ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫЙ ФУНДАМЕНТ
HEAT INSULATED FOUNDATION

Изобретение относится к области строительства и используется при сооружении зданий и сооружений на промерзающих пучинистых грунтах.
6
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, МКИ 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
пр.вк
0
(β=А/А) принимается из соотношения
max
β≤1-σ/R,
пр.вк
2
где А - площадь сечения прерывистых вкладышей, м;
0
2
А - площадь сечения фундамента брутто в месте установки вкладышей, м;
max
σ - максимально напряжение в материале фундамента от внешних нагрузок, МПа;
R - расчетное сопротивление материала фундамента, МПа
6
(Патент RU №2237780, МКИ 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.
пр.вк
0
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/А) из соотношения
max
β≤1-σ/R,
пр.вк
2
где А - площадь сечения прерывистых вкладышей, м;
0
2
А - площадь сечения фундамента брутто в месте установки вкладышей, м;
max
σ - 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.
ср
сж
cp
и
В предлагаемом теплоизолированном фундаменте сохраняются требования, предъявляемые к фундаменту: давление на грунт р не превышает расчетного сопротивления материала утеплителя под подошвой фундамента R, а осадка фундамента S, вычисленная с учетом повышенной сжимаемости утеплителя - величины нормируемой предельно допустимой осадки S. 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.
f
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.
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:
2
A=Ib=1.0-2.0=2.0 м/м;
0
0
2
- площадь брутто стены 2 фундамента в сечении, где установлены прерывистые вкладыши 8: А=I b=1.0·0.5=0.5 м/м;
1
2
0
пр.вк
- размеры прерывистых вкладышей 8: длина вдоль стены 2 фундамента: c=0.5 м; расстояние между прерывистыми вкладышами 8 по длине стены 2: c=0.5 м (см. фиг.1); ширина, равная ширине верхней части стены 2 фундамента: b=0.5 м, высота h=0.1 м (см. фиг.1);
ср
- среднее давление по подошве 1 фундамента и по поверхности прокладки 3: p=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
эп
сж
E=1.0 МПа; расчетное сопротивление экструдированного пенополистирола: Р=0.150 МПа;
f
- расчетная глубина промерзания грунта: d=1.9 м;
гр
- расчетное сопротивление грунта: R=0.220 МПа;
- расчетное сопротивление бетона стены 2 фундамента:
b
R=5.2 МПа;
0
- осадка подошвы 1 фундамента без учета сжимаемости прокладки 3: S=0.035 м.
вс
гр
Из расчетов следует, что наибольшее давление на грунт по подошве 1 фундамента - р=0.125 МПа не превышает расчетного сопротивления грунта R=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:
пр.вк.
0
где β=А/A=0.25/0.50=0.50;
пр.вк.
1
0
2
А=cb=0.5·0.5=0.25 м - площадь сечения прерывистых вкладышей 8;
0
1
2
0
2
A=(c+c)b=(0.5+0.5)0.5=0.50 м - площадь сечения стены 2 фундамента брутто в месте установки прерывистых вкладышей 8;
max
1
2
2
0
σ=n(c+c)/(cb)=250(0.5+0.5)/(0.5·0.5)=1000 кПа=1.0 МПа - максимальное напряжение в материале стены 2 фундамента от внешних нагрузок;
b
R=R=5.2 МПа - расчетное сопротивление бетона стены 2 фундамента.
Таким образом, предъявляемые требования к проектированию фундаментов в рассмотренном примере удовлетворяются.
3
Из теплотехнического расчета, выполненного по программе «НЕАТ-ПТФ» (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.
f
Многовариантность решений теплоизоляции фундамента позволяет минимизировать тепловые потоки из грунта и существенно уменьшить глубину промерзания грунта d 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
6
1. Патент RU №2135693, МКИ E02D 27/01, 27/35. Теплоизолированный фундамент. / В.В.Лушников и Ю.Р.Оржеховский. - Опубл. 27.08.1999, Бюл. №24. - 12 с.
6
2. Патент RU №2135693, МКИ 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.