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.

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

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

       С - текущие затраты на отопление, руб./м стены 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 фундамента определяем 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:

       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 1м горизонтальной 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