_ukazaniya_po_merzlotovedeniyu_pgs
.pdf
грунтах. Его главное достоинство – надежность работы, недостаток – большие капитальные затраты на устройство подполья и технические сложности в слу-
чае передачи на полы первого этажа промышленных зданий значительных на-
грузок от транспорта и оборудования.
Температурный режим вентилируемого подполья характеризуется средне-
годовой температурой воздуха в подполье Тс,а, устанавливаемой расчетом в за-
висимости от предусмотренного проектом значения среднегодовой температуры вечномерзлого грунта на его верхней поверхности То, теплового режима сооружения и режима вентилирования подполья.
Среднегодовая температура воздуха в вентилируемом подполье Тс,а, С,
обеспечивающая предусмотренную в проекте среднегодовую температуру веч-
номерзлого грунта на его верхней поверхности То, С, вычисляется по формуле
3.1.
|
|
|
|
|
Tc,a |
k0T0 , |
|
(3.1) |
|
где |
ko - коэффициент, принимаемый по таблице 3.1 в зависимости от значений |
||||||||
tf,n и |
f |
th; |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Таблица 3.1. Определение коэффициента k0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения коэффициента k0 |
при tf,n, сут |
|
||
|
f |
th |
|
200 |
225 |
250 |
|
275 |
300 |
|
|
|
|
|
|||||
|
1,0 |
|
1,0 |
1,0 |
1,0 |
|
1,0 |
1,0 |
|
|
1,1 |
|
0,87 |
0,96 |
0,98 |
|
0,99 |
1,0 |
|
|
1,2 |
|
0,78 |
0,93 |
0,97 |
|
0,99 |
1,0 |
|
|
1,3 |
|
0,72 |
0,90 |
0,96 |
|
0,99 |
1,0 |
|
где |
tf,n - |
продолжительность периода с отрицательной среднесуточной тем- |
|||||||
пературой воздуха, сут, принимаемая по СНиП 2.01.01-82; |
|
||||||||
|
f и |
th - теплопроводность соответственно мерзлого и талого грунта. |
|||||||
Среднегодовая температура вечномерзлого грунта на его верхней поверх-
ности То, С, определяется расчетом по условию обеспечения требуемых значе-
ний расчетной температуры грунтов в основании сооружения с учетом
11
мерзлотно-грунтовых и климатических условий участка строительства. Допус-
кается принимать значение То по таблице 3.2 в зависимости от среднегодовой температуры грунта То, ширины сооружения В и глубины заложения фунда-
ментов z с учетом температуры начала замерзания грунта Tbf.
|
|
|
Таблица 3.2. Значения температур T, |
T |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
bf |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения T, |
T |
, С, для фундаментов |
|
||||
Значения, |
Ширина со- |
|
|
o |
bf |
|
|
|
||||
столбчатых при глубине заложения |
свайных при глубине |
|||||||||||
оружения В, |
||||||||||||
, |
Tbf |
, С |
||||||||||
To |
м |
|
|
z, м |
|
|
заложения z, м |
|||||
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
5 |
7 |
|
10 |
|
|
-0,5 |
|
12 |
-10 |
|
-3,5 |
|
-5 |
-3 |
|
-2,5 |
|
|
|
|
24 |
-8 |
|
-2,5 |
|
-3,5 |
-2,5 |
|
-2 |
|
|
-1 |
|
12 |
-10 |
|
-3 |
|
-4 |
-2,5 |
|
-1,5 |
|
|
|
|
24 |
-8 |
|
-2,5 |
|
-3,5 |
-2 |
|
-1,5 |
|
|
-2 |
|
12 |
-9 |
|
-2 |
|
-3 |
-1,5 |
|
-1 |
|
|
|
|
24 |
-7 |
|
-2 |
|
-3 |
-2 |
|
-1 |
|
|
-5 |
|
12 |
-6,5 |
|
-1 |
|
-1 |
-1 |
|
-1 |
|
|
|
|
24 |
-6 |
|
-1 |
|
-2 |
-1 |
|
-1 |
|
|
-8 |
|
12 |
-3 |
|
-1 |
|
-1 |
-1 |
|
-1 |
|
|
|
|
24 |
-4 |
|
-1 |
|
-1 |
-1 |
|
-1 |
|
Примечания: 1. Глубина заложения фундаментов z отсчитывается от уровня верхней поверхности вечномерзлого грунта.
2. При среднегодовой температуре наружного воздуха Tout выше табличных значений T0, в расчетах следует принимать T0, Tout .
Установленная расчетом среднегодовая температура воздуха в подполье
Тс,а при естественном вентилировании подполья за счет ветрового напора обес-
печивается подбором модуля его вентилирования М, определяемого соотноше-
нием по формуле 3.2.
M = A /Ab, |
(3.2) |
где A
- для подполий с продухами - общая площадь продухов; для открытых подполий - площадь, равная произведению периметра здания на расстояние от поверхности грунта или отмостки до низа ростверка свайного фундамента или фундаментных балок, м2;
Ab - площадь здания в плане по наружному контуру, м2.
Модуль вентилирования М, необходимый для обеспечения расчетной тем-
12
пературы воздуха в подполье Тс,а |
при его естественном вентилировании, вы- |
|||||||||
числяется по формуле 3.3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tin Tc,a |
Tc,a |
Tout |
χ |
ξ |
|
|
n |
|
|
M kc |
1 |
χi , |
|
|||||||
0,77R 0Cν ka Va |
Tc,a |
Tout |
|
(3.3) |
||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
||||
где kc - коэффициент, принимаемый в зависимости от расстояния между зда-
ниями а и их высоты h равным:
1,0 |
при а |
5h |
1,2 |
при а = 4h |
|
1,5 |
при а |
3h |
Tin - расчетная температура воздуха в помещении, С;
Tout - среднегодовая температура наружного воздуха, С;
Tс,а - среднегодовая температура воздуха в подполье, С; вычисляется по формуле 3.1.
Ro - сопротивление теплоотдаче перекрытия над подпольем, м2
С/Вт, оп-
ределяется по формуле 3.4;
R0 |
0,9 Tin - Tх.з Tс,а - Tout |
|
||
|
|
(3.4) |
||
t н |
||||
|
||||
|
в |
|
||
Tх.з - температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки, |
С; |
|||
tн – нормируемый температурный перепад между температурой пола и воздуха в помещении, принимается равным 2,5 0С;
αв – коэффициент теплоотдачи от поверхности пола к воздуху в помеще-
нии, принимается равным 6,5 м2 . 0С/ Вт.
C - объемная теплоемкость воздуха, принимаемая равной 0,31 (м3
С);
ka - обобщенный аэродинамический коэффициент, учитывающий давление ветра и гидравлические сопротивления, принимаемый равным: для сооружений прямоугольной формы - ka = 0,37; П-образной формы - ka = 0,3; Т-образной формы - ka = 0,33 и L-образной формы - ka = 0,29;
Va - среднегодовая скорость ветра, м/с;
- безмерный параметр, учитываюющий теплопотери через цоколь зда-
13
ния, для подполий без цокольного ограждения принимается равным 0; для под-
полий с продухами с цокольным ограждением определяется по формуле 3.5.
Az |
|
R0 |
, |
(3.5) |
||
A |
b |
|
R |
z |
||
|
|
|
|
|
||
где Az - площадь цоколя для подполий (по наружному контуру) с продухами, м2;
Rz – термическое сопротивление теплопередаче цоколя, м2 ч |
С/ккал; |
||||||
- параметр, учитывающий влияние расположенных в подполье коммуни- |
|||||||
каций на его тепловой режим, С, определяемый по формуле 3.6. |
|
||||||
ξ |
R0 |
j n |
lp |
Tpj |
Tc,a tpj , |
(3.6) |
|
Ab t y |
j 1 |
Rpj |
|||||
|
|
|
|
||||
где n - число трубопроводов;
lpj - длина j-го трубопровода, м;
Tpj - температура теплоносителя в j-ом трубопроводе, С; tpj - время работы j-го трубопровода в течение года, сут; ty - продолжительность года, равная 365 сут;
Rpj - сопротивление теплопередаче теплоизоляции j-го трубопровода
мч
С/ккал;
i- коэффициент потери напора на i-том участке подполья, принимаемый по таблице 3.3.
Таблица 3.3. Определение коэффициента |
i |
|
|
|
|
Участок подполья |
|
i |
|
|
|
Вход с сужением потока |
|
0,50 |
Жалюзийная решетка |
|
2,00 |
Поворот потока на 90 |
|
1,32 |
Вход с расширением потока |
|
0,64 |
14
4. Расчет чаши оттаивания под тепловыделяющим зданием
Для расчета основания здания, возводимого по принципу П, по деформа-
циям необходимо знать конфигурацию чаши оттаивания вечномерзлого грунта на конец эксплуатационного периода. Общепринято считать, что в любой мо-
мент времени температурные поля в талой и мерзлой зоне стационарны. Это дает основание выразить координаты чаши оттаивания под зданием через функцию конфигурации стационарного температурного поля, показанную на рис.4.1.
Рис.4.1. Схема к расчету чаши оттаивания
а) на слитой мерзлоте; б) на неслитой мерзлоте
f (x, y) = f (0, Нс), |
(4.1) |
где f (x, y) - функция конфигурации, безразм., для участка с вечномерзлыми грунтами сливающегося типа определяется по формуле 4.2., для несливающе-
гося типа - по формуле 4.3.;
Нс - глубина оттаивания вечномерзлого грунта под серединой здания на момент времени , м, для участка с вечномерзлыми грунтами сливающегося ти-
па определяется по формуле 4.4., несливающегося типа - по формуле 4.5.
15
|
f x, y |
|
1 |
|
artg |
0,5bзд x |
|
artg |
|
0,5bзд |
x |
|
, |
|
|
(4.2) |
|||||||||||
|
|
π |
|
|
y |
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
exp |
π |
0,5b зд |
|
x |
|
cos |
πy |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
arctg |
H |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
|
πy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
f x, y |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
π |
|
|
|
|
exp |
|
π |
0,5b зд |
|
x |
cos |
πy |
, |
(4.3) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
arctg |
|
H |
|
|
H |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
|
πy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где H=5(Нс - Но)+ Но,
|
Но - глубина залегания верхней границы вечномерзлых грунтов на момент |
||||||||||||||||
начала оттаивания |
=0 м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
bзд - ширина здания, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Нс =КI |
с bзд , |
|
|
|
|
|
|
(4.4) |
||
|
|
|
|
|
|
Нс =( КI . |
с + о) bзд , |
|
|
|
|
|
(4.5) |
||||
где КI- безразмерный коэффициент, принимаемый по данным таблице 4.1; |
|
||||||||||||||||
|
|
|
Таблица 4.1. Определение значения КI, безразм. |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
lзд/bзд=1 при |
|
|
|
|
|
lзд/bзд=2 при |
|
|
|
lзд/bзд |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.>2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0.4 |
0.8 |
|
1.2 |
2 |
|
0 |
|
0.4 |
0.8 |
|
1.2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
1.0 |
0.93 |
0.87 |
|
0.83 |
0.8 |
|
1 |
|
1 |
0.99 |
|
0.97 |
0.96 |
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.25 |
|
0.95 |
0.85 |
0.78 |
|
0.74 |
0.7 |
|
1 |
|
0.97 |
0.92 |
|
0.89 |
0.96 |
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
0.94 |
0.78 |
0.68 |
|
0.66 |
0.7 |
|
0.99 |
|
0.95 |
0.88 |
|
0.86 |
0.88 |
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.0 |
|
0.92 |
0.70 |
0.63 |
|
0.66 |
0.7 |
|
0.97 |
|
0.90 |
0.84 |
|
0.86 |
0.88 |
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5 |
|
0.90 |
0.64 |
0.63 |
|
0.66 |
0.7 |
|
0.96 |
|
0.87 |
0.84 |
|
0.86 |
0.88 |
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5 |
|
0.89 |
0.58 |
0.63 |
|
0.66 |
0.69 |
|
0.95 |
|
0.84 |
0.82 |
|
0.85 |
0.87 |
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.5 |
|
0.88 |
0.57 |
0.63 |
|
0.66 |
0.68 |
|
0.94 |
|
0.83 |
0.82 |
|
0.85 |
0.87 |
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: lзд- длина здания,
с- безразмерная глубина оттаивания под серединой здания, определяется по номограмме на рисунке 4.2 в зависимости от и I;
- безразмерная температура, определяется по формуле (4.6);
16
с
I
Рис.4.2. Номограмма для определения глубины оттаивания под серединой здания, расположенного на участке с вечномерзлыми грунтами сливающегося типа
I - безразмерное время оттаивания, определяемое по формуле (4.7);
с - относительное приращение глубины оттаивания под серединой зда-
ния, определяется по номограмме на рисунке 4.3 в зависимости от I и |
о; |
|||
о - отношение глубин залегания верхней границы вечномерзлых грунтов |
||||
на момент начала оттаивания к ширине здания, Но/bзд. |
|
|||
β |
λм t0 |
|
|
|
λT t1 , |
(4.6) |
|||
|
||||
17
с
I
Рисунок 4.3. Номограмма для определения глубины оттаивания под серединой здания, расположенного на участке с вечномерзлыми грунтами несливающегося типа , а также для определения глубины предварительного оттаивания.
I |
λ T t1 τ |
|
|
||
q |
|
b 2 , |
(4.7) |
||
|
|
||||
|
|
f |
зд |
|
|
где т, м - коэффициенты теплопроводности талого и мерзлого грунта, Вт/мо.С;
- продолжительность расчетного периода, ч;
18
tо - температура грунта вне контура здания, на глубине 10 м, оС;
qf - удельная теплота таяния мерзлого грунта, Вт.ч/м3, рассчитывается по формуле (4.8);
t1 - температура поверхности грунта под зданием, оС, вычисляется по формуле (4.10).
qf = q (Wс - Wн) см , |
(4.8) |
где q - удельная теплота фазовых превращений воды, равна 93 Вт ч/кг;
Wс - суммарная влажность мерзлого грунта, д.ед.;
см - плотность сухого мерзлого грунта, кг/м3;
Wн - количество незамерзшей воды в грунте, д. ед., вычисляется по фор-
муле 4.9. |
|
Wн = Кw Wр , |
(4.9) |
где Wр - влажность на границе раскатывания, д. ед.; |
|
Кw - коэффициент, принимается по таблице 4.2 в зависимости от числа
пластичности I |
и температуры грунта tо на глубине 10 м, оС. |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Таблица 4.2. Значения коэффициента Кw |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Грунты |
|
I |
|
|
|
Коэффициенты Кw при tо,оС |
|
|
|||||
|
|
|
|
-0.3 |
-0.5 |
-1 |
-2 |
-3 |
-4 |
|
-6 |
-8 |
-10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пески и |
I |
0.02 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
супеси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
супеси |
|
0,02 |
|
0.6 |
0.5 |
0.4 |
0.35 |
0.33 |
0.3 |
|
0.28 |
0.28 |
0.25 |
|
I |
0.07 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
суглин- |
|
0,07 |
|
0.7 |
0.65 |
0.6 |
0.5 |
0.48 |
0.45 |
|
0.43 |
0.41 |
0.4 |
ка |
I |
0.13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
суглин- |
|
0,13 |
|
* |
0.75 |
0.65 |
0.55 |
0.53 |
0.5 |
|
0.48 |
0.46 |
0.45 |
ка |
I |
0,17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
глины |
I |
0,17 |
|
* |
0.95 |
0.9 |
0.65 |
0.63 |
0.6 |
|
0.58 |
0.56 |
0.55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: знаком * обозначено, что вся вода в парах грунта незамерзшая.
|
a |
|
t |
|
λ M |
t |
|
a |
|
|
|
4 |
зд |
|
0 |
5 |
|
|
|||||
|
|
|
λ T |
|
|
|
|||||
t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
a 4 |
a 5 |
|
|
|
, |
(4.10) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где tзд - температура воздуха в помещении, оС;
19
а4, а5- вспомогательные коэффициенты, рассчитываются по формулам 4.11
и 4.12.
a |
|
|
|
|
b зд |
|
|
|
, |
|
|
|
(4.11) |
||
4 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αн |
|
R |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a 5 |
2 |
|
λ |
T |
|
ln |
|
b |
зд |
δц |
, |
(4.12) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
π |
|
|
|
|
δ |
ц |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где вн - коэффициент теплообмена на поверхности пола, Вт/м2, оС;
Rо - термическое сопротивление пола, м2. оС/Вт;
ц - полуширина цокольного ограждения, м, при его отсутствии принима-
ется равной 0.4 м;
5. Расчет ореола оттаивания вокруг подземных
тепловыделяющих каналов
Подземные трубопроводы являются мощными теплоисточниками, оказы-
вающими большое влияние на температурное поле грунта. В результате тем-
пература вмещающей среды повышается, и она теряет прочность. На практике наблюдается много случаев деформаций зданий, если их основание оказывает-
ся в зоне этого влияния. Особо опасно распространение ореола оттаивания во-
круг трубопровода под подошву фундаментов. Кроме того, образование больших ореолов оттаивания опасно и для устойчивости самого трубопровода.
Оно может привести как к его недопустимой осадке, так и к всплытию.
Из вышеизложенного следует, что расчет ореола оттаивания вокруг под-
земного трубопровода есть непременное условие при его проектировании.
Различают низкотемпературные трубопроводы и высокотемпературные.
Первые рассчитываются, исходя из образования стационарного температурного поля вокруг трубы. Вторые - нестационарного. Отнесение трубопровода к пер-
вому или второму виду производят исходя из значения безразмерной темпе-
20