Расчет наружный стен и фундаментов

Министерство образования и науки РФ

Санкт-Петербургский государственный

инженерно - экономический университет

Кафедра экономики и менеджмента

в городском хозяйстве

Курсовое проектирование

Расчет наружных стен и фундамента

жилого дома

Выполнила:

студентка 3 курса гр. 781

Ковальчук Ю.С.

Проверила:

доц. Кузнецова Г.Ф.

Санкт- Петербург

2010 г.

Содержание

Введение ……………………………………………………...стр.2

Исходные данные…………………………………………….стр.3

1. Характеристика климатического района строительства и проектируемого здания……………………………………стр.4

2. Теплотехнический расчет наружных стен……………….стр.6

3. Расчет фундамента………………………………………...стр.11

4. Расчет технико- экономических показателей проекта….стр.16

Заключение……………………………………………………стр.17

Литература…………………………………………………….стр.18

Введение

Целью данной работы является расчет стен и фундамента жилого дома (для индивидуальных застройщиков) в городе Петрозаводск. При расчете будут использованы действующие строительные нормы и правила. Настоящий расчет проводится во первых для того, чтобы выявить какой материал стен целесообразно использовать для данного проекта, во вторых узнать площадь заложения фундамента рассчитав все нагрузки на него. А так же, целесообразно ли строить данный жилой дом.

Исходные данные к курсовой работе

« Расчет наружных стен и фундамента жилого дома»

1. Город- Петрозаводск

2. Температура внутреннего воздуха t_в= 18^оС

3. Материал стен- кирпич

4. Высота этажа- 2,5м

5. Междуэтажные и чердачные перекрытия- щитовой накат по деревянным балкам( вариант- сборные ж.б.панели)

6. Кровля- волнистые асбестоцементные листы

7. Глубина пола в подвале- 2,5м

8. Толщина пола в подвале- 0,1м

9. Расстояние от низа конструкции пола в подвале до подошвы фундамента- 0,4м

10. Фундаменты- ленточные, бутовые

11. Расчетная среднесуточная t^o воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, = 20^оС.

1. Характеристика климатического района строительства и проектируемого здания

1.1. Характеристика климатического района

Город- Петрозаводск;

Влажностная зона- сухая и нормально-влажностная зоны;

Средняя температура наиболее холодной пятидневки- -32^оС;

Средняя температура наиболее холодных суток- -37^оС;

Абсолютная минимальная температура- -38^оС;

Средняя температура отопительного периода- -3,1^оС;

Продолжительность отопительного периода- 240 дней;

Средняя температура самого жаркого месяца- 15,7^оС;

Скорость ветра- 3,9м/сек;

Географическая широта:

Структура и характер грунта- пески средней крупности, средней плотности;

Уровень грунтовых вод- 2,67м;

Глубина промерзания грунтов- 0,75м.

1.2. Характеристика проектируемого здания

Эксплуатация квартир

Для оценки объемно- планировочных решений зданий применяются коэффициенты, характеризующие рациональность планировочных решений квартир- К₁ и объемно- планировочных решений зданий- К₂.

Коэффициент К₁ – плоскостной архитектурно- планировочный показатель. Он рассчитывается по формуле (1):

К=, (1)

где А_ж – жилая площадь в доме, м² ;

А_о – общая площадь в доме, м².

55,4

К= 97,16 = 0,57

Коэффициент К₂ – объемный показатель, определяющий объем здания, приходящийся на единицу его функциональной площади, рассчитывается по формуле (2). Для жилых зданий в качестве функциональной площади используется жилая.

К= ,

где V_з – строительный объем надземной части здания, м³. ( 486,42 м³)

486,42

К= 55,4 = 8,78.

В жилых зданиях коэффициенты К₁ и К₂ должны находится в следующих пределах: К₁= 0,54 - 0,64; К₂= 4,5 – 10. Расчеты показали, что эти коэффициенты находятся в заданных пределах.

Характеристика конструктивного решения здания с продольными несущими стенами:

Тип фундамента- ленточные, бутовые,

Материал перегородок- гиспоблочные, шлакоблочные, деревянные,

Перекрытие- щитовой накат по деревянным балкам( вариант – сборные ж.б.панели),

Покрытия:

Лестница- деревянная,

Кровля- волнистые асбестоцементные листы

Окна и балконные двери- со спаренными переплетами,

Двери наружные- деревянные входные

Двери внутренние- щитовой конструкции,

Полы- дощатые, в санузлах- керамическая плитка,

Наружная отделка- кирпичная кладка с расшивкой швов,

Внутренняя отделка- в комнатах и передней- улучшенная клеевая покраска, в кухне, в ванной и уборной- масляная панель. Инженерное оборудование здания:

тип и расчетный напор,

водопровод- хозяйственно-питьевой, расчетный напор на вводе,

горячего водоснабжения- от котла КМЧ-I,

канализация- в наружную сеть (вариант- на местные очистные сооружения)

электроснабжения- III категория, напряжение 220.380В, освещение лампами накаливания;

отопление- от котла КМЧ-I,система однотрубная тупиковая с верхней разводкой с радиаторами М-I40-АО, теплоноситель- вода с температурой 90-70^оС

вентиляция- естественная, из кухни- механическая,

газоснабжение- отсутствует,

устройств связи- радиофикация, телеантенна, телефонный ввод,

оборудования кухонь и санузлов- плита на твердом топливе, мойка, унитаз, ванна, умывальник, поддон,

мусоропровод и лифт отсутствуют.

2. Теплотехнический расчет наружных стен

При проектировании наружных стен необходимо не только подобрать ограждение, отвечающее теплотехническим требованиям, но и учесть его экономичность.

При расчете наружных стен определяют их сопротивление теплопередаче.

Сопротивление теплопередаче R_o ограждающих конструкций принимают равным экономически оптимальному сопротивлению, но не менее требуемого R_о^тр по санитарно- гигиеническим условиям.

Требуемое (минимально допустимое) сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций определяют по формуле (3).

,

где t_в – расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰С; принимается 18⁰С;

t_н – расчетная зимняя температура наружного воздуха, ⁰С; принимается по СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика[3];

(t_в – t_в) = Dt^н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ⁰С; нормируется в зависимости от функционального назначения помещений СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [5] (для стен жилых домов Dt^н £ 6⁰С);

R_в – сопротивление теплопередаче внутренней поверхности ограждения (зависит от рельефа его внутренней поверхности); для гладких поверхностей стен R_в = 0,133;

n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (см. СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [5]).

t_в- t_н 18- (-20)

R_о^тр = t_в- j_в *R_в*n = 6 * 0,133 * 1 = 0,84 (3)

Расчетную зимнюю температуру наружного воздуха t_н принимают с учетом тепловой инерции Д ограждающих конструкций по СНиП (3).

При Д > 7( массивные конструкции ) – за расчетную принимаем среднюю температуру наиболее холодной пятидневки.

Затем определяем экономичное сопротивление теплопередаче по формуле (4).

W_о Ц_о

R_o^эк = √ Е λ Ц_м , (4)

где Ц_о – стоимость тепла 1 Гкал в руб.; (276 руб./ Гкал)

W_о – теплопотери за отопительный период, Гкал

Е – коэффициент эффективности капитальных вложений ( Е= 0,15);

λ – коэффициент теплопроводности материала стен, ккал/ (м.ч.град) (см. СНиП (5));

λ_{керамзитобетона}= 0,67; λ_{кирпича}= 0,47; λ_{ц/п раствора}= 0,76

Ц_м – стоимость материала стен, руб/м³.

Стоимость материала стен определяется по Стройпрайсу:

Ц_{керамзитобетона}= 1600 руб/м³; Ц_{кирпича} = 2500 руб/м³

Для упрощения расчетов в учебных целях теплопотери за отопительный период W_о предлагается определять по формуле (5).

W_о = (t_в – t_н.ср.) * N * z * r * d / 10⁶ = ( 18 – 1,1) *240*24*1,4*1,5/ 10⁶=

= 0,204 (5)

где t_в – температура внутреннего воздуха, ^оС;

t_н.ср. – средняя температура отопительного периода, ^оС; ( отопительным считается период с температурой наружного воздуха t_н < 8^оС);

N- отопительный период в течении года, дни;

z – отопительный период в течение суток, ч;

r – коэффициент неучтенных теплопотерь за счет инфильтрации воздуха через неплотности оконных переплетов, стыков, утоненных стен за отопительными приборами и др., принимается равным 1,4;

d – коэффициент, учитывающий единовременные и текущие затраты при устройстве и эксплуатации головных сооружений средств отопления, теплосетей и др., принимается равным 1,5.

Значение W_о рассчитывается по формуле (5) на основании данных СНиП (3).

0,204 * 276 56,30

R^эк_{о керамзитоб.}= √ 0,15* 0,67* 1600 = √ 160,80 = 4,43

0,204 * 276 56,30

R^эк_{о кирпича} = √ 0,15* 0,47 * 2500 = √ 176,25 = 4,06

Для выбора сопротивления теплопередаче R_о соблюдается условие: если R_o^эк > R_о^тр , то R_o = R_о^эк ; если R_о^эк < R_о^тр , то R_o = R_о^тр.

Т.к. R_о^тр.> R_о^эк, то R_o = R_о^тр

Толщину стены определяем по формуле (6).

δ₁ δ₂

δ = [ R_о – ( R_в + R_н + λ₁ + λ₂ ) ] * λ ; (6)

1

где R_н= α_н - сопротивление теплопередаче наружной поверхности ограждения, м².ч.град/ккал; зависит от местоположения ограждения, для стен и покрытий северных районов R_н = 0,05 (табл.6 (5));

δ_1,2 – толщина слоя, м;

λ_1,2 – коэффициент теплопроводности материала слоя.

0,025

δ_{керамзитобетона} = [ 0,84 –( 0,133 + 0,05 + 0,76 * 2)]* 0,67 = 0,39

0,020

δ_{кирпича} = [ 0,84- ( 0,133 + 0,05 + 0,76 )] * 0,47 = 0,29

Полученную толщину стен округляем до стандартного размера штучных изделий. δ_{керамзитобетона} = 1,5м; δ_{кирпича}= 1м. После этого рассчитываем действительную величину тепловой инерции Д ограждающей конструкции, подставляя значение δ, по формуле (7). По этой величине проверяют правильность выбора t_н.

Рассчитываем фактическое сопротивление теплопередаче наружного ограждения по формуле (9).

δ₁ δ₂ δ_n

R_o = R_в + λ₁ + λ₂ + ……+ λ_n + R_н , (9)

При этом должно быть выполнено условие: R_o ≥ R_о^тр.

0,7 0,025

R_{o керамзитобетон}= 0,133+ 0,8 + 0,26 *2+ 0,05= 0,133 + 0,875 +0,048+ 0,05 = 1,108

0,375 0,02

R_{о кирпича} = 0,133 + 0,47 + 0,76 + 0,05 = 0,133+ 0,797 + 0,026 + 0,05 = 1,006

Условие R_o ≥ R_о^тр выполняется.

Рассчитываем два варианта стен разной конструкции и выбираем наиболее эффективный вариант.

Выбор варианта осуществляется по минимуму приведенных затрат

П_i (руб./м² стены)

П= С (10)

где, К - единовременные затраты, руб./м(стоимость стены);

С - текущие затраты на отопление, руб./мстены в год

- номер варианта ограждающей конструкции (=1,2).

= 1 – керамзитобетон; = 2 –кирпич.

Величину расходов на отопление определяем по формуле (11):

С= (11)

0,204 * 276

С_{0 1}= 1,108 = 50,8

0,204 * 276

С_{0 2}= 1,006 = 55,9

К вычисляем по формуле:

К= (12)

К₁= 0,39 * 1600 = 624

К₂= 0,29 * 2500 = 725

П₁= 50,8+ 0,15 * 624 = 144,40

П₂= 55,9 + 0,15 * 725 = 164,65

Так как П< П, выбираем ограждающую конструкцию из керамзитобетона и рассчитываем коэффициент теплопередачи К (Вт/м град. С):

К = (13)

1

К = 1,108 = 0,9.

3. Расчет фундамента

При определении глубины заложения фундамента в соответствии со СНиП 2.02.01-83 учитывают следующие основные факторы: влияние климата (глубину промерзания грунтов), инженерно-геологические и гидрологические особенности, конструктивные особенности.

Расчетная глубина сезонного промерзания определяется по формуле:

, (14)

где k_n – коэффициент влияния теплового режима здания, принимаемый для

наружных фундаментов отапливаемых сооружений, k_n= 0,5

( СНиП 2.02.01 – 83).

d_fn – нормативная глубина промерзания определяется по карте глубины

промерзания, d_fn = 0,75 м.

d_f = 0,5 * 0,75 = 0,375м d_f= d₁= 0,375м

Влияние геологии и гидрогеологии строительной площадки на глубину заложения фундаментаопределяем по СНиП 2.02.01-83. Определяем величину+2 и сравниваем с (уровнем подземных вод)= 2,6 м (СНиП 2.02.01-83, стр.6, табл. №2).

+2= 2,375 м; >+2; =2,6 м.

Определяем влияние конструктивного фактора на глубину заложения фундамента . Эта величина определяется как сумма значений глубины и толщины пола в подвале и толщины слоя грунта от подошвы фундамента до низа конструкции в подвале.

,

где d_b – глубина пола в подвале,

h_cf – толщина пола в подвале,

h_s – толщина слоя грунта от подошвы фундамента до низа

конструкции пола в подвале.

d₃ = 2,5 + 0,1 + 0,4 =3 м.

При окончательном назначении глубины заложения фундамента d принимаем равным максимальному значению из величин -:-.

d = 3 м.

Определяем площадь подошвы фундамента по формуле:

, (15)

где F_v – расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента кН/м;

R_o – расчетное сопротивление грунта основания, кПа ( см. СНиП (4);

γ_ср - средний удельный вес фундамента и грунта на его уступах.

Обычно принимается при наличии подвала равным 16 – 19 Кн/м³.

Для определения расчетной нагрузки, приложенной к обрезу фундамента, необходимо собрать нагрузки в следующей последовательности. Вначале определяем постоянные нормативные нагрузки от: веса покрытия (гидроизоляционный ковер, кровельный настил и балки); веса чердачного перекрытия с утеплителем; веса междуэтажного перекрытия; веса перегородок; веса карниза; веса стен.

Затем устанавливаем временные нормативные нагрузки: снеговую на 1мгоризонтальной проекции; временную на чердачное перекрытие; временную на междуэтажное перекрытие.

Нормативные нагрузки определяем по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» в соответствии с конструктивным решением здания.

Таблица 2

Постоянные нормативные нагрузки

Таблица 3

Временные нормативные нагрузки

С учетом постоянных и временных нагрузок определяем нагрузки на фундамент наружной стены на уровне планировочной отметки грунта (по обрезу фундамента).

Для этого предварительно на плане этажа выделяем грузовую площадь, которая определяется следующим образом: расстоянием между осями оконных проемов вдоль здания и половиной расстояния в чистоте между стенами поперек здания. Грузовая площадь А равна произведению длин сторон полученного четырехугольника (См. Приложение).

А_г = 2,65 * 2,1 = 5,56

Эту грузовую площадь принимаем постоянной, пренебрегая ее уменьшением на первом этаже за счет увеличения ширины наружных стен.

Далее определяем постоянные нагрузки:

1. Вес покрытия (произведение нормативной нагрузки и грузовой площади);

2. Вес чердачного перекрытия;

3. Вес междуэтажного перекрытия, умноженный на количество этажей;

4. Вес перегородок на всех этажах;

5. Вес карниза и стены выше чердачного перекрытия (определяется на длине, равной расстоянию между осями оконных проемов);

6. Вес цоколя и стены первого этажа за вычетом веса оконных проемов на длине, равной расстоянию между осями оконных проемов;

7. Вес стены со второго этажа и выше за вычетом веса оконных проемов на длине, равной расстоянию между осями оконных проемов.

Временные нагрузки (произведение нормативной нагрузки и грузовой и площади):

1. Снеговая.

2. На чердачное перекрытие.

3. На междуэтажного перекрытия с учетом их количества и снижающего коэффициента , учитывающего неодновременное загружение перекрытий.

= коэффициент сочетания применяется при количестве перекрытий 2 и более. Для квартир жилых зданий определяется по формуле:

= (17)

где n – общее число перекрытий, от которых рассчитываются нагрузки

фундамента.

φ_{n 1} = 0,3 + 0,6 / √2 = 0,3 + 0,42 = 0,72

Таблица 4

Постоянные нагрузки

Таблица 5

Временные нагрузки

Все нагрузки суммируются, и определяется нагрузка на 1м наружной стены. Для этого общую нагрузку (временную и постоянную) делим на расстояние между осями оконных проемов вдоль здания:

F_v= 28,24 + 231,58

2,1 = 123,72 кН/м

Следовательно, площадь подошвы фундамента составляет:

123,72

А= 300 – 16* 3 = 0,49 м².

Находим требуемую ширину подошвы фундамента. Для ленточного фундамента:

б= (А = б*1м) = 0,49 м.

4. Расчет технико-экономических показателей проекта

Основными технико-экономическими показателями проектов жилых домов приняты:

1. показатели сметной стоимости строительства;

2. объемно-планировочные показатели;

3. показатели затрат труда;

4. показатели, характеризующие степень унификации сборных элементов;

5. годовые эксплуатационные затраты.

Таблица 6

Технико-экономические показатели

Заключение

В курсовой работе мы произвели расчет конструктивных элементов (наружных стен и фундамента) и основных технико-экономических показателей проекта жилого дома на примере города Петрозаводск. Таким образом, мы выяснили, что наиболее эффективно выбрать ограждающую конструкцию из керамзитобетона.

Стоимость здания составляет 12630,8 $

Список литературы

1. Шумилов М. С. Гражданские здания и их техническая эксплуатация: учебник для вузов.-М.: Высш. шк.,1985

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.:1986

3. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. – М.:1983

4. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.:1985

5. СНиП I-3-79**. Строительная теплотехника. – М.:1986

6. Берлинов М.В. Основания и фундаменты: Учеб. Для вузов. - М.: Высш.Шк., 1998