Раціональне будівництво передбачає максимально ефективне використання коштів. Тим більше, не потрібно їх закопувати в землю - іншими словами, переплачувати за фундамент. Але як же зробити його надійним і при цьому економічним? Варто почати проектування зі стін. Стіни і фундамент пов'язані між собою простою залежністю - чим легше стіни, тим менше обсяг фундаменту і його вартість. Чим значніше вага будівлі, тим вище небезпека нерівномірного просідання грунту, більше повинна бути площа обпирання споруди на підставу. На виготовлення потужного фундаменту для важкого будівлі буде потрібно більше матеріалів, ніж для будинку з легкими стінами. В останньому випадку є також можливість застосувати найбільш економічні типи підстави.
Зменшувати вагу будинку завжди вигідно, але якщо грунти на ділянці мають слабку несучу здатність, актуальність полегшення зростає в рази. Першорядну роль в формуванні навантажень відіграє матеріал стін, які можна зробити легкими. Повною мірою використовувати їх перевага допоможе співпраця з конструктором, який врахує фактичні навантаження і особливості грунту на ділянці, щоб запроектувати оптимальний по економічності і несучої здатності тип фундаменту.
Вимоги до стін
Сучасні вимоги, пропоновані до огороджувальних конструкцій, теж спрямовані на полегшення стін. Правда цілі, які при цьому переслідуються, пов'язані не з фундаментом, а з комфортом проживання. Найбільш впливає на зниження ваги стіни вимога її енергоефективності. Щоб забезпечити достатній опір теплопередачі, до складу конструкції вводять утеплювач (зазвичай мінераловолокнистих або з пінополістиролу), застосовують стіновий матеріал з низькою теплопровідністю (газобетон, керамоблоки, пінобетон). Використання утеплювачів, що мають питому вагу в десятки разів менше, ніж у конструктивних стінових матеріалів, робить стіну значно легше. Ефективні відносно теплоізоляції стінові матеріали теж відрізняються легкістю (їх питома вага в 2,5-3 рази менше, ніж у традиційного будівельного цегли). В результаті підземна частина будинку з теплими стінами буде економічніше, ніж важкого. При цьому сучасні легкі стіни повною мірою відповідають вимогам міцності і стійкості. Безумовно, товста цегляна стіна міцніше, ніж складається в основному з утеплювача.
Однак міцність першої надлишкова, а для других використовують конструкції, в яких несуча частина являє собою надійний дерев'яний або металевий каркас, а захист від зовнішніх впливів забезпечує обшивка, варіанти якої можуть бути різні. Газобетон, керамоблоки і дерево також відрізняються достатньою міцністю. Всі теплі стіни відповідають вимогам пожежобезпеки, звукозащити і довговічності (50 років і більше). Стійкість і довговічність стіни серед інших факторів забезпечується і здатністю фундаменту протистояти нерівномірним осіданням, деформуючим стіну і провокуючим її руйнування. У цьому відношенні легка стіна також має переваги перед важкою, оскільки фундамент під нею менш чутливий до неоднорідній структурі грунту, нерідко зустрічається в межах ділянки. Вимога до економічності стіни також веде до переваги легкої теплою конструкції. Вартість утеплювачів істотно дешевше, ніж дерева, газобетону або керамоблоков. Що стосується останніх, то виконані з них стіни обійдуться дорожче, ніж каркасні, але в основному дешевше, ніж з будівельної цегли, оскільки чим менше маса стіни, тим, як правило, вона менше коштує. Таким чином, до вигоди при влаштуванні економічних фундаментів можна додати економію на стінах.
Вимоги до фундаменту
Фундамент передає на грунт навантаження від вищерозташованих конструкцій будівлі, предметів, що у ньому, снігу на даху і т. п. До нього пред'являють, насамперед, вимоги стійкості, міцності і економічності. Вихідними даними при проектуванні служать вагу будинку і несуча здатність грунту. Щоб забезпечити стійкість, конструктор обчислює необхідну площу підошви фундаменту, при якій тиск на одиницю площі не перевищує опору грунту, враховуючи також нерівномірність розподілу навантажень. Глибину залягання підошви вибирають виходячи з рівня знаходження несучих грунтів, враховуючи також їх якості. Так, на грунтах, яким властиво морозний пучение (розширення в обсязі при замерзанні), глибина закладання повинна бути більше рівня промерзання грунту на 80-120 см (для території України). На інших грунтах, наприклад піщаних або великоуламкових, глибина закладання може бути менше.
На фундамент можуть також діяти горизонтальні сили (що поширене на схилах). У цій ситуації враховують необхідність жорстких зв'язків між усіма частинами підземної конструкції. Міцність фундаменту забезпечується застосуванням матеріалів з великим об'ємним вагою - цегли, буту, бутобетону, бетону, - які з запасом витримують навантаження будь-яких важких стін. Підвищена міцність необхідна, щоб протистояти силам, що діють в грунті, в тому числі при нерівномірному усадки. Цьому служить також армування, посилене у важкому домі. Є різні способи підвищити економічність фундаменту. Вартість варіантів його конструкцій на одному і тому ж грунті може розрізнятися в кілька разів, при цьому чим легше будинок, тим ширше вибір можливостей.
Як полегшити будинок
Стіни визначають тип будинку - він може бути каркасним, дерев'яним або з кам'яних матеріалів. Кожен з цих типів може бути представлений в різних варіантах за матеріалами і конструкціям і, відповідно, мати різну вагу. Гарантовано легким буде будинок з каркасними стінами (або щитовими). При зведенні таких будівель перекриття також виконують з легких матеріалів - по дерев'яних балках, а важкі кам'яні матеріали застосовують тільки в конструкції фундаменту. Товщина стіни каркасного будинку може складати 20-30 см і мати відмінність у вазі до 30-35% відповідно. Крім того, стіна будинку з утеплювачем з пінополістиролу може важити на 20-30% менше, ніж з мінеральних волокон. Однак для конструкції фундаменту товщина та склад утеплювача не нададуть вирішального впливу - будинок все одно залишиться легким.
До легких домівках відносять також дерев'яні. Це обумовлено невеликою товщиною стін, що задовольняє всі необхідні вимоги до них. При використанні кам'яних матеріалів (навіть сучасних, полегшених) товщина стіни і її конструкція істотно вплинуть на вагу будівлі. Щоб вирішити цю проблему, можна піти двома шляхами: застосувати двошарову конструкцію з мінімальною товщиною несучого кам'яного шару і шаром утеплювача або одношарову стіну з несучим матеріалом мінімально можливого об'ємного ваги. Перший шлях характерний при будівництві будинку з цегли. При цьому товщину стіни приймають 250 або 380 мм, зовні монтують шар мінеральної вати або пінополістиролу. Цегляну стіну товщиною 510 мм вже не застосовують - це веде до невиправданої перевитрати як цегли, так і матеріалу на фундамент.
Газобетон і керамоблоки мають менший об'ємний вагу, ніж цегла. Для них можливі обидва варіанти. Так, при товщині газобетонного блоку 200-300 мм додатково потрібно утеплення, але стіна буде на 30-50% легше, ніж при використанні одношарового варіанту з товщиною блоку 400 мм (який забезпечить належну теплозахист). Різниця у вазі буде помітною, але на потужність фундаменту може і не вплинути (вплив буде помітніше при будівництві на слабких грунтах). При використанні керамоблоков є можливість виконати стіну з утепленням товщиною 250 або 380 мм або одношарову 510 мм. Рішення стіни суттєво вплине на її вагу і позначиться на конструкції фундаменту. Є також інші способи зменшити вагу будинку з кам'яних матеріалів - застосувати легкі перекриття по дерев'яних балках замість важких залізобетонних, а також легке покрівельне покриття, наприклад металочерепицю замість кераміки. Ці прийоми дозволяють додатково знизити вагу будівлі на 25-30% (що істотно для будівництва на слабких грунтах).
Типи фундаментів
Особливості різних конструкцій фундаментів дають їм перевагу в застосуванні в будинках зі стінами з легких або важких матеріалів, а також на грунтах з різним опором. Існує 4 основних типи фундаментів.
1. Стовпчасті являють собою систему розташованих під стінами окремих заглиблених опор у вигляді стовпів. Площа спирання у стовпчастих фундаментів менше, ніж у інших типів. Вони найбільш економічні по витраті матеріалів і трудомісткості. Ефективні в застосуванні:
- для будинків з легкими стінами - дерев'яними, каркасними, щитовими;
- на рухливих грунтах.
Можливі в застосуванні:
- для будинків із стінами з кам'яних матеріалів з перекриттями по дерев'яних балках при зведенні на міцних грунтах;
- на грунтах з горизонтальними зрушеннями при з'єднання стовпів ростверком.
Виключені в застосуванні:
- на слабонесущих грунтах для важких будинків;
- для будинків з підвалом.
2. Стрічкові безперервної «стрічкою» пролягають під стінами будинку. Це універсальний тип фундаменту з площею обпирання, яка може широко варіюватися, що дозволяє застосування на грунтах з різною несучою здатністю і для будинків із стінами з легких і важких матеріалів. При глибокому закладенні пристрій стрічкових фундаментів трудомістке і обходиться дорого. Ефективні в застосуванні:
- для будинків із стінами з важких матеріалів, із залізобетонними і дерев'яними перекриттями;
- для будинків з підвалом, цокольним поверхом, теплим підпіллям;
- на непучиністих грунтах;
- при будівництві на рельєфі, при дії горизонтальних сил зсуву.
Можливі в застосуванні:
- для будинків з легкими стінами при неглибокому закладенні;
- на пучністих грунтах при глибокому закладенні.
Виключені в застосуванні:
- на грунтах з мінімальною несучою здатністю.
3. Плитні являють собою плиту із залізобетону, розташовану під усім плямою будівлі. Вона може розташовуватися на рівні поверхні землі або бути заглибленою. Плитний фундамент розподіляє навантаження на велику площу, без деформацій для будівлі сприймає зрушення грунту. Він підходить для будинків із стінами з важких і легких матеріалів, винятково надійний на грунтах будь-якого типу. Разом з тим, плитні фундаменти вимагають великої витрати бетону і металу і неекономічні при спорудженні будинків з великою площею забудови. Ефективні в застосуванні:
- для будинків з невеликою площею забудови;
- за відсутності підвалу і цоколю;
- на пучиністих, вологих, слабких грунтах, при високому рівні грунтових вод.
Можливі в застосуванні:
- для будинків з підвалом (робиться заглибленим).
Виключені в застосуванні: протипоказань немає.
4. Пальові. Палі проходять товщу слабкого грунту і спираються на несучі грунти, розташовані на глибині. Цей складний у виконанні і дорогий тип фундаменту в індивідуальному будівництві застосовується у виняткових випадках:
- при грунтах з мінімальною несучою здатністю;
- на схилах, де істотна загроза зсувів.
Особливості фундаментів для легких стін
Стрічковий фундамент широко застосовують для будинків з легкими стінами, в тому числі дерев'яних. Його товщина під каркасним або дерев'яним будинком при будівництві, наприклад, на суглинках (грунт з невисоким опором) може становити 25 см. Це відповідає товщині каркасних або дерев'яних стін і сприяє рівномірній передачі навантаження на фундамент. Його завжди виконують монолітним з обов'язковим армуванням. На міцних грунтах (наприклад піщаних) буде потрібно ще менша товщина фундаменту, яка небажана, оскільки «ріжеться» грунт. Тоді доводиться йти на перевитрату матеріалу або застосовувати інший тип підстави.
Стовпчастий фундамент потребують менше матеріалів і трудовитрат, ніж стрічковий. Його вигідно використовувати на рухливих грунтах, коли потрібно глибина закладення. Опорні стовпи ставлять по кутах будівлі, на перетинах стін (зовнішніх і внутрішніх), в проміжках між ними, під навантаженими конструкціями будівлі. Відстань між стовпами в будинках з легкими стінами може становити 2-4 м залежно від конструкції будинку. Мінімальний перетин стовпів - 250 х 250 мм (цегляні), 400 х 400 мм (з буту, бутобетону, бетону), 600 х 600 мм (з кам'яної кладки, наприклад з піщанику). Вигідно використання залізобетонних стовпів в незнімної опалубки з труб (азбестоцементних, металевих, керамічних) з діаметром 100 мм і більше. Стовпи пов'язують обв'язувальними балками або залізобетонним ростверком висотою від 20 см, на який укладають стіни.
Плитний фундамент неглибокого закладення дозволяє, перш за все, уникнути неприємностей, пов'язаних з вологим грунтом і морозним обдиманням. Достатня товщина плити - 20-25 см. Буде потрібно також теплоізоляція, укладена по всьому периметру будинку, яку зазвичай виконують з екструдованого пінополістиролу. Навіть якщо плита виступає вище рівня землі, не варто монтувати безпосередньо на неї стіни будинку - краще виконати по периметру монолітний залізобетонний «цоколь» заввишки 20-40 см з горизонтальною гідроізоляцією. Він охоронить стіну від вологи.
РЕЗЮМЕ. Для легких будинків найекономічнішим є стовпчастий фундамент. Він можливий при всіх грунтових умовах (крім вологих грунтів з мінімальним опором). Стрічковий фундамент економічно виправдовується тільки при неглибокому закладенні. Плитний доречний в критичних грунтових умовах.
Особливості фундаментів для важких стін
Стрічковий фундамент найбільш поширений для важких стін, він може бути збірним або монолітним. Його ширина для цегляного будинку, побудованого на слабких грунтах, залежно від поверховості та конструкції стіни складе 450 - 600 мм, на міцних грунтах - 350-500 мм. Для будинків з більш легкими стінами з газобетону, пористого бетону, керамоблоков навіть на слабких грунтах буде достатньо 500 мм. Товщина стін сучасного будинку становить зазвичай 350-500 мм, що добре узгоджується з шириною фундаменту. Якщо він на 10-15 см більше, вийде виступаючий цоколь, якщо менше, - западаючий. Якщо ширину верхньої частини фундаменту потрібно зменшити до товщини стіни, його роблять з уступами або похилими стінками (що також робить більш стійкою конструкцію). Крім того, при збірному фундаменті для обпирання кам'яних стін поверх блоків необхідно зробити пояс з монолітного залізобетону.
Стовпчастий фундамент для будинків з кам'яними стінами застосовують рідко. Тим часом, таке рішення може бути ефективним, якщо підвал не потрібен, але при цьому грунт міцний або ж несучі шари грунту залягають на великій глибині, або будинок будують на пучністих грунтах. Відстань між стовпами залежно від необхідної опорної площі приймається рівним 1,5 - 2 м. Стовпи надійніше і простіше зробити залізобетонними розміром не менше 400 х 400 мм, з розширеною відповідно до розрахунку підошвою. Стіну кладуть на ростверк висотою 300-500 мм. Але на слабких грунтах опорної площі стовпів може бути недостатньо. Плитний фундамент застосовують при будівництві важкого будинку на слабких, вологих грунтах. У складних умовах плита може бути єдино можливим варіантом. Її виконують товщиною до 35 см і з посиленим армуванням. На незаглиблений плиту можна відразу класти стіни з цегли та керамоблоков (зробивши горизонтальну гідроізоляцію на рівні, відповідному цоколю, і на рівні підвіконь). Під газобетонную стіну слід виконати залізобетонний цоколь висотою 30-40 см. При заглибленою плиті на неї встановлюють підвальні стіни, виводять їх вище рівня землі і по них кладуть стіни будинку.
РЕЗЮМЕ. Для будинків з кам'яних матеріалів перевагу слід віддавати стрічковим фундаментам. При необхідності глибокого закладення і на грунтах з високим опором вигідно застосування стовпчастого фундаменту, на слабких грунтах - плитного.