Работа с вузами

Выбрать язык:

Разработчик: simmakers.ru
Расчет температурного режима многолетнемерзлых грунтов в основании здания с проветриваемым подпольем в программном комплексе Frost 3DЗдание с проветриваемым подпольем

При строительстве зданий на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) по I принципу (с сохранением основания в мерзлом состоянии) важнейшей задачей является поддержание в процессе эксплуатации здания отрицательной температуры грунтов, обеспечивающей устойчивость основания.

Минимизировать тепловое воздействие зданий и сооружений на грунты основания позволяет проветриваемое подполье – пространство между поверхностью грунта и балочной клеткой первого/цокольного этажа.

Проветриваемое подполье обеспечивает температурную устойчивость грунтов основания к отепляющему воздействию сооружения.

Может создавать условия, при которых температура грунтов понижается и происходит промерзание талых грунтов.

Может быть открытого типа и закрытого с устройством продух.

Прогноз температурного режима грунтов основания здания
с проветриваемым подпольем в программном комплексе Frost 3D

Постановка задачи

  • Рассматриваемое сооружение – отапливаемое административное здание (школа) П-образной формы.
  • По конструктивной схеме – каркасное, с устройством открытого проветриваемого подполья высотой 1,2 м.
  • Фундамент здания – буронабивные сваи.
  • По периметру здания располагается внутриплощадочный проезд, расчищаемый от снега в зимний период.

Дискретизированная 3D-модель основания здания с проветриваемым подпольем

Инженерно-геологическое строение участка застройки:

Переслаивание песков, супесей, суглинков, глин и гравийно-галечных грунтов.

Характеристики ММГ:

  • ММГ несливающегося типа, кровля ММГ залегает на глубине от 4,5 м.
  • Среднегодовая температура ММГ высокая, близкая к температуре начала замерзания.

Мероприятия по термостабилизации:

  • Применение вентилируемого подполья.
  • Установка термостабилизаторов у каждой сваи в пределах подполья.

ПО Frost 3D позволяет выполнять построение трехмерных геологических моделей
и строительных объектов, а также загружать декоративные объекты.

Методика моделирования

Начальное распределение температур в модели

Начальное распределение температур в модели

Производится расчет температурного режима грунтов в естественных условиях, без учета объектов нового строительства, с целью калибровки климатических граничных условий. При калибровке варьируются свободные параметры, при которых температурный режим модели будет соответствовать результатам инженерных изысканий.

Распределение температур в модели на этапе СМР

Распределение температур в модели на этапе СМР

Производится построение модели сооружения и всех объектов в его составе, назначение начальных и граничных условий с учетом объемно-планировочных решений в пределах расчетной области проектируемого объекта на основе адаптированной ранее модели.

Распределение температур в основании школы через 50 лет эксплуатации

Распределение температур в основании школы через 50 лет эксплуатации

Производится расчет теплового взаимодействия здания с проветриваемым подпольем на ММГ на заданный период (в данном примере – 50 лет).

ПО Frost.Термо (входит в пакет Frost 3D) позволяет производить прогноз температурного режима ММГ на этапе СМР с учетом меняющихся внешних условий и на этапе эксплуатации на любой период времени

Моделирование этапа СМР

Отсыпка насыпи производится при отрицательной температуре воздуха на мерзлое основание в соответствии с п. 6.1.27 СП 45.13330.2017.
Для свай моделируется одновременное погружение или погружение каждой сваи отдельно в указанный момент времени. Учитывается отепляющее воздействие свай при гидратации бетона.
Для СОУ также моделируется или одновременное погружение, или поэтапное погружение каждого СОУ. Коэффициент теплообмена СОУ принимается для условий, когда балочная клетка здания еще не возведена.

Моделирование этапа эксплуатации

  • Производится подбор граничного условия проветриваемого подполья, где рассчитывается температура воздуха в пределах подполья, скорость ветра в подполье, величина снега в подполье.
  • Рассчитывается коэффициент теплообмена для термостабилизаторов в подполье с учетом изменившейся скорости ветра относительно этапа СМР.
  • Задаются граничные условия, учитывающие как объемно-планировочные и конструктивные решения, так и возможное техногенное снегонакопление.
  • Производится оценка влияния работы проветриваемого подполья на грунты основания на заданный период эксплуатации (50 лет).

Результаты расчета

Результаты моделирования во Frost.Термо приводятся на 3D-модели, цветовое распределение которой соответствует полю температур, полученному в расчетную итерацию. Также результаты могут отображаться в виде двухмерных сечений с изотермами и бергштрихами. В дополнение Frost.Термо позволяет снимать температурные данные в произвольных точках модели, строить графики распределения температур по глубине и экспортировать данные в табличный процессор.

Динамика температурного распределения в конце летнего периода (на момент максимального оттаивания грунтов основания)

Динамика температурного распределения в конце зимнего периода (на момент максимального промерзания грунтов основания)

Выводы

Результаты моделирования температурного режима основания здания с проветриваемым подпольем в рассматриваемых мерзлотно-геологических условиях, с учетом работы СОУ, показывают, что в интервале заложения свайного основания грунты находятся в мерзлом состоянии на всех этапах жизненного цикла сооружения, а температурное состояние грунтов соответствует расчетному. Принятые конструктивные решения обеспечивают надежность эксплуатации здания на весь моделируемый период.

Для оценки несущей способности свай с учетом полученного во Frost.Термо температурного распределения используется модуль Frost.Свая (в составе программного комплекса Frost 3D).