Расчет фундамента для дома: Калькулятор ленточного фундамента

Расчет теплопередачи фундамента, упрощенный метод расчета потерь/притока тепла фундамента здания

Содержание:

За последние несколько десятилетий практика изоляции фундаментов зданий стала более распространенной. Однако подавляющее большинство существующих жилых домов не утеплены. Было подсчитано, что в 1985 году менее 5 процентов существующего фонда зданий имели утепленные фундаменты. Теплопередача при контакте с Землей, по-видимому, ответственна за 1-3 квадриллиона кДж годового потребления энергии в Соединенных Штатах. Это потребление энергии аналогично влиянию инфильтрации на годовые нагрузки по охлаждению и отоплению в жилых зданиях (Claridge, 19).88). В дополнение к потенциалу энергосбережения изоляция фундаментов зданий может улучшить тепловой комфорт, особенно для жителей зданий с подвалами или фундаментами, защищенными землей.

Как правило, теплопередача фундамента является основной частью нагрузок по отоплению/охлаждению для малоэтажных зданий, включая жилые дома на одну семью, небольшие коммерческие и административные здания, холодильные конструкции и большие склады.

Подробное обсуждение конфигураций изоляции для различных типов зданий, а также различных методов расчета для оценки теплопередачи фундамента можно найти в Krarti (19).99). В этом разделе приводится только упрощенный метод расчета годовых и сезонных тепловых потерь или притока тепла от фундаментов жилых домов.

Следует отметить, что в Соединенных Штатах для жилых зданий распространены три типа фундамента: плиты на уровне пола, подвалы и подвальные помещения. Фундамент подвала может быть как глубоким, так и мелкозаглубленным. Как правило, неглубокие подвалы и подвальные помещения являются некондиционируемыми помещениями. На рис. 6.9 показаны три распространенных типа фундаментов зданий. В некоторых приложениях фундамент здания может включать любую комбинацию трех типов фундамента, например, цокольный этаж с плитой на уровне земли. К числу факторов, влияющих на выбор типа фонда, относятся географическое положение и спекулятивный рынок недвижимости.

Недавний отчет Бюро переписи населения США показывает, что доля домов, построенных с подпольем, оставалась неизменной на уровне около 20 процентов в течение последних семи лет (Krarti, 1999). Однако доля домов с плитным фундаментом увеличилась с 38% в 1991 г. до 45% в 1997 г. При этом доля домов, построенных на цокольном этаже, снизилась с пикового значения в 42% в 1992 г. до 37% в 1997 г. В 1993 г. дома строились с почти равным количеством цокольных и плитных фундаментов. Более того, данные Бюро переписи населения США четко указывают на то, что выбор типа фундамента зависит от географического положения. В

РИСУНОК 6.9 Типы фундаментов зданий.

В

регионах Северо-Востока и Среднего Запада цокольный фундамент был наиболее распространенным с долей около 80 процентов в период с 1991 по 1997 год, тогда как плитный фундамент преобладал на юге и западе. Аналогичное распределение по типам фундаментов жилых зданий зафиксировано в последней переписи населения США.

Крарти и Чуанчид (1999). Этот инструмент проектирования прост в использовании и требует простых входных параметров с непрерывными переменными значениями, включая размер фундамента, коэффициент теплоизоляции, тепловые свойства грунта, а также внутреннюю и наружную температуру. Упрощенный метод дает набор уравнений, пригодных для оценки конструкции и годовой общей потери тепла как для плитного, так и для цокольного фундамента в зависимости от широкого диапазона переменных.

В частности, упрощенный метод расчета позволяет рассчитать годовую или сезонную теплопередачу фундамента, используя два уравнения для оценки, соответственно, среднего

Q м и амплитуда Q (l годовых теплопотерь фундамента.

Для среднегодовых тепловых потерь фундамента:

где

Для годовой амплитуды тепловых потерь фундамента: где

Коэффициенты a и m зависят от конфигурации укладки изоляции и приведены в таблице 6.5.

ТАБЛИЦА 6.5

Коэффициенты m и a для использования в уравнениях. (6.36) и (6.37) для расчета теплопритока фундамента

Размещение изоляции

м

А

Униформа — горизонтальная

0,40

0,25

Частичное — горизонтальное

0,34

0,20

Частичная — вертикальная

0,28

0,13

Нормализованные параметры, используемые обоими уравнениями. (6.36) и 6.37) определяются ниже:

Для конфигураций с частичным утеплением (для плитного фундамента частичный утеплитель может располагаться либо горизонтально, выходя за пределы фундамента, либо вертикально вдоль стен фундамента):

Для конфигураций с одинаковой изоляцией: R cq = R f + R , где В приведенных выше уравнениях используются следующие параметры:

A Площадь подвала/перекрытия (общая площадь пола и стен) (м : или фут 2 )

В Глубина фундамента (м или фут)

b r[f Срок, определенный в уравнениях. (6.30) и (6.31)

C p Удельная теплоемкость почвы (Дж/кг°C или БТЕ/фунт °F)

c Длина изоляции фундамента/плиты (м или футы)

D Срок, определенный в уравнениях. (6.30) и (6.31)

G Термин, определенный в уравнении. (6.31)

H Срок, определенный в уравнениях. (6.30) и (6.31)

k s Теплопроводность почвы (Wnr’-T -1 или БТЕ/час фут °F)

P Периметр фундамента/перекрытия (м или футы)

Q Общие потери тепла (Вт или БТЕ/ч)

Q, „ Среднегодовое значение общих тепловых потерь (Вт или БТЕ/ч)

Q a Годовая амплитуда общих потерь тепла (Вт или БТЕ/ч)

R

Эквивалентное тепловое сопротивление //-значение всего фундамента (м 2 К/Вт или фут 2 °F·ч/БТЕ)

R, Термическое сопротивление //-значение пола (м 2 К/Вт или фут 2 °F·ч/БТЕ)

R, Термическое сопротивление //-значение изоляции (м 2 К/Вт или фут 2 °F·ч/БТЕ)

T a Температура окружающего или наружного воздуха (°C или °F)

T r Температура воздуха в помещении (°C или °F)

U c Дж. м

Эффективное (/-значение среднегодового значения (Wm 2 -°C _1 или БТЕ/ч-фут 2 -°F), определенное в уравнении (6.36)

U ej]a Эффективное (/-значение годовой амплитуды (Wnr 2 -°C _1 или Btu/hrft 2 °F), определенное в уравнении (6.37)

(/„ (/-значение (Wnr 2 -°C _I или Btu/hrft 2 °F), определенные в уравнениях. (6.36) и (6.37)

p Плотность почвы (кг/м 5 или фунт/фут 3 )

co Годовая угловая частота (рад/с или рад/ч)

a, Температуропроводность (м 2 /с или фут 2 /ч)

Прогнозы упрощенной расчетной модели были проверены в сравнении с другими подробными решениями, в том числе полученными с использованием метода оценки профиля межзональной температуры (ITPE), как указано в Таблице 6.6 и Таблице 6.7 (Krarti, 1999). Следует отметить, что упрощенная модель дает точные прогнозы, когда

А/P больше 0,5 метра. Среднегодовой тепловой поток (теплопотери или приток) от фундамента здания составляет просто Ом. Наибольший тепловой поток фундамента при расчетных условиях можно получить как Q des = Q м + Qn.

Чтобы проиллюстрировать использование упрощенных моделей, представлены два примера расчета для цокольного строения, утепленного однородной изоляцией.

ТАБЛИЦА 6.6

Сравнение результатов упрощенного решения и решения ITPE

Метод

Среднее (QJ

Амплитуда (QJ

Упрощенный

699

208

Решение ITPE b

658

212

a Значения тепловых потерь относятся ко всей плите и приводятся в ваттах. b Для получения более подробной информации о методе ITPE (оценка межзонного температурного профиля) для решения задач теплопередачи фундамента читатель может обратиться к Karti (1999).

ТАБЛИЦА 6.7

Сравнение инструмента упрощенного проектирования и прогнозов решения ITPE-’

Метод

Без изоляции

Однородная изоляция

Упрощенный

16,91

5,85

Решение ITPE б

17,28

5,69

Источник: Предоставлено Krarti (1999). a Приток тепла на единицу площади указан в Вт/м 2 .

Пример расчета №1: Подвал жилого дома

Определите среднегодовое значение и годовую амплитуду общих потерь тепла в подвале дома. Основная геометрия и детали конструкции подвала представлены ниже (см. данные, представленные на шаге 1). Дом находится в Денвере, штат Колорадо.

Раствор

Шаг 1. Предоставьте необходимые входные данные (из ASHRAE. 2009):

Размеры

Ширина подвала = 10,0 м (32,81 фута)

Длина подвала = 15,0 м (49,22 фута)

Высота стены подвала = 1,5 м (4,92 фута)

Общая площадь подвала = 225,0 м 2 (2422,0 футов 2 )

Отношение площади подвала к периметру подвала: ( A/P) ч = 3,629 м (11,91 фута)

4 дюйма толстый железобетонный фундамент

Термическое сопротивление Значение R: = 0,5 м 2 К/Вт (2,84 ч·фут 2 F/Btu)

Тепловые свойства почвы

Теплопроводность почвы: К с = 1,21 Вт/м-К (0,70 БТЕ/ч фут-°)

Температуропроводность почвы: a с = 4,47 x 10~ 7 м 2 /с (48,12 x 10~ 7 футов 2 /с)

Изоляция

Равномерная изоляция Значение R = 1,152 м 2 К/Вт (6,54 ч·фут 2 F/Btu)

Температура

Температура в помещении: T r = 22°C (71,6°F)

Среднегодовая температура окружающей среды: T„ = 10°C (50°F)

Годовая амплитуда температуры окружающей среды: T ампер = 12,7°К (23°R)

Годовая угловая частота: (0= 1,992 x 10 -7 рад/с

Шаг 2. Рассчитать Q, „ и Q„ значения:

Использование уравнений. (6.36) и (6.37) сначала вычисляются различные нормированные параметры. Затем определяют среднегодовые и амплитудные потери тепла подвала.

Поэтому.

и

Пример расчета № 2: плита морозильной камеры

Для морозильного склада, изображенного на рисунке 6.1, определите общий приток тепла морозильной камеры при проектных условиях. Склад находится в Денвере, штат Колорадо. Оцените экономическую эффективность равномерной изоляции фундаментной плиты морозильной камеры с использованием 4-дюймовой изоляции из экструдированного полистирола.

Шаг 1. Введите необходимые входные данные:

Размеры

Ширина перекрытия = 10,0 м (32,81 фута)

Длина плиты = 20,0 м (49,22 фута)

Отношение площади плиты к периметру плиты: A/P = 3,0 м (9,84 фута)

Легкая бетонная плита толщиной 100 мм (4 дюйма) с коэффициентом теплового сопротивления R = 0,587 м 2 K/W (3,33 h. fFF/BtuT) 1

Тепловые свойства почвы

Тип почвы: Песчаные почвы

Теплопроводность почвы: К с = 1,51 Вт/м-К (0,87 БТЕ/ч-фут °F) +2

ЭСКИЗ 6.1

Плотность почвы: p, = 2740 кг/м 3 (171,06 фунт/фут 3 )

Теплоемкость почвы: c с = 774,0 Дж/кг°C (0,18 БТЕ/фунт-°F)

Температуропроводность почвы: а = к 5 с с с = 7,12 х 10~ 7 м 2 /с (76. 6 x Ю» 7 футов 2 /с)

Изоляция

100 мм (4 дюйма) экструдированный полистирол: значение /? = 3,52 м 2 К/Вт (20,0 hft 2 F/Btu) Температура

Температура в помещении: T r = -15°C (5°F) (для хранения в морозильной камере)

Среднегодовая температура окружающей среды: Tn, = 6,3°C (43°F)* 3 Годовая амплитуда температуры окружающей среды: T a = 30°C (54°F)* 4 Годовая угловая частота: (0=1. 992 х 10 дюймов 7 рад/с

Ящики с изоляцией

Вариант 1: Без изоляции Вариант 2: Однородная изоляция

Шаг 2. Вычислить Q из :

Использование уравнений. (6.36) и (6.37) сначала вычисляются различные нормированные параметры. Затем определяют расчетный прирост тепла для морозильной плиты.

Случай 1: Без изоляции

Таким образом, расчетный общий приток тепла для морозильной плиты без изоляции составляет:

Вариант 2: Однородная изоляция

Таким образом, расчетный общий приток тепла для морозильной плиты с однородной изоляцией составляет:

Шаг 3. Выполнение экономического анализа:

Предположим, что склад работает круглосуточно в течение всего года. кВт/т для морозильной камеры: 2,35 кВт/т’

Стоимость электроэнергии в Денвере: 0,08 долл. США/кВтч

Стоимость экструдированного пенополистирола: $3. 00/м 2 -в. (стоимость материала) и 2,50 долл. США/м 2 (стоимость рабочей силы; данные о затратах относятся к Денверу, штат Колорадо).

Для оценки годовых характеристик изоляции в экономическом анализе, изложенном ниже, учитываются только среднегодовые поступления тепла (для обоих случаев: с 4-дюймовой изоляцией вдоль фундаментной плиты и без нее).

Сначала оценивается экономия среднегодового прироста тепла (выраженная в ваттах):

Таким образом, годовая экономия прироста тепла, выраженная в кВтч/год, рассчитывается следующим образом:

Таким образом, экономия электроэнергии для холодильного оборудования составляет:

Таким образом, годовая экономия средств, связанная с добавлением изоляции фундамента, составляет:

Стоимость утепления фундамента сметная:

Таким образом, срок окупаемости утепления фундамента составляет:

Во избежание проблем с пучением фундамент морозильной камеры необходимо утеплить в любом случае, если только под плитным фундаментом не установлена ​​система подогрева пола.

Сколько должна быть минимальная глубина фундамента — с цифрой

Привет, друзья, если вы хотите построить дом или здание, и вы не понимаете, сколько вы должны обеспечить минимальную глубину фундамента , тогда прочитайте эту статью до конца.

Здесь я описал глубину фундамента, которую необходимо сохранить в здании, простым способом с помощью числового расчета.

Фундамент — самая нижняя часть здания ниже уровня земли, которая передает через нее нагрузку от надстройки на землю. Он играет очень важную роль в защите здания от опрокидывания во время землетрясения. Это также обеспечивает прочность, чтобы нести ветровую нагрузку на здание.

Содержание

Глубина фундамента зависит от следующих факторов:

  1. Типы грунта
  2. Уровень грунтовых вод
  3. Нагрузка от конструкции
  4. Несущая способность
  5. Плотность грунта

Читайте также,

Конструкция лестницы на собачьих ножках

Требования к хорошим лестницам

Различие между методом предельных и рабочих напряжений

Теперь у меня есть формула для расчета глубины фундамента, которая называется Формула Ренкина . Который приведен ниже;

Где,

D = минимальная глубина фундамента в (метрах)

P = общая нагрузка на фундамент в (кН/м 2 )

W = удельный вес грунта

Φ  = угол откоса или внутреннее трение грунта

Теперь, как мы можем рассчитать угол откоса?

Здесь я привел тот же пример типа почвы, изменения угла естественного откоса и, в зависимости от угла естественного откоса, дан удельный вес почвы.

9007 4
Тип грунта Угол естественного откоса Удельный вес
Сухой песок 25 0 – 30 0 16 кН/м 3
Влажная почва 30 0 – 35 0 18 кН/м 3
Влажная почва 15 0 – 25 0 19 кН/м 3

песок, но обычно такие грунты встречаются при испытаниях.

Возьмем пример, если у нас есть влажный песок, то какой должна быть минимальная глубина фундамента?

Решим,

Имеем, нагрузка на конструкцию(P) = 300 кН/м 2

Плотность грунта = 18 кН/м 3 (Потому что у нас влажная почва)

Угол естественного откоса ( Φ ) = 30 0

Теперь

Подставляем значения в Формула Ренкина 9029 8 ,

Рассчитав вышеприведенное уравнение, мы получили минимальную глубину фундамента = 1,85 м

Посмотрите видео, чтобы было понятнее

Итак, друзья Таким образом, мы можем рассчитать минимальную глубину фундамента для различных зданий, если у нас есть профиль грунта и нагрузка, действующая на фундамент.

Но, наконец, я рекомендую вам предпочесть тест грунта, чтобы вы получили реальную плотность и угол естественного откоса грунта для точной глубины фундамента.

LEAVE A REPLY

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *