Теплоизолированный фундамент

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению зданий и сооружений на промерзающих пучинистых грунтах. Фундамент на промерзающем грунте включает жесткое тело, состоящее из подошвы и стены, с прокладкой со стороны подошвы, обращенной к грунту, выполненной из теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, а также дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента. Верхний край дополнительного утеплителя пропущен со стороны наружного края фундамента в виде прерывистых вкладышей через жесткое тело фундамента и соединен с дополнительным утеплителем противоположного наружного края фундамента. Давление на грунт по подошве фундамента принимается не более величины расчетного сопротивления теплоизоляционного материала на сжатие, а относительная площадь прерывистых вкладышей (β=А_пр.вк/А₀) определяется из соотношения β≤1-σ_max/R, где А_пр.вк - площадь сечения прерывистых вкладышей, м², А₀ - площадь сечения фундамента брутто в месте установки вкладышей, м², σ_max - максимальное напряжение в материале фундамента от внешних нагрузок, МПа, R - расчетное сопротивление материала фундамента, МПа. Дополнительный утеплитель, установленный с наружной стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем наружной стены фундамента. Дополнительный утеплитель, установленный с внутренней стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем внутренней стены фундамента. Вкладыши дополнительного утеплителя фундамента соединены с утеплителем перекрытия над фундаментом. Утеплитель, установленный с наружной стороны стены фундамента, соединен с утеплителем отмостки. Утеплитель, установленный с внутренней стороны стены фундамента, соединен с утеплителем перекрытия над фундаментом. Технический результат состоит в обеспечении возможности заложения фундамента выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов, повышении уровня защиты грунта под фундаментом от промерзания. 2 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и используется при сооружении зданий и сооружений на промерзающих пучинистых грунтах.

Известен фундамент на промерзающем грунте (фундамент-аналог), включающий жесткое тело, состоящее из подошвы и стены, с прокладкой со стороны подошвы, обращенной к грунту, выполненной из теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, а также дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента, причем давление на грунт по подошве фундамента принимается не более величины расчетного сопротивления материала теплоизоляционного материала на сжатие (патент RU №2135693, МКИ⁶ E02D 27/01, 27/35 «Теплоизолированный фундамент» [1], п.2 формулы изобретения).

Недостаток фундамента-аналога состоит в малой теплоизолирующей способности для целей защиты грунтов от промерзания.

Наиболее близким к заявляемому объекту техническим решением является фундамент на промерзающем грунте (фундамент-прототип), включающий жесткое тело, состоящее из подошвы и стены, с прокладкой со стороны подошвы, обращенной к грунту, выполненной из теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, а также дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента, причем верхний край дополнительного утеплителя пропущен со стороны наружного края фундамента в виде прерывистых вкладышей через жесткое тело фундамента и соединен с дополнительным утеплителем противоположного наружного края фундамента, давление на грунт по подошве фундамента принимается не более величины расчетного сопротивления материала теплоизоляционного материала на сжатие, а относительная площадь прерывистых вкладышей

(β=А_пр.вк/А₀) принимается из соотношения

β≤1-σ_max/R,

где А_пр.вк - площадь сечения прерывистых вкладышей, м²;

А₀ - площадь сечения фундамента брутто в месте установки вкладышей, м²;

σ_max - максимально напряжение в материале фундамента от внешних нагрузок, МПа;

R - расчетное сопротивление материала фундамента, МПа

(Патент RU №2237780, МКИ⁶ E02D 27/01, 27/35 «Теплоизолированный фундамент» [2], п.2 формулы изобретения).

Недостаток фундамента-прототипа состоит в недостаточной теплоизолирующей способности для целей защиты грунтов от промерзания.

Цель заявленного изобретения состоит в обеспечении более эффективной защиты пучинистых грунтов от промерзания, в частности за счет более рационального размещения дополнительного утеплителя в теле фундамента и за его пределами.

Поставленная цель достигается тем, что в фундаменте, включающем жесткое тело, состоящее из подошвы и стены, с прокладкой со стороны подошвы, обращенной к грунту, выполненной из теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, а также дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента, причем верхний край дополнительного утеплителя пропущен со стороны наружного края фундамента в виде прерывистых вкладышей через жесткое тело фундамента и соединен с дополнительным утеплителем противоположного наружного края фундамента, давление на грунт по подошве фундамента принимается не более величины расчетного сопротивления теплоизоляционного материала на сжатие, а относительная площадь прерывистых вкладышей (β=А_пр.вк/А₀) из соотношения

β≤1-σ_max/R,

где А_пр.вк - площадь сечения прерывистых вкладышей, м²;

А₀ - площадь сечения фундамента брутто в месте установки вкладышей, м²;

σ_max - максимально напряжение в материале фундамента от внешних нагрузок, МПа;

R - расчетное сопротивление материала фундамента, МПа,

отличающийся тем, что в предлагаемом теплоизолированном фундаменте дополнительный утеплитель, установленный с наружной стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем наружной стены фундамента.

Кроме того, в предлагаемом теплоизолированном фундаменте:

- дополнительный утеплитель, установленный с внутренней стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем внутренней стены фундамента;

- утеплитель, установленный с наружной стороны стены фундамента, соединен с утеплителем отмостки;

- вкладыши дополнительного утеплителя фундамента соединены с утеплителем перекрытия над фундаментом;

- утеплитель, установленный с внутренней стороны стены фундамента, соединен с утеплителем перекрытия над фундаментом.

Толщина утеплителя под подошвой фундамента, утеплителя наружных и внутренних стен, утеплителя отмостки и перекрытия над фундаментом, а также размеры прерывистых вкладышей дополнительного утеплителя устанавливается по теплотехническому расчету из условия уменьшения теплового потока из грунта Q.

В предлагаемом теплоизолированном фундаменте сохраняются требования, предъявляемые к фундаменту: давление на грунт р_ср не превышает расчетного сопротивления материала утеплителя под подошвой фундамента R_сж, а осадка фундамента S_cp, вычисленная с учетом повышенной сжимаемости утеплителя - величины нормируемой предельно допустимой осадки S_и. Кроме того, выбором размеров прерывистых вкладышей в стене фундамента обеспечивается необходимая прочность материала фундамента.

Устойчивость фундамента при действии нормальных и касательных сил морозного пучения в промерзающем грунте обеспечивается укладкой утеплителя под подошвой фундамента, по наружной и внутренней поверхностям стен, под отмосткой, связью вкладышей дополнительного утеплителя стен фундамента с утеплителем перекрытия над фундаментом, чем снижается, а в пределе полностью исключается промерзание грунта под подошвой фундамента.

Совокупность сформулированных предложений обеспечивает реализацию поставленной цели - обеспечение более эффективной по сравнению с фундаментом-прототипом защиты пучинистых грунтов от промерзания путем назначения необходимой толщины утеплителя под подошвой фундамента, соединения дополнительного утеплителя с утеплителем наружных и внутренних стен фундамента, размещением дополнительного утеплителя со стороны, обращенной к грунту, под отмосткой фундамента, а также соединения вкладышей дополнительного утеплителя внутреннего края фундамента с утеплителем перекрытия над фундаментом.

При анализе уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого решения, т.е. оно отвечает требованиям новизны.

Не выявлены также признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении, т.е. оно отвечает требованию изобретательского уровня.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображен теплоизолированный ленточный фундамент, нагруженный линейной нагрузкой n и заглубленный в грунт на глубину d; на фиг.2 - поперечное сечение 1-1 фундамента.

Ленточный фундамент (фиг.1, 2) включает подошву 1 и стену 2, выполненные из жесткого материала (железобетона). Со стороны подошвы фундамента 1, обращенной к грунту, размещена прокладка 3 из экструдированного пенополистирола, а по наружной и внутренней поверхностям подошвы 1 и стены 2 - дополнительный утеплитель (соответственно поз.4 и 5). Стена 2 фундамента имеет наружный 6 и внутренний 7 дополнительный утеплитель. В верхней части стены 2 фундамента размещен дополнительный утеплитель 8 в виде прерывистых вкладышей.

На фундаментную стену 2 опирается стена надземного строения 9 с наружным и внутренним утеплителем. В состав теплоизолированного фундамента входит также отмостка 10 с утеплителем 11 по ее нижней поверхности, песчаная подготовка 12 под слоем утеплителя 3 и обратная засыпка 13. На стену 9 опирается плита перекрытия 14 с утеплителем 15 по ее нижней части. Позицией 16 показана граница промерзания грунта d_f.

Для примера, иллюстрирующего сущность изобретения, приняты следующие исходные данные:

- нагрузка на 1 м длины (I=1.0 м) подошвы 1 фундамента:

n=250 кН/м;

- ширина подошвы 1 фундамента 1:b=2.0 м;

- площадь подошвы 1 фундамента 1:

A=Ib=1.0-2.0=2.0 м²/м;

- площадь брутто стены 2 фундамента в сечении, где установлены прерывистые вкладыши 8: А₀=I b₀=1.0·0.5=0.5 м²/м;

- размеры прерывистых вкладышей 8: длина вдоль стены 2 фундамента: c₁=0.5 м; расстояние между прерывистыми вкладышами 8 по длине стены 2: c₂=0.5 м (см. фиг.1); ширина, равная ширине верхней части стены 2 фундамента: b₀=0.5 м, высота h_пр.вк=0.1 м (см. фиг.1);

- среднее давление по подошве 1 фундамента и по поверхности прокладки 3: p_ср=n/А=125 кПа = 0.125 МПа;

- глубина заложения подошвы 1 фундамента: d=0.60 м;

- толщина прокладки 3: δ=0.05 м; модуль деформации

E_эп=1.0 МПа; расчетное сопротивление экструдированного пенополистирола: Р_сж=0.150 МПа;

- расчетная глубина промерзания грунта: d_f=1.9 м;

- расчетное сопротивление грунта: R_гр=0.220 МПа;

- расчетное сопротивление бетона стены 2 фундамента:

R_b=5.2 МПа;

- осадка подошвы 1 фундамента без учета сжимаемости прокладки 3: S₀=0.035 м.

Из расчетов следует, что наибольшее давление на грунт по подошве 1 фундамента - р_вс=0.125 МПа не превышает расчетного сопротивления грунта R_гр=0.220 кПа, а также выполняются условия:

- прочности прокладки 3 из экструдированного пенополистирола:

- полной осадки фундамента 1 с учетом сжимаемости прокладки 3 из экструдированного пенополистирола:

- возможности устройства прерывистых вкладышей 8:

где β=А_пр.вк./A₀=0.25/0.50=0.50;

А_пр.вк.=c₁b₀=0.5·0.5=0.25 м² - площадь сечения прерывистых вкладышей 8;

A₀=(c₁+c₂)b₀=(0.5+0.5)0.5=0.50 м² - площадь сечения стены 2 фундамента брутто в месте установки прерывистых вкладышей 8;

σ_max=n(c₁+c₂)/(c₂b₀)=250(0.5+0.5)/(0.5·0.5)=1000 кПа=1.0 МПа - максимальное напряжение в материале стены 2 фундамента от внешних нагрузок;

R=R_b=5.2 МПа - расчетное сопротивление бетона стены 2 фундамента.

Таким образом, предъявляемые требования к проектированию фундаментов в рассмотренном примере удовлетворяются.

Из теплотехнического расчета, выполненного по программе «НЕАТ-ПТФ₃» (трехмерная), следует, что эффективность теплозащиты по сравнению с фундаментом-прототипом существенно возрастает при соединении дополнительного утеплителя с утеплителем наружных и внутренних стен фундамента, при размещении утеплителя под отмосткой фундамента, а также при соединении вкладышей дополнительного утеплителя внутреннего края фундамента с утеплителем перекрытия над фундаментом.

Многовариантность решений теплоизоляции фундамента позволяет минимизировать тепловые потоки из грунта и существенно уменьшить глубину промерзания грунта d_f 16 возле подошвы 2 фундамента. Например, толщина наиболее дорогого утеплителя 3 из экструдированного пенополистирола под подошвой 1 фундамента может быть снижена до минимума, а в пределе - уменьшена до нуля.

Таким образом, преимущества предлагаемого решения теплоизолированного фундамента на промерзающих пучинистых грунтах по сравнению с фундаментом-прототипом состоят в обеспечении более эффективной защиты пучинистых грунтов от промерзания, снижении материалоемкости фундаментов.

Список использованных материалов

1. Патент RU №2135693, МКИ⁶ E02D 27/01, 27/35. Теплоизолированный фундамент. / В.В.Лушников и Ю.Р.Оржеховский. - Опубл. 27.08.1999, Бюл. №24. - 12 с.

2. Патент RU №2135693, МКИ⁶ E02D 27/01, 27/35. Теплоизолированный фундамент. / В.В.Лушников, Ю.Р.Оржеховский и В.В.Веселов. - Опубл. 27.01.2004, RU БИПМ №3. - 8 с.

Фундамент на промерзающем грунте, включающий жесткое тело, состоящее из подошвы и стены, с прокладкой со стороны подошвы, обращенной к грунту, выполненной из теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, а также дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента, причем верхний край дополнительного утеплителя пропущен со стороны наружного края фундамента в виде прерывистых вкладышей через жесткое тело фундамента и соединен с дополнительным утеплителем противоположного наружного края фундамента, давление на грунт по подошве фундамента принимается не более величины расчетного сопротивления теплоизоляционного материала на сжатие, а относительная площадь прерывистых вкладышей (β=А_пр.вк./А₀) определяется из соотношения
β≤1-σ_max/R,
где А_пр.вк. - площадь сечения прерывистых вкладышей, м²;
А₀ - площадь сечения фундамента брутто в месте установки вкладышей, м²;
σ_max - максимальное напряжение в материале фундамента от внешних нагрузок, МПа;
R - расчетное сопротивление материала фундамента, МПа,
отличающийся тем, что дополнительный утеплитель, установленный с наружной стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем наружной стены фундамента, дополнительный утеплитель, установленный с внутренней стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем внутренней стены фундамента, при этом вкладыши дополнительного утеплителя фундамента соединены с утеплителем перекрытия над фундаментом, причем утеплитель, установленный с наружной стороны стены фундамента, соединен с утеплителем отмостки, утеплитель, установленный с внутренней стороны стены фундамента, соединен с утеплителем перекрытия над фундаментом.