ГОСТ Р 57361-2016

     
     ГОСТ Р 57361-2016/EN ISO 13793:2001

     

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФУНДАМЕНТЫ ЗДАНИЙ

Теплотехнический расчет

Foundations of buildings. Calculation and design rules taking into account temperature influences

ОКС 93.020

Дата введения 2017-07-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом "Научно-исследовательский центр "Строительство", Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений имени Н.М.Герсеванова (АО "НИЦ "Строительство" НИИОСП им.Н.М.Герсеванова) на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 международного стандарта, который выполнен Федеральным государственным унитарным предприятием "Российский научно-технический центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия" (ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2016 г. N 2031-ст

4 Настоящий стандарт идентичен европейскому стандарту EN ISO 13793:2001* "Тепловая характеристика зданий. Тепловой расчет фундаментов для предупреждения морозного пучения" (EN ISO 13793:2001 "Thermal performance of buildings - Thermal design of foundations to avoid frost heave", IDT).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного европейского стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

     1 Область применения

В настоящем стандарте представлены упрощенные методики теплофизического расчета фундаментов зданий для исключения возможности возникновения морозного пучения грунта.

Стандарт применяется к фундаментам, устраиваемым на пучинистых грунтах, для зданий с полами из плит на грунтовом основании и подвесными полами.

Стандарт распространяется как на отапливаемые, так и на неотапливаемые здания, но в него не включены другие сооружения, требующие защиты от промерзания (например, дороги, водопровод в грунте и др.).

Стандарт не применяется к холодильным складам и ледовым каткам.

Стандарт применяется в климатических районах со средней годовой температурой воздуха выше 0°С, но не применяется в зонах распространения многолетнемерзлых грунтов, где средняя годовая температура воздуха ниже 0°С.

     2 Нормативные ссылки

Настоящий стандарт включает в себя нормативные и справочные ссылки*, положения из других публикаций. Эти нормативные ссылки приведены в соответствующих местах в тексте, а публикации перечислены ниже. Для нормативных ссылок последующие изменения или пересмотры любой из этих публикаций применяются к настоящему стандарту, только когда включены в него в качестве изменения или пересмотра. Для недатированных ссылок необходимо использовать самые последние издания публикации (включая изменения).

_______________

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.     

ISO 6946, Building components and building elements - Thermal resistance and thermal transmittance - Calculation method (Компоненты и элементы строительные.Теплостойкость и коэффициент теплопередачи. Метод расчета)

ISO 7345, Thermal insulation - Physical quantities and definitions (Теплоизоляция. Физические величины и определения)

ISO 10211-1, Thermal bridges in building construction - Heat flows and surface temperatures - Part 1: General calculation methods (Тепловые мостики в зданиях. Тепловые потоки и температуры поверхности. Часть 1. Общие методы расчета)

________________

Отменен. Действует ISO 10211.

ISO 10456, Building materials and products - Tabulated design values and procedures for determining declared and design thermal values (Теплоизоляция. Строительные материалы и изделия. Определение заявленных и расчетных значений тепловых свойств

     3 Термины, обозначения и единицы измерения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ISO 7345, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 пол из плит на грунтовом основании (slab on ground floor): Конструкция пола, расположенного непосредственно на грунте по всей площади сооружения.

3.1.2 подвесной пол (suspended floor): Конструкция пола, в которой пол удерживается над грунтом, образуя воздушное пространство между полом и грунтом.

Примечание - Эта пустота, называемая подпольем или погребом, может проветриваться или нет, но не является частью жилого пространства.

3.1.3 вертикальная теплоизоляция (краевая, по периметру) (vertical edge insulation): Теплоизоляция, расположенная вертикально к фундаменту внутри и/или снаружи, либо внутри самого фундамента.

3.1.4 теплоизоляция грунта (ground insulation): Теплоизоляция, расположенная горизонтально (или почти горизонтально) ниже пола, снаружи здания.

Примечание - См. рисунок 1.

3.1.5 индекс промерзания грунта (индекс мороза) (freezing index): Увеличенная в 24 раза сумма разности между 0°С и средней суточной температурой наружного воздуха, накопленная за сутки в течение зимнего периода (включая как положительные, так и отрицательные разности).

3.1.6 зимний период (freezing season): Период, в течение которого среднесуточная температура наружного воздуха остается ниже 0°С, вместе с любыми периодами промерзания/таяния в любом конце этого периода, если они кончаются общим замерзанием.

3.1.7 глубина промерзания (frost depth): Глубина проникновения отрицательных температур в грунт с образованием льда.

3.1.8 глубина заложения фундамента (foundation depth): Глубина от поверхности грунта до подошвы фундамента.

Примечание - Если фундаменты опираются на слой хорошо дренированного материала, который не подвержен промерзанию, толщина такого слоя может быть включена в глубину заложения фундамента.

3.1.9 грунт, подверженный пучению (frost-susceptible soil): Тип грунта, который может вызвать действие сил морозного пучения при его замерзании.

3.1.10 расположение теплоизоляции пола (floor insulation position): Высота нижней поверхности слоя теплоизоляции пола над поверхностью грунта.

Примечание - Если у пола нет теплоизоляции, то эту величину измеряют от поверхности пола.

3.2 Обозначения и единицы измерения

Ниже приведены основные используемые обозначения. Прочие обозначения определены там, где они использованы в тексте настоящего стандарта.

Рисунок 1 - Примеры вертикальной теплоизоляции и теплоизоляции грунта в конструкциях фундаментов (лист 1)

1 - теплоизоляция грунта; 2 - вертикальная теплоизоляция; 3 - непромерзаемый грунт; 4 - подсыпка из щебня, вентилируемая изнутри

Примечание - Данные рисунки предназначены для демонстрации принципов теплоизоляции, но не отражают всех конструктивных подробностей.

Рисунок 1 - лист 2

     4 Принципы проектирования

Грунт считается полностью промерзшим, когда замерзла вся содержащаяся в нем вода. Предполагается, что это происходит, когда температура грунта достигает минус 1°С (см. приложение D). Данные, приведенные в разделах 8-10, применяются, если фундаменты проектируются для не полностью промерзающих грунтов, расположенных ниже фундамента в течение зимнего периода. Альтернативные данные на основе критерия 0°С приведены в приложении С.

Данное условие проектирования может быть выполнено одним из четырех способов:

1) заложением фундаментов ниже возможной глубины промерзания грунта;

2) смещением подверженного пучению грунта снизу, где будет строиться фундамент, до такой же глубины, как указано в перечислении 1), и заменой его хорошо дренируемым материалом, который не подвержен пучению;

3) теплоизоляцией фундаментов для сокращения тепловых потерь грунта ниже фундаментов, чтобы сохранять этот грунт незамерзшим;

4) использованием тепловых потерь от здания или специальными мерами обогрева для сохранения грунта ниже фундаментов незамерзшим.

Для настоящего стандарта перечисления 1) и 2) являются эквивалентными и рассматриваются в разделе 7. Более того, проектные решения могут быть комбинацией перечислений 2), 3) и 4). Таким образом, толщина любого слоя ниже фундаментов, который не подвержен промерзанию, может включаться в глубину фундамента H, с помощью настоящего стандарта, требуется определить, нужны ли меры защиты от промерзания, и если они требуются, то какая теплоизоляция необходима.

Примечание 1 - Если выбран вариант по перечислению 4), то для ограничения тепловых потерь обычно необходима комбинация с перечислением 3).

Теплоизоляция, необходимая для перечислений 3) и 4), может определяться:

a) по таблицам и графикам настоящего стандарта (см. раздел 8, 9 или 10, в зависимости от типа здания) или

b) по численным расчетам, соответствующим принципам, приведенным в приложении С.

Также допускается применение комбинации перечисления а) и b) для определения необходимой теплоизоляции на углах по а) и численных расчетов (двухмерных) для определения теплоизоляции, необходимой в другом месте.

Тепловое излучение от систем обогрева пола, от греющих электрических кабелей в грунте или чего-то подобного не разрешается в проектных методиках разделов 8-10. Необходимо провести численные расчеты, когда рассматриваются такие тепловые излучения.

Примечание 2 - Если проектные методики разделов 8-10 применяются в такой ситуации, то необходим дополнительный предел безопасности в отношении морозного пучения, но возможна дополнительная тепловая потеря.

При проектировании фундаментов необходимо избегать примерзания грунта, таким образом предотвращать морозное пучение путем переноса касательных сил пучения, например, располагая слой материала, не подверженного промерзанию, рядом со стенами фундамента или основания.

Если ограждающая конструкция здания не завершена и/или здание не обогревалось перед зимним периодом, то необходимо предпринять дополнительные меры по теплоизоляции для защиты фундаментов.

Примечание 3 - Одним из способов получения такой дополнительной теплоизоляции является проектирование фундаментов как для неотапливаемых зданий, используя проектный индекс промерзания грунта для непостоянных структур (см. 6.1).

Параметры, относящиеся к защите от промерзания:

- климат, особенно индекс промерзания грунта и средняя годовая температура;

- подверженность замерзанию грунта;

- термические свойства замерзшего и незамерзшего грунта;

- теплоизоляция пола;

- внутренняя температура в здании;

- геометрия, особенно габаритные размеры здания и тип используемого фундамента.

Примечание 4 - Снежное покрытие влияет на уменьшение глубины промерзания, но поскольку оно не может быть гарантировано при проектировании, никаких допусков на него не делается при оценке критерия проектирования.

Несколько примеров показано на рисунке 1.

     5 Свойства материала

5.1 Свойства грунта

Грунт должен рассматриваться как подверженный пучению, если геотехническим исследованием не установлено обратное.

Примечание 1 - Информация о подверженности грунта пучению приведена в приложении D.

Настоящий стандарт базируется на однородном грунте, состоящем из подверженного пучению грунта со следующими свойствами:

Для большинства типов подверженных пучению грунтов глубина промерзания рядом со зданием незначительно отличается от глубины, определенной по вышеуказанным значениям. Однако если реальные свойства грунта значительно отличаются от перечисленных выше значений, следует провести численные расчеты в соответствии с приложением С.

Примечание 2 - В качестве общего правила применяются проектные данные в разделах 8-10 для грунтов с объемной массой в сухом состоянии в диапазоне от 1100 до 1600 кг/м и водонасыщением более 80%.

Примечание 3 - Когда используется теплоизоляция грунта, соответствующими свойствами являются свойства грунта, расположенного вблизи здания. Если теплоизоляция грунта не применяется, то свойства обратной засыпки могут быть основными, особенно если зона обратной засыпки относительно широка. Обратная засыпка (которая хорошо дренируется во избежание примерзания) может локально повысить глубину замерзания из-за отсутствия воды в грунте и связанной с ней теплоты фазовых переходов.

5.2 Свойства строительных материалов

При определении сопротивления теплопередаче любого строительного материала применяют соответствующее проектное значение либо рассчитывают его согласно ISO 10456, либо принимают его по табличным данным. Сопротивление теплопередаче изделий, используемых ниже уровня поверхности грунта, должно отражать влажностные условия применения.

Примечание - На влажностные условия может влиять как обогрев, так и отсутствие обогрева здания, а часто более значительно соседство с необогреваемыми зданиями.

Если теплопроводность задана, то его сопротивление теплопередаче получают как толщину, деленную на теплопроводность. Используемая толщина должна обеспечивать любое требуемое сжатие изделия.

Предварительно следует убедиться, что любой изолирующий материал, подвергаемый нагрузке на сжатие, имеет соответствующие прочностные и деформационные характеристики.

Если для защиты от промерзания требуется теплоизоляция грунта, необходимо предпринять меры для гарантии того, не произойдет ее повреждение или перемещение после завершения строительства. Следует информировать балансодержателя здания о наличии и расположении теплоизоляции грунта и ее назначении.

     6 Климатические данные

6.1 Проектный индекс промерзания грунта

Теплоизоляция, необходимая для защиты от промерзания, зависит от суровости зимнего периода, выражается в единицах индекса промерзания грунта вместе со средней годовой наружной температурой воздуха.

Проектный индекс промерзания F выражается в единицах значения индекса промерзания F, которое статистически превышено один раз за n лет для рассматриваемой местности, на основании зарегистрированных метеорологических данных, и рассчитано в соответствии с приложением А. Значение F имеет 1 в n вероятность превышения для данной зимы.

Выбрав значение n, принимают F по таблицам или картам для рассматриваемой местности.

Соответствующее значение n относится к предполагаемой долговечности здания и чувствительности здания к морозному пучению.

Для постоянных конструкций используют F или F.

Примечание - На практике F или F можно рассматривать как эквиваленты, поскольку разница между ними очень мала, и можно использовать любой индекс (в зависимости от наличия).

Для проектирования зданий, которые могут претерпеть некоторое перемещение, или для временных сооружений может использоваться пониженный индекс промерзания (например, F, F, F).

6.2 Глубина промерзания для ненарушенных грунтов

Наибольшая глубина промерзания в ненарушенном грунте (т.е. незащищенном зданиями, снежным покровом или растительностью) зависит от климата (индекса промерзания и средней годовой температуры воздуха) и теплофизических свойств грунта.

Примечание - Проектные значения максимальной глубины промерзания в ненарушенном, однородном, подверженном пучению грунте без снежного покрова Н можно найти для некоторых местностей в картах или таблицах нормативных документах, действующих на национальном уровне

Если Н не известно, приблизительное значение может быть рассчитано по формуле:

,                                                             (1)

где F - проектный индекс замерзания грунта, К·ч;

- теплопроводность замерзшего грунта, Вт/(м·К);

L - скрытая теплота замерзшей воды в грунте на объем грунта, Дж/м;

С - теплоемкость незамерзшего грунта на объем, Дж/(м·К);

- средняя годовая температура наружного воздуха, °С.

Если соответствующие данные грунта не приведены, пользуются данными по 5.1.

     7 Фундаменты. Глубины заложения, превышающие глубины промерзания в ненарушенном грунте

Фундаменты любого здания могут проектироваться так, что глубина заложения фундамента H равна, как минимум, максимальной глубине промерзания ненарушенного грунта без снежного покрова Н.

Если , то фундаменты соответственно защищают от морозного пучения, и никакой краевой теплоизоляции не требуется.

Если фундаменты находятся на слое хорошо дренированного материала, который не подвержен пучению, то толщина такого слоя может включаться в H.

Примечание - Для климата с 2000 К·ч это условие применяется для глубины фундамента 0,45 м или более.

Если , то следует обратиться к разделам 8-10 или произвести численный расчет в соответствии с приложением С.

     8 Полы из плит на грунтовом основании для отапливаемых зданий

8.1 Возможность применения

Настоящий раздел относится к фундаментам, для которых , а также к зданиям, в которых:

a) средняя температура воздуха внутри помещения по всему зданию каждый месяц составляет не менее 17°С (т.е. 17°С для всех m);

b) некоторые части отапливаются, а некоторые нет, при условии, что в обогреваемых частях 17°С для всех m, и что неотапливаемые части обрабатываются, как описано в 8.5;

c) 5°C17°С с модификациями, описанными в 8.8.

Если 5°С в любом месяце, то защита от промерзания должна проектироваться как для неотапливаемых зданий (см. раздел 10).

Для данных, основанных на критерии проектирования 0°С ниже фундаментов, см. приложение С.

8.2 Общие принципы

Во всех случаях обеспечивают вертикальную краевую теплоизоляцию, как установлено в 8.6.

Теплота, идущая от здания, поднимает температуру грунта на углах меньше, чем вдоль сторон здания. Поэтому на углах могут потребоваться дополнительные меры, или углубление фундаментов на углах, или дополнительная теплоизоляция.

Существуют три варианта получения необходимой защиты от промерзания:

1) применяют только вертикальную теплоизоляцию, без теплоизоляции грунта - вынимают грунт из-под фундаментов до глубины, приведенной в 8.7.1 (на углах требуется большая глубина заложения фундаментов, чем вдоль остальных стен);

2) применяют теплоизоляцию грунта только на углах во избежание увеличения глубины фундамента на углах - глубину фундамента принимают как для стен в перечислении 1), см. 8.7.2;

3) применяют ограниченную глубину заложения фундамента (не менее 0,4 м), с такой же глубиной заложения фундамента вокруг здания - обеспечивают теплоизоляцию грунта вокруг здания, но повышают на углах, см. 8.7.3.

Глубина заложения фундамента и/или протяженность теплоизоляции грунта определяются проектным индексом промерзания F.

Проектируют теплоизоляцию пола, чтобы получить удовлетворительные температуры пола и экономию энергии (т е. независимость от проблемы морозного пучения).

Примечание - Применение вертикальной краевой теплоизоляции и теплоизоляции грунта повышает температуры поверхности пола и уменьшает тепловые потери по краю пола.

8.3 Ограничения

8.3.1 Ширина здания

Глубины заложения фундаментов и теплоизоляции от промерзания, установленные в настоящем разделе, применяются к зданиям с шириной В не менее 4 м.

Если В менее 4 м, то фундаменты должны закладываться глубже или, при наличии теплоизоляции грунта, согласно методикам, как для углов здания, но располагаться вокруг здания.

8.3.2 Расположение теплоизоляции пола

Глубины заложения фундаментов и теплоизоляция от промерзания, установленные в настоящим разделе, применяются к полу, положение теплоизоляции которого h не превышает 0,6 м.

Если h превышает 0,6 м, то или проводят численные расчеты в соответствии с приложением С, или используют методики для неотапливаемых зданий (раздел 10).

8.3.3 Сопротивление теплопередаче плиты пола

Сопротивлением теплопередаче конструкции пола R является общее сопротивление теплопередаче между поверхностью пола и грунта. В него входят любые слои теплоизоляции выше, ниже или внутри пола, вместе с сопротивлением теплопередаче любого напольного покрытия.

Если сопротивление теплопередаче конструкции пола меняется по его площади, то R принимают как среднее значение крайнего участка пола длиной 1 м.

Глубины заложения фундаментов и теплоизоляция от промерзания, установленные в настоящем разделе, применяются к плитам с R, не превышающим 5 м·К/Вт. Если R превышает 5 м·К/Вт, то или проводят численные расчеты в соответствии с приложением С, или используют методики для неотапливаемых зданий (раздел 10).

8.4 Теплоизоляция грунта

Теплоизоляция грунта должна быть защищена от рисков механического повреждения. Верхняя поверхность любой теплоизоляции грунта должна находиться не менее чем на 300 мм ниже уровня грунта, если только не имеется облицовочного покрытия, при наличии которого глубина может быть уменьшена до 200 мм.

Данные по ширине теплоизоляции грунта b, b и b предполагают, что ширина измерена от наиболее удаленной грани фундамента.

Примечание - Для общей ширины теплоизоляции грунта может потребоваться увеличение b, если подошва фундамента выступает за стену, как на рисунке 1а.

Если теплоизоляция грунта применяется вместе с внутренней теплоизоляцией по периметру, то стараются избегать мостиков холода, продолжая теплоизоляцию грунта ниже фундамента до контакта с вертикальной краевой теплоизоляцией (по периметру) [см. рисунок 1с].

Обеспечивают непрерывность теплоизоляции грунта без зазоров, ее адекватную защиту от избыточной влажности с выступов крыши, водостоков и т.п. и ее расположение на дренажном слое.

8.5 Неотапливаемые части здания

8.5.1 Общие положения

Если часть здания не отапливается, то к отапливаемой части могут применяться 8.6 и 8.7 при условии применения к неотапливаемой части здания тепловой защиты, описанной в 8.5.2 или 8.5.3 (по обстановке).

8.5.2 Здания с ограниченными неотапливаемыми частями

Неотапливаемые части здания могут рассматриваться как ограниченные, если их размеры не превышают размеров, указанных на рисунке 2, где параметр L дан в зависимости от проектного индекса промерзания грунта (таблица 1).

Таблица 1 - Максимальная неотапливаемая длина L для ограниченных неотапливаемых частей

1 - отапливаемая часть; 2 - неотапливаемая часть

Рисунок 2 - Определение ограниченной неотапливаемой части плиты пола

Примечание - L - максимальная длина неотапливаемой части, окруженная с трех сторон отапливаемыми зонами здания. Максимальная длина в других случаях меньше, чем L, как показано на рисунке 2.

Для ограниченных неотапливаемых частей:

- изолируют пол неотапливаемой части, так чтобы теплостойкость пола была не менее минимального сопротивления теплопередаче грунта R для неотапливаемых зданий согласно 10.2 (таблица 11 или 12);

- по внешнему периметру неотапливаемой части устанавливают вертикальную теплоизоляцию согласно 8.6;

- если неотапливаемая часть окружена с трех сторон отапливаемыми зонами здания [рисунок 2а], то применяют защиту от замерзания, как для углов согласно 8.7 по наружному периметру неотапливаемой части и для расстояния L с каждой его стороны, где значения L приведены по зависимости от индекса промерзания грунта в таблице 5;

- если неотапливаемая часть окружена только с одной или с двух сторон отапливаемыми зонами здания [Рисунки 2b, 2с], то по наружному периметру неотапливаемой части и для расстояния L для каждой ее стороны применяют теплоизоляцию грунта шириной 0,5b, значение b в соответствии с 10.2 (таблица 10), с сопротивлением теплопередаче R, как для неотапливаемых зданий согласно 10.2 (таблица 11 или Таблица 12), где значения L приведены в зависимости от индекса промерзания грунта по таблице 5;

- избегают мостиков холода во внутреннем периметре неотапливаемой части.

8.5.3 Здание с более протяженными неотапливаемыми частями

Если какая-либо неотапливаемая часть здания не может рассматриваться как ограниченная из-за ее размеров, превышающих, указанные на рисунке 2, рассматривают отапливаемые и неотапливаемые части как отдельные здания и соответственно проектируют фундаменты, продолжая рассчитывать неотапливаемую часть для расстояния L, где она примыкает к отапливаемой части, а значения L приведены в зависимости от проектного индекса промерзания грунта по таблице 5.

8.6 Вертикальная теплоизоляция

Во всех случаях обеспечивают вертикальную теплоизоляцию с сопротивлением теплопередаче не менее чем R, приведенные в таблице 2. Применяют линейную интерполяцию, чтобы получить промежуточные значения.

Таблица 2 - Минимальное сопротивление теплопередаче вертикальной теплоизоляции для полов плита по грунту R (м·K/Вт)

R в м·К/Вт, h в м