Расчет подошвы фундамента здания

Теплотехнический расчет наружных стен

Характеристика проектируемого здания

В этом разделе студент, руководствуясь заданием на курсовую работу, должен описать объемно-планировочное и конструктивное решения 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

Тип квартиры	Количество квартир	Площадь, м2
жилая	общая
в секции	в доме	в квартире	в доме	в квартире	в доме
Однокомнатная
Двухкомнатная
Трехкомнатная
И т.д.
Всего
Средняя квартира

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):

(1)

где A_ж – жилая площадь в доме, м²;

A_о – общая площадь в доме, м².

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, м².

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.

Характеризуя конструктивное решение здания, необходимо указать: какая конструктивная схема принята в здании, сколько этажей в доме, сколько квартир в одной секции и сколько секций в доме. Затем по проекту дается краткая характеристика конструктивных элементов здания: тип фундамента, материал перегородок, перекрытий, покрытий, лестниц, крыши, кровли, окон, дверей, полов, наружной и внутренней отделки. Характеризуется также инженерное оборудование здания: тип и расчетный напор, напряжение соответственно водопровода, горячего водоснабжения, канализации и электроснабжения; организация водостока, отопления, вентиляции, газоснабжения, устройств связи, оборудования кухонь и санузлов, мусоропровода и лифтов (при их наличии).

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 [2];

(t _в – t _в) = D t ^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 [4] (для стен жилых домов D t ^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 [4]).

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 [2].

За расчетную температуру принимают: при Д £ 1,5 (безинерционная конструкция) абсолютную 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 (Е=0,15);

λ – коэффициент теплопроводности материала стен, ккал/(м.ч.град) (см. СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [4]);

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 [2].

(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 [4]);

d_i – толщина слоя, м;

l_i – коэффициент теплопроводности материала слоя, СНиП I-3-79** Строительная теплотехника [4].

Полученную толщину стен округляют до стандартного размера штучных изделий (кирпича). После этого рассчитывают действительную величину тепловой инерции Д ограждающей конструкции, подставляя полученное 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 [4];

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. приложения 1 и 2) и выбрать наиболее эффективный вариант.

Выбор варианта осуществляется по минимуму приведенных затрат П _i (руб./м³ стены), определяемых для каждого варианта по формуле (10).

, (10)

где С _oi – текущие затраты на отопление, руб./м³ 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)

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

При определении глубины заложения фундамента в соответствии со СНиП 2.02.01-83* [3] 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 [3];

d_fn – нормативная глубина промерзания, м – определяется по карте глубины промерзания (СНиП 2.02.01-83* [3]).

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 [2].

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 [3]. Определяется величина d_f +2, которая сравнивается с d_w (уровнем грунтовых 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).

db

hcf

hS

d3

b

Рис. 1. К определению глубины заложения фундамента.

При окончательном назначении глубины заложения фундамента d, еепринимают 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 [3]) вид грунта на месте строительства задан в приложении 1;

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" [1] 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)

где 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.

Нормативные постоянные и временные нагрузки представлены в табл.2 и 3. Сбор и расчет нагрузок на фундамент предлагается оформить в виде таблиц по нижеприведенным формам (табл.4, 5).

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 1 м3 кирпичной кладки (или от веса стены из др. материала)

Таблица 3

Временные нормативные нагрузки

Наименование нагрузки	Величина нагрузки
Снеговая на 1 м2 горизонтальной проекции кровли	1,5
На 1 м2 проекции чердачного перекрытия	0,7
На 1 м2 проекции междуэтажного перекрытия	2,0

Таблица 4

Расчет постоянных нагрузок

Наименование нагрузки	Формула расчета нагрузки	Величина нагрузки
Вес покрытия	Нормативная нагрузка ∙ Аг
Вес чердачного перекрытия	Нормативная нагрузка ∙ Аг
Вес n междуэтажных перекрытий	Нормативная нагрузка ∙ Аг ∙ n
Вес перегородок на n этажах	Нормативная нагрузка ∙ Аг ∙ n
Вес карниза и стены выше чердачного перекрытия	(Нормативная нагрузка на карниз + толщина стены ∙ пролет ∙ нормативная нагрузка кирпичной кладки) ∙ расстояние между осями оконных проемов
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
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
Итого постоянная нагрузка

Таблица 5

Расчет временных нагрузок

Наименование нагрузки	Формула расчета нагрузки	Величина нагрузки
Снеговая	Нормативная нагрузка ∙ Аг
На чердачное перекрытие	Нормативная нагрузка ∙ Аг
На n междуэтажных перекрытий с учетом коэффициента jn 1	Нормативная нагрузка ∙ Аг ∙ n ∙ jn 1
Итого временная нагрузка

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 студенту необходимо начертить поперечное сечение рассчитанного фундамента.