_ukazaniya_po_merzlotovedeniyu_pgs

где n – число слоев насыпи, включая покрытие;

Hi – максимально возможная глубина сезонного оттаивания i-го слоя на-

сыпи в предположении, что он бесконечен, м, вычисляется по формуле 9.5;

Нn – максимально возможная глубина сезонного оттаивания последнего слоя насыпи (i = n), м;

hi – мощность i-го слоя насыпи, м.

Рис. 9.1. Схема к расчету оптимальной высоты насыпи

1-покрытие; 2-подготовка под покрытие; 3-тело насыпи; 4-слой сезонного промерзания в основании насыпи; 5-верхняя граница вечномерзлых грунтов; 6-вечномерзлый грунт

где Sпр – предельно допустимая деформация дневной поверхности, м, опреде-

ляется по данным табл. 9.1;

42

Таблица 9.1. Величина предельной деформации оснований сооружения

- сжимаемость вечномерзлых грунтов в основании насыпи при оттаива-

нии, безразм., для песчаных грунтов определяется по формуле 9.6, для глини-

стых – по формуле 9.7, для предварительных расчетов может приниматься по данным табл.9.2;

Таблица 9.2. Сжимаемость вечномерзлых грунтов при оттаивании

- глубина сезонного оттаивания в естественных условиях, м;

Нn+1 – максимально возможная глубина сезонного оттаивания грунтов ос-

нования насыпи, м, вычисляется по формуле 9.5.

43

где μ – поправочный коэффициент, учитывающий отток тепла в мерзлую зону,

безразм., вычисляется по формуле 9.8;

λTi – коэффициент теплопроводности талого грунта i-го слоя Вт/(м.оС);

Ωл – сумма градусочасов на дневной поверхности в летний период, опре-

деляется по формуле 9.9;

qft – удельные затраты тепла на оттаивание (промерзание) грунта в i-ом слое, Вт. ч/м3, определяются по формуле 9.10.

где с.т, с.м – плотность сухого талого и мерзлого грунта, кг/м3;

Wc – суммарная влажность мерзлого грунта, дол. ед.;

Wp – нижний предел пластичности, дол. ед.;

WН – влажность незамерзшей воды, дол.ед.;

μ = 1- 0,033 . /to.н /, (9.8)

где tо.н – температура грунта в основании насыпи, 0C, в первом приближении принимается равной температуре вечномерзлого грунта на глубине 10 м в есте-

ственных условиях.

где q – удельная теплота фазовых превращений воды при замерзании – оттаи-

вании, равная 93 Вт ч/кг;

Стi , Снi – объемная теплоемкость талого и мерзлого грунта в пределах i-го слоя Вт. ч/(м3. 0С);

44

tл, tз – среднелетняя и среднезимняя температура наружного воздуха в рай-

оне строительства, 0С, принимается по климатическому справочнику;

Wci – суммарная влажность мерзлого грунта в пределах i-го слоя, дол.ед.,

определяется по данным изысканий, при их отсутствии принимается по данным табл. 9.3.

Таблица 9.3. Суммарная влажность материала покрытия и тела насыпи

10.Контрольная работа № 2

Расчет трубчатой охлаждающей системы.

Трубчатые охлаждающие системы включают вентилируемые наружным воздухом трубы, жидкостные и парожидкостные термосифоны, прокладывае-

мые горизонтально в подсыпке из крупноскелетного материала, по которой устраивается пол здания. Трубчатая охлаждающая система обычно применяется в промышленных зданиях, когда требуется передать на пол первого этажа большие нагрузки от транспорта и оборудования, а также во многих сельскохо-

зяйственных зданиях. Преимуществом трубчатых систем является их низкая стоимость, недостатком – невысокая надежность работы. Последнее, прежде всего, относится к трубам, вентилируемым наружным воздухом, где вследствие выпадения и замерзания конденсата может происходить закупорка системы.

45

Повышение надежности достигается двойным или тройным резервированием

(прокладкой дополнительного по сравнению с расчетным количества труб).

При проектировании трубчатых систем устанавливается требуемый радиус труб rтр, м, глубина их заложения от поверхности пола hтр, м, шаг расстановки в bтр, м, мощность подсыпки из крупноскелетного материала Нn.м, кроме того в системах вентилируемых наружным воздухом – расход воздуха V, м3/ч, и пере-

пад температуры воздуха на входе и выходе из трубы ∆t, 0С.

Расчет ведется методом последовательных приближений. Вначале задаются частью параметров: rтр, hтр, bтр, ∆t, U. (U – скорость воздуха в трубах, м/ч).

При необходимости параметры корректируются. Затем вычисляются не-

достающие параметры tо’, Нn и для воздушных систем – V. Расчетная схема по-

казана на рис. 10.1.

Рекомендуется в качестве первого приближения принимать следующие значения параметров:

rтр = 0,1 - 0,3 м; hтр = 1,0 - 1,5 м; bтр = 1,0-4,0 м; ∆t = 50С;

U = 1,5 - 3,0 м/с = 5400 - 10800 м/ч (U – скорость воздуха в трубах).

Расчет начинают с определения условной глубины заложения труб по формуле 10.1.

46

где hо – условная глубина заложения труб, м;

λпт – коэффициент теплопроводности материала подсыпки в талом состоянии, Вт/(м.0С);

Rо – термическое сопротивление пола здания, м2.0С/Вт.

Если расстояние между трубами задано правильно, то должно выполняться

следующее предельное условие, свидетельствующее о том, что происходит смыкание льдогрунтовых цилиндров вокруг труб, представленное формулой

10.2.

где m, n – безразмерные параметры, определяемые по формулам 10.3 и 10.4.

Примечание: Th(х) – гиперболический тангенс, равный:

где β – безразмерная температура, определяемая по формуле 10.5;

А – безразмерный параметр, определяемый по формуле 10.6;

Вi – критерий Био, безразм, вычисляется по формуле 10.7.

где λпм – коэффициент теплопроводности материала подсыпки в мерзлом со-

стоянии, Вт/(м . 0С);

tв.з – среднезимняя температура наружного воздуха, 0С;

остальные обозначения указаны выше.

47

Примечание: arth(x) – гиперболический арктангенс, равный:

где Кг – безразмерный коэффициент, учитывающий снижения тепловосприя-

тия термосифонов в результате их горизонтального расположения, определяет-

ся по данным табл.10.1 для вентилируемых труб принимается Кг =1.

Таблица 10.1. Значение Кг

RТ – термическое сопротивление трубы теплообмену, м2 . 0С/Вт, для паро-

жидкостных термосифонов определяется по формуле 10.8, для вентилируемых труб – по формуле 10.9.

где αн – коэффициент теплообмена между воздухом и поверхностью конденса-

тора термосифона, м2.0С/Вт; определяется по данным таблицы 10.2;

Fu, Fк – поверхность испарителя и конденсатора термосифона, м2.

где U – скорость воздуха в трубе, м/ч.

48

Если условие 10.2 не выполняется, то следует уменьшить расстояние меж-

ду трубами bтр и расчет повторить.

Следующим этапом вычислений является определение условной мощности талой зоны к концу зимнего периода над трубами у, м по формуле 10.10.

где m,n – то же, что и в формуле 10.2.

Далее проверяется условие 10.11, свидетельствующее о том, что при за-

данной глубине заложения труб hтр обеспечивается нормируемый температур-

ный перепад между температурой поверхности пола и температурой воздуха в помещении ∆tн. Для производственных зданий, где этот перепад не нормирует-

ся, проверка условия 10.11 не проводится:

где ∆tн – нормальный температурный перепад между температурой пола и воз-

духа в помещении, принимается равным 2,50С;

αb – коэффициент теплоотдачи от поверхности пола к воздуху в помеще-

нии, принимается равным 6,5 м2 . 0С/Вт;

49

Остальные обозначения даны выше.

Завершающий этап вычислений – определение среднегодовой температуры грунта под зданием tо’ 0С, и мощности подсыпки Нn, м по формулам 10.12 и 10.13.

где tср – средняя температура грунта на глубине заложения труб к концу зим-

него периода, 0С, вычисляется по формуле 10.14;

λпт – коэффициент теплопроводности материала подсыпки в талом состоя-

нии, Вт/(м . 0С);

τз , τл , τг – продолжительность зимнего, летнего и годового периодов, ч;

qf – удельные затраты тепла на оттаивание подсыпки, Вт ч/м3, рассчитыва-

ется по формуле 10.15;

μ– коэффициент, учитывающий отток тепла в мерзлую зону:

μ= 1- 0,033 . tо’.

Остальные обозначения даны выше.

где q – удельная теплота таяния льда, 93 Вт ч/кг;

γпс – плотность сухого материала подсыпки, кг/м3;

Wпс – суммарная влажность материала подсыпки, дол. ед;

Спт, Спм – объемная теплоемкость материала подсыпки в талом и мерзлом состояниях, Вт ч/м3 . 0С.

Остальные обозначения даны выше.

50