Приложение В (обязательное). Численные расчеты

Приложение В
(обязательное)

Численные расчеты

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

Б.1 Общие положения

В общем случае промерзание грунта рядом со зданиями или конструкциями является трехмерной нелинейной задачей, зависящей от времени, которую можно смоделировать, используя подходящие численные методы (например, метод конечных разностей или конечных элементов).

Методики проектирования, приведенные в настоящем стандарте, основаны на расчетах для зданий на однородном грунте, обладающем пучинистыми свойствами, приведенными в 5.1, и другими условиями, описанными в В.2.

Методики, описанные в разделах 8-10, дают адекватную защиту от промерзания фундаментов в большинстве случаев. Однако если свойства грунта значительно отличаются от свойств, приведенных в 5.1 (особенно, если объемная масса грунта в сухом состоянии выходит за интервал от 1100 до 1600 кг/м³ или если водонасыщение менее 80 %), необходимо провести расчеты согласно В.2.

Примечание - Рассчитанные температуры грунта, прилегающего к зданию, в большей степени чувствительны к точным значениям свойств грунта, поскольку индекс промерзания растет, а внутренняя температура падает, и кроме того увеличивается теплоизоляция пола.

Численные расчеты, соответствующие В.2, могут использоваться в качестве альтернативы таблицам и графикам настоящего стандарта.

В.2 Условия для численных расчетов

B.2.1 Элементы геометрической модели

Геометрическая модель грунта подразделяется так, что самые мелкие элементы находятся рядом с краем пола, и постепенно увеличиваются в размере до значительно более крупных элементов рядом с плоскостями среза. Рекомендуются критерии, приведенные в ISO 10211-1, для суждения о достаточности использованных элементов (относящихся к расчетам тепловых потоков и температурам поверхности).

B.2.2 Размеры грунта

Следующие минимальные размеры грунта определяют плоскости среза в геометрической модели:

- в горизонтальном направлении внутри здания - 0,5 В;

- в горизонтальном направлении снаружи здания - 2,5 В;

- в вертикальном направлении ниже уровня грунта - 2,5 В;

где В - ширина (меньший размер) пола.

B.2.3 Трех- или двумерные расчеты

Если меньший размер пола не превышает 4 м, применяют трехмерные расчеты. В других случаях условия замерзания вдоль стен могут оцениваться двумерными расчетами при ширине здания, установленной равной меньшему размеру пола. Условия промерзания на углах тогда оцениваются по трехмерным расчетам или с помощью соответствующих таблиц и графиков настоящего стандарта.

B.2.4 Граничные условия

Для двумерных расчетов вертикальная плоскость симметрии, проходящая посредине пола, берется за адиабатическую границу (так, что моделируется одна половина здания). Для трехмерных расчетов прямоугольного здания имеются две вертикальные плоскости симметрии, проходящие посредине пола в каждом направлении, которые берутся за адиабатические границы (так, что моделируется одна четверть здания).

Снаружи здания вертикальная плоскость среза берется за адиабатическую границу. Горизонтальная плоскость среза в грунте берется за адиабатическую границу.

Поверхностные коэффициенты теплопроводности, установленные в ISO 6946, применяются для внутренней поверхности пола и для наружной поверхности грунта.

B.2.5 Теплофизические свойства

Для теплофизических свойств грунта:

a) если известно, то применяют значения для реального местоположения, допуская нормальное содержание воды;

b) в противном случае, применяют значения, установленные в 5.1.

Когда вода в грунте замерзает или тает, происходит изменение теплоемкости на объем и теплопроводности грунта, и скрытая теплота замерзания воды в грунте выделяется во время замерзания. Численные расчеты должны допускать такие события.

Скрытая теплота замерзания воды в грунте может рассматриваться как кажущееся увеличение теплоемкости грунта в температурном интервале 1 K ниже 0 °С. Грунт при температуре минус 1 °С или ниже рассматривается как полностью замерзший.

Для материалов отличающихся от грунта, применяют значения, соответствующие 5.2.

B.2.6 Проектная наружная температура

Используют синусоидальное колебание наружной температуры, приведенное в (В.1):

,

(Б.1)

где - наружная температура воздуха во время t, °С;

- средняя годовая температура наружного воздуха, °С;

- амплитуда синусоидального колебания, °С;

- один год, выраженный в секундах; f_p =  с.

выбирается так, что интеграл от (В.1) ниже 0 °С в течение года дал верный проектный индекс промерзания F_d (см. 6.1).

Чтобы приступить к расчету проектного года с соответствующим распределением температуры в грунте:

- начальным условием должна быть годовая средняя наружная температура воздуха по всему грунту;

- расчетный период должен продолжаться в течение двух последовательных проектных лет с результатами второго года.

B.2.7 Критерий проектирования

Проект фундамента рассматривается как защищенный от морозного пучения, когда происходит неполное промерзание грунта ниже подошвы фундамента во время проектной зимы, т.е. температура остается выше, чем минус 1 °С под всем основанием фундамента. Это может быть сделано путем анализа максимального проникновения изотермы минус 1 °С по направлению к основанию фундамента. Пример такого изотермического графика показан на рисунке В.1.

Рисунок В.1 - Иллюстрации изотерм в грунте рядом с фундаментом