Что такое несущая способность

Несущая способность – это максимальная рабочая нагрузка, которую способны нести строительные несущие конструкции: фундаменты, сваи, стены, балки, перекрытия без разрушения, деформации и потери функциональности. В данном случае нагрузка – общая масса элементов, которые ставятся на конструкцию.

Несущий каркас здания состоит из конструктивных элементов: грунтов и фундамента, кровли, стен, перекрытий, балок, колонн, иногда фасада. Они выполнены из материалов, свойства которых влияют на прочностные показатели и устойчивость к внешним и внутренним нагрузкам. У этих конструкций имеется своя несущая способность, которая закладывается при проектировании здания в соответствии с назначением его каркаса. При строительстве и дальнейшей эксплуатации собственник и эксплуатирующая компания в первую очередь должны руководствоваться этими данными.

Однако во время использования любое помещение или здание подвергается нормативным и дополнительным нагрузкам, которые со временем могут изменить несущую способность как отдельных конструкции здания, так и общего каркаса. С течением времени и нарушением правил эксплуатации могут образоваться видимые и невидимые дефекты конструкций, которые становятся сигналом, что здание находится в предаварийном или аварийном состоянии. Поэтому определение несущей способности здания и отдельных конструкций – один из главных этапов в обследовании здания.

Рассмотрим несущие способности нескольких основных конструктивных элементов.

Несущая способность грунта – параметр, который необходимо учитывать при возведении любых строительных конструкций. Характеризует способность грунта выдерживать нагрузки от конструкций и определяет их устойчивость и безопасность.

В зависимости от типа грунта и его свойств, несущая способность различается. Например, грунты с пониженной несущей способностью (песок, глина или суглинок) выдерживают небольшие нагрузки, а грунты с высокой несущей способностью (гравий, камни, скалы) – значительно большие. Приведём таблицу с расчётным сопротивлением почв (фактически, несущей способностью), выраженным в кгс/см². 

Для определения несущей способности грунта используются методы и испытания, которые определяют грузоподъемность и допустимые нагрузки на грунтовое основание. При этом учитываются не только свойства грунта, но и глубина заложения основания, тип и размеры конструкции.

Несущая способность грунта изменяется со временем под воздействием факторов: изменение влажности грунта, затопление, залегание подземных вод, измельчение и перетаскивание грунта ветром и водой.

Расчёты допустимой несущей способности различных грунтов описаны в СНиП 2.02.01-83.

Несущая способность сваи – величина нагрузки, которую выдерживает одна свая с учётом предельно допустимых деформаций грунта под ней. Сваи должны быть способны удерживать вес здания или сооружения и передавать его на грунт таким образом, чтобы не возникало деформаций или опасности обрушения.

На несущую способность сваи влияет:

1. Тип грунта, в который вбивается свая. На разных грунтах несущая способность свай существенно различается. Например, на песчаном грунте свая выдерживает более тяжелые нагрузки, чем на глинистом или болотистом.

2. Длина сваи. Чем глубже она забита в грунт, тем большую нагрузку способна выдержать. Однако не всегда возможно забить сваю на большую глубину из-за ограничений – глубины залегания грунтовых вод или наличия подземных коммуникаций.

3. Материал, из которого изготовлена свая. Деревянные сваи обычно имеют меньшую несущую способность по сравнению с бетонными или стальными.

При проектировании строительных конструкций нужно учитывать несущую способность свай. Иначе возможно обрушение здания или его деформация. Расчёты проводятся согласно СНиП № 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Основание – часть здания, которая находится под самим зданием. В зависимости от типа сооружения и местности, в которой оно строится, используются различные основания: фундамент, сваи, ленточный фундамент, монолитный железобетонный пол, несущее торцевое абрисное соединение. Несущей способностью основания считается величина максимально допустимой нагрузки, которую оно выдерживает без признаков деструкции на конкретном грунте. 

На несущую способность основания влияют факторы:

• разновидности и характер оказываемых нагрузок в горизонтальной и наклонной плоскости с учетом массы самой подошвы;
• габариты основания, его характеристики и материал, использованный при строительстве;
• равномерность распределения нагрузки и центра тяжести здания;
• форма основания;
• структура грунта и его свойства;
• степень однородности грунта;
• величина заглубления фундамента, его массивность;
• правильно расположение фактически построенного основания в горизонтальной плоскости;
• присутствие заглублённых мягких, осадочных пород.

Глубина заложения основания определяется исходя из данных о грунте – информации о степени промерзания почвы, а также особенностей здания. При наличии подвального или цокольного этажа фундамент будет иметь наибольшую массивность и глубину заложения. В зависимости от региона и погодных условий в зимний период ленточное основание закладывается на глубину до 3-х метров, чтобы обеспечить максимальную устойчивость и необходимую несущую способность.

При расчете необходимой массивности фундамента учитывают вид применяемых для строительства стен материалов, вес самого основания, кровли, а также наличие снеговых нагрузок. При этом нагрузки делятся на статические, которые оказывают постоянное воздействие, и динамические, меняющиеся в амплитуде. К последним относят также людей, которые находятся или проживают в здании. Для устойчивости сооружения фундамент рассчитывается с запасом. 

Наиболее тяжёлыми являются строения, стены которых выполнены из кирпича и железобетона. Помимо массы стен учитывают вес перекрытий и кровли, который принимается в соответствии с табличными значениями из учёта среднего значения на квадратный метр. Наибольшую нагрузку оказывают железобетонные перекрытия и шиферная кровля. В регионах с сильными ветрами, а также для зданий и строений, размещённых на открытой местности, учитывают при проектировании ветровые динамические виды повторно-кратковременных нагрузок.

Чтобы несущая способность основания с течением времени не снижалась, необходимо предусмотреть гидроизоляцию конструкции. Для этого чаще всего задействуют водоотталкивающие материалы и мастики, которые наносятся на поверхность фундаментных элементов.

Если несущая способность уже готового фундамента не соответствует требуемым значениям, основание подлежит укреплению. Для этого используются винтовые и свайно-винтовые конструкции, для которых расчёт производится по каждой свае в отдельности. При этом имеющееся основание на момент работ частично вскрывается.

Несущая способность стен — предельная нагрузка, которую они способны выдерживать без деформации и возникновения видимых повреждений.

В зависимости от материала, из которого изготовлены стены, их несущая способность различна. Например, кирпичные стены обладают высокой несущей способностью и выдерживают большие нагрузки, а деревянные – менее прочные и и требуют особого внимания при расчёте нагрузок.

Чтобы определить несущую способность стен, проводят расчёты с учётом параметров, влияющих на прочность – это толщина, материал, способ укладки. Например, для определения несущей способности кирпичной кладки учитываются показатели:

1. сечение стены с отделкой;
2. высота стены;
3. ширина стены;
4. тип, марка и состав кирпича;
5. марка, состав и другие особенности раствора;
6. прочность кирпича и раствора в кладке.

Также важно учитывать геометрию здания и внешние нагрузки – ветровые, снеговые, сейсмические.

При проектировании здания несущая способность стен играет решающую роль, от нее зависит его долговечность и безопасность. Поэтому обратите особое внимание на правильный выбор материалов, качественное исполнение строительных работ и правильное распределение нагрузок по всей конструкции.

Оценка несущей способности – критический этап в процессе проектирования и строительства. Правильно проведенная проверка обеспечит безопасность и долговечность строительных конструкций, снизит риск аварийных ситуаций и повысит качество строительства. Она также способствует оптимизации материалов и ресурсов, что увеличивает экономическую эффективность.