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) = 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 [5] (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 [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 = С                                                          (10)

 

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:

,                                  (15)

  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

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 1м кирпичной кладки (или от веса стены из др. материала)	18

Таблица 3

Временные нормативные нагрузки

 

Наименование нагрузки	Величина нагрузки
Снеговая на 1м горизонтальной проекции кровли	1,5
На 1м проекции чердачного перекрытия	0,7
На 1м проекции 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).

                         А_г = 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:

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 и площади):

1. Снеговая.

2. На чердачное перекрытие.

3. 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.                              

                                 φ_{n 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: 

                   F_v= 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:

1. показатели сметной стоимости строительства;

2. объемно-планировочные показатели;

3. показатели затрат труда;

4. показатели, характеризующие степень унификации сборных элементов;

5. 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 1м жилой площади	$/ м	130
в) на 1м полезной площади	$/ м	122
г) на 1м  здания	$/ м	26
Б. Объемно-планировочные показатели
Общий строительный объем здания	м	486,42
а) на 1м жилой 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

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

 

            

 

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: