| Грунты | tн, 105 Па |
| Глинистые грунты при консистенции IL > 0.5; мелкие и пылеватые пески при степени влажности Sr > 0.95. | 0.82 |
| Глинистые грунты при 0.25 < IL £ 0.5; пески мелкие и пылеватые при 0.8 < Sr £ 0.95; крупнообломочные с заполнителем (глинистым, мелкопесчаным и пылеватым) более 30 %. | 0.64 |
| Глинистые грунты при IL £ 0.25; пески мелкие и пылеватые при 0.6 < Sr £ 0.8; крупнообломочные с заполнителем (глинистым, мелкопесчаным и пылеватым) 10 - 30 %. | 0.46 |
Осадку основания вычисляют по формуле:
s = d×DH +sp,th (1.64)
где d - относительная сжимаемость ВМГ при оттаивании; DH – приращение оттаивания ВМГ за период эксплуатации здания, зависит от начальной глубины расположения верхней границы ВМГ, которая в свою очередь определяется по формуле (1.47), м; sp,th – осадка под нагрузкой условного фундамента, определяется по формуле (1.49), м.
Границы условного фундамента определяются в соответствии со схемой, показанной на рис. 1.25.
Выполнение условий (1.58) – (1.61) достигается следующим образом: 1) путем повышения или понижения температуры воздуха в подполье за счет изменения модуля вентиляции М, что позволяет регулировать глубину многолетнего промерзания – оттаивания грунта; 2) за счет повышения несущей способности основания и сил,удерживающих фундамент от выпучивания, при увеличении длины свай l; 3) в результате уменьшения глубины оттаивания ВМГ под зданием и, соответственно, осадки основания за счет искусственного увеличения при помощи предварительного оттаивания начальной глубины залегания ВМГ.
Изменение перечисленных выше параметров позволяет управлять поведением системы «здание – основание» во времени, поэтому мы будем называть их управляющими. Такие параметры связаны друг с другом, а их сочетание определяет уровень безотказности системы. Выбор управляющих параметров осуществляется на стадии проектирования методом «наихудшего случая». Предполагается, что по длине здания всегда можно найти два сечения, в первом из которых расчетные температуры поверхности грунта внутри и вне здания имеют минимальные значения 
, а во втором – максимальные 
(звездочками
Рис. 1.25 Схема к определению границ условного фундамента.
обозначается принадлежность к сечению). Первое сечение является расчетным для определения параметра l, второе – Н.
Для определения расчетных температур используют формулы.
(1.65)
(1.66)
где 
- продолжительность года, 8760 ч; ts – продолжительность летнего периода, ч; Tw – средняя зимняя температура атмосферного воздуха, 0С; 
удельные затраты тепла на оттаивание слоя сезонного промерзания, определяется по формуле (1.70), Вт×ч/м3; Нth – глубина сезонного оттаивания, определяется по формуле (1.73), м; 
коэффициент, учитывающий снегозаносимость застройки (принимается по данным наблюдений, при их отсутствии и среднезимней скорости ветра более 5 м/c 
* = 1.3, а при скорости менее ветра менее 5 м/c 
* = 1.0; kv – коэффициент вариации снежных отложений (определяется по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии принимается равным 0.2); Rs – среднезимнее термическое сопротивление снежного покрова, м2×0С/Вт.
(1.67)
(1.68)
(1.69)
где T1 – средняя по длине здания расчетная температура поверхности грунта в подполье, которая определяет его модуль вентиляции М, 0С; 
- безразмерная температура, определяется по номограмме на рис. 1.26 в зависимости от безразмерной глубины многолетнего промерзания у края здания xf и безразмерного времени If; sa – среднеквадратическое отклонение средней годовой температуры воздуха в подполье, принимается по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии принимается равной 1 0С.
(1.70)
где 93 Вт.ч/кг – удельные затраты тепла на промерзание-оттаивание воды; 
плотность грунта, кг/м3; 
суммарная влажность грунта, д.е.; Сth, Сf – теплоемкость, соответственно, талого и мерзлого грунта, Вт×ч/(м3 0С); Ts – средняя температура атмосферного воздуха за летний период, 0С.
Параметры xf, If вычисляются по формулам:
(1.71)
(1.72)
где y – глубина многолетнего промерзания у края здания, принимается равной y = Hf + 1 м.(Hf – глубина сезонного промерзания на оголенной площадке). Глубины сезонного оттаивания и промерзания вычисляются по формуле Стефана:
(1.73)
(1.74)
Модуль вентиляции подполья здания, возводимого способом стабилизации, определяют по формуле (1.7), в которую подставляют величину средней годовой температуры воздуха в подполье 
:
(1.75)
Способ обеспечения устойчивости путем стабилизации начального положения верхней границы ВМГ с помощью охлаждающего контура. Целью расчета является определение размеров фундамента (для ленточного фундамента – ширины его подошвы bф, для столбчатого – ширины bф и длины подошвы lф ), мощности талого слоя Н, расстояния охлаждающего контура от центра здания Re, глубины погружения охлаждающих колонок le и шага их расстановки he. Расчетная схема задачи
Рис. 1.26 Номограмма для определения глубины многолетнего промерзания под краем здания.
Рис. 1.27 Схема к расчету основания здания, возводимого по способу стабилизации с охлаждающим контуром.
показана на рис. 1.27. Расчет ведется по первой и второй группе предельных состояний, исходя из условий:
F ≤ Fu / γn, (1.76)
s ≤ su, (1.77)
, (1.78)
где Нс,к – положение верхней границы ВМГ под серединой Нс и краем Нк здания к концу его эксплуатации, м; остальные обозначения даны выше.
Условия (1.76) и (1.77) служат для назначения размеров подошвы ленточного или столбчатого фундамента. В случае ленточного фундамента ширина ленты определяется по формуле (1.34) и корректируется с учетом условия (1.77), при этом считается только осадка от полезной нагрузки s = sp,th, поскольку предполагается, что в процессе эксплуатации не будет происходить оттаивания ВМГ (стационарная расчетная схема). Расчет s осуществляется по формуле (1.49). Положение стационарной границы оттаивания под серединой Нс и краем Нк определяется по нижеприведенным формулам. При этом положение границ зависит от параметров охлаждающего контура, устанавливаемого по периметру здания, и в первую очередь от глубины погружения охлаждающих колонок le, шага их расстановки he и расстояния колонок от середины здания Re. Параметры контура назначают таким образом, чтобы с одной стороны выполнить условие (1.78), а с другой иметь минимальную глубину залегания ВГМ под серединой здания, поскольку последняя определяет мощность талой зоны под зданием Н = Нс, которую необходимо иметь к моменту передачи на основание полезной нагрузки. Расчет стационарной чаши оттаивания под зданием при наличии охлаждающего контура осуществляется по формуле:
Hc,k = 
∙bзд, (1.79)
где 
– безразмерная глубина залегания ВГМ под серединой 
и краем 
здания, определяется по номограмме на рис. 1.28 в зависимости от относительного расстояния охлаждающего контура от середины здания 
, относительной глубины погружения охлаждающих колонок 
и безразмерной температуры на контуре 
(Te, T1 – средние годовые температуры, соответственно, на охлаждающем контуре и на поверхности грунта под зданием).
Средняя годовая температура на охлаждающем контуре определяется по формулам: 
, (1.80)
(1.81)
Рис. 1.28 Номограмма для расчета относительной глубины залегания ВМГ под серединой 
и краем 
здания при наличии охлаждающего контура. 
- при 
б – при 
(1.82)
(1.83)
(1.84)
(1.85)
(1.86)
(1.87)
где Tout – средняя годовая температура атмосферного воздуха, 0С; de – наружный диаметр охлаждающей колонки, м; de – толщина стенки охлаждающей колонки, м; Rin – внутреннее термическое сопротивление охлаждающей колонки теплообмену, м2 0С / Вт, определяемое для парожидкостных термосифонов по формуле (1.7), для воздушных и рассольных установок – по формуле (1.8), для жидкостных термосифонов – по формуле (1.9); ch(x) – гипербалический косинус, ch(x) = 0.5×(ex + e-x).
Ключевые слова: здания, конструкция, охлаждающие устройства, фундаменты, способы обеспечения устойчивости, выбор способа.
Здания. Гражданские, промышленные. Конструктивные элементы: каркас (колонны, ригеля), стены, перекрытия, покрытия, охлаждающая система, фундамент.
Конструкция. Гражданские здания –с каркасом и несущими стенами (продольными, поперечными, продольными и поперечными. Промышленные – с каркасом. Тип промышленных зданий: шатровый, каркасно – зальный, антресольно – павильонный, каркасный. Конструктивная схема здания – жесткая и податливая. Податливая схема используется только для зданий антресольно – павильонного типа, жесткая – для всех остальных.
Охлаждающие устройства. Наиболее надежные – вентилируемые подполья (с открытым цоколем, с закрытым цоколем, невентилируемые). Наиболее эффективные – трубчатые (вентилируемые трубы, каналы, горизонтальные и вертикальные термосифоны).
Фундаменты. Свайные, ленточные, столбчатые, плитные, на подсыпке.
Способы обеспечения устойчивости. Первый принцип включает 4 способа, второй – 5.
Выбор способа. Способ выбирается на основе технико – экономического сравнения вариантов за исключением: на грунтах с льдистостью включений более 0.4 применяется только принцип I. В сейсмических районах (7 и более баллов) предпочтение отдается принципу I, при использовании принципа II фоновая балльность увеличивается на 1 балл и не допускается оттаивание ВМГ в процессе эксплуатации, т.е. предварительное оттаивание производится до размеров стационарной чаши оттаивания.
Контрольные вопросы
1. Какие бывают конструктивные схемы зданий?
2. Что называется фундаментом и основанием здания?
3. Какие бывают фундаменты здания и способы их установки в грунт?
4. Какие фундаменты называются поверхностными и какие поверхностные фундаменты Вы знаете?
5. Что называется охлаждающей системой здания и какие охлаждающие системы Вы знаете?
6. Чем трубчатая охлаждающая система лучше вентилируемого подполья?
7. Что называется принципом использования ВМГ в качестве основания?
8. Какие способы обеспечения устойчивости зданий относятся к принципу I и II?
9. Какое физическое явление положено в основу способа стабилизации с вентилируемым подпольем?
10. Какие воздействия оказывает здание на основание?
11. По каким группам предельных состояний рассчитывается основание на воздействия здания?
12. Как записываются предельные условия для каждого способа обеспечения устойчивости здания?
Литература
Бондарев П.Д. Деформации зданий в Воркутинском районе, их причины и методы предотвращения. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 110 с.
Васковский А.П., Шкляров Н.Д. Цокольные перекрытия зданий на Крайнем севере. Л.: Стройиздат, 1975. 105 с.
Долгих Г.М. Система температурной стабилизации оснований // Наука в СССР, 1991. № 2. С. 118-119.
Жуков В.Ф. Предпостроечное протаивание многолетнемерзлых горных пород при возведении на них сооружений. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 117 с.
Колесов А.А., Пинк М.Н., Анцыферова Т.М., Хрусталев Л.Н., Струбцов Ю.А. Устройство для аккумуляции холода в основании сооружений. Авторское свидетельство № 804762. // Бюллетень № 6, 1981.
Кушнев А.П. Проектирование зданий для районов Крайнего Севера. Л.: Госстройиздат, 1961. 196 с.
Порхаев Г.В., Меринбург Ю.С., Миндич А.Л., Хрусталев Л.Н. Здание, возводимое на вечномерзлых грунтах. Авторское свидетельство № 480803. // Бюллетень № 30, 1975.
Рекомендации по устройству и расчету оснований с применением локального оттаивания вечномерзлых крупнообломочных грунтов. М.: НИИОСП, 1983. 55 с.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий сооружений. М.: Стройиздат, 1985. 41 с.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. М.: Стройиздат, 1986. 46 с.
СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: Стройиздат, 1990. 53 с.
Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах (под ред. Ю.Я. Велли, В.В. Докучаева, Н.Ф. Федорова). Л.: Стройиздат,1977. 552 с.
Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. М.: Стройиздат, 1985. 480 с.
Хрусталев Л.Н. Температурный режим вечномерзлых грунтов на застроенной территории. М.: Наука, 1971. 168 с.
Хрусталев Л.Н., Александров Ю.А. Возведение зданий с промораживанием грунтов основания // На стройках России, № 1, 1978. 42-44.
Хрусталев Л.Н., Никифоров В.В. Стабилизация вечномерзлых грунов в основании зданий. Новосибирск: Наука, 1990. 353 с.
Хрусталев Л.Н. Основы геотехники в криолитозоне. Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2005. 544 с.
Цытович Н.А. Основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 1970. 384 с.