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.

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.

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

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

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 _/г

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

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

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

^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-’

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 /р _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.

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.