Термин «несущая способность» в строительной сфере означает способность грунта, фундамента, каркаса выдерживать нагрузки во время эксплуатации, сохраняя целостность и не деформируясь. Определяют несущую способность, исходя из текущих условий, применяя различные методы расчета и аналитические данные.
Вычисления несущей способности – главный этап в проектировании, отвечающий за безопасность и эффективность возводимых конструкций и зданий.
Методы определения несущей способности
Несущая способность обуславливается различными факторами: свойствами и видом материалов, эксплуатационных нагрузок, размеров здания или конструкции. Для определения характеристики применяют несколько методик.
- Расчет прочности. Определяет напряжение и деформации структуры при заданной нагрузке, учитывает наличие кручения, натяжения, изгиб и сжатие. Сравнивая их значение с максимальными показателями, определяют несущую способность.
- Экспериментальные исследования: нагрузочная диагностика макетов или реальных конструкций, определяющая коэффициент напряжения и деформации.
- Компьютерное моделирование. Современный метод, разрешающий путем создания виртуальных моделей провести виртуальные испытания и вычислить несущую способность конструкции. Рассчитывая несущую способность, применяют коэффициенты безопасности: неопределенности в материалах, погрешности в расчетах и аналитических методах.
Оценка несущей способности здания и конструктивных элементов рассчитывается во время комплексного освидетельствования строительного объекта. Это делается, чтобы определить перспективу его модернизации или реконструкции: перед установкой дополнительных конструкций, арт-надстроек, добавлением верхних этажей. На этапе проектирования проводятся динамические и статические лабораторные исследования, которые определяют фактическую несущую способность.
Несущая способность и типы грунта
Планируя строительство жилого дома, хозяйственной постройки, технического здания, в первую очередь определяют несущую способность почвы на строительной площадке. Она измеряется в кг/см2 и показывает возможную нагрузку на единицу площади: чем меньше показатель прочности, тем большей должна быть площадь фундамента.
Несущие свойства почвы зависят в основном от трёх показателей:
- Вид грунта
- Уровень плотности.
- Насыщенность влагой.
Каждый класс грунтов обладает собственной несущей способностью. Для исследования и определения свойств, важных для строительства, проводят разные методики и лабораторные опыты с применением специальной аппаратуры и оборудования:
- Глинистая почва. Специфические характеристики: набухаемость, морозное пучение, просадочность. По глинистой составляющей в почве строительной площадки определяется прочность, пластичность, деформационные показатели.
- Песчаные грунты. Имеют хорошую водопроницаемость, дают быструю осадку. Пылеватые мелкие пески при насыщении влагой приобретают плывунные качества, что значительно снижает несущие свойства. При расчетах учитывают гранулометрический состав, коэффициент фильтрации и плотность грунта.
- Скальные грунты. Наиболее прочная почва, не меняющая основных характеристик под воздействием смены температур. Подходит для строительства невысоких строений в качестве фундамента.
Важные показатели
Плотность почвы
Плотность – характеристика, указывающая на возможность строительства на такой почве дома или сооружения, устойчивость и надежность основания. Оптимальный показатель составляет 0,98 – 1 и зависит от процента влажности, пористости, минералогической составляющей.
Влажность
Коэффициент наличия воды в грунте. Определяется он соотношением массы воды к весу сухих частиц в образце почвы. Зависит от количества осадков, климатического пояса, температуры окружающей среды.
Выделяют несколько типов влажности:
- Весовая влажность.
- Объемная влажность.
- Относительная влажность.
- Гигроскопическая влажность.
- Оптимальная влажность
- Допустимая влажность.
Для точного расчета влажности используют несколько видов исследований, в зависимости от классификации грунтов.
Несущая способность фундамента
Этот параметр показывает возможную нагрузку на фундамент на выбранном для строительства участке. На несущую способность фундамента влияют:
- Разновидность породы.
- Степень влажности.
- Коэффициент рыхлости грунта.
- Глубина промерзания.
Показатель в значительной степени зависит от дополнительных эксплуатационных нагрузок: вес строения, уровень снегового покрова, давление ветра, коммуникационные нагрузки.
Алгоритм расчета несущей способности для разных типов фундамента различается:
- Для фундамента на винтовых сваях умножают несущую способность единицы на общее количество винтовых опор.
- Расчет допустимой нагрузки для железобетонных свай аналогичный, с учетом большей прочности опор из-за пропорционального распределения нагрузки на подошву и боковые стенки.
- При расчетах нагрузки на ленточный фундамент учитывают его ширину, конструкцию и основные характеристики дома. Допустимая нагрузка фундамента должна предупреждать возможные сдвиги, гарантировать хорошую прочность и устойчивость основания строения.
Несущая способность конструктивных элементов
Прочность здания во многом зависит от несущих возможностей горизонтальных и вертикальных элементов конструкции:
- Вертикальные элементы – стены, столбы, колонны. Их несущая способность зависит от материала изготовления. Для колонн используют железобетон или монолит, столбы чаще возводят из кирпича и камня. Усиливает несущую способность вертикальных конструкций «индивидуальный» фундамент, напоминающий формой подстаканник.
- Горизонтальные компоненты – балки, плиты, диски. Они испытывают наибольшую нагрузку. Рассчитывая максимально допустимую нагрузку, нужно заложить несущую способность с дополнительным ресурсом. В зданиях старой постройки балки устанавливали из дерева, металла, асфальтобетона. Во время реконструкции, планируя надстройку, нужно тщательно осмотреть перекрытия, определить фактическую прочность.