ЗДАНИЕ НА ВЕЧНОМЁРЗЛЫХ ГРУНТАХ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к сооружениям, возводимым в районах вечной мерзлоты.
Известно здание на вечномерзлых грунтах (Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1984. - 156 с). Здание представляет из себя сооружение на ленточном фундаменте, окруженное жидкостными охлаждающими установками, уменьшающими его отепляющее влияние на грунты основания. Достоинством данной конструкции является возможность сооружения зданий, спроектированных для умеренных климатических условий, в районах с распространением вечномерзлых грунтов. Недостатком является, меньший, чем у основного сооружения срок службы охлаждающих установок, что вызывает необходимость их постоянной замены в течение всего срока его эксплуатации.
Известно здание на вечномерзлых грунтах (Возведение фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов / под ред. Бондарева П.Д. - М.: Госстройиздат, 1962. - С. 11-12). Здание представляет из себя сооружение на свайном фундаменте (фиг. 1). Сваи имеют сплошное сечение, частично возвышаются над поверхностью грунта и объединены сверху ростверком. Пространство между поверхностью грунта и ростверком (проветриваемое подполье) минимизирует отепляющее влияние сооружения на грунты основания. Достоинством данной конструкции является возможность поддержания теплового режима грунтов автономно, без дополнительных охлаждающих мероприятий. Недостатком конструкции является медленное охлаждение грунтов основания при растеплении их глубинных слоев в случае теплового влияния смежных территорий.
Задачей данного технического решения является повышение эффективности охлаждения глубинных слоев грунтов основания.
Для достижения указанного технического результата здание на вечномерзлых грунтах (фиг. 2) выполнено в виде свайного фундамента, состоящего из объединенных плитой ростверка свай, и корпуса здания, опирающегося на свайный фундамент, причем между естественной поверхностью грунта и плитой ростверка имеется воздушный промежуток высотой «h», свободно сообщающийся в боковом направлении с внешним воздушным пространством. Сваи выполнены пустотелыми, со сквозной по высоте замкнутой сверху и снизу цилиндрической полостью диаметром «d», и заглублены в грунт на глубину «Н», а расстояние между сваями равно «b» при этом Н≤30d, м; ; d≥0,4 м.
К
К
Кроме того, пустотелые сваи могут содержать внутри сквозной полости коаксиальную вставку, выполненную из трубы внутренним диаметром «d», вверху и внизу которой расположены отверстия, обеспечивающие связь с полостью сваи, при этом d=0,7d, м.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 приведен прототип полезной модели,
на фиг. 2 - схема полезной модели.
Здание на вечномерзлых грунтах (фиг. 2) содержит свайный фундамент 1, состоящий из объединенных плитой 2 ростверка свай 3, и корпус 4 здания, опирающийся на свайный фундамент 1, причем между естественной поверхностью 5 грунта и плитой 2 ростверка имеется воздушный промежуток высотой «h», свободно сообщающийся в боковом направлении с внешним воздушным пространством. Сваи 3 выполнены пустотелыми, со сквозной по высоте замкнутой сверху и снизу цилиндрической полостью диаметром «d», и заглублены в грунт на глубину «Н», а расстояние между сваями равно «b».
Глубина «Н» заложения свай 3 зависит от диаметра «d» их полости и конструктивных соображений (Пассек В.В., Петров В.И. Термоопоры - эффективный и перспективный вид конструкций на вечной мерзлоте. М.: ОАО ЦНИИС, 2009. - 104 с) и равна
H≤30d, м.
Высота «h» воздушного промежутка при этом зависит от глубины «Н» заложения свай (Пассек В.В., Петров В.И. Термоопоры - эффективный и перспективный вид конструкций на вечной мерзлоте. М.: ОАО ЦНИИС, 2009. - 104 с) и находится по формуле
Диаметр «d» полости пустотелых свай выбирается, исходя из ожидаемой охлаждающей способности и конструктивных соображений:
d≥0,4 м.
Максимальное расстояние между сваями «b» находится по формуле
для вывода которой была проведена серия теплофизических расчетов на ЭВМ, исходные данные для которых задавались с учетом специфики работы воздушных охлаждающих систем, отраженных в монографии (Пассек В.В., Петров В.И. Термоопоры - эффективный и перспективный вид конструкций на вечной мерзлоте. М.: ОАО ЦНИИС, 2009. - 104 с). Вывод формулы приведен в приложении к описанию.
К
К
Пустотелые сваи 3 могут содержать внутри сквозной полости коаксиальную вставку, выполненную из трубы внутренним диаметром «d», вверху и внизу которой расположены отверстия площадью «S», обеспечивающие связь с полостью сваи, при этом d=0,7d, м; .
Здание на вечномерзлых грунтах работает следующим образом.
Нагрузка от сооружения воспринимается плитой 2 ростверка и передается на сваи 3. Вертикальная нагрузка в свайном фундаменте воспринимается двумя составляющими: сопротивлением по смерзанию с грунтом боковых поверхностей свай 3 и сопротивлением грунта по торцу свай 3.
Поддержание теплового режима зданием на вечномерзлых грунтах основывается на конвекции воздуха внутри пустотелых свай зимой и происходит следующим образом.
Охлажденный в надземной части полостей свай 3 воздух опускается вниз и отдает холод в грунт через стенки свай 3, после чего поднимается наверх, в надземную часть, где вновь охлаждается и т.д. При наличии коаксиальных вставок потоки воздуха разделяются: теплые восходящие перемещаются внутри коаксиальной вставки, а холодные нисходящие - внутри полости образованной зазором между стенками сваи и коаксиальной вставкой. В летний период конвекция прекращается, и тепло в грунт не поступает.
Эффект предлагаемой конструкции здания на вечномерзлых грунтах заключается в повышении эффективности охлаждения глубинных слоев грунтов основания через полости пустотелых свай, что повышает стабильность температурного режима вечномерзлых грунтов в случае теплового влияния смежных со зданием территорий.