Почему в поселке Новоорск не строят высокоэтажных зданий?

Введение

Каждый человек, готовящийся к взрослой жизни, когда–нибудь задумывается: «Где я буду жить?». Многим нравится жить в поселке Новоорск и никуда не уезжать с этой местности, быть полезным родному краю.
Нуждающихся в жилье с каждым годом становиться все больше и больше. Экономические проблемы, связанные с материальными затратами на строительство жилья, решить обычным способом не удается. На мой взгляд, решить эту проблему можно, построив высокоэтажные здания. При этом желающие получат жилье, и экономно будет расходоваться земля под строительство.

В поселке Новоорск высокоэтажных зданий нет, поэтому наиболее актуальной для меня проблемой является вопрос: «Почему в нашем поселке не строят высокоэтажные дома»?

Для разрешения этой проблемы выдвигаю гипотезу:
- высота здания должна зависеть от рода грунта, от площади фундамента, от материала, из которого строится здание.
Для проведения исследования ставлю перед собой цель:
-теоретически рассчитать допустимую высоту зданий на почвах разного вида и из различного материала.

При проведении исследования необходимо решить следующие задачи:
1. Определить виды почвы в п. Новоорск.
2. Выяснить из какого материала выполнены дома в п. Новоорск.
3. Сравнить численный состав домов, выполненных из различных материалов.
4. Рассчитать допустимую высоту зданий в п. Новоорск.

Основными способами исследования являются:
-наблюдения;
-опрос населения;
-получение информации в технических отделах администрации поселка.

Теория исследования

Из курса физики 7 класса известно, что тела взаимодействуют друг с другом. Результатом взаимодействие тел является сила. Действие силы определяется величиной и направлением. Величина силы зависит от рода взаимодействия, например, на здание действует сила тяжести вследствие притяжения к Земле. Сила тяжести рассчитывается по формуле F=mq, то есть зависит от массы тела (ускорение свободного падения можно считать неизменным на данной высоте). Здание действует на опору (Землю) с силой, которую называют весом. Если тело находится в покое, то вес тела численно равен силе тяжести. Масса, в свою очередь, зависит от плотности и объема тела, значит, изменить силу тяжести можно, меняя размеры здания и используя материалы с различной плотностью.
Результат действия силы зависит еще и от площади той поверхности, перпендикулярно которой действует сила. Учет всех особенностей включает в себя такая физическая величина, как давление.
ЧТОБЫ ОПРЕДЕЛИТЬ ДАВЛЕНИЕ, НУЖНО СИЛУ, ДЕЙСТВУЮЩУЮ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО ПОВЕРХНОСТИ, РАЗДЕЛИТЬ НА ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ.
Для расчета давления тела существует формула:P=F\S. Из формулы видно, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление и наоборот. С другой стороны, чем больше сила, тем больше давление.
Результат давления при равенстве силы и опоры еще зависит и от рода материала, из которого сделана опора. Более того, необходимо учитывать сплошное тело или в теле есть поры. Так как поры заполнены воздухом, а плотность воздуха меньше плотности твердого тела, поэтому плотность тел с порами будет меньше, чем плотность этого же тела без пор. Насыпная плотность твердых тел (песок, глина и т. д.) различна, что тоже необходимо учитывать при строительстве здания.
Различные грунты земли выдерживают различное давление. Когда давление выше предельной нормы грунт разрушается, и здание может покоситься, дать трещину стены или совсем развалиться.
Строители, прежде чем приступить к постройке здания, исследуют грунт, определяют, какое давление он может выдержать, и в зависимости от этого рассчитывают ширину фундамента и высоту дома.

1. Исследование грунта.

При исследовании грунта методом опроса населения, изучение грунта на собственном участке, а также с учетом данных земельного отдела администрации поселка были получены следующие результаты:

Из диаграммы видно, что большая часть земель п. Новоорск составляет песчаный грунт.

2. Исследование строительного материала.

В результате наблюдений, опроса населения поселка было выяснено, что дома в нашем поселке построены из различных материалов: кирпича, шлакоблоков или панелей и из дерева.
Результаты можно представить в виде следующей диаграммы:

Анализируя результаты, отображенные на диаграмме, можно сделать вывод о том, большинство домов в п. Новоорск выполнены из материалов с большой плотностью. Так, например, плотность кирпича равна 1800кг/м³, для сравнения, плотность дерева может принимать значения в зависимости от пород дерева от 650кг/м³ для березы и до 520кг/м³.

3. Исследование высоты зданий.

Анализируя последнюю диаграмму, можно сделать вывод о том, что в поселке Новоорск очень мало высоких зданий. Пятиэтажных домов всего 2, четырехэтажных – 10, трехэтажных – 15, двухэтажных – 70. а остальные дома составляют частный сектор. Эти результаты были получены при простом подсчете домов, а также с использованием статистических данных.

Фотографии различных домов:

Итоговое заключение:

Дома в поселке Новоорск большей частью выполнены из кирпича и возведены на песчаной почве.
Поэтому, для выяснения причин, не позволяющих строить высокоэтажные дома в Новоорске, будем опираться на перечисленные ранее параметры.

Практика исследования.

Какой же высоты можно строить здание на песчаном грунте, например, из кирпича?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассчитать давление, которое производит дом из кирпича на песчаном грунте. Ширина фундамента будет равна ширине стены. Для простоты определим давление 1м кирпичной кладки, зная, что плотность кирпича 1800кг/м³.
Зная, что песчаный грунт выдерживает давление равное 180000Па, найдем максимальную высоту здания на песке из кирпича.
Для этого используем формулу давления:P=F\S, где F-вес кирпичной кладки, S- площадь основания.
Расчеты:
F=mq=pvq=1800кг/м³ 1м³ 10н/кг=18000Н.
Найдем давление столбика высотой 1м:
P=18000Н/1м2=18000Па.
Допустимая высота строения:
H=180000Па/18000Па=10(м).
Значит, на песчаном грунте можно построить здание из кирпича высотой не более 10м. Если принять высоту 1 этажа за 2м, то на песке из кирпича можно строить только пятиэтажные здания. Если площадь фундамента увеличить в 2 раза, то на том же грунте здание можно построить в 2 раза выше (20м).
Аналогичные расчеты можно провести с другими данными: деревянные дома на песке, кирпичные дома на глине, деревянные дома на глине.
Так, зная плотность дерева, например, сосны ( 500кг/м³), в результате расчетов получается:

H=Pдоп /pq=180000Па/500кг\м³ 10м/с²=36м.
Следовательно, из дерева на песке можно строить дома высотой 36м (18 – этажные здания).
При допустимом давлении на глину ( 300000 Па) на этой почве из кирпича можно построить здание высотой:
H=300000Па/1800кг/м³10м/с²=17м.(8- этажные здания)
Из сосны же можно на глине построить дома высотой 60м , то есть 30 – этажные здания. Это следует из расчетов:
H=300000Па/500кг/м³10м/с²=60м.

Анализ результатов

Приступая к исследованию, был осуществлен прогноз, согласно которому высота зданий в поселке Новоорск должна зависеть от вида почвы и от строительного материала.
Анализ почвенного состава показал, что почвы в поселке в основном песчаные; строительный материал чаще всего кирпич и дерево(80% кирпич или шлакоблок). Поэтому можно прогнозировать, что здания возводятся из кирпича на песчаном грунте.

Из таблицы, в которой занесены результаты исследований, видно, что в поселке Новоорск дома можно строить только высотой не более 10 м, то есть 5-этажные.
Конечно, можно было бы построить и 18-этажные здания, но из дерева. Степные массивы Оренбургской области не дают такой возможности.
Поэтому, теперь ясно, в поселке Новоорск на песчаных почвах можно строить из кирпича 5-этажные здания и не выше.
Как отмечалось ранее, высота зданий зависит и от площади фундамента. Но это тема для нового исследования.

Список литературы:

А.С.Енохович. Справочник по физике.-М.:Просвещение,1990.
БлудовМ.И. Беседы по физике: Кн. Для учащихся ст. классов сред. шк./Под ред. Л.В. Тарасова.-4 е изд.-М.: Просвещение, 1992.
Куприн М. Я. Физика юным. Южно- Уральское кн. Изд.,1990.
Ландау Л. Д. и др. Физика для всех: Физические тела.-М.: Наука,1984.

Руководитель курсов: учитель физики Калякина Л.Н.

Выполнила: ученица 9 класса Приходько Виктория

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №4 п. Новоорск»
Новоорского района Оренбургской области