Расчет наружных стен и фундамента жилого дома 3

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

Выполнил:

студент 3 курса гр. 781

Дяченко И.Н.

Проверила:

доц. Кузнецова Галина Федоровна.

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.5

3. Расчет фундамента………………………………………...стр.10

4. Расчет технико- экономических показателей проекта….стр.15

Заключение……………………………………………………стр.17

Литература…………………………………………………….стр.18

Приложения

Введение

Целью данной курсовой является приобретение навыков осуществления теплотехнического расчета стен и расчета фундамента жилого дома.

Задача курсовой – научится производить расчет конструктивных элементов (наружных стен и фундамента) и основных технико-экономических показателей проекта жилого дома на примере города Калуга.

Исходные данные к курсовой работе

«Расчет наружных стен и фундамента жилого дома»

1. Город — Калуга

2. Температура внутреннего воздуха t_в= 18^оС

3. Материал стен — кирпич и керамзитобетон

4. Высота этажа — 2,5 м

5. Междуэтажные и чердачные перекрытия — из крупноразмерного железобетонного настила

6. Кровля — асбестоцементные волнистые листы унифицированного профиля по деревянной обрешетке

7. Грунт — суглинки, 200 R_o кПа

8. Глубина пола в подвале — 2,5м

9. Толщина пола в подвале — 0,1м

10. Расстояние от низа конструкции пола в подвале до подошвы фундамента — 0,4м

11. Фундамент ленточный

12. Расчетная среднесуточная t^o воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, = 15^оС.

1. Характеристика климатического района строительства и проектируемого здания

1.1. Характеристика климатического района

Город- Калуга;

Влажностная зона — нормальная;

Средняя температура наиболее холодной пятидневки — -30^оС;

Средняя температура наиболее холодных суток — -34^оС;

Абсолютная минимальная температура — -46^оС;

Средняя температура отопительного периода — -3,5^оС;

Продолжительность отопительного периода — 214 дней;

Средняя температура самого жаркого месяца — 23,4^оС;

Скорость ветра — 3,9 м/сек;

Структура и характер грунта – пески средней и крупности, средней плотности; 400кПа

Уровень грунтовых вод — 2,83 м;

Глубина промерзания грунтов — 2,1 м.

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.

158, 2

К= 335,52 = 0, 47

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, м²

1476.86

К= 158,2 =9,3

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

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).

t_в- t_н 18+29

R_о^тр = t_в- j_в *R_в*n = 6 * 0,133 * 1 = 1,04 (3)

где t_в- расчетная температура внутреннего воздуха, ^оС; принимается 18^оС;

t_н- расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^оС; принимается по СНиП (3);

(t_в – j_в) = ∆t^н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ^оС; нормируется в зависимости от функционального назначения помещений СНиП (5) (для стен жилых домов ∆t^н ≤ 6^оС);

R_в- сопротивление теплоотдаче 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 (5)).

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.; (525 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));

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 – (-3,5)) *214*24*1,4*1,5/ 10⁶=

= 0,23 (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).

0,23 * 525 120,75

R^эк_{о керамзитоб.}= √ 0,15* 0,58* 1270 = √ 110,49= 0,7

0,23 * 525 120,75

R^эк_{о кирпича} = √ 0,15* 0,47 * 1600 = √ 194,4 = 0,63

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.

0,02

δ_{кирпича} = [ 1,04 –( 0,133 + 0,05 + 0,76 * 0,93)]* 0,81 = 0,68

0,025

δ_{керамзитобетона} = [ 1,04- ( 0,133 + 0,093 * 2 )] * 0,58 = 0,47

После этого рассчитываем действительную величину тепловой инерции Д ограждающей конструкции, подставляя значение δ, по формуле (7). По этой величине проверяют правильность выбора t_н.

Д= Σ R_i S_i

где S_i – коэффициент теплоусвоения слоя материала, принимается по

СНиП (5);

R_i – термическое сопротивление отдельного слоя ограждения определяется по формуле (8).

δ_i

R_i = λ_i , (8)

_a) R_{кирпича = 0,68 / 0,81 = 0,83}

Rшт = 0, 02 / 0,93 = 0,02

_b) R_{керамзитобетона = 0,47 / 0,52 = 0,9}

Rшт = 0,025 / 0,93 = 0,05

Д_{кирпича}=0,83*11,09 + 0,02*10,2 = 9,4

Д_{керамзитобетона} = 0,9*12,33 + 0,2*11,09 = 13,3

Т.к. Д > 7, то t_н выбрана правильно.

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.

R_{о кирпича = 0,133 + 0,68 / 0,81 + 0,02 / 0,93 + 0,05 = 1,04}

R_{о керамзитобетона= 0,133 + 0,47 / 0,52 + 0,025 / 0.93 + 0,05 = 1,13}

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)

0,23 * 298

С_{0 1}= 1,04 = 65,9

0,23 * 298

С_{0 2}= 1,13 = 76,5

К вычисляем по формуле:

К= (12)

К₁= 0,15 * 0,68 * 1600 = 163,2

К₂= 0,15 * 0,47 * 1270 = 89,5

П= С

П₁= 65,9+ 0,15 * 163,2 = 90

П₂= 76,5+ 0,15 * 89,5 = 90

П = П, так как нет разницы, выбираем ограждающую конструкцию из керамзитобетона и рассчитываем коэффициент теплопередачи К (Вт/м град. С):

К = (13)

1

К = 1,04 = 0,96

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 = 1,5

d_f = 0,5 * 1,5 = 0,75 d_f= d₁= 0,75

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)= 3 м (СНиП 2.02.01-83, стр.6, табл. №2).

+2= 2,83 <+2; =2,67

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 = 2,95* 1,8 *1 = 5,31

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= 0,73

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= 461,5 + 27,17 = 92

5,31

Следовательно, площадь подошвы фундамента составляет:

92

А= 300 – 18*3 = 0,37

Находим требуемую ширину подошвы фундамента. Для ленточного фундамента:

б= (А = б*1м) = 0,37

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 Калуга. Таким образом выявилось, что наиболее эффективно выбрать ограждающую конструкцию из керамзитобетона. Стоимость здания составляет 47266520 руб.

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