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

Характеристика климатического района строительства и проектируемого здания……………………………………стр.4

Теплотехнический расчет наружных стен……………….стр.6

Расчет фундамента………………………………………...стр.11

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»



Город- Петрозаводск

Температура внутреннего воздуха tв= 18оС 

Материал стен- кирпич

Высота этажа- 2,5м

Междуэтажные и чердачные перекрытия- щитовой накат по деревянным балкам( вариант- сборные ж.б.панели)

Кровля- волнистые асбестоцементные листы 

 Глубина пола в подвале- 2,5м

Толщина пола в подвале- 0,1м

Расстояние от низа конструкции пола в подвале до подошвы фундамента- 0,4м

Фундаменты- ленточные, бутовые 

Расчетная среднесуточная to воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, = 20оС.


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-  -32оС;

Средняя температура наиболее холодных суток- -37оС;

Абсолютная минимальная температура- -38оС;

Средняя температура отопительного периода- -3,1оС;

Продолжительность отопительного периода- 240 дней;

Средняя температура самого жаркого месяца- 15,7оС;

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.

Характеристика проектируемого здания

Эксплуатация квартир



Тип квартиры

Количество

квартир

Площадь, м2





жилая

общая



в сек

ции

в доме

в

квартире

в доме

в 

квартире

в доме

Четырехкомнатная

1

1

55,4

55,4

97,16

97,16

Средняя квартира





55,4



97,16





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  Аж – жилая площадь в доме, м2 ;

        Ао – 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 Vз – 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 90-70оС 

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 Ro  ограждающих конструкций принимают равным экономически оптимальному сопротивлению, но не менее требуемого Rотр  по санитарно- гигиеническим условиям.

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

,				



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

tн – расчетная зимняя температура наружного воздуха, 0С; принимается по СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика[3];

(tв – в) = tн – 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 tн  60С);

Rв – сопротивление теплопередаче внутренней поверхности ограждения (зависит от рельефа его внутренней поверхности); для гладких поверхностей стен Rв = 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]).



            tв- tн                           18- (-20)

Rотр =  tв- jв  *Rв*n  =       6         * 0,133 * 1 =  0,84                       (3)



Расчетную зимнюю температуру наружного воздуха tн 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).

 		 

               Wо Цо        

Roэк = √  Е λ Цм  ,									   (4)

где Цо – стоимость тепла 1 Гкал в руб.; (276 руб./ Гкал)

       Wо – 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));

        λкерамзитобетона= 0,67; λкирпича= 0,47; λц/п раствора= 0,76

        Цм – стоимость материала стен, руб/м3. 

Стоимость материала стен определяется по Стройпрайсу:

	Цкерамзитобетона= 1600 руб/м3; Цкирпича = 2500 руб/м3 

Для упрощения расчетов в учебных целях теплопотери за отопительный период Wо предлагается определять по формуле (5).

      Wо = (tв – tн.ср.) * N * z * r * d / 106 = ( 18 – 1,1) *240*24*1,4*1,5/ 106= 

= 0,204										(5)

где tв – температура внутреннего воздуха, оС;

      tн.ср. – средняя температура отопительного периода, оС; ( отопительным считается период с температурой наружного воздуха tн < 8оС);

      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 Wо рассчитывается по формуле (5) на основании данных СНиП (3).

                                     0,204 * 276		     56,30

         Rэко керамзитоб.= √  0,15* 0,67* 1600  = √  160,80  = 4,43

        			   0,204 * 276                   56,30

         Rэко кирпича = √  0,15* 0,47 * 2500  = √  176,25  = 4,06 



	Для выбора сопротивления теплопередаче Rо соблюдается условие: если Roэк > Rотр , то Ro = Rоэк ; если Rоэк < Rотр , то Ro = Rотр.

	Т.к. Rотр.> Rоэк, то Ro = Rотр

	Толщину стены определяем по формуле (6).

			                        δ1       δ2

                  δ = [ Rо – ( Rв + Rн +  λ1  +   λ2   ) ] * λ  ;                                      (6)

                                  							

	        1

где Rн= αн    - сопротивление теплопередаче наружной поверхности ограждения, м2.ч.град/ккал; зависит от местоположения ограждения, для стен и покрытий северных районов Rн = 0,05 (табл.6 (5));

         δ1,2 – толщина слоя, м;

	λ1,2 – коэффициент теплопроводности материала слоя.

                                                                          0,025

               δкерамзитобетона = [ 0,84 –( 0,133 + 0,05 +  0,76  * 2)]* 0,67 = 0,39

						        0,020

               δкирпича = [ 0,84- ( 0,133 + 0,05 +  0,76 )] * 0,47 = 0,29 

	Полученную толщину стен округляем до стандартного размера штучных изделий. δкерамзитобетона = 1,5м; δкирпича= 1м.  После этого рассчитываем действительную величину тепловой инерции Д ограждающей конструкции, подставляя значение δ, по формуле (7). По этой величине проверяют правильность выбора tн.

Рассчитываем фактическое сопротивление теплопередаче наружного ограждения по формуле (9).

				     δ1         δ2                   δn

                        Ro =   Rв   +   λ1  +  λ2  +  ……+  λn + Rн ,               (9)



	При этом должно быть выполнено условие: Ro ≥ Rотр.

                                     0,7    0,025

Ro керамзитобетон= 0,133+  0,8 +  0,26  *2+ 0,05= 0,133 + 0,875 +0,048+ 0,05 = 1,108

                              0,375   0,02

Rо кирпича = 0,133 +  0,47 +  0,76 + 0,05 = 0,133+ 0,797 + 0,026 + 0,05 = 1,006

	Условие  Ro ≥ Rотр  выполняется.

	Рассчитываем два варианта стен разной конструкции и выбираем наиболее эффективный вариант.

	Выбор варианта осуществляется по минимуму приведенных затрат 

Пi (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)

          0,204 * 276

С0 1=      1,108          = 50,8

          0,204 * 276  

С0 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 kn – коэффициент влияния теплового режима здания, принимаемый для 

              наружных фундаментов отапливаемых сооружений, kn= 0,5

             ( СНиП 2.02.01 – 83).

      dfn – нормативная глубина промерзания определяется по карте глубины   

              промерзания, dfn = 0,75 м. 



	           df = 0,5 * 0,75 = 0,375м      df= d1= 0,375м 

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)= 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 db – глубина пола в подвале,

	       hcf – толщина пола в подвале,

	       hs – 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  Fv – расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента кН/м;

               Ro – расчетное сопротивление грунта основания, кПа ( см. СНиП (4);

	     γср -  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

Наименование нагрузки

Величина нагрузки

От веса покрытия

1,5

От веса чердачного перекрытия с утеплителем

3,8

От веса междуэтажного перекрытия

3,6

От веса перегородки

1,0

От веса карниза

2,0

От веса 1мкирпичной кладки (или от веса стены из др. материала)

18

Таблица 3

Временные нормативные нагрузки



Наименование нагрузки

Величина нагрузки

Снеговая на 1мгоризонтальной проекции кровли

1,5

На 1мпроекции чердачного перекрытия

0,7

На 1мпроекции междуэтажного перекрытия

2,0



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).

				Аг = 2,65 * 2,1 = 5,56

Эту грузовую площадь принимаем постоянной, пренебрегая ее уменьшением на первом этаже за счет увеличения ширины наружных стен.

Далее определяем постоянные нагрузки:

Вес покрытия (произведение нормативной нагрузки и грузовой площади);

Вес чердачного перекрытия;

Вес междуэтажного перекрытия, умноженный на количество этажей;

Вес перегородок на всех этажах;

Вес карниза  и стены выше чердачного перекрытия (определяется на длине, равной расстоянию между осями оконных проемов);

Вес цоколя и стены первого этажа за вычетом веса оконных проемов на длине, равной расстоянию между осями оконных проемов;

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):

Снеговая.

На чердачное перекрытие.

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.                               

				φn 1 = 0,3 + 0,6 / √2 = 0,3 + 0,42 = 0,72

Таблица 4

Постоянные нагрузки



Наименование нагрузки

Расчет нагрузки

Величина нагрузки

Вес покрытия

Нормативная нагрузка *Аг

1,5*5,56= 8,34

Вес чердачного перекрытия

Нормативная нагрузка * Аг

3,8*5,56= 21,12

Вес  междуэтажных перекрытий

Нормативная нагрузка * Аг * n

3,6*5,56*2= 40,03



Вес перегородок на  этажах

Нормативная нагрузка * Аг * n

1,0*5,56*2 = 11,12

Вес карниза и стены выше чердачного перекрытия

(Нормативная нагрузка на карниз + толщина стены * пролет * нормативная нагрузка кирпичной кладки) * расстояние между осями оконных проемов

(2,0+0,39*4,2*18)*2,1=  66,11

Вес цоколя и стены первого этажа за вычетом веса оконных проемов на длине, равной расстоянию между осями оконных проемов

Толщина стены первого этажа * (высота цоколя и первого этажа * расстояние между осями оконных проемов – высота оконного проема * длина оконного проема)* нормативная нагрузка кирпичной кладки

0,39*(3*2,1-1,5*1,05)*18 =     0,39*(6,3-1,57)* 18 =         0,39*4,73*18 = 33,2

Вес стены со второго этажа и выше за вычетом веса оконных проемов

Толщина стены * (высота этажа * расстояние между осями оконных проемов – высота оконного проема * длина оконного проема)* количество этажей * нормативная нагрузка кирпичной кладки

0,39*(2,5*2,1-1,5*1,05)*2 *18 =51,66

Итого постоянная нагрузка



231,58





Таблица 5

Временные нагрузки



Наименование нагрузки

Расчет нагрузки

Величина нагрузки

Снеговая

Нормативная нагрузка *Аг

1,5*5,56=8,34

На чердачное перекрытие

Нормативная нагрузка * Аг

0,7*5,56=3,89

На 4 междуэтажных пере-крытий с учетом коэф. 

Нормативная нагрузка * Аг*n*

2,0*5,56*2*0,72=16,01

Итого временная нагрузка



28,24



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:  

 		Fv=  28,24 + 231,58

                                   2,1		  = 123,72 кН/м



Следовательно, площадь подошвы фундамента составляет: 



                               123,72                       

		А=   300 – 16* 3  =  0,49 м2.

Находим требуемую ширину подошвы фундамента. Для ленточного фундамента:    

б= (А = б*1м) = 0,49 м.

		4. Расчет   технико-экономических  показателей проекта



      Основными технико-экономическими показателями проектов жилых домов приняты:

показатели сметной стоимости строительства;

объемно-планировочные показатели;

показатели затрат труда;

показатели, характеризующие степень унификации сборных элементов;

годовые эксплуатационные затраты.

		        		 Таблица 6

Технико-экономические показатели



Наименование

Единица измерения

Значения показателя

А. Показатели сметной стоимости строит-ва





Стоимость самого здания

$

12630,8

а) на 1 квартиру

$/кв.

12630,8

б) на 1мжилой площади

$/ м

130

в) на 1мполезной площади

$/ м

122

г) на 1м здания

$/ м

26

Б. Объемно-планировочные показатели





Общий строительный объем здания

м

486,42

а) на 1мжилой площади



8,78

б) на 1 квартиру



486,42

Объем типового этажа на 1м жилой площади по этажу 

м

9,21

Отношение жилой площади к полезной (К)

м/ м

0,57

Средняя жилая площадь на1 квартиру

м

55,4

Средняя полезная  площадь на1 квартиру

м

97,16

Отношение строительного объема к жилой площади (К)

м/ м

8,78











Заключение

В курсовой работе мы произвели расчет конструктивных элементов (наружных стен и фундамента) и основных технико-экономических показателей проекта жилого дома на примере города Петрозаводск. Таким образом, мы выяснили, что наиболее эффективно выбрать ограждающую конструкцию из керамзитобетона. 

Стоимость здания составляет 12630,8 $



	    






















Список литературы

Шумилов  М. С. Гражданские здания и их техническая эксплуатация: учебник для вузов.-М.: Высш. шк.,1985



СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.:1986



СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика.  – М.:1983



СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.:1985



СНиП I-3-79**. Строительная теплотехника.  – М.:1986



Берлинов М.В. Основания и фундаменты: Учеб. Для вузов. - М.: Высш.Шк., 1998



 

	 	









1