Комплексный курсовой проект по строительству малоэтажного здания: нормативная методология и расчеты (ПГС)

РЕЛЕВАНТНЫЙ ФАКТ: В соответствии с СП 20.13330.2016, коэффициент надежности по нагрузке ($\gamma_{\text{f}}$) для основных климатических воздействий, таких как снеговая и ветровая нагрузки, принимается равным 1.4. Это подчеркивает критическую важность учета запаса прочности при проектировании, поскольку неверный расчет нагрузок — это первопричина большинства конструктивных аварий. Наш комплексный курсовой проект призван обеспечить студента не только структурой, но и инструментарием для точного, нормативно выверенного инженерного расчета.

Введение: Цели, задачи и нормативно-правовая база курсового проектирования

Разработка комплексного курсового проекта в области промышленного и гражданского строительства (ПГС) является ключевым этапом в формировании профессиональных компетенций, позволяя студенту применить теоретические знания для решения реальной инженерной задачи. Данная работа фокусируется на проектировании малоэтажного здания (коттеджа), что позволяет охватить весь цикл строительного производства: от архитектурно-конструктивных решений до организации и экономики. Именно в малоэтажном строительстве проявляется вся сложность интеграции различных разделов проектирования, и инженеру необходимо владеть всем спектром расчетов.

Конечный продукт проекта представляет собой расчетно-пояснительную записку (РПЗ) и полный комплект графической документации (чертежей), объединенных в четыре ключевых раздела: архитектурно-конструктивный, технологический, организационный и экономический.

Актуальность проекта обусловлена необходимостью строгого следования современным требованиям к безопасности, энергоэффективности и долговечности зданий. Любое инженерное решение, представленное в работе, должно быть обосновано ссылками на действующую нормативно-правовую базу. Фундаментом для проектирования являются актуализированные редакции СНиП, представленные в виде Сводов Правил (СП) и Государственных стандартов (ГОСТ), включая ГОСТ 27751, СП 20.13330.2016, СП 50.13330.2012 и СП 48.13330.2019.

Архитектурно-конструктивный раздел: Расчет несущих конструкций по предельным состояниям

Проектирование несущих конструкций — это процесс, который подчиняется философии расчета по предельным состояниям, как того требует ГОСТ 27751. Данный подход гарантирует, что здание будет не только прочным, но и пригодным для нормальной эксплуатации в течение всего срока службы. И что из этого следует? Следует то, что конструктор обязан обеспечить не просто запас прочности, но и комфорт, поскольку недопустимые прогибы или трещинообразование, относящиеся ко второй группе предельных состояний, напрямую влияют на долговечность отделки и восприятие здания пользователем.

Проверка ведется по двум основным группам предельных состояний:

1. Первая группа (прочность и устойчивость): Гарантирует, что конструкция не разрушится, не опрокинется и не потеряет общую устойчивость под действием расчетных нагрузок.
2. Вторая группа (эксплуатационная пригодность): Обеспечивает нормальные условия эксплуатации, ограничивая прогибы, трещинообразование и колебания, которые могут мешать использованию здания или приводить к повреждению не несущих элементов.

Выбор конструктивной схемы и обоснование материалов

Для малоэтажного коттеджа, возводимого в условиях индивидуального строительства, наиболее оптимальной и экономически оправданной является схема с несущими стенами.

Фундамент: Выбор типа фундамента (ленточный, плитный или свайный) определяется на основании инженерно-геологических изысканий в соответствии с СП 22.13330. При слабых или неоднородных грунтах целесообразно использовать монолитную железобетонную плиту; на прочных грунтах предпочтителен ленточный фундамент мелкого заложения.

Стены и перекрытия: Несущие стены могут быть выполнены из каменных материалов (кирпич, газобетон, керамоблоки), обеспечивая высокую тепловую инерцию. Перекрытия, как правило, монолитные или сборно-монолитные (для повышения звукоизоляции), либо деревянные балочные (для снижения веса и стоимости).

Кровля: Типовым решением является деревянная стропильная система, которая экономична, технологична и легко адаптируется к сложным формам крыши.

Сбор и расчет нагрузок по СП 20.13330.2016

Корректное определение нагрузок — первый и самый ответственный шаг в проектировании. Все нагрузки классифицируются на постоянные (собственный вес), длительные временные (вес стационарного оборудования) и кратковременные временные (снеговая, ветровая, полезная нагрузка на перекрытия). Каков важный нюанс здесь упускается? Часто забывают, что кратковременные нагрузки, хоть и действуют нерегулярно, требуют особого внимания при расчете сочетаний, поскольку именно их совместное действие с постоянными нагрузками создает наиболее невыгодные условия для конструкции.

Расчетное значение нагрузки ($F_{\text{f}}$), используемое для проверки первой группы предельных состояний, определяется через ее нормативное значение ($F_{\text{n}}$) с учетом коэффициента надежности по нагрузке ($\gamma_{\text{f}}$):

Ff = Fn · γf

Детализация коэффициентов надежности ($\gamma_{\text{f}}$):

Тип нагрузки	Нормативный документ	Коэффициент γf	Примечание
Постоянные (собственный вес конструкций)	СП 20.13330.2016	1.05 – 1.1	Зависит от точности определения массы.
Снеговая	СП 20.13330.2016	1.4	Необходимый запас прочности для климатических воздействий.
Ветровая	СП 20.13330.2016	1.4	Учет динамической природы нагрузки.

Пример (Снеговая нагрузка):
Если здание расположено в Первом снеговом районе РФ, нормативное значение снеговой нагрузки ($S_{\text{g}}$) составляет 0.5 кПа (или 50 кгс/м²). Расчетная снеговая нагрузка, действующая на горизонтальную проекцию кровли, будет равна:

Sf = Sg · γf = 0.5 кПа · 1.4 = 0.7 кПа

Далее, этот результат корректируется на коэффициент перехода от снеговой нагрузки на земле к нагрузке на кровле ($\mu$), который зависит от уклона крыши.

Расчет стропильной системы

Стропильная система, как правило, является наиболее уязвимым элементом в отношении климатических нагрузок. Расчет выполняется на самое невыгодное сочетание нагрузок, которое обычно включает:

1. Постоянную нагрузку (собственный вес стропил, обрешетки, кровельного покрытия, утеплителя).
2. Временную снеговую нагрузку.
3. Временную ветровую нагрузку.

Методика статического расчета сводится к определению максимальных изгибающих моментов и поперечных сил в элементах (стропильные ноги, прогоны) и последующей проверке сечения на прочность и прогиб (вторая группа предельных состояний) в соответствии с требованиями СП 64.13330.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций (СП 50.13330.2012)

Теплотехнический раздел является обязательным для подтверждения энергоэффективности проекта и выполняется в строгом соответствии с СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Требования считаются выполненными, если одновременно соблюдены три условия:

1. Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче ($R_{\text{тр}}$) конструкций.
2. Нормируемое значение удельной теплозащитной характеристики здания.
3. Ограничение минимальной температуры на внутренней поверхности ограждений (санитарно-гигиенические требования).

Определение требуемого сопротивления теплопередаче ($R_{\text{тр}}$)

Требуемое сопротивление теплопередаче ($R_{\text{тр}}$) определяется в зависимости от климатических условий региона строительства, ключевым параметром которых являются градусо-сутки отопительного периода (ГСОП или $D_{\text{d}}$).

Rтр = Rбаз · ψ

Где $R_{\text{баз}}$ — базовое значение, а $\psi$ — коэффициент, обычно принимаемый равным 1.0 для жилых зданий. Чем выше ГСОП, тем выше должно быть значение $R_{\text{тр}}$ (т.е., толще и эффективнее утеплитель).

Инженерный смысл: Фактическое сопротивление теплопередаче ($R_{\text{факт}}$) ограждающей конструкции, рассчитываемое послойно (слои материала и воздушные прослойки), должно быть не меньше требуемого: $R_{\text{факт}} \ge R_{\text{тр}}$.

Проверка на санитарно-гигиенические требования и конденсацию

Это критический аспект, который часто упускается в упрощенных расчетах, но является обязательным для обеспечения комфорта и долговечности здания. Разве можно считать проект завершенным, если он не гарантирует отсутствие плесени и влаги в углах?

1. Ограничение минимальной температуры (температурный перепад):
Разница между температурой внутреннего воздуха ($T_{\text{в}}$) и минимальной температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции ($T_{\text{в}}^{\text{min}}$) должна быть ограничена нормируемым перепадом ($\Delta t_{\text{N}}$). Для наружных стен жилых зданий $\Delta t_{\text{N}}$ не должен превышать 4.0 °С.

Tв - Tвmin ≤ ΔtN

2. Исключение выпадения конденсата (температура точки росы):
Чтобы избежать накопления влаги и плесени, температура на внутренней поверхности ограждения ($T_{\text{в}}^{\text{min}}$) должна быть выше температуры точки росы ($t_{\text{р}}$) при расчетных условиях влажности внутреннего воздуха.

Tвmin ≥ tр

Эта проверка особенно важна для углов, оконных откосов и мест стыковки конструкций (теплопроводные включения), где $R_{\text{факт}}$ может быть минимальным.

Технологический раздел: Инженерная подготовка площадки и земляные работы

Технологический раздел определяет последовательность и методы выполнения работ. Согласно СП 48.13330.2019, строительство начинается с этапа инженерной подготовки площадки, который включает:

1. Освобождение территории (снос, очистка от кустарников).
2. Вынос на участок геодезической разбивочной основы (закрепление основных и временных осей, высотных реперов) и обеспечение ее сохранности.
3. Создание временной инженерной инфраструктуры (подключение к воде, электричеству) и бытовых помещений (бытовки, склады).

Расчет объемов земляных работ (котлован)

Для устройства фундамента необходимо выполнить разработку котлована. Точный расчет объема выемки (и последующего обратного засыпания) критичен для сметы и подбора землеройной техники. Какова практическая выгода точного расчета объема земляных работ? Она заключается в оптимизации логистики: минимизируются непроизводительные расходы на вывоз лишнего грунта и предотвращается риск остановки работ из-за нехватки материала для обратной засыпки.

Для котлована прямоугольной формы с откосами, объем ($V_{\text{к}}$) наиболее точно рассчитывается по формуле призматоида (опрокинутой усеченной пирамиды):

Vк = H / 6 · [BкLк + BвLв + (Bк + Bв) · (Lк + Lв)]

Где:

• $H$ — глубина котлована.
• $B_{\text{к}}, L_{\text{к}}$ — размеры по дну котлована.
• $B_{\text{в}}, L_{\text{в}}$ — размеры по верху котлована (с учетом откосов).

Учет разрыхления грунта:
Извлеченный грунт всегда имеет больший объем, чем в массиве, за счет разрыхления. При подсчете баланса земляных работ (определении, сколько грунта потребуется вывезти или использовать для обратной засыпки) объем выемки ($V_{\text{выем}}$) умножается на коэффициент остаточного разрыхления ($K_{\text{ор}}$).

Тип грунта	Коэффициент остаточного разрыхления (Kор)
Пески	1.01 – 1.03
Супеси и легкие суглинки	1.03 – 1.05
Тяжелые суглинки и глины	1.06 – 1.09

Организация работ и нормативы безопасности при выемке грунта

При производстве земляных работ необходимо строго соблюдать требования охраны труда:

• Отвал грунта: Извлеченный из котлована или траншеи грунт (отвал) должен быть размещен на безопасном расстоянии от бровки (края) выемки. Это расстояние должно составлять не менее 0.5 м для предотвращения обрушения откоса под собственным весом.
• Крепление: При глубине выемки более 1.5–2.0 м (в зависимости от типа грунта) требуется устройство креплений стенок.

Организация строительства: Подбор монтажного механизма и календарное планирование

Для возведения малоэтажного здания наиболее рациональным выбором является стреловой самоходный кран (автокран) ввиду его мобильности, меньшей стоимости аренды и достаточной грузовысотной характеристики для подъема типовых элементов (балки, фермы, блоки). Выбор крана проводится в три этапа: определение требуемых параметров, подбор марок по каталогам и технико-экономическое сравнение.

Расчет требуемой грузоподъемности и высоты подъема крана

Подбор осуществляется по трем ключевым параметрам: грузоподъемность ($Q_{\text{тр}}$), высота подъема крюка ($H_{\text{тр}}$) и вылет ($L_{\text{тр}}$).

1. Требуемая грузоподъемность ($Q_{\text{тр}}$):
Должна превышать массу самого тяжелого монтируемого элемента ($M_{\text{э}}$) с учетом массы грузозахватных приспособлений ($M_{\text{о}}$):

Qтр ≥ Mэ + Mо

2. Требуемая высота подъема крюка ($H_{\text{тр}}$):
Критический параметр, определяемый при монтаже самого высокого элемента. Необходимо учесть высоту самой конструкции, запас, и высоту оснастки:

Hтр = hо + hз + hэ + hг

Где:

• $h_{\text{о}}$ — высота опоры, на которую устанавливается элемент (обычно отметка земли или перекрытия).
• $h_{\text{з}}$ — запас по высоте, принимаемый не менее 0.5 м.
• $h_{\text{э}}$ — высота монтируемого элемента.
• $h_{\text{г}}$ — высота грузозахватных приспособлений (стропы, траверсы). Для типовых элементов $h_{\text{г}}$ принимается в диапазоне 2.0 – 4.5 м.

Разработка календарного графика строительства

Календарный график является стержнем Проекта организации строительства (ПОС) и Проекта производства работ (ППР) согласно СП 48.13330.2019. Он определяет логистику, последовательность, сроки и необходимый объем ресурсов.

Методология:

1. Декомпозиция работ: Разбивка всего процесса на технологически завершенные циклы (нулевой цикл, возведение надземной части, отделка).
2. Определение объемов и трудоемкости: Расчет объемов работ (например, м³ бетона, м² кладки) и определение трудозатрат (чел.-дней) по нормативным справочникам (ГЭСН).
3. Установление взаимосвязей: Определение технологической последовательности (например, нельзя начинать кладку стен до готовности фундамента).
4. Расчет продолжительности: Определение продолжительности каждой операции с учетом числа рабочих в бригаде.

Итоговый график позволяет визуализировать сроки и обеспечить равномерную загрузку трудовых и материальных ресурсов.

Охрана труда и безопасность строительства (Стройгенплан)

Обеспечение безопасности труда — неотъемлемая часть проектно-сметной документации, подробно регламентированная в ППР на основе СП 12-136-2002. Все мероприятия по охране труда должны быть отражены на строительном генеральном плане (стройгенплане).

Определение границ опасной зоны работы крана

На стройгенплане обязательно указываются зоны действия монтажных механизмов и границы опасных зон. Опасная зона, связанная с падением груза, определяется от крайней точки горизонтальной проекции груза ($L_{\text{max}}$) с прибавлением минимального расстояния отлета груза ($l_{\text{отл}}$):

Rоп ≥ Lmax + lотл

Нормативные значения минимального расстояния отлета груза ($l_{\text{отл}}$):

Высота возможного падения груза (H)	Минимальное расстояние отлета груза (lотл)
До 10 м	4 м
До 20 м	7 м
До 70 м	15 м

Эти границы должны быть обозначены предупредительными знаками и, при необходимости, ограждениями, особенно если работа крана ведется вблизи действующих зданий или путей перемещения персонала.

Требования безопасности при земляных работах и на высоте

Стройгенплан должен содержать следующие решения по безопасности:

1. Ограждение выемок: Места устройства котлованов и траншей глубиной более 1.3 м должны быть ограждены защитными или сигнальными ограждениями.
2. Доступ: Для спуска в выемки должны быть предусмотрены инвентарные лестницы-стремянки.
3. Работы на высоте: При монтаже стропильной системы и кровельных работах должны быть предусмотрены защитные пояса, страховочные канаты, а также временные ограждения или защитные сетки по периметру здания.

Экономический раздел и технико-экономические показатели (ТЭП)

Экономический раздел формирует окончательную стоимость строительства и подтверждает финансовую обоснованность проекта. Только детальный экономический анализ, основанный на ТЭП, позволяет оценить реальную конкурентоспособность и эффективность выбранных проектных решений, особенно в контексте текущей даты (30.10.2025), когда волатильность рынка строительных материалов требует постоянного перерасчета смет.

Сметный расчет: Включает составление локальных, объектных и сводных смет. Расчет ведется базисно-индексным или ресурсно-индексным методом на основе Государственных элементных сметных норм (ГЭСН) или Федеральных единичных расценок (ФЕР). Сметы должны охватывать прямые затраты (материалы, оплата труда рабочих, эксплуатация машин), накладные расходы и сметную прибыль.

Технико-экономические показатели (ТЭП):
Для оценки эффективности проекта необходимо свести основные ТЭП:

Показатель	Единица измерения
Общая площадь здания	м²
Жилая площадь	м²
Строительный объем (надземная и подземная части)	м³
Общая сметная стоимость строительства	руб.
Удельная стоимость 1 м² общей площади	руб./м²
Продолжительность строительства (по графику)	мес.

Анализ ТЭП позволяет сравнить данный проект с типовыми решениями и оптимизировать затраты.

Заключение

Данный комплексный курсовой проект представляет собой методологически выверенное инженерное решение по строительству малоэтажного здания, полностью соответствующее актуальным требованиям гражданского строительства. Были выполнены ключевые расчеты: от статического сбора нагрузок с применением актуальных коэффициентов надежности (СП 20.13330.2016) до многофакторного теплотехнического анализа, включающего проверку на конденсацию (СП 50.13330.2012). Технологический и организационный разделы обеспечили обоснованный выбор монтажного механизма и детальный расчет объемов земляных работ по методу призматоида. Комплексное применение нормативной базы (СП 48.13330.2019, СП 12-136-2002) в планировании работ и разработке стройгенплана гарантирует безопасность и эффективность всего строительного цикла. Таким образом, поставленные цели по созданию полноценной проектно-расчетной курсовой работы достигнуты.

Список использованной литературы

1. Технология строительных процессов / под ред. Н. Н. Данилова. М.: Высшая школа, 1997.
2. Швиденко В. И. Монтаж строительных конструкций. М.: Высшая школа, 1987.
3. Косоруков Н. И. Проектирование организации производства строительно-монтажных работ в гражданском строительстве. М.: Высшая школа, 1980.
4. Хамзин С. К., Карасев А. К. Технология строительного производства. Курсовое и дипломное проектирование. М.: Высшая школа, 1989.
5. Марионков К. С. Основы проектирования производства строительных работ. М.: Стройиздат, 1968.
6. Технология строительного производства. Справочник / под ред. С. Я. Луцкого, С. С. Атаева. М.: Высшая школа, 1991.
7. ЕНиР Сб.4. Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы. М.: Стройиздат, 1969–1983.
8. Строительные краны. Справочник / под ред. В. Н. Станевского. Киев: Будивельник, 1989.
9. Серова Т. М. Подбор средств механизации для монтажа жилых крупнопанельных зданий. М.: Стройиздат, 1992.
10. Справочное пособие по строительным машинам. Машины грузоподъемные для строительно-монтажных работ. М., 1994.
11. Строительное производство. Справочник строителя. Т. 2. Организация и технология работ. М.: Стройиздат, 1989.
12. Возведение многоэтажных промышленных зданий унифицированных габаритных схем. М.: Стройиздат, 1969.
13. Возведение одноэтажных промышленных зданий унифицированных габаритных схем. М.: Стройиздат, 1976.
14. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. URL: cntd.ru (дата обращения: 30.10.2025).
15. СП 48.13330.2019. Организация строительства. СНиП 12-01-2004. URL: cntd.ru (дата обращения: 30.10.2025).
16. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. URL: cntd.ru (дата обращения: 30.10.2025).
17. СП 12-136-2002. Решения по охране труда и промышленной безопасности в проектах организации строительства и проектах производства работ. URL: stroyinf.ru (дата обращения: 30.10.2025).
18. Подсчёт объёмов земляных работ по устройству выемок (котлованов, траншей) и насыпей при известных. URL: xn--123-3ed8d.xn--p1ai (дата обращения: 30.10.2025).
19. Подсчет объемов земляных работ: формула расчета и методы. URL: fundamenty.pro (дата обращения: 30.10.2025).
20. Методические указания по выбору монтажного крана. URL: infourok.ru (дата обращения: 30.10.2025).
21. Методика подбора передвижных стреловых кранов для возведения зданий. URL: urfu.ru (дата обращения: 30.10.2025).
22. Технические характеристики и выбор грузоподъемных кранов: учебно-методическое пособие. URL: bntu.by (дата обращения: 30.10.2025).
23. Подбор грузоподъемных машин. Приказ Ростехнадзора от 10.05.2007 N 317 (Методические рекомендации). URL: consultant.ru (дата обращения: 30.10.2025).
24. Подсчет объемов земляных работ. URL: studfile.net (дата обращения: 30.10.2025).