Физика в строительстве и архитектуре

Муниципальное бюджетное 

Общеобразовательное учреждение

«Средняя  общеобразовательная школа № 75 » 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Физика в строительстве и архитектуре  
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила: Стрелкова Ирина

ученица 11 Б класса  

Руководители: учитель физики

II-ой категории

Левина  Марина Александровна

Инженер строительной компании

Стрелков  Александр Павлович 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск

2009

Содержание.

I.Введение…………………………………………………………………….…..3

II.Основная часть

  1. Основные понятия…………………………………………………….…..4
  2. Теплотехнический расчет наружных стен………………………………6
  3. Теплотехнический расчёт чердачного перекрытия………………..…....8
  4. Выписка из СНиП 23-02-2003…………………………………………..10

III.Заключение…………………………………………………………..………12

IV.Список используемой литературы…………………………..……………..13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тема  моей исследовательской работы «Физика  и архитектура». Я выбрала эту  тему, потому что она мне очень интересна. После окончания школы я буду поступать в Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет. Мне интересно, как строятся дома, какие технологии строительства использовались и как физика связана с архитектурой. 

Слово «архитектура» происходит от греческого «аркитектон», что в переводе  означает «искусный строитель». Сама архитектура относится к той области человеческой деятельности, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. В архитектуре взаимосвязаны функциональное, техническое и художественное начала (польза, прочность, красота).

В современном  понимании архитектура - это искусство  проектировать и строить здания, сооружения и их комплексы. Она организует все жизненные процессы. По своему эмоциональному воздействию архитектура - одно из самых значительных и древних  искусств. Сила ее художественных образов  постоянно влияет на человека, ведь вся его жизнь проходит в окружении  архитектуры. Вместе с тем, создание производственной архитектуры требует  значительных затрат общественного  труда и времени. Поэтому в  круг требований, предъявляемых к  архитектуре наряду с функциональной целесообразностью, удобством и  красотой входят требования технической  целесообразности и экономичности. Кроме рациональной планировки помещений, соответствующим тем или иным функциональным процессам удобство всех зданий обеспечивается правильным распределением лестниц, лифтов, размещением  оборудования и инженерных устройств (санитарные приборы, отопление, вентиляция). Таким образом, форма здания во многом определяется функциональной закономерностью, но вместе с тем она строится по законам красоты. 

В архитектуре, как в никаком другом искусстве, тесно переплелись, постоянно взаимодействуя между собой, красота и полезность функционального назначения построек. Неделимое целое в архитектуре  создается средствами эстетической выразительности, главным из которых  является тектоника – сочетание  конструкции архитектурной формы  и работы материала. Воплощая свой замысел, архитектор должен знать многие физические свойства строительных материалов: плотность  и упругость, прочность и теплопроводность, звукоизоляционные и гидроизоляционные  параметры, функциональные характеристики света и цвета.

 

 В  основе выбора архитектурной  композиции лежат данные многих  наук: надо учитывать назначение  сооружения, его конструкцию, климат  местности, особенности природных  условий. Среди всех наук физика  занимает важное место, которое  особенно возросло в современной  архитектуре и строительстве.

В своей  работе я бы хотела рассмотреть физические свойства строительных материалов. 
 

Прочность 

Прочность - способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок, в  узком смысле — только сопротивление  разрушению. Прочность твёрдых тел  обусловлена в конечном счете  силами взаимодействия между атомами  и ионами, составляющими тело. Прочность  зависит не только от самого материала, но и от вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.), от условий эксплуатации (температура, скорость нагружения, длительность и  число циклов нагружения, воздействие  окружающей среды и т. д.). В зависимости  от всех этих факторов в технике  приняты различные меры прочности: предел прочности, предел текучести, предел усталости и др. Повышение прочности  материалов достигается термической  и механической обработкой, введением  легирующих добавок в сплавы, радиоактивным  облучением, применением армированных и композиционных материалов. 
 
 

Устойчивость 

Устойчивость  равновесия - способность механической системы, находящейся под действием  сил в равновесии, почти не отклоняться  при каких-либо незначительных случайных  воздействиях (лёгких толчках, порывах  ветра и т.п.) и после незначительного  отклонения возвращаться в положение  равновесия. 
 
 

Жёсткость конструкции 

Жёсткость - способность тела или конструкции  сопротивляться образованию деформации; физико-геометрическая характеристика поперечного сечения элемента конструкции. Понятие жёсткости широко используется при решении задач сопротивления  материалов.  
 

Звукоизоляция 

Звукоизоляция – это ослабление звука при его проникновении через ограждения зданий; в более широком смысле — совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне. Количественная мера звукоизоляции ограждающих конструкций, выражаемая в децибелах (дб), называется звукоизолирующей способностью. Различают звукоизоляцию от воздушного и ударного звуков. Звукоизоляция от воздушного звука характеризуется снижением уровня этого звука (речи, пения, радиопередачи) при прохождении его через ограждение и оценивается частотной характеристикой звукоизоляции в диапазоне частот 100—3200 гц с учётом влияния звукопоглощения изолируемого помещения. Звукоизоляция от ударного звука (шагов людей, передвигания мебели и т.п.) зависит от уровня звука, возникающего под перекрытием, и оценивается частотной характеристикой приведённого уровня звукового давления в том же диапазоне частот при работе на перекрытии стандартной ударной машины, также с учётом звукопоглощения изолируемого помещения. 
 
 

Теплопроводность 

Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Общепризнанная  концепция теплосбережения состоит из трех основных положений:

- Сведение к минимуму трансмиссионных потерь тепла.

- Наружная оболочка дома должна быть плотной.

- Отсутствие (сведение к минимуму) мостиков холода. 
 
 
 
 

Одна  из главных функций дома — сохранение тепла, что особенно важно в нашем  неприветливом климате. Поэтому  конструкция наружных ограждающих  поверхностей носит принципиальный характер. Необходимым является безусловное  выполнение требований СНиП «Тепловая защита зданий», которые содержат высокие требования к тепловой защите. 
 
 

Теплотехнический расчет наружных стен 

  Теплотехнический  расчет выполняется из условия 

           ,где Rtэм – экологически целесообразное сопротивление теплопередаче, м2˚С/Вт 2Тэл не определяем с в силу неопределённости цен на тепловую энергию и строительные материалы.

 Rtнорм. – нормальное сопротивление теплопередаче, м2˚С/Вт согласно СНиП [2] для наружных стен применяется Rtнорм.=2∙( м2˚С/Вт) по таблице 5.1 [2]

 Rtтр. – требуемое сопротивление теплопередаче м2˚С/Вт.

 Приняты условные обозначения:

 КЭУ – кирпич керамический ; лицевой эффект.

 ПЛ – полистирольные плиты.

 КРЭУ –  кирпич керамический рядовой эффект утолщенный ГОСТ 530-80

 ПН – пароизоляционный слой из полиэтиленовой пленки толщенной 0,2-0,3 мм ГОСТ 10354-82.

 НПШ – известково-песчаная штукатурка.

 Утеплитель  из плит полистирол бетона. Теплотехнические характеристики наружных стен предусмотрены в таблице 1.1  
 

 Таблица 1.1. 

Наименование

слоя

 Плотность

Кг/м3

 Толщина слоя

δ,м

 Расчет  коэффициента

Теплопроводности

λ,Вт/ м2˚С

 Расчет  коэффициента

усвоения

ρ,Вт/ м2˚С

КЭУ 1600 0,12 0,78 8,48
ПЛ 800 0,14 0,10 1,56
КРЭУ 1600 0,38 0,79 8,48
НПШ 1600 0,02 0,81 9,76
 
 

 По  таблице 4.2 СНиП [2], определяем, что для  теплотехнических расчетов  

отражающий  контактирующий тепло-физические характеристики материалов необходимо принимать по графе "Б" приложение А1[2].

 Принятая  конструкция стены имеет сопротивление  теплоотдаче 2,379 м2˚С/Вт, что отвечает требуемым нормам.

 Проверяем соответствие Rt> Rtтр.

 Требуемое сопротивление теплоотдаче ограждений определяем по форме 

 Rtтр=(h∙(tB∙tn))/∆ tBαB   (1),где tB – расчетная температура, ˚С внутреннего воздуха, принимаемая по таблице tB=18˚С.

 tn – расчетная зимняя температура, наружного воздуха принимаемая по таблице с учетом тепловой энергии ограждения Д (за исключением заполнителей проёмов).

 Д по формуле :

 Д=Є RiSi=Σ( ji/λi)∙Si (1) 

 Д=(0.12/0.72)∙8.48+(0.14/0.1)∙1.56+(0.38/0.79)∙8.48+(0.02/0.81)∙9.76=7.9

 Тогда tn – принимаем равной минус 29˚С. n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкцию по отношению к наружному воздуху, принимаемой по таблице 5,5[2] n=1.

 ∆ tB –расширенный перепад, ˚С м/с температурой внутренней поверхности ограждаемой конструкции принимаемый по таблице 5,5[2], tB=6˚С

 αB – коэффициент теплопередачи Вт/ м2˚С внутренней поверхности ограждающей поверхности ограждающей конструкции принимаемый по таблице  5,5[2],               αB=8,7 Вт/ м2˚С

 Определяем  Rtтр:

 Rtтр= (1∙(18+29))/6∙8,7=0,9 м2˚С/Вт

 Так как Rt=2= Rtнорм.  > Rtтр=0,9 м2˚С/Вт, то принятая конструкция стен отвечает техническим требованиям. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Теплотехнический  расчёт чердачного перекрытия 

 Конструкция чердачного перекрытия и теплотехнические характеристики предоставлены в таблице 2.1 

 Таблица 2.1. 

Номер

слоя

 Наименование

Слоя

 γ,кг/м3 δ, м λ,

  Вт/ м2˚С

 ρ,

Вт/ м2˚С

1 цементно-песчаная

стяжка

 1800 0,02 0,93 11,00
2 утеплитель  – плиты полистеролбетоная

изоляция 

300 0,25 0,092 1,42
3 ж/б плита покрытия 2500 0,22 1,92 17,98
 
 

 По  таблице 4.2[2] определяем, что для  теплотехнических расчетов чердачных  перекрытий тепло-физические характеристики необходимо принимать по графе "А" приложения А1[2].

 Теплотехнический  расчет выполняется из условия  

 

 Rtэкон. не определяем в силу неопределенности цен на топливную энергию и строительные материалы, согласно СНБ для чердачных перекрытий принимаем нормативное сопротивление теплопередачи Rtнорм.  = 3 м2 ∙ с/Вт  по таблице 5.1[2].

 Толщину утеплителя определяем из условия Rt = Rtнорм.   Или

                    

 Все обозначения указаны в пункте. 

                   , тогда       

                   
 

  Конструктивно принимаем                      . Проверим соотношение Rt ≥ Rtтреб.

 По  формуле (1) смотреть пункт 7. определяем тепловую энергию ограждения Д. 

             

 Принимаем по таблице 4.3 [2], tн = -19 ˚С по таблице 5.5[2] ∆tв=4˚С , по таблице 4.1 [2], tв=18˚С ,по таблице 5.3[2] n=1, по таблице 5.4[2] 

    тогда                                                         

Так как  , то принятая конструкция чердачного перекрытия отвечает теплотехническим требованием. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выписка из СНиП 23-02-2003

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче  ограждающих конструкций

  таблица 4

Здания  и помещения, коэффициенты а и b Градусо-сутки  отопительного периода Dd, °С·сут Нормируемые значения сопротивления теплопередаче  Rreq, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций
Стен Покрытий и  перекрытий над проездами Перекрытий  чердачных, над неота-пливаемыми подпольями и подвалами Окон и балконных  дверей, витрин и витражей Фонарей с вертикальным остеклением
1 2 3 4 5 6 7
1 .Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития 2000 2,1 3,2 2,8 0,3 0,3
4000 2,8 4,2 3,7 0,45 0,35
6000 3,5 5,2 4,6 0,6 0,4
8000 4,2 6,2 5,5 0,7 0,45
10000 4,9 7,2 6,4 0,75 0,5
12000 5,6 8,2 7,3 0,8 0,55
  а — 0,00035 0,0005 0,00045 — 0,000025
  b — 1,4 2,2 1,9 — 0,25
2 .Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом 2000 1,8 2,4 2,0 0,3 0,3
4000 2,4 3,2 2,7 0,4 0,35
6000 3,0 4,0 3,4 0,5 0,4
8000 3,6 4,8 4,1 0,6 0,45
10000 4,2 5,6 4,8 0,7 0,5
12000 4,8 6,4 5,5 0,8 0,55
  а — 0,0003 0,0004 0,00035 0,00005 0,000025
  b — 1,2 1,6 1,3 0,2 0,25
3. Производственные с сухим и нормальным режимами 2000 1,4 2,0 1,4 0,25 0,2
4000 1,8 2,5 1,8 0,3 0,25
6000 2,2 3,0 2,2 0,35 0,3
8000 2,6 3,5 2,6 0,4 0,35
10000 3,0 4,0 3,0 0,45 0,4
12000 3,4 4,5 3,4 0,5 0,45
  а — 0,0002 0,00025 0,0002 0,000025 0,000025
  b — 1,0 1,5 1,0 0,2 0,15
 
  Примечания

  1 Значения Rreq для величин Dd, отличающихся от табличных, следует определять по формуле

  Rreq = aDd + b,                                                                           (1)

где Dd — градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

    a, b — коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз. 1, где для интервала до 6000 °С·сут: а = 0,000075, b = 0,15; для интервала 6000-8000 °С·сут: а = 0,00005, b = 0,3; для интервала 8000 °С·сут и более: а = 0,000025; b = 0,5.

  2 Нормируемое приведенное сопротивление  теплопередаче глухой части балконных  дверей должно быть не менее  чем в 1,5 раза выше нормируемого  сопротивления теплопередаче светопрозрачной  части этих конструкций.

  3 Нормируемые значения сопротивления  теплопередаче чердачных и цокольных  перекрытий, отделяющих помещения  здания от неотапливаемых пространств  с температурой tc (text < tc < tint), следует уменьшать умножением величин, указанных в графе 5, на коэффициент n, определяемый по примечанию к таблице 6. При этом расчетную температуру воздуха в теплом чердаке, теплом подвале и остекленной лоджии и балконе следует определять на основе расчета теплового баланса.

  4 Допускается в отдельных случаях,  связанных с конкретными конструктивными  решениями заполнений оконных  и других проемов, применять  конструкции окон, балконных дверей  и фонарей с приведенным сопротивлением  теплопередаче на 5 % ниже установленного  в таблице.

  5 Для группы зданий в поз. 1 нормируемые  значения сопротивления теплопередаче  перекрытий над лестничной клеткой  и теплым чердаком, а также  над проездами, если перекрытия  являются полом технического  этажа, следует принимать как  для группы зданий в поз. 2.

 
 
 
 

Нормируемый температурный перепад между  температурой внутреннего воздуха  и температурой внутренней поверхности  ограждающей конструкции

  таблица 5

Здания  и помещения Нормируемый температурный перепад Dtn, °C, для
 
наружных  стен		 покрытий и  чердачных перекрытий перекрытий  над проездами, подвалами и подпольями зенитных фонарей
1. Жилые,  лечебно-профилактические и детские  учреждения, школы, интернаты 4,0 3,0 2,0 tint - td
2. Общественные, кроме указанных в поз. 1, административные  и бытовые, за исключением помещений  с. влажным или мокрым режимом 4,5 4,0 2,5 tint - td
3. Производственные  с сухим и нормальным режимами tint - td, но не более 7 0,8(tint - td), но не более 6 2,5 tint - td
4. Производственные  и другие помещения с влажным  или мокрым режимом tint - td 0,8(tint - td) 2,5 -
5. Производственные  здания со значительными избытками  явной теплоты (более 23 Вт/м3) и расчетной относительной влажностью внутреннего воздуха более 50 % 12 12 2,5 tint - td
  Обозначения: tint — то же. что в формуле (2);

  td — температура точки росы, °С, при расчетной температуре tint и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым согласно 5.9 и 5.10, СанПиН 2.1.2.1002, ГОСТ 12.1.005 и СанПиН 2.2.4.548, СНиП 41-01 и нормам проектирования соответствующих зданий. 

  Примечание  — Для зданий картофеле- и овощехранилищ  нормируемый температурный перепад Dtn для наружных стен, покрытий и чердачных перекрытий следует принимать по СНиП 2.11.02.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение. 

В своей работе я рассмотрела, какие физические свойства являются ключевыми в архитектуре. Так же проследила, как рассчитываются теплопроводность. При выполнении работы, я обратилась за помощью к инженеру Стрелкову Алексею Павловичу. С  ним мы провели теплотехнический расчет наружных стен и чердачного перекрытия. Так же работали со СНиП, ГОСТ.

Исходя из проведенной  мной работы, я хочу сделать вывод  о том, что физика и архитектура  тесно связаны. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список используемой литературы:

  1. Большая энциклопедия школьника
  2. СНиП 23-02-2003
  3. СанПиН 2.1.2.1002
  4. ГОСТ 530-80
  5. ГОСТ 10354-82
  6. Большая советская энциклопедия

Физика в строительстве и архитектуре 📙 Реферат → 🆔 291811

Физика в строительстве и архитектуре 📙 Реферат → 🆔 291811

Физика в строительстве и архитектуре