Курсовая работа: Расчет наружных стен и фундамента жилого дома

Федеральное агентство по образованию

Филиал Санкт-Петербургского государственного

инженерно-экономического университета в г. Выборге

Кафедра: экономика и управление на предприятии по отраслям

Курсовая работа

На тему: расчет наружных стен и фундамента жилого дома

Дисциплина: здания и сооружения

Студент: Базанов А. А.

Форма обучения: очная

Срок обучения: 5лет

Специальность: ЭиУП »гор. хоз.»

Группа: 2107

Номер зачетной книжки: вб2273/07

Проверил: Власова Э. А.

г .Выборг

2009

Содержание

1.Характеристика проектируемого здания………………………3

2.Теплотехнический расчет наружных стен………………..……5

3. Расчет фундамента здания…………………………………….11

4. Заключение……………………………………………………..18

5. Рекомендуемая литература…………………………………….19

Цель курсовой работы : закрепление и углубление знаний, полученных студентами при изучении курса "Здания и сооружения", приобретение навыков осуществления теплотехнического расчета стен и расчета фундамента жилого дома.

Исходные данные к курсовой работе

1. Город – Белорецк

2. Температура внутреннего воздуха t_в = 18⁰ С

3. Материал стен – керамзитобетонная однослойная с фактурными слоями

4. Высота этажа – 2800 см

5. Междуэтажные и чердачные перекрытия – из крупноразмерного железобетонного настила

6. Кровля – плоская из железобетонных плит по строительным балкам с техническим чердаком

7. Грунт – супеси

8. Глубина пола в подвале – 2,5 м

9. Толщина пола в подвале – 0,1 м

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

11. Фундамент ленточный

12. Расчетная среднесуточная t ⁰ воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, = 15⁰ С

1. Характеристика проектируемого здания

Оценивая планировочное решение здания необходимо указать: количество квартир, выходящих непосредственно на лестничную клетку типового этажа; количество комнат в квартирах; наличие проходных и темных комнат. Характеристика квартир представляется по форме табл.1.

Таблица 1

Экспликация квартир

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

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

К₁ = А_ж : А_о (1)

где A_ж – жилая площадь в доме, м² ;

A_о – общая площадь в доме, м² .

К₁ =1348,2:2380,7=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 используется жилая площадь.

, (2)

где V_з – строительный объем надземной части здания, м³ .

Строительный объем жилого дома определяется как сумма строительного объема выше нулевой отметки-0,00(надземная часть) и ниже этой отметки (подземная часть).

За нулевую отметку принимается уровень чистого пола первого надземного этажа жилого дома.

В жилых зданиях коэффициенты К₁ и К₂ должны находиться в следующих пределах: К₁ = 0,54 ¸ 0,64; К₂ = 4,5¸10. Произведя расчеты коэффициентов, студент сравнивает их величину с рекомендуемыми значениями и делает соответствующие выводы.

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 по санитарно-гигиеническим условиям.

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

, (3)

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

t _н – расчетная зимняя температура наружного воздуха, ⁰ С; 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, ⁰ С; нормируется в зависимости от функционального назначения помещений СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [5] (для стен жилых домов Dt ^н £ 6⁰ С);

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]).

Расчетную зимнюю температуру наружного воздуха t _н принимают с учетом тепловой инерции Д ограждающих конструкций по СНиП 2.01.01-82*. Строительная климатология и геофизика [3].

За расчетную температуру принимают: при Д £ 1,5 (безинерционная конструкция) абсолютно минимальную температуру; при 1,5<Д£4 (малая инерционность) – среднюю температуру наиболее холодных суток; при 4<Д£7 (средняя инерционность) – среднее арифметическое из температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки (округляя до целого градуса); при Д>7 (массивные конструкции) – среднюю температуру наиболее холодной пятидневки.

При расчете ограждений сначала задаются величиной тепловой инерции Д. В соответствии с принятым студентом значением Д выбирают расчетную температуру наружного воздуха t _н и рассчитывают требуемое сопротивление теплопередаче (формула 3).

Затем определяют экономичное сопротивление теплопередаче по формуле (4).

, (4)

где Ц_о – стоимость тепла 1 Гкал в руб.;

W _o – теплопотери за отопительный период, Гкал;

Е – коэффициент эффективности капитальных вложений (в данной курсовой работе принимается Е=0,15);

λ - коэффициент теплопроводности материала стен, ккал/(м.ч.град) (см. СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [5]);

Ц_м – стоимость материала стен, руб/м³ .

Стоимость материала стен определяется студентом самостоятельно по Стройпрайсу.

Для упрощения расчетов в учебных целях теплопотери за отопительный период W _o предлагается определять по формуле (5) на основании данных СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика [3].

(5)

где t _в – температура внутреннего воздуха, ⁰ С;

t _н.ср. – средняя температура отопительного периода, ⁰ С; (отопительным считается период с температурой наружного воздуха t _н <8⁰ С);

N – отопительный период в течение года, дни;

z – отопительный период в течение суток, час.;

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.

Для выбора сопротивления теплопередаче R _o соблюдается условие: если >, то =; если <, то =.

Толщину стены определяем по формуле (6).

, (6)

где - 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]);

d _i – толщина слоя, м;

l _i – коэффициент теплопроводности материала слоя, СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [5] .

Полученную толщину стен округляют до стандартного размера штучных изделий. После этого рассчитывают действительную величину тепловой инерции Д ограждающей конструкции, подставляя значение d , по формуле (7). По этой величине проверяют правильность выбора t _н .

, (7)

где S_i – коэффициент теплоусвоения слоя материала, принимается по СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [5];

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

, (8)

Если выбранное значение t _н не соответствует полученной тепловой инерции Д, то расчет повторяют, задаваясь соответствующей величиной t _н . Если t _н выбрана правильно, то принимают полученное при расчете значение толщины стены и рассчитывают фактическое сопротивление теплопередаче наружного ограждения по формуле (9).

(9)

При этом должно быть выполнено условие: .

В курсовой работе студентам предлагается рассчитать два варианта стен разной конструкции (см. приложение 2) и выбрать наиболее эффективный вариант.

Выбор варианта осуществляется по минимуму приведенных затрат П_i (руб./м² стены), определяемых для каждого варианта по формуле (10).

, (10)

где С_oi – текущие затраты на отопление, руб./м² стены в год (см. формулу 11);

К_i – единовременные затраты (стоимость стены по вариантам), руб./м³ (см. формулу (12));

i – номер варианта ограждающей конструкции (i =1,2)

При определении текущих затрат предполагается, что по долговечности и эксплуатационным качествам рассматриваемые конструкции сопоставимы.

Величина расходов на отопление для упрощения расчетов в учебных целях может определяться по формуле (11).

(11)

Величину К_i в расчетах можно вычислять по формуле (12).

(12)

Выбрав вариант по минимальным приведенным затратам, рассчитывают коэффициент теплопередачи К (Вт/м³ град. С) ограждающей конструкции по формуле (13).

(13)

Решение

Данные: λ₂ =0,5 м-СНИП, λ₁ =0,7 м-СНИП, R_н =0,005 м² .ч.град/ккал , R_в =0,13, R₀ =1, δ₁ =0,002 м.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче:

1. R^тр ₀ =18-(26)/6*0,13*1=0,95~1

Определяем экономическое сопротивление теплопередач:

2.

-w₀ =(18-(-6,95)*24*240*1,4*1,5/10⁶ =0,30 Гкал

-t_{n ср} =(-16,2)+(-14,4)+(-7,8)+2,7+0,7+(-7,4)+(-13,8)+0,6=-6,95 С⁰

3. >, то = , принимаем R₀ =1

Определяем толщину кирпичной стены:

4. δ₂ =1-(0,13+0,05+0,02/0,7)*0,5=0,39,

Вывод : принимаю толщину стены 0,51м

5. d₁ = d₃ = 0,03 м

Толщена керамзитобетонной стены(d ₂ ):

d ₂ =1-(0,13+0,05+0,025*2/0,7)*0,65=0,48 м

6. Затраты на отопление кирпичной стены:

С_ок =0,3*4000/1-=1200 р.

6.1 Затраты на отопление керамзитобетонной стены:

С_ок =0,3*3000/1=900 р.

7.1 Стоимость кирпичной стены:

К_к =0,02*4000=80 руб/м²

7.2 Стоимость керамзитобетонной стены:

К_кер =0,025*3000=75 руб/м²

Вывод : по приведенным затратам выбираю

керамзитобетон.

8. Коэффициент теплопередачи(К):

К=1/1=1 Вт/м³

Керамзитобе тонная однослойная стена (d ₂ ) с фактур ными слоями (d ₁ и d ₃ ).

3. Расчет фундамента здания

В курсовой работе студентам предлагается рассчитать глубину заложения и площадь подошвы фундамента.

При определении глубины заложения фундамента в соответствии со СНиП 2.02.0 1-83 [4] учитывают следующие основные факторы: влияние климата (глубину промерзания грунтов), инженерно-геологические, гидрологические и конструктивные особенности.

Расчетную глубину сезонного промерзания определяют по формуле (14):

(14)

где k_n – коэффициент влияния теплового режима здания, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений [4];

d_fn – нормативная глубина промерзания, м - определяется по карте глубины промерзания (рис. 1 приложения 2).

При отсутствии данных многолетних наблюдений для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение определяется по формуле (15).

(15)

где d_o – величина, принимаемая для суглинков и глин - 0,23 м; для супесей, песков мелких и пылеватых – 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,30; крупнообломочных грунтов – 0,34 м;

М _t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе. Принимается по СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика [3].

Глубину заложения внутренних фундаментов отапливаемых зданий принимают без учета промерзания, но не менее 0,5 м.

Влияние геологии и гидрогеологии строительной площадки на глубину заложения фундамента d ₂ определяется по СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений [4]. Определяется величина d_f +2, которая сравнивается с d_w (уровнем подземных вод), и, исходя из полученного соотношения и в соответствии с указанным СНиП, назначается глубина заложения фундамента d ₂ .

Затем определяется влияние конструктивного фактора на глубину заложения фундамента d ₃ . Величина d ₃ определяется как сумма значений глубины (d_b ) и толщины (h_cf ) пола в подвале и толщины слоя грунта от подошвы фундамента до низа конструкции пола в подвале (h_s ) (см. рис. 1).

Рис. 1. К определению глубины заложения фундамента.

При окончательном назначении глубины заложения фундамента d , ее принимают равной максимальному значению из величин d ₁ ¸ d ₃ .

Далее по формуле (16) определяется площадь подошвы фундамента.

(16)

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

R _o – расчетное сопротивление грунта основания, МПа (см. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений [4]);

g _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 определяют постоянные нормативные нагрузки: от веса покрытия (гидроизоляционный ковер, кровельный настил и балки); от веса чердачного перекрытия с утеплителем; от веса междуэтажного перекрытия; от веса перегородок; от веса карниза; от веса стен.

Затем устанавливают временные нормативные нагрузки: снеговую на 1 м² горизонтальной проекции кровли; временную на чердачное перекрытие; временную на междуэтажное перекрытие.

Нормативные нагрузки определяют в соответствии со СНиП 2.01.07-85. "Нагрузки и воздействия" [2] в зависимости от конструктивного решения здания.

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

Для этого предварительно на плане этажа здания выделяется грузовая площадь, которая определяется следующими контурами: расстоянием между осями оконных проемов вдоль здания и половиной расстояния в чистоте между стенами поперек здания. Грузовая площадь А_г равна произведению длин сторон полученного четырехугольника.

Грузовую площадь принимаем постоянной, пренебрегая ее уменьшением на первом этаже за счет увеличения ширины наружных и внутренних стен.

Далее определяются 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 площади):

1. Снеговая.

2. На чердачное перекрытие.

3. На междуэтажные перекрытия с учетом их количества и снижающего коэффициента j _{n 1} , учитывающего неодновременное загружение перекрытий.

j _{n 1} – коэффициент сочетания - применяется при количестве перекрытий 2 и более. Для квартир жилых зданий он определяется по формуле (17).

, (17)

n – общее число перекрытий, от которых рассчитываются нагрузки на фундамент.

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

Сбор нагрузок на фундамент предлагается оформить в виде таблиц по нижеприведенным формам.

Таблица 2

Постоянные нормативные нагрузки

Таблица 3

Временные нормативные нагрузки

Таблица 4

Расчет постоянных нагрузок

Таблица 5

Расчет временных нагрузок

Определив по формуле (15) площадь подошвы фундамента (если полученная величина меньше 1 м² , - принимается площадь подошвы фундамента, равная 1 м² ), вычисляем требуемую ширину подошвы фундамента:

-для ленточного фундамента b =А/1 (А=b × 1м);

-для столбчатого фундамента a =b =.

По каталогу справочника проектировщика выбираем ближайший по размерам типовой сборный блок-подушку. Назначаем конструкцию стены фундамента: из фундаментных блоков или стеновых панелей – и определяем их размеры по каталогу.

В курсовой работе студент должен начертить поперечное сечение рассчитанного фундамента.

Решение

Данные:t_в =18 С^о , грунт-супеси, h_э =2,7 м, h_sf =2,5 м, h_cf =0,1 м, h_n =0,4 м, фундамент ленточный, К_n =0,5-СНИП, высота окна 1,5 м, длина окна 1,4 м, h_ц =1,2 м, n=6, d ₂ =0,51 –принимаю, пролет -3, R_o =300 кПА-супеси.

1. Нормативная глубина промерзания:

d_fn =180*0,5=90 см=0,9 м

2. Глубину заложения фундамента:

d₃ =0,1+2,5+0,4=3 м.

3. Коэффициент сочетания равен ():

=0,3+0,6/2,5=0,54

4. Площадь подошвы фундамента(А):

А=779,5/300-16*3=3,1 м²

5. Расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента:

F_v =739,3+40,2=779,5 кН/м

6. для ленточного фундамента требуемая ширина подошвы равна(b):

b=3,1/1=3,1м²

Вывод : прением по каталогу фундаментную подушки марки ФЛ-14-24-4 с размерами 2380х1400х300 со стоимостью 6605р.

3. Заключение

На основание типового проекта 89-0135.13.91 мною были

рассчитаны и подобраны: керамзитобетонные ограждения,

отвечающее теплотехническим требованиям, и экономичностью, фундаментную подушка марки ФЛ-14-24-4,

с площадью подошвы 3,1 м, с глубиной заложения 3 м.

4. Рекомендуемая литература

1. Берлинов М.В. Основания и фундаменты: Учебник для вузов. - М.: Высш. Шк., 1988.

2. Белоконев Е.Н., Абуханов А.З., Чистяков А.А. Основы архитектуры зданий и сооружений: Учебное пособие. – Р.-н-Д., 2005.

3. Лычев А.С., Иваненко Л.В. Здания и сооружения. Основы проектирования и конструирования. Инженерное оборудование: Учебное пособие. – Самара, 2003.

4. Маклакова Т.Г. Архитектура гражданских и промышленных зданий. – М.: Высшая школа. 2000.

5. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М. Конструкции гражданских зданий: - Учебник. – М: изд-во АСВ, 2004.

6. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003 год, с измен.

7. СниП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. – М., 1983.

8. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. – М., 1995, с измен.

9. СниП I-3-79**. Строительная теплотехника (с Изменениями №1-4). – М., Госстрой России – М.: ГУП ЦПП, 2001.