2980

холодным наружным воздухом через окна продухов, устраиваемые в стенах цоколя здания. В проекте необходимо задаться высотой вентилируемого подполья в пределах 1,5…1,8 м.

Режим вентилирования подполья и его конструкция назначаются на основе расчета [3, 4]. Тепловой режим вентилируемых подполий характеризуется модулем вентилирования М, представляющим собой соотношение

где Av – общая площадь вентилируемых окон продухов в подполье, м2; Ab – площадь здания в плане по наружному контуру, м2.

Вначале определяется среднегодовая температура воздуха в вентилируемом подполье Tc, a по формуле

где T0 – расчетная среднегодовая температура на верхней поверхно-

tf,n – продолжительность периода отрицательной среднесуточной температурой воздуха, дни (для г. Якутска tf, n = 209 сут); λf – расчетное значение теплопроводности грунта в мерзлом состоянии, Вт/(м∙°С) (табл. 3.1); ty – продолжительность рассматриваемого периода, ty = 365 сут; λth – расчетное значение теплопроводности грунта в талом состоянии, Вт/(м∙°С) (см. табл. 3.1); ∆Т – температурный перепад в подполье (принять равным 0,9).

Затем в зависимости от среднегодовой температуры воздуха в подполье определяется модуль вентилирования по формуле

где kс – коэффициент, учитывающий расстояния между зданиями и их высоты, принимаемый равным 1,5; Tin – расчетная температура воздуха в помещении, °С (указывается в задании); Tc, a – температура воздуха в вентилируемом подполье здания, определяе-

11

мая по формуле (3.2); ξ – параметр, учитывающий влияние расположения санитарно-технических трубопроводов в подполье, принять ξ = 12,3 °С; R0 – термическое сопротивление перекрытия над подпольем, м2 С/Вт (см. табл. 2.3 и рис. 3.1); C – объемная теплоемкость воздуха, принимается равной 1 300 Дж/(м3 С); kа – обобщенный аэродинамический коэффициент, учитывающий давление ветра и гидравлические сопротивления, принимается равным 0,37 для прямоугольного в плане здания; Vа – среднегодовая скорость ветра (для г. Якутска составляет 2,6 м/с); Tоut – среднегодовая температура наружного воздуха (для г. Якутска равна –9,3 °С).

Таблица 3.1

12

Окончание табл. 3.1

Рис. 3.1. Конструкция пола над подпольем с утеплением слоем пенобетона

Зная модуль вентилирования M и общую площадь здания в плане Fc, определяется площадь всех вентилируемых окон продухов Аv:

Далее необходимо задаться высотой окна продуха: в проекте высоту окон продухов рекомендуется назначить h = 0,5 м. Далее необходимо определить суммарную длину всех окон продухов по формуле

13

Вычисленную длину окон продухов требуется распределить по длине наружной стены блока здания вдоль оси В. Шириной окон продухов необходимо задаться из условия равномерного их распределения. Распределение окон продухов по наружной стене вдоль оси А принимается аналогичным. Пример решения расположения конструкций холодного подполья представлен на рис. 3.2.

а)

Рис. 3.2. Пример решения расположения конструкций холодного подполья: а – по длине стены; б – для части подполья, расположенной вдоль наружных стен; в – для внутренней части подполья;

1 – колонна (свая); 2 – фундаментная балка (ростверк); 3 – стена; 4 – сборная ж.-б. цокольная панель; 5 – отверстия (окна продухов); 6 – панель перекрытия; 7 – утеплитель

14

В летнее время окна продухов закрываются для того, чтобы теплый воздух меньше проникал в подполье. Летние положительные температуры все же влияют на процесс оттаивания грунтов в подполье. В этой связи следующим этапом расчетов следует определить нормативную глубину dth, n сезонного оттаивания грунта в подполье за теплый период года по формуле

где λth – расчетное значение теплопроводности грунта в талом состоянии, Вт/(М∙°С); Tth,c – расчетная температура поверхности

грунта в летний период (для г. Якутска Tth, c = 9,1 °С); Tbf – температура начала замерзания грунта (см. табл. 2.3); tth, c – продолжительность периода со среднесуточной положительной температурой воздуха (для г. Якутска tth, c = 3 744 ч); q1 – параметр, зависящий от теплоты таяния мерзлого грунта и объемной теплоемкости сезоннооттаивающего слоя грунта, q1 = 76 500 000 Дж/м3; Q – параметр, зависящий от периода со среднесуточной отрицательной температуры воздуха, коэффициента теплопроводности и объемной теплоемкости мерзлого грунта, Q = 39 850 000 Дж/м2.

3.2. Предварительное определение размеров подошвы столбчатого фундамента

Для столбчатого фундамента предварительная площадь его подошвы определяется из условия

где FI – расчетная нагрузка на обрезе фундамента (без учета веса фундамента и грунта на его уступах), принимается по табл. 1.2; γр – коэффициент условий работы оттаивающего грунта, равный 1,2; γn – коэффициент надежности по ответственности сооружения, равный 1,15; n – коэффициент перегрузки, равный 1,2; γ – среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемое равным 20 кН/м3; d – глубина заложения

15

подошвы фундаментов, м (рис. 3.3); R – расчетное давление под подошвой фундамента устанавливается по табл. 3.3 в зависимости от расчетной температуры мерзлого грунта Tz в уровне назначенной студентом глубины заложения подошвы фундамента.

В любом случае глубина заложения подошвы столбчатого фундамента должна быть не менее одного метра ниже максимальной глубины расчетного оттаивания грунта dth в проветриваемом подполье.

Рис. 3.3. Принципиальная схема сборного столбчатого фундамента

Расчетная глубина сезонного оттаивания грунта dth определяется по формуле

где kh – коэффициент теплового влияния сооружения, принимаемый равным 1,2 для фундаментов наружных стен зданий с холодным подпольем при наличии у здания отмостки с асфальтовым (или бетонным) покрытием и 0,8 для фундаментов внутренних стен.

Расчетную температуру вечномерзлых грунтов Тz под подошвой столбчатых фундаментов определяют по формуле

где T0 – среднегодовая температура на верхней поверхности мерзлого грунта в проветриваемом подполье, принять для условий г. Якутска T0 = –2 °С; Тbf – температура начала замерзания грунта (см. табл. 2.3); Т0 – температура вечномерзлого грунта на глубине

16

нулевых годовых амплитуд (10–15 м от дневной поверхности), определяемая при инженерных изысканиях, в курсовой работе принять Т0 = –4 °С; k1 – коэффициент теплового влияния фундамента, принять в курсовой работе k1 = 0,29; αz – коэффициент сезонного изменения температуры грунта основания, принимаемый по табл. 3.2 в зависимости от значения параметра глубины поверхности мерзлого грунта в подполье z, м:

где z – глубина от поверхности мерзлого грунта в подполье до подошвы фундамента, м; Cf – объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоянии, принимаемая по табл. 3.1, Дж/[(м3∙°С) 10–6].

Определив температуру мерзлого грунта на глубине заложения подошвы фундамента, по формуле (3.7) устанавливают минимально необходимую ее площадь.

Таблица 3.2

Значение коэффициентов αz, αe, αm, используемых для определения расчетных температур грунта Тz на глубине z

Расчетное давление под подошвой фундамента R на мерзлый грунт определяется в зависимости от типа и температуры грунта по табл. 3.3.

По данным предварительного расчета площади подошвы производится конструирование сборного столбчатого фундамента. Типовые сборные железобетонные фундаменты стаканного типа подбираются по табл. 3.4. В курсовой работе для передачи нагрузок от стен

17

на фундаменты предполагается применение сборных железобетонных колонн с поперечным сечением 400 400 мм. На рис. 3.4 представлено обозначение размеров сборного столбчатого фундамента.

Таблица 3.3

Расчетное давление на мерзлые грунты R под подошвой столбчатого фундамента, кПа

Узел заделки колонны в монолитную железобетонную фундаментную балку для наружной и внутренней стен здания представлен на рис. 3.5.

18

3.3. Расчеты оснований и фундаментов по несущей способности

Расчеты оснований и фундаментов для твердомерзлых грунтов, какими являются грунты в г. Якутске, выполняют по первой группе предельных состояний, учитывая, что деформации таких грунтов несущественны.

Несущую способность вечномерзлых оснований для фундаментов всех типов определяют с учетом ее зависимости от значений возможных максимальных отрицательных температур в основании (см. формулу (3.9)), определяющих прочность мерзлых грунтов, исходя из следующего условия:

где F – расчетная нагрузка, прикладываемая фундаментом к основанию с учетом веса фундамента и грунта на его уступах, кН; Fu – несущая способность основания (сила предельного сопротивления основания), кН; γn – коэффициент надежности, рав-

ный 1,4.

Несущая способность Fu центрально нагруженного столбчатого фундамента для однородного грунта определяется по формуле

где γt – коэффициент, учитывающий изменение температуры грун-

тов основания в период строительства и эксплуатации здания, принимаемый равным 0,8; γc – коэффициент условий работы основа-

ния, принимаемый для столбчатых фундаментов на естественном основании равным 1,0; R – расчетное сопротивление мерзлого грунта под подошвой столбчатого фундамента, кПа, определяемое по табл. 3.3; A – площадь подошвы столбчатого фундамента, предварительно установленная по формуле (3.7), м2; Aaf – площадь поверхности смерзания грунта с боковой поверхностью нижней ступени фундамента, м2; Raf – расчетное сопротивление мерзлого грунта по боковой поверхности смерзания фундамента, кПа, определяемое по табл. 3.5 в зависимости от температуры грунта Тz в уровне середины нижней ступени (d – hст / 2); вычисляется по формуле (3.9) с заменой параметра αz на αm.

20