуемую толщину плиты.

Вся эта, как может показаться на первый взгляд, запутанная схема успешно воплощена в предлагаемый вниманию читателей калькулятор. Несколько пояснений по работе с ним:

• Предполагается, что уже проведен анализ несущего грунта на участке под строительство – его тип потребуется указать в соответствующем поле ввода.
• Хозяин будущего дома уже имеет представление о размерах здания и материале строительства, о типах планируемых перекрытий, виде кровли, крутизне ее скатов и общей площади. Эти данные будут запрашиваться калькулятором. Причем, для некоторых элементов конструкции здания предусмотрено по нескольку вариантов – например, внешние и внутренние стены, или перекрытия межэтажное и чердачное и т.п. Если дополнительных вариантов нет, то просто оставляется значение площади по умолчанию, равное «0».
• Снеговая нагрузка будет учтена автоматически – в зависимости от региона строительства и крутизны ската кровли.
• Эксплуатационные нагрузки также уже внесены в базу – они будут учтены при указании площади перекрытий в доме.
• Поля ввода данных оснащены поясняющими подписями, так что серьезных затруднений быть не должно.

Калькулятор для определения рекомендуемой толщины плитного фундамента

Перейти к расчётам

Результат будет показан в миллиметрах, но следует правильно понимать, что это не окончательное значение, а, скорее, руководство к действию. Здесь возможны несколько вариантов «развития событий»:

• Первый вариант – полученное значение расположилось в рамках от 200 до 350 мм. Это говорит о том, что плитный фундамент действительно для имеющихся условий становится оптимальным решением. Полученный результат обычно округляют до величины, кратной 50 мм, в ближайшую большую или меньшую  сторону, и после этого, на всякий случай, можно просчитать еще раз нагрузку, но уже с точным параметром толщины плиты. Если распределенное давление не будет отличаться от оптимального более, чем на 25% – можно смело оставлять эту толщину уже для дальнейшего практического исполнения.
• Второй вариант – ответ показывает, что толщина плиты должна быть более 350 мм. С большой долей вероятности можно предположить, что плита – это не идеальное решение. Лучше привлечь специалистов для оценки возможностей использования более экономичных схем – ленточного или столбчатого фундамента. Есть еще одно решение – снижение толщины плиты за счет создания обращённых вниз, в сторону грунта, ребер жесткости, которые предотвратят горизонтальные подвижки чрезмерно легкой конструкции. Но для такой плиты уже никак не обойтись без высококвалифицированных расчетов.
• Наконец, третий вариант – расчёт показывает, что толщина плиты должна быть менее 150 мм (а в ряде случаев вполне возможно даже отрицательное значение). Вывод однозначен – здание чрезмерно массивно для его строительства на плитном основании на таком типе грунта. Рисковать, полагаться «на авось» в такой ситуации – неблагоразумно, и единственным выходом видится привлечение специалистов для дополнительного исследования состояния грунтов и выработки правильного, то есть надежного и безопасного со всех точек зрения решения.

Что еще можно рассчитать, имея значение толщины плиты?

Если есть окончательная ясность с толщиной плитного фундамента, то можно провести еще ряд расчетов, которые касаются количества необходимых для его создания материалов.

Необходимый объем бетонного раствора.

Площадь плиты (подчеркиваем – именно плиты, а не дома, так как плита всегда шире) и ее высота позволяет определиться с необходимым объемом бетонного раствора М300, который придется заказывать для заливки. Расчет настолько прост, что городить для него какой-либо калькулятор просто нелепо – произведение площади (м²) на высоту (м) даст нужный объем (м³), к которому обычно добавляют 10% запаса.

Шаг армирования и толщина прута

Армирование плиты производится решетчатой конструкцией. При толщине до 150 мм достаточно одного яруса, расположенного по центру. При толщине 200 мм и более решетки располагаются одна над другой, обычно с равным расстоянием от краев плиты (от 30 до 50 мм).

Решетки увязываются из арматурных прутьев периодического профиля (класса не ниже AIII) диаметром от 12 до 16 мм. Ширина ячейки решетки (шаг укладки прутьев) – обычно от 200 до 300 мм. Пространственное расположение армирующей конструкции обеспечивается установкой краевых хомутов и специальных подставок — «пауков» (показано на схеме ниже). Практикуется, конечно, и обычное вертикальное армирование из отрезков прутьев, но назвать его удобным в монтаже или имеющим хоть какие-то преимущества – не получается.

Для вспомогательных элементов арматурного каркаса (хомутов и «пауков») можно использоваться более тонкую арматуру, в том числе и гладкую, диаметром 8 ÷ 10 мм.

Итак, при расчете армирования плиты начинают с определения сечения прута основной ршетки и шага укладки. Исходят из норм, установленных СНиП, что суммарная площадь поперечного сечения горизонтального армирования должна быть не меньше 0,3% площади сечения железобетонной конструкции.

Эта зависимость внесена в расположенный ниже калькулятор расчета. Длина и ширина плиты известны, высота — тоже, то есть площадь поперечного сечения вычислить несложно. Имеется  возможность, варьируя шаг установки прутьев в некотором допустимом диапазоне, проследить, как изменяются необходимые диаметры прута, чтобы выбрать оптимальное решение.

Цены на арматуру

Важно: если длина любой из сторон конструкции — более 3 метров, то диаметр прута  основного армирования не может быть меньше 12 мм.

Так как решетка имеет квадратную ячейку, рассчитывать диаметр прута можно по любой стороне фундаментной плиты – значение будет одинаковым для продольных и поперечных прутьев.

Калькулятор расчета необходимого диаметра прута основного армирования плиты

А сколько потребуется арматуры?

Два калькулятора, расположенных ниже, позволять быстро «прикинуть» сколько же арматуры потребуется для создания необходимого армирующего каркаса.

Калькулятор расчета необходимого количества основной арматуры

Необходимо указать линейные параметры плиты, количество ярусов армирования и планируемый шаг вязки решетки. Результат будет показан в метрах, а также пересчитан в количество целых стандартных прутов длиной 11.7 метра. Кроме того, в результат расчета сразу внесен 10-процентный резерв.

Калькулятор расчёта количества арматуры для дополнительного армирования

Для создания двухъярусной пространственной армирующей конструкции фундаментной плиты применяют вспомогательные детали – хомуты и подставки. Для их изготовления можно использовать арматуру, гладкую или периодического профиля, диаметром 8 или 10 мм.

П-образные хомуты связывают обе решетки по краям, соединяя соответствующие по расположению прутья обеих ярусов. Тем самым, кстати, создается еще и усиление армопояса как раз в полосе будущего возведения стен здания.

Длина прута для изготовления такого хомута обычно принимается за 5×h, где h – это расчетная толщина фундаментной плиты.

Подставки–«пауки» имеют трехмерную конструкцию – она хорошо показана на иллюстрации.  Горизонтальные «ноги», которые увязываются к прутьям нижнего яруса, должны иметь длину порядка 1,5 шага решетки. Высота стоек – это запланированное расстояние между верхним и нижним ярусом армирования. И, наконец, длина верхней полки равна шагу решетки.

Плотность установки таких «пауков» – обычно по 2 штуки на квадратный метр.

Общее количество будет показано в метрах и переведено в стандартные пруты длиной 11.7 метра. Учитывая то, что арматура малых диаметров иногда выпускается прутами по 6 метров, будет произведён и такой перерасчёт.

Калькулятор перевода количества арматурных прутьев в килограммы или тонны

Добавим еще один «бонус». Довольно часто компании, реализующие металлопрокат, публикуют свои прайс-листы, в которых цены указываются за единицу веса продукции, например, за тонну. Чтобы не заставлять читателя самостоятельно «рыскать» в поисках таблиц для соответствующей «конвертации» длины в массу, предлагаем помощь в виде специального калькулятора. Пояснений по работе с ним, наверное, не требуется.

Перейти к расчётам

Итак, были рассмотрены алгоритмы упрощенного расчета некоторых параметров плитного фундамента. Подчеркнем – строительство полноценного жилого дома всегда, при любых обстоятельствах, должно базироваться на основе профессионального проектирования. Поэтому предлагаемая методика определения толщины плиты может служить для первоначальных «прикидок», для оценки принципиальной возможности использования такого типа основы или для самостоятельного проектирования каких-либо вспомогательных построек.