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

      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 = 18⁰С
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 t⁰ воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, = 15⁰С

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, 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]). 

      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, ⁰С;

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

      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). 

      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^тр₀=18-(26)/6*0,13*1=0,95~1

Определяем  экономическое сопротивление теплопередач:

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

       -t_nср=(-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(d₂):

      d₂=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 (d₂) с фактур  ными слоями (d₁ и d₃). 
 

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 d₂ 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 d₂.

      Затем определяется влияние конструктивного  фактора на глубину заложения  фундамента d₃. Величина d₃ 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 d₁ ¸ d₃. 

      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_n1, учитывающего неодновременное загружение перекрытий.

      j_n1 – 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