нииосп

нииосп
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО З Н А М Е Н И
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИН С ТИ ТУ Т
ОСНОВАНИЙ И П О Д ЗЕМ Н Ы Х СООРУЖЕНИЙ
имени 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
МО СКВА-1985
ш
624.139 : 624.15
Рекомендации содержат методику и пример теплотехнического
расчета оснований зданий и сооружений, строящихся на пространствен­
ных вентилируемых фундаментах з районах ошошного распространения
вечномерзлых грунтов. Конструктивные решения, особенности статичес­
кого расчета и устройства пространственных вентилируемых фундаментов
изложены в "Рекомендациях по проектированию пространственных венти­
лируемых фундаментов на вечномерзлых грунтах" (М., НИИОСП, 1985).
Методика позволяет установить режим вентилирования и пара­
метры фундаментов, обеспечивающие требуемое для устойчивости и
надежности здания шга сооружения тепловое состояние вечномерзлых
грунтов основания.
Рекомендации разработаны кандидатами техн. наук Н.Б.Кутвицкой
z М.Р.Гохманом (НИИ оснований и подземных сооружений им.Н.М.Героеванова Госстроя СССР) при участии инн.Ю.А.Струбцова (СибШЛИгазотрой),
одобрены секцией "Фундаментостроение на вечномерзлых грунтах"
Научно-технического совета института и рекомендованы к изданию.
Замечания и предложения просьба направлять по адресу: 109389,
Москва, Ж-389, 2-я Инотитутская, д. 6, НИИ оснований и подземных
сооружений им.И.М.Герсеванова.
@Орцена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский
институт оонований и подземных сооружений имени Н.М.Герсеванова,
1985
I . ОБЩЕ ПОЖЖЕШЯ
1 .1. Настоящие Рекомендации составлены в развитие главы
СНиП П-18-76 "Основания и фундамента на зечномералых 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 тече­
ние всего заданного периода эксплуатации здания или сооружения.
1 .3 . Настоящие Рекомендации дощишяит "Рекомендации по проек­
тирование пространственных вентилируемых фундаментов на вечномерз­
лых грунтах" (М ., НШХЯ1, 1985), в которых приведены конструктивные
решения проотраяственннх фундаментов, способы и режимы их вентилиро­
вания, особенности проектирования, отроительотва и эксплуатации
оснований с пространственными в е н т и л и р у е м ы м и фундаментами.
1.4 . Пространственные фундаменты подразделяются на плитные,
ленточные и столбчатые. Плитный фундамент (рис.1) имеет верхний (X)
я нижний (II) пояоа и наклонные элементы (Ш), которые образуют
сквозные полости треугольного сечения. Ншгний лояо плитном фунда­
мента опирается ва подсыпку. Ленточный фундамент (рте.2) состоит
из коробчатых элементов (I) или складок (II), меаду и под которыми
отсыпается подсыпка (Ш). Столбчатый фундамент состоит из массивных
опорных элементов, имепцих сквозные полости, и соединительного тонко­
стенного канала. По охлавдалцему воэдейоткию на грунты основания
столбчатый фундамент не отличается от ленточного.
Поперечное сечение вентилируемых сквозных полостей пространст­
венных фундаментов может иметь прямоугольную, треугольную, трапецеи­
дальную, полукруглую и др. формы.
1 .5 . Пространственные вентилируемые фундаменты совмещают функ­
ции несущей конструкции и охлаждающего устройства,. Охлаждение
грунтов оснований достигается в зимнее время при движении по сквоз­
ным полостям пространственных фундаментов холодного наружного воз­
духа. Интенсивность охлаждения грунтов при вентилировании пространст­
венных фундаментов зависит от формы и размеров вентилируемых полос­
тей, расстояний меиду ниш , скорости движения по ним воздуха, сопро­
тивления теплопередаче конструкций над и меаду полостями, температур
3
О)
Рио.I. Схемы охлавдения грунтов оснований шштных фундаментов:
а ,<5 - общее охладцение; в,г - местное охлаждение;
1 - верхний нояо; П - нижний поло; Ш - наклонные элемен­
та;
I- вентилируемые полает;
2 - закрытые полости;
3 - граница талой зоны
Рио. 2. Схемы охлаждения грунтов оснований ленточных и столбча­
тых фундаментов:
I - вентилируемые полости; 2 - закрытые полости;
3 - граница талой зоны
5
нарузшого воздуха и воздуха в помещении и др. На летний период
вентилируемые псяости закрываются, чтобы исключить попадание в
фундамент теплого наружного воздуха. За время летней консерваций
фундаментов происходит повышение температуры грунтов основания щ и
частотном или полном оттаивании подсыпки и в допустимых случаях
ограниченного слоя подстилающего грунта.
1.6. В зависимости от типа пространственных фундаментов
(штатного, ленточного или столбчатого) и принятой схемы движения
по ним воздуха иокет быть достигнуто общее ш ш местное охлаждение
грунтов основания. При общем охлаждении приток холода в грунт
происходит по всей поверхности грунта под зданием, так, лак это,
например, наблвдается при устройстве вентилируемого подполья,
(п .3.12 СНШ Л-18-76). При местном-наиболее интенсивное охлаадение
грунта имеет место в зонах размещения вентилируемых полостей,
а между ними формируются локальные зоны постоянно таяого грунта.
1 .7 . При применении фундаментов плитного типа возможны оба
вида ожлавдения грунтов основания - общее кли местное. Общее охлаж­
дение н&йлвдаетоя при вентилировании всех полостей фундамента
(рис. 1а) или только полостей нижнего ряда (рис. 16). Местное - при
вентилировании отдельных полостей нижнего ряда фундамента (рио.1в,г).
фундаменты ленточного и столбчатого типов, пооледщш в сочетании
со специальными вентилируемыми равдбалкаад, создают только местное
охлаждение грунтов основания (рио. 2 ).
1.8 . Настоящие Рекомендации распространяются на местное охлаж­
дение грунтов оснований о помощью пространственных вентилируемых
фундаментов при расотоянии между вентилируемыми полостями
3 = 3 + 12 м, ширине подошв вентилируемых полостей 6 = 0 ,5 *■2 м,
высоте фундаментов k = 0,5 + 2 ,0 м (рис.З). При общем охлажде­
нии теплотехнический расчет может быть выполнен по той же методике,
что и для открытых вентилируемых подполий (см. СНиП Л-18-76).
При этом, если верхний слой полостей фундамента не вентилируется,
то его сопротивление теплопередаче, ооредаениое по площади, включа­
ется в суммарное сопротивление теплопередаче перекрытия над
подпольем.
1.9. Теплотехничеоким раочетом устанавливаются геометричеокие
и теплотехнические параметры системы охлавдения, а также режим
ее зимнего вентилирования, обеспечивагаще создание в период
строительства и сохранение во время эксплуатации температурного
режима грунтов основания, требуемого для надежной и долговечной
6
Рио. 3. Расчетная схема дои теплотехнического расчета:
а - ленточные и столбчатые фундаменты,б - плитный фундамент
7
работы фундаментов и сооружения.
1.10.
При теплотехническом расчете вое типы пространственных
фундаментов (шштныЕ, ленточный и столбчатый) рассматриваются нэк
системы горизонтальных вентилируемых полостей, разделенных грунтовы­
ми или воздушными прослойками. Грунтовая прослойка из материала
подонпки располагается мевду рядами ленточных и столбчатых фунда­
ментов, воздушная прослойка -меаду вентилируемыми полостями
плитного фундамента.
I.
II . Под подошвами пространственных вентилируемых фундаментов
в летнее время формируется слой оттаявшего грунта, полностью или
частично промерэахщий в период зимнего вентилирования. Б случае
оттаивания толкко подошка расчет фундаментов в соответствии
со СНиП П-18-76 производится по несущей способности и деформациям
оттаявшего слоя подонпки.
В случае оттаивания подстилающих естественных грунтов расчет
фундаментов производится по несущей способности и деформациям
оттаявших олоев подонпки и грунта, а тайке по устойчивости фунда­
мента при действии сил морозного пучения при промерзании грунтов
под подошвой фундамента в соответствии со СНнП П-18-76 и СНиП
2,02.01-83 "Основания зданий и сооружений".
1Л 2 . Допустимые глубины оттаивания грунта меяду вентилируе­
мыми полостями ленточных и столбчатых фундаментов
и под их
подошвами
складываются из толщин оттаявших слоев подсыпки
(
) и подстилапцего грунта
(
) (рис. За) и
определяются статическими расчетами соответственно полов и фунда­
ментов . Допустимые глубины оттаивания грунта
мевду вентили­
руемыми полостями шштных фундаментов и под их подошвами
0
складываются из толщин оттаявших слоев подсыпки Но
и подстилаю­
щего грунта Н0 С
) (рис.36) и определяются статическим
расчетом фундамента.
1.13. Статический расчет шштных фундаментов проводится с
учетом неравномерности оттаивания основания, характеризующейся раз­
ностью глубин оттаивания основания Но и Но соответственно под
подошвами вентилируемых полостей и мезду ниш.
1.14. Статический расчет ленточных и столбчатых фундаментов
производится о учетом расчетной температуры tn(Z)
и глубины
оттаивания грунта под их подошвами На •
1.15. Расчет выполняется дая рада поперечных относительно
осей вентилируемых полоотей сечений оснований. Расчет температурного
Н„
Яа
Но
На
Но
8
Но
На
Н
поля под всем зданием или сооружением допускается производить
для двух сечений: на входе г на выходе воздуха в вентилируемые полооти фундамента, получая значения температур для промежуточных сече­
ний линейной интерполяций.
I .I 6 . Теплотехнически!/ расчетом определяются:
параметры системы охлаждения, обеспечивающие заданное полонение глубины оттаивания грунта мезду вентилируемыми полостями фун­
даментов;
расчетные температуры и глубина оттаивания грунта по* подошвой
фундаментов.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
2 .1 . Климатические характеристики задаются по СНиП 2.01.01-82
"Строительная климатология и геофизика” , климатологическим справоч­
никам или по данным многолетних наблящений метеорологических стан­
ций и вклейают:
среднюю температуру наружного воздуха наиболее холодной
пятидневки
°С ;
см
среднемесячные температуры наружно^ воздуха t н , °С;
среднемесячные окорооти ветра V н , м/с.
2 .2 . Характеристики вечномерзлых грунтов площадки строительст­
ва определяются по результатам инженерных изысканий, лабораторных
исследований и по СНиП П-18-76 "Основания и фундаменты на вечно­
мерзлых грунтах" и ноля азот наименования и состав грунтов, а также:
температуру вечномерзлого грунта на глубине Ю м ~t0 , °С, темпера­
туру начала замерзания грунтовой влаги ~t н з , °С; ковфЕилиенты
теплоцроводнооти грунта в талом Х т ъ мерзлом'
состояниях,
ВтСм2. °С ), объемную теплоемкость грунта в мерзлом состоянии См,
к Д я /(^ .°С ), определяемые экспериментальным путем или по приложению
I СНиП П-18-76 в зависимости от суммарной влажности грунта
Wc ,
доли ед, и плотности скелета
у с/г , хН/м3.
Характеристики подсыпки включают наименование и оостав грунта,
а такяе высоты подсыпки Н
я //а
соответственно мездру и под
фундаментами, коэффициенты теплопроводноети в талом 2 уг
и мерз­
лом Я/м состояниях, Вт/(.iP', °С ), определяемые экспериментальным
путем или по щ ш ояеш ш I СНИП П-18-76 в зависимости от суммарной
влажности грунта Wc , доли ед, и плотнооти его скелета
,
гЯ/м3.
9
2.4 . По надземной конструкции здания еле сооружения задаются
сопротивление теплопередаче конструкции пола первого втажа Я п ,
расположение в плане неоущюс фундаментов, а также длина L
и
ширина Ш
здания или сооружения, расчетная температура воздуха
в помещении
. °С.
2.5 . Д м пространственных фувдаменгов конструктивно и по
статическому расчету определяются тип фундамента и его следущие
характеристики: выоота h, , м; оуммарная толщина верхнего в ниж­
него поясов и наклонных елементов 2 $
, м; ширина подошвы вентили­
руемой полости 8 , м; шаг меаду вентилируемыми полостями В
,
м; коэффициент теплопроводноети материала фундамента
% с ,
ВтДм2. °С ).
Примечание. Принятые значения Я „ или д
могут быть
уточнены настоящим теплотехническим расчетом.
te
3.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ, СЕБ0ПЕЧИВАИ1Щ ЗАДАННЫЙ ШШЕРАТУНШЙ
етим грунтов основания
3 .1 . Глубина оттаивания грунта На зависит от:
среднезимней температуры на стенках вентилируемых полостей
фундаментов i c , °С;
расчетной температуры воздуха в помещении 6 Й , °С;
сопротивления теплопередаче конструкции пола^ ftn , м ^ С /В т ;
коэффициентов теплопроводности подсыпки Л г , Л/м и
подстилапцего грунта Z r •
Л-* > Вт/{м .°С);
формы и геометрических размеров вентилируемых полостей
фундаментов (высоты k
и ширины подошвы
6 , м );
шага меаду вентилируемыми полостями в
, м;
внооты подсыпки / / " , м,
3 .2 . Наиболее существенное влияние на величину Но оказывает
сопротивление теплопередаче конструкции пола R. п и шаг меаду
вентилируемыми полостями фундаментов В
.
3 .3 . Шаг в
меаду вентилируемыми полостями ленточных и
столбчатых фундаментов определяется расстоянием между их рядами.
Если вто расстояние больше 12 метров, следует предусмотреть уста­
новку промежуточных рядов венталируемых каналов, ЕсопрЕНИмащЕж
только нагрузки, передаваемые через пол.В плитных фундаментах
может предусматриваться вентилирование кавдой второй, третьей и
10
и т.д. полостей нижнего ряда.
а)
Расчет требуемого сопротивления теплопередаче кс
пола
3 .4 . Расчет требуемого для обеспечения заданной глубины
оттаивания грунта Но сопротивления теплопередаче конструкции
пола /1 1 проводится по заданным расчетной температуре воздуха
в помещении tg , средним за период вентилирования скорости ветра
V " и температуре наружного воздуха i
, форме и размерам
вентилируемых полостей фундамента (высоте А
и ширине подошвы 6 )
и принятому шаху меаду вентилируемыми полоотяш фундаментов В
.
Последовательность -расчета
3 .5 . Назначается продолжительность периода зимнего вентилирова­
ния фундаментов
Х3 в соответствии о годовым графиком иаменения
среднемесячных температур наружного воздуха £ц ( Z ). Для
иоюаления возможности выпадания инея на стенках фундамента при
попадании в фундамент теплого воздуха, его вентилирование производит­
ся при устойчивых отрицательных температурах наружного воздуха
.
всходя из условия
if, * -5°С.
3 .6 . Находятся средние за период зимнего вентилирования t3
скорость ветра V™ и температура наружного воздуха
У н ” y3 i * V/Tcti) ;
(I)
C3 c~i
3.7 Определяется скорость движения воздуха по вентилируемым
полоотям (фундамента
Vp
. Величина V?> зависит от вида
применяемой вентиляции - естественной или принудительной. При
естественном движении воздуха, происходящим под дейотвием ветрового
и теплового напоров, Vf> устанавливается в аавиолмооти от ско­
рости ветра в районе строительства
К»
. ориентации здания или
вооружения по странам света, размеров поперечных оечений вентили­
руемых полостей и др. во оущестеупцим методикам расчета вентиляции
и аэрации зданий. При принудительном движении воздуха, осуществля­
емом о помощью вентиляционных установок,
назначается в
пределах 2 - 5 м/сек, окончательный выбор значения
V<p ощределя-
V<p
II
ется следующим: еоот в результате Проведенного теплотехнического
расчета установлено, что предварительно заданная скорооть V<p
не обеспечивает требуемых температур грунтов основания, то ее необ­
ходимо увеличить и провести повторный теплотехнический расчет.
Следует иметь в виду, что увеличение скорости движения воздуха по
фундаменту может оказаться менее экономичным по сравнению о увели­
чением сопротивления теплопередаче перекрытия над фундаментом и
уменьшением шага мевду вентилируемыми полостями.
3.8. Определяется коэффициент теплоотдачи (о учетом конвекции
и излучения) стенок фундамента oic в период его зимнего вентилиро­
вания по графикам рис.4 в зависимости от параметров Vy> и
<£э ,
вде < 4 = 4 F /P
~ эквивалентный диаметр вентилируемой пояооти
фундамента; F и Р - соответственно площадь и периметр поперечно­
го сечения вентилируемой полости фундамента.
3 .9 . Вычисляется оредняя за период зимнего вентилирования
полости фундамента температура его стенки i c (j/) в зависимости
от расстояния у
от входа воздуха в фундамент по формуле:
ic Qf) - £»[a+f)ex/)(-aji) -J3]+ £e/(2/tKocc)
,
<3)
где Як - сопротивление теплопередаче перекрытия над вентилируемым
фундаментом,
. °С /Вт, требуемое значение которого ft T *Як
определяется по СНиП П-3-79 "Строительная теплотехника” так же,
как для перекрытия над открытым вентилируемым подпольем;
д
а
X 9
•
S65Vv F(Uy>) '
ш
J T f f i;
<6>
у . & Г
Параметр
tp
.
К)
(6)
находится по графикам рис.5 в зависимости от
параметров/9,
Z3 -i/V&и Aa^ho * Л г & к
> гДе А ,
равно 0 ,5 /i ; 0 ,6 7 k
и 0,6 к
для вентилируемых полостей
соответственно с прдаоугодьной, треугольной в полукруглой формой
поперечного сечения. Значение А а ,, для вентилируемых полостей
трапецеидальной формы принимается как для полостей полукруглой
12
Рис.4 . Графики для определения оС<
13
9
Рио. 5. Графики для определения параметра у>
14
формы о равным основанием.
Примечание. Значения Я ? , отвечаддие требованиям СНиП
П-3-79 и соответственно значения Я *
могут быть пршятн лшейно
умевыпалцимиоя по длине.вентилируемой полости. Наибольшее Я^'(о)
значение Я ? соответствует начальному участку ( у - 0 ), наимень­
шее Я Г
а ( L ) - конечному участку ( у <*'L ), при этом значение
ft/f ( L ) следует вычислять по формуле СНиП П-3-79 при расчетной
зимней температуре наружного воздуха’ t» - £ц { L,
), определя­
емой по формуле (3) настоящих рекомендаций ( t H(L) - £ „ (1 .)
)
при Ях ш Яо (О) и
= £м
, где £„ определяется по
таблице 5 СНиП П-3-79.
ЗЛО, Находится продолжительность летней консервации фундамен­
тов:
“ 2?г ~
'
(7)
t r - продолжительность года, равная 12 мео.
3.11. Определяется сопротивление теплопередаче фундамента
во время его летней консервации:
гае
Я р - 0,4 +Я к + ZS/Jt'c •
(8)
3.12. Вычисляются значения среднемесячных температур стенки
фундамента в летний период:
ёс Ю - 0,33 £в -& 1 а з Ар ) - а п te &L (/£*/г3 /(£„ r h
где
%
«)
- время, отсчитываемое от начала консервации фундаментов,
U8G.
3.13. Определяется оредняя за период летней консервации фун­
даментов температура стенки йувдамента:
С-
4 1
с* &
ic ы
-
«о)
8.14. Находится среднегодовая температура стенки фундамента:
iT - Y r ( i e
c t ^ it \ ) •
(11)
3.15. Вычисляется безразмерная температура Ц
,/
£*.» - i f
" U X r /Л м - 1 ?
'
(12)
15
З Л 6. Определяется параметр Аа , м по следупцим зависи­
мостям:
для ленточных и столбчатых фундаментов -
Z *- //f + Н о 'Л г /Л а
м >
(13)
для плитных фундаментов -
т Но + <£т (% 8 /& c +
3.17.
* //t/JLr) ■
(и )
Определяется трефемое сопротивление теплопередаче
конструкции пола:
я ? . i №
‘ *Ql":
>
L7S-
,
<в,
лг
где
к- Л 'Л Л А * ? *
W + Но
( „2 .
(16)
, агЛм2. ^ ) ;
(17)
р ш2Щ н £ ф Ж М Г г ^
.
m
Mq + По
С ~ I для прямоугольной и трапецеидальной формы полостей и
С -8
для треугольной формы полостей; параметр
7Si опреде­
ляется в зависимости от формы поперечного сечения вентилируемых;
полостей фундаментов, шага мевду ниш в и безразмерной температуpi И по графикам рис.6 ,7 ,8 .
Примечание. Значения Яп
, обеспечивапцие заданную величину
/У0 , могут быть приняты лзшейно уменьшаацимися по дине вентилиру­
емой полости соответственно значениям
на входе ( £ = 0)
и на выходе ( £ ~ ^
5 из нее.
б)
Расчет требуемого шага между вентилируемыми полостями
фундамента В т
3.18.
При принятой величине сопротивления теплопередаче кон­
струкции пола fin заданная глубина оттаивания Н0 может быть
обеспечена выбором соответствуяцего значения шаха В
между
16
os
IШарто! /
Ш
2 3 </ 5 6 7
0,5 1 V
W 1,0 0,6
■
, 0,5 0.5 1,0 0,5 1.5 1 1
Рис. 6. Графики для определения %t при
fl.i*
8 ,ч
07
oj
0
■
“
S 9 10 11 12
1 1.5 2 1,5 г
1.5 1.5 1,5 2 2
пряшугольноЛ форме
поперечного сечения вентилируемых полостей фундаментов:
а)В=6м;б)1-В = 9м;П-В=12м
17
Рис. 7 . Графики для определения t t при треугольной форме
вентилируемых полостей фундаментов
18
V
—
I
— л
/ /
ll
)/
J!
.. ...Ла
h
Я if
41 * А 7
у
! ш1
У
«
(
I
«/
/j
9 ,
1
Г Г
-* /
/у
*/ >
/ j&/
У
'К-
*
Рис, 8. I^paganai для определения 2^ при оршецевдашзой
форме поперечного сечения вентилируемых полостей;
I - фуададентя-оболочки; П - ленточные фундамента
19
К,
0,1
0,7
0,6
US
ол
0,3
аг
0,1
I
г
з
4
s
6
7
»
э
го п
гг Е,н
Рис. 9. Графини для определения коэффициента /Гу
20
к.
0,8
0,7
0,6
JL
0,5
о,If
0,3
о,г
Рио. 10. Графики для определения коэффициента К2
:
I - В = 3 м; П - В с 6 и; И - Б в Э м ; 1У - В = 12 м
21
0,5
О,кг
0,3
о,г
0,1
0,5
■%Ч
0,3
о,г
0,1
Рио. XI. Графики для определения коэффициента Ks
I - В = 3 м; П - В = 6 м; Ш - В = 9 м;
ГУ - В = 12 м
22
:
Еио. 12, Графика для определения значения коэффициента Ка
23
вентилируемыми полостями фундаментов. Расчет требуемого значения
шага В Тр производится при у. = L
в той же последовательности,
что и параметра^ (пп.3.5+3.16), далее по формуле (19) при задан­
ном значении Яп вычисляется параметр
, по которому определя­
ется значение 6 = В тр о использованием графиков рис.6,7,8
1
^\(Яп/Ст * Хс)Я-К
л, ■
= -*------ ------- /
/
. .
-
(19)
в) Определение расчетных температур иглубиныоттаивания
грунта основания
3.19. Расчетные температуры грунта на глубине jg
фундамента £»(%) определяются по следугацей формуле:
от подошвы
tnCz)- Kfio-t K atL + Ksio * /СаАс '
где Ac ~ tc (? Л) ~ £c ;
£с('Сл) - вычисляется по формуле (9) при
(20)
с ^ 'сл i
to “ Ifс (1 вЛ ,т/Х н - t c ) + i ? ;
(21)
Но - безразмерная температура, определяемая по графикам рис.6 ,7 ,
8 в зависимости от формы и размеров поперечного оечения вентшшру-.
емых полостей при Zt = fl + ftn/Lr >
Ki, Hit К ,, Ка - коэффициенты, определяемые по графикам рио.9,10,
11,12.
3.20. Расчетная глубина оттаивания грунта под подошвой фунда­
мента Не определяется по графику зависимости ь » = £м (Z) при
£//a .
4. ПРИМЕР ТЕГОГОТЕХгаЖЖОГО РАСЧЕТА ОСНОВАНИЯ
Требуется запроектировать основание промышленного эдания,
имеяцего в плане размеры 24 х 48 м и строящегося на пространствен­
ной вентилируемом фундаменте на подсыпке.
Исходные данные для расчета.
Средняя температура наружного воздуха наиболее холодной
пятидневки i n = -48°С, среднемесячные скорости ветра и температуры
наружного воздуха приведены в тайлЛ.
24
Таблица I
Значения среднемесячных скоростей ветра и температур
наружного воздуха
Меояц
№ ,м *
tZ'c-
I
П
U1
5,0
4 ,7 4,6
-26,2 -23,8 -1§6
1У
5,2
-т
У
п
5 ,1
-3,6
5 ,0
8 ,0
га
4 ,3
УШ И
X
XI
4,5 4 ,8 5,9 5 ,0
ХП
5,0
132 1 0 ,1 4 ,1 -52 -198 -24,3
Подошка устраивается из песчаного грунта, имеющего суммарную
влажность Wc = 0 ,1 и плотность скелета
= 16 кН/м8, коэффициенты
теплопроводноети грунта подсыпки в талом и мерзлом состоянии при
этой равны Л>” = 2,45 Вт/(м . °С ),
1,62 Вт/(м •°С ).
Грунт основания - песок с температурой
~ -0,5°С, i-м.з~ 0°С,
суммарной влажностью Wc =0,2 и плотностью скелета
= 15 кН/м3 ,
коэффициенты теплопроводности грунта основания в талом и мерзлом
состоянии равны Х т - 2ДБ Вт/(м. °С ),= 2,38 Вт/( М . °С ),
объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоянии
С» = 2140 кДкДм2 . °С ), при этом коэффициент температуропровод­
ности грунта
п
2,38
с о.
- 1 д . n r * mvc .
а„~ А * в
2140 • I00Q
здания Ш = 2 4 и, длина L = 48 м, расчетная температура
воздуха в здании tB = 18°С. фундамент - пространственный вентили­
руемый плитного типа из сборного железобетона со следувдими харак­
теристиками: высота h = 1,5 м, ширина подошвы вентилируемой
полости 6 = 1,5 м, суммарная толщина стенок Z S = 0 ,3 м, коэффи­
циент теплопроводности железобетона Л с = 2,03 Бт/(м . °С ),
толщина подсыпки под подошвой фундамента
= 0,5 м, допустимая
глубина оттаивания грунта основания Но *s 0 ,9 м, вентилируется
кавдая третья полость фундамента (В * 4 ,5 м).
Согласно графику, построенному по ранним таблицы I, период
зимнего вентилирования при условии i H * -5°С установлен с 20.Х
до 20. У, при этом его продолжительность “Z3 - 1 месяцев.
По формулам (I) и (2) находим средние за период вентилирования
скорость ветра и температуру наружного воздуха:
.
/ с*
-18,6°С,
к 5 ,1 м/с;
tjy к
25
Предварительно, до выполнения соответствупцаго вентиляционного
раочета, примем скорость движения воздуха по полостям фундамента
при их естественном вентилирования равной
Ур = 1,25 м/сек -с Vh ■
Вычисляем эквивалентный диаметр вентилируемой полости пгри ________ ,
F = 0 .5 l- h, = 0,5 » 1,5 • 1.5 = 1,125 м2 и Р «= 2 -\fl +(0,5&)й+
+ ё = 2
l /l ,5 2 + (0,5 • 1 ,5 )2 + 1,5 = 4,85 м;
d 3 = 4 F / Р и (4 • 1,125) / 4,86 = 0,93 м.
По графикам рис.4 при V<p = 1,25 м/о и
= 0,93 м находим
коэффициент теплоотдачи стенок фундамента оСс = 4,25 Вт/((.г * °С ).
По форэдле (I) СНиП П-3-79 определяем требуемое сопротивле­
ние теплопередаче перекрытия над вентилируемым фундаментом при
& i = 2,5°С ; /I = I и Ы,й= 8,7 ВтДн2 • °С):
I . ( 18 +
48 )
р .
_
Б Т - В.-7--------------- -3 ' 03
Принимаем максимальное (при ^ - 0) значение сопротивления тепло­
передаче
перекрытии 3 ,2 м ^ С / В т .
Вычисляем параметры
и
:
t ,- У ' / Г
4=1(1,125/ 3,14 = 0,6 м;
Л , = L + IZ /1 * = 0.67 • 1,5 + 1,45 • 3 ,2 = 5,65 м.
По графикам рио.5 при B /Z a - 4,5/0,6= 7,5 и Jl3/Z3 =5,65/0,6=9,4
находим параметр у
= 0 ,8 .
По формулам (4) - (6) вычисляем параметры у> ,и CL х
1,62 • 0,8
1,45 • 18
то ---------- * 0,063;
В = ----------- -— = 0,87;
У
4,25 • 4,86
"
1,62 .
|—18,б|
О---5§15^7"Т^6^.11 ,12Ь‘
1Г + U.U63) =0,00128.
По формуле (3) вычисляем значение средней за время7!л температуры
стенки вентилируемого фундамента для двух расчетных сечений U. = О
И ^ = 48 м:
Ш = - TR.fi
FtТ + D.R71 e.rtn I- (L ■m _ fl.R 7l
J
.
T
. Ч О v
X 4,25) = -17,9°С;
it (48) = - 18,6 [ (1 + 0,87) СХр
+ 18/(2 • 3 ,2 • 4,25) = -15,9°С.
26
( -0,00128 . 48) - 0,87]
+
Так как перепад 'температуры стенки фундамента по его длине состав­
ляет всего два градуса, то будем считать температурное состояние
грунта основания однородным вдоль вентилируемой полости фундамента
и все дооледувдие расчеты выполняем для: расчетного сечения
U. = 48 м.
По формуле (7) определяем продолжительность летней консерва­
ции фундаментов: *)?А = 12 - 7 = 5 мео.
По формуле (8) определяем сопротивление теплопередаче фундамен­
та во время его летней консервации:
# £ = 0,4 + 3 ,2 +
4j^jg- = 3,75
м2 . °С /Вт.
По формуле (9) вычисляем значения среднемесячных температур
стенки фундамента в летний период:
£с(?)= 0,33 - 18 - 6l(2 , 3 • 3 ,7 5) - 0,14 -18 0l( I -15,9/ х
х у 18 ? ) = 3,79 - 2,62 ■ {6,183/ 't ), результаты вычислений
приведены в тайл.2.
Тайлнца 2
Результаты расчета температуры t c (V)
•£ , мес
6С\ t ), °с
I
2
-0,8
0,95
3
1,97
По формуле (10) определяется средняя за время
стенки фундамента: j
с Д
f
( *
4
2,69
5
3,25
7?л температура
) » 1,61°С.
По формуле (II) находим среднегодовую температуру стенки
фундамента:
/"1 _ 1 _
( -15,9 . 7 + 1,61 • 5) =-8,6°С.
с
12
Ео формуле (12) определяем безразмерную температуру К
0 - (-15,9)
= 05
" ~
18 .1 ,4 5 /1 ,6 2 -"(-15,9)
’ ‘
По формуле (14) вычисляем параметр Z Q :
Я„= 0,5 + 1,45 ( ^
+ 0 ,4 + - 2^9—
:
) = 1 ,9 м.
По графику рис.7 при U = 0 ,5 и в = 4,5 и определяем
параметр
= 1,8 и далее по формулам (16) - (18) - параметры
X
,
f
И
К
27
2 = ■
X
P.i.9 —
= 19
0,5 + 0 ,9
Вт/Си2 • ° C ) ;
’''
n = -J S .-PiI ° i5 + ..I 5 •. 0 >2_.._0t9 „ 2 , 5 kH/m3 ;
r
К =
0,5 + 0,9
L .9_ *— 2LJ— 5-- = ж si м2.
2,6
По формуле (15) вычисляем требуемое сопротивление теплопередаче
конструкции пола над невентилируеиыми полостям фувдаиевтов,
принимая С = & = 1,5 м
я п>т
--- = 2 ,4 6 м2 -°С /Вт.
1,45
Сопротивление теплопередаче конструкции пола над невентилируемши полостями фундаментов принимаем равным Н а - 2,5 м2. °С /Ьт.
Определяем расчетные температуры грунта по формуле (20), сГ
вычислив пре.цварительно значения параметров Ас •
,U и Ьц :
Д £=
tc (5) -= 3,25 + 8,6 = II,85°Cj
Zt = 1,5 + 2,5 -1,45 = 5,1 м.
По графикам рис.7 находил) при 3
=4, 5 м п
5,1 н значение
а . =0 , 28.
It =
По йгармуле (21) определяем параметр to
£ = 0,28
*(18 • 1,45/1,62 - (-8,6)) -8,6 = -1,6в°С.
По графикам рис. 9-12 определяем коэффициенты К * , К3 , К3 и Ка ,
и далее по формуле (20) - расчетные температуры грунта t M (Z ) ,
результаты вычислений представлены в табл.З в зависимости от
глубины
Z
(считал от подошвы фундамента).
Таблица 3
Значения коэффициентов А", , Кг , Ks , Ка в расчетных
температур грунта
( % )
Z, п
I
2
4
6
8
28
К,
Кг
к3
Ка
I hW
о,ое
0.11
0,21
0,30
8,38
0,65
0,52
0,39
0,32
0,27
0,25
0,29
0,26
0,22
0,18
0,54
0,32
0,10
0,02
-0,01
0,36
-1,22
-2,71
-3,03
-2,95
Согласно дашшл табя.З, расчетная глубина оттаивания грунта под
подошвой венташфуемой полости фундамента при Ьц (?) = 6 та =Л°С
будет раит Нс = 1 ,2 м, при этом толщина оттаявшего подсииавдего
грунта H f = & - 0,5 м = 1,2
- 0 ,5 = 0,7 м. Неравномерность
оттаивания основания составит д //0= /У0 - fff = 0 ,9 - 0 ,7 = 0 ,2 м.
29
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОИЦИЕ ПОЛОЖЕНИЯ..................................................................
3
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА.............................................
9
3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ, ОБЕСПБЗДВАЩК ЗАДАННЫЙ тШЕРАТШШЙ
РЕЕИМ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ.................................................................. 10
а) Расчет требуемого сопротивления теплопередаче конструкции
пола................................................................................................... II
б) Раочет требуемого шага мевду вентилируемыми полостями
фундамента........................................................................................ 16
в) Определение расчетных температур и глубины оттаивания
грунта основания.............................................................................. 24
4. ПРИМЕР ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОСНОВАНИЯ................... 24
Научно-Исследовательский институт оснований и подземных
сооружений им.Н.М.Героеванова
Рекомендации по теплотехническому расчету вечномерзлых
оснований пространственных вентилируемых фундаментов
Отдел патентных исследований и научно-технической информации
Зав.отделом
Б.И.КУлачкин
Редактор
Г.Н.Кузнецова