ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ Н.М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОМУ

РАСЧЕТУ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ

ОСНОВАНИЙ

ПРОСТРАНСТВЕННЫХ

ВЕНТИЛИРУЕМЫХ

ФУНДАМЕНТОВ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ имени Н.М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОМУ

РАСЧЕТУ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ

ОСНОВАНИЙ

ПРОСТРАНСТВЕННЫХ

ВЕНТИЛИРУЕМЫХ

ФУНДАМЕНТОВ

МОСКВА-1985

2.4.    По надземной конструкции здания илп сооружения задаются сопротивление яеплопередаче конструкции пола первого этажа Яп _; расположение в плане несущих фундаментов, а также длина L и ширина Ш здания или сооружения, расчетная температура воздуха в помещении t_e . °С.

2.5.    Для пространственных фундаментов конструктивно и до

статическому расчету определяются тип фундамента и его следупцве характеристики: высота k > м; суммарная толщина верхнего и нижнего поясов и наклонных элементов 2$    >    м;    ширина    подошвы    вентили

руемой полости S , м; шаг между вентилируемыми полостями в , м; коэффициент теплопроводности материала фундамента Л с > ВгЛм². °С).

Примечание. Щжнятые значения Я„ или в могуч бить уточнены нестоящим теплотехническим расчетом.

3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ, СШ5ПШВА101Щ ЗАДАННЫЙ ТЕШШРАТУЙШЙ ШШ НОТТОВ ОСНОВАНИЯ

ЗЛ. Глубина оттаивания грунта Н₉ зависит от: средне зимней температуры на стенках вентилируемых полостей фундаментов t_c , °С;

расчетной температуры воздуха в помещении £_в , °С; сопротивления теплопередаче конструкции пола^ Л# , м^С/Вт; коэффициентов т еллопроводноо те подсыпки Л г % Л/м и подстиладцего грунта Лг • Лм г Вт/(м.°С);

формы и геометрических размеров вентилируемых полостей фундаментов (высоты k и ширины подошвы S , м); шага между вентилируемыми полостями В , м; высоты подсыпки Н* * Щ

3.2.    Наиболее сущеногвеяное влияние на величину Но оказывает сопротивление теплопередаче конструкции пола Я о и шаг между вентилируемыми полостями фундаментов В

3.3.    Шаг В между вентилируемыми полостящ ленточных и столбчатых фундаментов определяется расстоянием между их рядами.

Если это расстояние больше 12 метров, следует предусмотреть установку промежуточных рядов вентщ^ешх каналов, восприниаввго только нагрузки, передаваемые через пол.В плитных фундаментах может предусматриваться вентилирование каждой второй, третьей и

10

и т.д. полостей нижнего ряда*

а) Расчет требуемого сопротивления теплопередаче конструкции

3.4. Расчет требуемого для обеспечения заданной глубины оттаивания грунта Но сопротивления теплопередаче конструкции пола ft а проводится по заданным расчетной температуре воздуха в помещении t₆ , средним за период вентилирования скорости ветра V? и температуре наружного воздуха    ,    форме и размерам

вштилируешх полостей фундамента (высоте k и ширине подошвы 6 ) и принятому шаху между вентилируемыми полостями фундаментов в

Последовательность ваочета

3.5* Назначается продолжительноеть периода зимнего вентилирования фундаментов Z₃ в соответствии о годовым графиком изменения среднемесячных температур наружного воздуха £# ( Z ). Для иеклкнения возможности выпадания инея на стенках фундамента при попадании в фундамент теплого воздуха, его вентилирование производится при устойчивых отршательных температурах наружного воздуха ~кн • исходя из условия £₀ * -5°С.

3,6. Находятся средние за период зимнего вентилирования Z_s скорость ветра V#³ и температура наружного воздуха

^г“-£Ё^г~<*>-.    ®

<*>

^ с*£

3.7 Определяется скорость движения воздуха по вентилируемым полостям фундамента Vp . Величина V<p зависит от ввда применяемой вентиляции - естественной или принудительной. При естественном движении воздуха, происходящим под действием ветрового и теплового напоров, Vp устанавливается в зависимости от скорости ветра в районе строительства V» % ориентации здания или сооружения по отранам света, размеров поперечных сечений вентилируемых полостей и др. по существующим методикам расчета вентиляции и аэрации зданий. При принудительном движении воздуха, осуществляемом о помощью вентиляционных установок, V<p назначается в пределах 2-5 м/сек, окончательный выбор значения V<p оцределя-

II

ется следующим: еоли в результате Проведенного теплотехнического расчета установлено, что предварительно заданная скорооть не обеспечивает требуемых температур грунтов основания, то ее необходимо увеличить и провести повторный теплотехнический расчет. Следует иметь в веду» ^что увеличение скорости движения воздуха по фундаменту может оказаться менее экономичным по сравнению о увеличением сопротивления теплопередаче перекрытия над фундаментом и уменьшением шага меяду вентилируемыми полостями.

3.8.    Определяется коэффициент теплоотдачи (с учетом конвекции

и излучения) стенок фундамента сС_с в период его зимнего вентилирования по графикам рис.4 в зависимости от параметров V<p и <£₃    ,

хде &_э - 4 F/P - эквивалентный диаметр вентилируемой полооти фундамента; F и Р - соответственно площадь и периметр поперечного сечения вентилируемой полости фундамента.

3.9.    Вычисляется оредняя за период зимнего вентилирования полости фундамента температура его стенки £_с (jt) в зависимости от расстояния у. от входа воздуха в фундамент по формуле:

tc (у) - IмШ +f)exp(~ap) -J3] + ЪДг&кеСс),    <з)

где Як - сопротивление теплопередаче перекрытия над вентилируемым фундаментом, м² . °С /Вт, требуемое значение которого ЯТчЯ_к определяется по СНиП П—3—V9 "Строительная теплотехника" так ее, как для перекрытия над открытым вентилируемым подпольем;

(4)

лГЩ'

У-0.    (6)

Параметр (р находится по графикам рис^5 в зависимости от параметров^ Z₃ - iF/fc и fL₉~/io +Лг&к , где fi, равно 0,5 А ; 0,67 h и 0,6 к для вентилируемых полостей соответственно с прямоугольной, треугольной и полукруглой формой поперечного сечения. Значение к_{0 г} для вентилируемых полостей трапецеидальной фермы принимается как для полостей полукруглой 12

формы о равным основанием,

Примечание. Значения А? > отвечающие требованиям СНиП П-3-79 и соответственно значения Я* могут быть щашятн линейно умевьшайцишся по длине .вентилируемой полости. Наибольшее Я/(о) значение Я? соответствует начальному участку ( ^ « 0), наименьшее А? ( L ) - конечному участку (    ),    при    этом    значение

Я? ( L ) следует вычислять по формуле СНиП П-3-79 при расчетной зимней температуре наружного воздуха'    ~    £#    (    Ь    ),    определяемой по формуле (3) настоящих рекомендаций ( £_Н(Ь) - ££(Ь)    )

при    » АТ(О) и £# « £«    ,    где    £„    определяется    по

таблице 5 СНиП П-3-79.

ЗЛО, Находится продолжительность летней консервации фундаментов:

Г_А - Гг - Гм '    (7)

цце 2>г ~ продолжительность года, равная 12 мео.

3.II, Определяется сопротивление теплопередаче фундамента во время его летней консервации:

Аф *■ +Ак + 28/2/с *    (8)

ЗЛ2* Вычисляются значения среднемесячных температур стенки фундамента в летний период:

tc(t)-o,33t*- Ш*£* fc(/бЗ?₃/(£*?h О)

где Z - время, отсчитываемое от начала консерваций фундаментов,

3.13.    Определяется средняя за период летней консервации фундаментов температура стенки фундамента:

С- 4 % ню ■

Сл £Г/

8.14.    Находится среднегодовая температура стенки фундамента:

ЗЛв, Определяется параметр %_в , м до следующим зависимостям:

для ленточных и столбчатых фундаментов -

Zc “ Но + Но Я/ Г /Лум >    (13)

для плитных фундаментов -

Zo - Нс + Лг Ш/Лс * ол * Но'/Лт) •    (И)

3.17.    Определяется требуемое сопротивление теплопередаче конструкции пола:

Я7-    ,    да

Лт

где

<У“    ,    м2;    (16)

Х^.Лг^/Лт_Н«.    ,    Вт/'м².^);    (Г?)

Л ^ По

^„ftWHo + frcWcHS' ^    ₍₁₈)

По + По

/7 = 1 для прямоугольной и трапецеидальной формы полостей и С *= 6 для треугольной формы полостей; параметр    опреде

ляется в зависимости от формы поперечного сечения вентилируемых полостей фундаментов, шага мезвду ними В и безразмерной температуры V. по графикам рис.6,7,8.^

Примечание. Значения Яп , обеспечивающие заданную величину Но * могут быть приняты линейно уменьшавшая по длине вентилируемой полости соответственно значениям £_с на входе ( £ *= 0) и на выходе (    £    *=    I    )    из    нее.

б) Расчет требуемого шага между вентилируемыми полостями йундамента Втр

3.18.    При принятой величине сопротивления теплопередаче конструкции пола Я_п заданная глубина оттаивания Но монет быть обеспечена выбором соответствущего значения шага В между

16

Рис* 7. Графики для определения при треугольной форде вентилируемых полостей фундаментов

18

рис, 8, Графики для определения при зршецеидадьной форме поперечного сечения вентилируемых полостей;

I - фуздамевтн-ч)болочзш; В - ленточные фундаменты

19

УДК 624*139 : 624*15

Рекомендации содержат методику в пример теплотехнического расчета оснований зданий и сооружений» строящихся на пространственных вентилируемых фундаментах в районах оплошного распространения вечномерзлых грунтов. Конструктивные решения, особенности статического расчета и устройства пространственных вентилируемых фундаментов изложены в "Рекомендациях но проектированию пространственных вентилируемых фундаментов на вечномерзлых грунтах" (М., НИЙОСЕ, 1985).

Методика позволяет уотановить режим вентилирования и параметры фундаментов» обеспечивавшие требуемое для устойчивости и надежности здания шш сооружения тепловое состояние вечномерзлых грунтов основания.

Рекомендации разработаны кандидатами техн. наук Н.В.Кутвицкой и М.Р.Гохманом (ШИ оснований и подземных сооружений им.Н.М.Героева-нова Госстроя СССР) при участии инд. Ю. А. Струбцова (СисШШгазотрой), одобрены секцией "Фуццаментоо троение на вечномерзлых грунтах'¹ Научно-технического совета института и рекомендованы к изданию.

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: 109389, Москва, Ж-389, 2-я Институтская, д.6, НИИ оснований и подземных сооружений имЛКМ.Герсеванова.

Красного Знамени научна-исследовательский й подземных сооружений имени Н.М.Герсеванова,

I* ОБЩЕ ШЛЩВДМ

1.1.    Настоящие Рекомендации составлены в развитие главы СНиП П-18-76 "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" и распространяются на проектирование оснований зданий и сооружений, возводимых на пространственных вентилируемых фундаментах в районах вечномерзлых грунтов,

1.2.    Рекомендации предназначены для расчетов температурного режима вечномерзлых грунтов основания, которые попользуются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации здания или сооружения,

1.3» Настоящие Рекомендации дополняют "Рекомендации по проектированию пространственных вентилируемых фундаментов на вечномерзлых грунтах" (М*, НЙИОСП, 1985), в которых приведены конструктивные решения пространственных фундаментов, способы и режимы их вентилирования, особенности проектирования, строительства и эксплуатации оснований с пространственными вентилируемыми фундаментами»

1.4» Пространственные фундаменты подразделяются на плитные, ленточные и столбчатые* Плитный фундамент (рис.1) имеет верхний (I) и нижний (II) пояоа и наклонные элементы (Ш), которые образуют сквозные полости треугольного сечения. Нижний поло плитного фундамента опирается на подсыпку» Ленточный фундамент (рис.2) состоит из коробчатых элементов (I) или складок (II), между и под которыми отсыпается подсыпка (Ш). Столбчатый фундамент состоит яэ массивных опорных элементов, имещих сквозные полости, и соединительного тонкостенного канала. По охлаждающему воздействию на грунты основания столбчатый фундамент не отличается от ленточного*

Поперечное сечение вентилируемых сквозных полостей пространственных фундаментов может иметь прямоугольную, треугольную, трапецеидальную, полукруглую и др. формы*

1.5. Пространственные вентилируемые фундаменты совмещают функции несущей конструкции и охлаждающего устройства,* Охлаждение грунтов оснований достигается в зимнее время при движении по сквозным полостям пространственных фундаментов холодного наружного воздуха. Интенсивность охлаждения грунтов при вентилировании пространственных фундаментов завиоит от формы и размеров вентилируемых полостей, расстояний между ними, скорости движения по ним воздуха, сопротивления теплопередаче конструкций над и между полостями, температур

3

Рно.1. Схемы охландения грунтов оснований шштншс фундаментов: а, 6 - общее охлаждение; в,г - местное охлаждение;

1    - верхний поло? П - нижний пояс; Ш - наклонные элементы;

I» вентилируемые полости;

2    - закрытые полости;

3    - граница талой зоны

Рис, 2, Схемы охлаждения грунтов оснований ленточных и столбчатых фундаментов:

I - вентилируемые полости; 2 - закрытые полости;

3 - граница талой зоны

5

наружного воздуха и воздуха в помещении и др. На летний период вентшшруемые полости закрываются, чтобы исключить попадание в фундамент теплого наружного воздуха. За время летней консервации фундаментов происходит повышение температура грунтов основания при частичном или полном оттаивании подсыпки и в допустимых случаях ограниченного слоя подстил ащего грунта,

1,6. В зависимости от типа пространственных фундаментов (плитного, ленточного или отшгбчатого) и принятой схемы движения по ним воздуха может быть достигнуто общее ш местное охлаждение грунтов основания. При общем охлаждении приток холода в грунт происходит по всей поверхности грунта под зданием, так, как это, например, наблюдается при устройстве вентилируемого подполья,

(п.3.12 СНиИ Л-18-76). При местном-наиболее интенсивное охлаждение грунта имеет место в зонах размещения вентилируемых полостей, а между ниш формируются локальные зоны постоянно талого грунта.

1.7* При применении фундаментов плитного тина возможны оба вида озигавдения грунтов основания - общее или местное. Общее охлаждение наблюдается при вентилировании всех полостей фундамента (рисДа) или только полостей нижнего ряда (рис.16). Местное - при вентилировании отдельных полостей нижнего ряда фундамента (рис.1в,г). Фундаменты ленточного и столбчатого типов, дооледний в сочетании со специашшш вентилируемыми равдбалками, создают только местное охлаждение грунтов основания (рио, 2),

1.8.    Настоящие Рекомендации распространяются на местное охлаждение грунтов оснований с помощью пространственных вентилируемых фундаментов при расстоянии между вентилируемыми полостями

В - 3 + 12 м, ширине подошв вентилируемых полостей В » 0,5 + 2 м, высоте фундаментов А я 0,5 * 2,0 м (рис.З), Цри общем охлаждении теплотехнический расчет может быть выполнен по той же методике, что в для открытых вентилируемых подполий (см. СНиП Д-18-76).

При этом, если верхний слой полостей фундамента не вентилируется, то его сопротивление теплопередаче, ооредненное по площади, включается в суммарное сопротивление теплопередаче перекрытия над подпольем,

1.9.    Теплотехническим расчетом устанавливаются геометрические и теплотехнические параметры системы охлаждения, а также режим

ее зимнего вентилирования, обеспечивающие создание в период строительства и сохранение во время эксплуатации температурного режима грунтов основания, требуемого для надежной и долговечной

6

Рпс. 3. Расчетная схема для теплотехнического расчета: а - ленточные и столбчатые фундаменты; б - плитный фундамент

работы фундаментов и сооружения.

1.10.    При теплотехническом расчете вое шш пространственных фундаментов (шштный, ленточный и столбчатый) рассматриваются как системы горизонтальных вентилируемых полостей, разделенных грунтовыми или воздушными прослойками. Грунтовая прослойка из материала подошки располагается между рядами ленточных и столбчатых фундаментов, воздушная прослойка - между вентшируемыш полостями плитного фундамента.

1.11.    Под подошвами пространственных вентшшруемых фундаментов в летнее время формируется слой оттаявшего грунта, полностью или частично промерзающий в период зимнего вентилирования. Б случае оттаивания только подоышш расчет фундаментов в соответствии

со СНиП П-18-76 производится по несущей способности и деформациям оттаявшего слоя подоышси.

В случае оттаивания подстилающих естественных грунтов расчет фундаментов щюизводитоя по несущей способности и деформациям оттаявших слоев подсыпки и грунта, а также по устойчивости фундамента при действии сил морозного пучения при промерзании грунтов под подошвой фундамента в соответствии со СНШ П-18-76 и СНиП Я,02.01-83 "Основания зданий и сооружений".

1Л2. Допустимые глубины оттаивания грунта между вентилируемыми полостями ленточных и столбчатых фундаментов На и под их подошвами ff_Q складываются из толщин оттаявших слоев подсыпки Но {Н_а ) и подстилающего грунта Но { Но ) (рис.За) и определяются отатическими расчетами соответственно полов и фундаментов. Допустимые глубины оттаивания грунта Но мевду вентилируемыми полостями плитных фундаментов и под их подошвами Н₀ складываются из тсшда^оттаявпшх слоев подсыпки Но и подстилающего грунта Н₀ С //„^г ) (рис.36) и определяются статическим расчетом фундамента.

1# 13. Статический расчет шштных фундаментов проводится с учетом неравномерности оттаивания основания, характеризующейся разностью глубин оттаивания основания Не и Не соответственно код подошвами вентилируемых полостей и между ними.

I.I4. Статический расчет ленточных и столбчатых фундаментов производится о учетом расчетной температуры t*(Z) и глубины оттаивания грунта под их подошвами Н₀ *

I.I5* Расчет выполняется для ряда поперечных относительно осей вентилируемых полостей сечений оснований. Расчет температурного

8

поля под всей зданием или сооружением допуокаетоя производить для двух сечений: на входе и на выходе воздуха в вентилируемые полости фундамента, подучая значения температур для промежуточных сечений линейной интерполяцией.

I.I6. Теплотехническим расчетом определяются:

параметры системы охлаждения, обеспечивающие заданное положение глубины оттаивания грунта между вентилируемыми полостями фундаментов;

расчетные температуры и глубина оттаивания грунта по* подошвой фундаментов.

2. таОДШЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

2.1.    Климатические характеристики задаются по СНиП 2.01.01-82 "Строительная клирлатология и геофизика”, климатологическим справочникам или по данным многолетних наблюдений метеорологических станций и вкляяают:

среднюю температуру наружного воздуха наиболее холодной ПЯТЩЩвВКИ £_п, °С{    _см

среднемесячные температуры наружно^ воздуха С _н , °С;

среднемесячные скорооти ветра V _н , м/с,

2.2.    Характеристики вечномерзлых грунтов площадки строительства определяются по результатам инженерных изысканий, лабораторных исследований и по СНиП П-18-76 "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" и вклняают наименования и состав грунтов, а также: температуру вечномерзлого грунта на глубине Юм t₀ * °^с» температуру начала замерзания грунтовой влаги ^ н.з.^# °^С' коэффициенты теплопроводности грунта в талом Х_ги мерзлом* Ъм состояниях, ВтСм². °С), объемную теплоемкость грунта в мерзлом состоянии ^см* кДж/См³.⁰*?), определяемые экспериментальным путем или по приложению I СНнП П-18-76 в зависимости от суммарной влажности грунта W_c , доли ед, и плотности скелета у*к • кН/м³.

Характеристики подсыпки включают наименование и оостав грунта, а также высоты подсыпки Н" и //* соответственно мея^у и под фундаментами, коэффициенты теплопроводноети в талом Л_г и мерзлом состояниях, ВгДм², °С), определяемые экопериментальным путем или по приложению I СНиП П-18-76 в зависимости от суммарной влажности грунта W_c , доли ед, и плотпооти его скелета , кН/м³.

9