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 te . °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 tc , °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 Zs скорость ветра V#3 и температура наружного воздуха
г“-£Ёг~<*>-. ®
<*>
^ 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 сСс 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)
2" ш
а “ S6S V<p F(i+ у>) '
где Як - сопротивление теплопередаче перекрытия над вентилируемым фундаментом, м2 . °С /Вт, требуемое значение которого ЯТчЯк 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 к0 г для вентилируемых полостей трапецеидальной фермы принимается как для полостей полукруглой 12
|
Рис.4. Графики для определения о6< |
Рио. 5. Графики для определения параметра р
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:
ГА - 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:
С-± (&,+*?&■
3,15. Вняисляется безразмерная температура U
imXr/ti - tc
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 Яп заданная глубина оттаивания Но монет быть обеспечена выбором соответствущего значения шага В между
16
0,5 $8 Of 08 Of ft* |
Mfaprof |
1 |
2 |
3 |
I/ |
5 |
а |
7 |
8 |
9 |
10 |
If |
/2 |
h.n |
0,0 |
1,0 |
Of |
7,5 |
Of |
i |
1,5 |
1 |
if |
2 |
1,5 |
г |
В, н \ |
0,5 |
0,5 |
10 |
Of |
1,5 |
1 |
1 |
If |
if |
If |
2 |
2 |
|
Рис. 6. Графики для определения при прямоугольной форме
поперечного сечения вентшгаруерлых полостей фундаментов: а)В-6м;с5)1-В^9м;П~В:=12м
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.
©Ордена Трудового институт оснований 1985
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,
Рис. 9. Графики для определения коэффициента К4
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 ffQ складываются из толщин оттаявших слоев подсыпки Но {На ) 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 Хги 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 Wc , 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 Лг и мерзлом состояниях, ВгДм2, °С), определяемые экопериментальным путем или по приложению I СНиП П-18-76 в зависимости от суммарной влажности грунта Wc , доли ед, и плотпооти его скелета , кН/м3.
9