Плитный фундамент наиболее востребован при строительстве домов из теплоэффективных материалов: газо- и пенобетона, арболита, полистиролбетона, керамоблоков. В погоне за отменными теплоизоляционными качествами их плотность уменьшается, что не лучшим образом сказывается способности сопротивляться изгибающим нагрузкам. Плита, за счёт большой площади опирания, наиболее статична и к тому же подходит практически для любых грунтов – отсюда и такая популярность. А так как многие застройщики ведут самостоятельное беспроектное строительство, вопрос о расчете количества арматуры для фундаментной плиты вызывает у них наибольший интерес.
Описание монолитного плитного фундамента
Площадь плитного фундамента соответствует площади здания по осям, иногда лишь ненамного превышая её для того, чтобы можно было установить облицовку с утеплением. Именно это отличает данный вид фундамента от прочих, и делает его наиболее надёжным в плане пространственной устойчивости. Однако, чтобы обеспечить её с учётом воздействующих нагрузок и прочностных характеристик грунта, плиту нужно грамотно спроектировать.
В определённых случаях требуется предусмотреть не плоский вариант, а ребристый, причём рёбра могут быть направлены как вниз, так и вверх. Первый вариант – это традиционный вид ребристой плиты. Смысл её работы заключается в том, что грунт, находящийся между рёбрами, под давлением здания уплотняется и включается в работу синхронно с горизонтальной частью конструкции - это даёт возможность уменьшить толщину бетона. Изгибающий момент приходится на центр плиты, в котором продольно всегда располагается промежуточное ребро, поэтому верхнюю зону требуется армировать более интенсивно.
На просадочных грунтах лучше всего работает плита с рёбрами вверх. Устроив поверх них монолитное перекрытие, можно получить железобетонное основание с коробчатым сечением, которое идеально противостоит неравномерным просадкам. Если подобных проблем на участке нет, такой вариант плиты используют при строительстве домов из низкоплотного ячеистого бетона, для которого любые подвижки основания чреваты трещинообразованием.
Прежде всего, это удобно, так как рёбра в данном случае играют роль цоколя и позволяют поднять выше уровень пола первого этажа. Если проблем с просадочностью грунта нет, цокольное перекрытие делают не монолитное, а балочное, что позволяет обеспечить доступ к расположенным под полом трубам в случае необходимости ремонта. Так как в рёбрах имеется дополнительное армирование, горизонтальная часть плиты тоже может проектироваться с меньшей толщиной.
Естественно, в каждом случае расчет арматуры для плитного фундамента производится индивидуально, и никакого общего рецепта здесь быть не может. Разве что даются какие-то общие рекомендации, на которых, собственно и построен принцип работы онлайн калькулятора.
Плюсы и минусы
Устройство каждого вида плиты имеет свои резоны, но в общих чертах список достоинств и недостатков данной конструкции таков:
| Плюсы | Минусы |
| Главным достоинством плитных фундаментов является их высокая несущая способность, возможность устройства в сложной гидрогеологической обстановке, в том числе при высоком УГВ. | Высокая материалоёмкость. |
| При условии правильного расчёта с учётом характеристик грунта, исключается крен и вероятность неравномерной просадки. | Высокая себестоимость по сравнению с лентами мелкого заложения и ростверками на столбах. |
| Ребристая структура даёт возможность получить экономию бетона, но при этом очень важен правильный расчёт арматуры. | При наличии рёбер жёсткости, опалубку приходится формировать дважды. |
| Если плита поверхностная, кладка стен может осуществляться без цоколя. При этом тело плиты одновременно будет выполнять функции чернового пола. | Заливку рёбер невозможно произвести одновременно с плитой, поэтому времени на формирование ребристого фундамента уходит больше. |
| При возведении дома с подвалом или цокольным этажом, роль направленных вверх рёбер играют стены. В данном случае этот вид плиты единственно возможный, и он обеспечивает заглублённой части дома идеальную жёсткость. | Теоретически плиту можно устроить и на неровном рельефе, но на практике этого никто не делает, потому что дорого и технически сложно. |
| Если подвал не нужен, всегда есть возможность сделать плиту в незаглублённом варианте, а это существенная экономия на земляных работах. | Наиболее трудоёмкой получается плита с коробчатым сечением: в виде чаши с монолитным перекрытием. Но это самый надёжный фундамент для просадочных грунтов. |
| Благодаря совмещению плиты с фундаментными лентами (снизу или сверху), есть возможность уменьшить толщину горизонтальной части и тем самым сэкономить на количестве заливаемого бетона. | Вводы под коммуникации, электроэнергию и слаботочные линии прокладываются под плитой, в песчаном подстилающем слое, и в процессе эксплуатации доступа к ним нет. Поэтому профессиональное проектирование обязательно, и оно должно предусматривать резервные линии на случай выхода из строя основных трубопроводов. |
| Благодаря поверхностному расположению монолита и небольшой толщине, минимальный расход пиломатериалов на опалубку. |
Способы создания арматурного каркаса
Почему плитный фундамент делается не просто бетонный, а железобетонный? Да потому, что бетон хорошо работает только на сжатие, а вот справляться с нагрузками на изгиб и растяжение ему помогает арматура. Без неё может быть залита только плита пола, которая не воспринимает нагрузок от веса стен и прочих конструкций здания. А если учесть ещё и силы морозного пучения, которые непременно действуют на плиту при малом заглублении, становится понятно, что без арматуры никак не обойтись.
Из стальной арматуры
Стальная арматура – это традиционный вариант армирования бетонных конструкций. Она представляет собой горячекатаные стержни из сплава железа с углеродом и легирующими добавками (маркируется А). Стержни бывают гладкими и профилированными.
Гладкие (класс А1) в фундаментных каркасах используются исключительно в качестве конструкционной арматуры (поддерживающей рабочие стержни), так как плохо сцепляются с бетоном. Из этой арматуры в плитах могут выполняться разве что подставки-лягушки или плоские каркасы для поддержки сетки верхнего яруса. Сваривать такую арматуру нельзя, можно только вязать.
Профилированная арматура (классы A2-A5) является в каркасе основной и, будучи уложенной в плите в продольном и поперечном положении, воспринимает растягивающие усилия на себя. Рифлёная арматура отличается по форме профиля, который бывает:
- Кольцевым. Это традиционная для нашей страны арматура, выпускающаяся по ещё советскому стандарту (ГОСТ 57*81). Её сечение представляет собой круглый профиль с двумя продольно идущими выступами, соединяемыми поперечными рёбрами по двухзаходной спиралевидной линии при диаметре более 8 мм, и по однозаходной линии при диаметре 6 мм. Именно к этому виду относится применяемая для вязки фундаментных каркасов арматура класса А3(А400).
- Серповидным. Этот вид арматуры имеет несколько другую форму профиля: у неё винтовые рёбра не закольцованы, а в местах примыкания к продольным выступам у них имеются промежутки. Сделано это для удобства сварки. Так как эта арматура соединяется иным способом, чем кольцевая, то и выпускается она по другому стандарту (ГОСТ 52544*2006).
- Существует ещё арматура со смешанным профилем. Он введён для повышенного сцепления и только для арматуры класса А500. Стержней более низкого качества с таким профилем не производят, и это позволяет определять класс арматуры визуально.
Кстати, о классах. Обозначения А1, А2, А3 и т.д. устаревшие, им на смену давно пришла более современная классификация А300, А400, А600. Чтобы избежать путаницы, в строительной документации почти всегда указываются оба варианта маркировки – новая в скобках.
Для свариваемой арматуры старая маркировка не применяется: пишут просто А400С. Знаки в маркировке означают, что арматура горячекатаная, с пределом текучести не меньше 500 Н/мм², со сварным способом соединения стержней, о чём и говорит буква «С».
Из стеклопластиковой арматуры
Изначально стеклопластик был придуман для применения в авиационной и космической промышленности, так как при меньшем весе у него почти втрое выше прочность на разрыв и отсутствует коррозия. С момента создания технологии пултрузии (протяжки), по которой изготавливают рельефную арматуру, аналогичную металлической, область применения композитов расширилась, и её активно стали применять в строительстве.
- Сегодня такую арматуру изготавливают не только из стеклопластика (СПА), но из углепластика, базальтопластика и их комбинаций. Наиболее дешёвым является именно стеклопластик, а потому и арматура из него наиболее востребована в строительстве.
- Как и металлическая арматура, композитная предлагается длинномером в бухтах, в отдельных стержнях и заводских картах. Учитывая меньший вес таких изделий, из расчёта на тонну или килограммы такая арматура получается втрое дешевле, если сравнивать аналогичные диаметры.
- Благодаря лучшим физико-механическим характеристикам композитов, стержни для каркаса можно брать меньшего диаметра, так что выгодна такая арматура не только из-за цены. Если стальные стержни для каркасов фундаментов берут не менее диаметра 12 мм, то стеклопластиковые можно брать диаметром 8 мм – на две размерных ступени меньше.
- У стеклопластика модуль упругости ниже, чем у стали примерно в 5 раз, но он постоянный, и не зависит ни от нагрузок, ни от окружающей температуры – и в это несомненный плюс. Так же у композита высокая прочность на разрыв, что и даёт возможность уменьшать диаметр стержней.
Предел прочности у стальной арматуры составляет порядка 400 Мпа, а у композитной, в 3-4 раза выше. У бетона эта характеристика по сравнению даже с металлом невысока, при перегрузках цементный камень начинает разрушаться первым, и тогда в работу включается арматура. Вот здесь-то и становится важным предел её прочности, ведь чем выше цифра, тем большую нагрузку способен выдержать фундамент.
Следуя этой логике делаем вывод, что при армировании композитной арматурой плита будет в три раза выносливее. Почему же тогда стеклопластик не заменяет стальную арматуру повсеместно? Всё из-за того же модуля упругости (эластичности). При пиковых нагрузках такая арматура хоть и не рвётся, но способна растягиваться и провисать, а бетон из-за этого сильнее растрескивается. Но в малоэтажном строительстве таких нагрузок нет, поэтому здесь применение композитной арматуры наиболее распространено. Главный резон её применения – отсутствие коррозии.
Определение сечений
Согласно нормативам, площадь сечения рабочей арматуры железобетонной конструкции должна составлять не менее 0,05% от площади поперечного сечения монолита. Допустим, вам нужно залить плиту размером 8*10 м толщиной 0,3 м. Площадь её поперечного сечения составит 8 м* 0,3 м = 2,4 м². 0,05% от этой цифры составляет 0,12 м² – или 12 см².
Теперь, ориентируясь на полученную цифру, подбираем диаметр арматуры вот по такой таблице:
Находим полученное значение (меньше нельзя, больше можно), нужные цифры в таблице подчёркнуты красным. Согласно табличным данным, при диаметре арматуры 14 мм каркас должен состоять из 8 стержней с шагом 125 мм. При диаметре стержней 12 мм, сетка должна состоять из 11 стержней с шагом 91 мм (округляем в большую сторону до 100 мм). В плоской плите у нас два ряда арматуры, поэтому и шаг между стержнями можно сделать в два раза больше – 200 мм.
Для фундаментной плиты под малоэтажный дом, арматура диаметром 12 мм, устанавливаемая с шагом 200, является усреднённым и самым оптимальным вариантом. Слишком маленький шаг арматуры в плите фундамента не позволяет бетону нормально проходить между прутьями каркаса при заливке, а слишком большой может сделать армирование и вовсе бесполезным, так как в этом случае бетону в зоне квадрата внутри ячейки, всё равно приходится работать на растяжение.
Диаметр 12 мм для стальной арматуры считается минимальным, даже когда плита фундамента имеет меньший размер. Если она формируется без проекта, необходим определённый запас прочности.
Расчёт диаметра для композитной арматуры обычно делают как для стальных стержней, но по факту берут на одно, или даже два значения ниже.
Схема армирования
Расчет арматуры для плиты фундамента зависит от её толщины – а она может быть принципиально разной, если сравнивать, к примеру, плоскую плиту с ребристой. В плоской плите, предназначенной для жилого дома из газобетона, толщина всегда больше 250 мм, поэтому армируется она всегда объёмным каркасом. В этом случае у него два уровня рабочей арматуры, соединяемых между собой плоскими каркасами или специальными арматурными подставками.
Оптимальный шаг сетки, как уже было сказано, 200*200 мм. Дополнительные стержни закладывают в местах возведения внутренних стен, тяжёлой кирпичной печи или камина, несущей колонны, отверстий под коммуникации. Но в целом, арматура распределена по плите равномерно.
Если плита ребристая, у неё есть дополнительная несущая основа, поэтому толщина горизонтальной части может уменьшаться до 120 мм. При толщине плиты менее 150 мм она армируется не объёмным, а плоским каркасом. То есть, рядов рабочей арматуры будет не два, а один, но при этом шаг между стержнями будет не 200, а 100 мм.
Расчет армирования рёбер, которые, по сути, являются фундаментными лентами, выполняется отдельно. Используется тот же принцип расчёта, что и для плиты (0,05% от поперечного сечения), только каркас в соответствии с формой монолита, будет иметь иную конфигурацию. Учитывая, что высота ребра от подошвы до обреза обычно не превышает 400 мм, для его армирования обычно хватает 4 продольных стержня d=12 мм. Их поддерживают хомуты из арматуры d=8 мм, расставленные с шагом 50 см.
Чтобы правильно рассчитать необходимое количество арматуры, необходимо иметь перед глазами схему её расстановки. Так что, если проекта у вас нет, сделать чертёж придётся самостоятельно.
Расчет количества стержней вручную
Рассчитаем для примера расход арматуры на плитный фундамент размером 8*10 м с объёмным каркасом.
Количество продольных стержней d=12 мм:
- 10 м (длина плиты) - 0, 035 м *2 (два боковых защитных слоя толщиной по 35 мм) = 9,93 м - длина одного стержня.
- 9,93 м : 0,2 м (шаг расстановки стержней) – 1 = 48,65 шт - количество стержней в одной сетке. Округляем до 49 штук.
- 49 шт*2 = 98 шт – общее количество продольных стержней в двух уровнях армирования.
Количество поперечных стержней d=12 мм:
- 8 м (ширина плиты) - 0, 035 м *2 (толщина защитных слоёв бетона) = 7,93 м – длина одного стержня.
- 7,93 м : 0,2 м – 1 = 38,65 шт стержней в одном ярусе. Округляем до 39 штук.
- 39 шт*2 = 78 штук - общее количество поперечных стержней в двух уровнях армирования.
Суммируем: 98+78=176 шт. Так как арматура продаётся по 11,7 м, вам придётся купить 176*11,7м=2059,2 м арматуры. При диаметре 12 мм, 1 метр стальной арматуры весит 0,888 кг. Соответственно, общий вес составит 1829 кг, или 1,83 тн.
Продаются стержни длиной и по 6 м, но тогда вам все пояса придётся составлять из кусков, а при подсчёте количества нужно будет учитывать величину нахлёста. В таком случае расход арматуры может оказаться ещё больше.
Аналогично производится и расчёт арматуры для плоских каркасов, устанавливаемых вертикально: сначала для одного, учитывая его длину, ширину и количество перемычек, а потом умножаете на количество поддерживающих поясов. Единственно, если плита монтируется без подбетонки, снизу толщина защитной оболочки должна быть не 35, а 75 мм.
Онлайн калькулятор расчета
Рассчитать, сколько нужно арматуры для фундамента плита, можно и с помощью одного из онлайн сервисов, предлагаемых почти на каждом строительном сайте. Всё, что в такой калькулятор требуется ввести, это размеры плиты, количество уровней армирования, диаметр и шаг расстановки арматуры.
Мы решили сделать такой расчёт сразу на трёх разных сервисах. При одинаково введённых данных, все три дали абсолютно разные сведения по результатам расчетов, причём погрешность ответов довольно большая. Дело в том, что такие сервисы не учитывают отходы на резку арматуры, а высчитывают конкретное количество стержней, нужное на данный каркас.
Но ведь вам, даже если и нарежут в магазине стержни в размер, посчитают-то всё равно за целые, по 11,7 м. Считаем, что наш ручной расчёт арматуры на фундаментную плиту получился более точным. Лишь один калькулятор, в котором подсчёты выполнялись с 10% запасом, выдал ответ, наиболее близкий к тому, что получили мы.
Если учитывать при покупке отпускную длину стержня, никакой запас на раскрой и не понадобится делать. Для плиты заданного нами размера (8*10 м), и продольные, и поперечные стержни короче отпускной длины. Может быть так и получится больше обрезков, но их можно использовать для изготовления П-образных хомутов, соединяющих торцы стержней верхней и нижней сетки. Да и плоские каркасы можно сделать из них же, только нужно правильно посчитать количество отходов.
Как можно избежать ошибок при армировании плиты – заключение
Главной ошибкой в проектировании фундаментной плиты, которая влияет на её несущую способность, является неправильное определение толщины монолита. От неё зависит площадь поперечного сечения плиты, а соответственно и подбор диаметра арматуры, и шаг её расстановки.
Но правильный расчет диаметра арматуры для монолитной плиты фундамента ещё не гарантирует итогового качества конструкции, важно ещё грамотно произвести монтаж. Чтобы избежать ошибок, следует учитывать такие нюансы:
- При наращивании длины арматурные стержни соединяют не встык, а внахлёст. Для арматуры d12 мм минимальный нахлёст составляет 38 см.
- Длина всех прутьев – и не только рабочих, но и поддерживающих, должна быть такой, чтобы вокруг арматуры образовывался защитных слой бетона. Стержни не должны оголяться и контактировать с грунтом, иначе коррозия по цепочке будет передаваться всему каркасу. Композитная арматура коррозии не боится, но она так же должна быть под защитой бетонного слоя - разве что, можно сделать его немного тоньше.
- Размер ячеек каркаса не должен превышать 350 мм, так как это ослабляет конструкцию, вынуждая бетон работать на растяжение.
- Нижний ряд рабочей арматуры должен укладываться только на пластиковые подставки, а не на обломки кирпичей или куски досок.
Чтобы каркас не оказался перекошенным и имел правильную геометрическую форму, выставлять нижний ряд арматуры в горизонталь нужно по отметкам, вынесенным на обноску или борта опалубки.
