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剧情简介:用传统的方法处理冻胀是在霜冻深度以下挖掘,但这实际上只是四个相同的代码可接受的选项之一。代码专家Glenn Mathewson描述了其他三个,重点是霜冻保护的浅层基础(FSPS):它们是如何工作的,以及如何确定你的特定地点的气候和土壤的要求。
我似乎说过很多次,但代码经常被误解为比实际更有限制性。有时,这是因为行业实践是如此普遍,当代码的纯文本中实际上允许有其他选项时,它被理解为必需的。
其中一个误解与基金会有关。在霜冻深度以下挖掘是一个标准的例子,通常被认为是一项要求,但实际上这只是四个选项中的第一个《国际住宅法典》R403.1.4.1节用于保护地基不受霜冻。在代码中,这四个选项都不受鼓励。通常只是出于惯例,人们选择了一种方法——在霜冻深度以下挖掘——而忽略了其他方法。在我们看其他选项之前,让我们先理解代码中保护地基不受霜冻的规定的目标和它所处理的变量。
冻胀力学
地球是房子所有负荷的最终休息场所收到和施加,是它们从风或雪,或者从结构的重量和它的东西。一个基础的一个工作是将所有这些负荷转移到土壤;另一种是抵抗土壤施加的负荷。在寒冷气候中,这些土壤施加的最重要的载荷之一来自霜冻。
霜是冰的另一种说法。如果你想把罐装饮料放在冰箱里冷却却忘记了,你可能已经知道了水在结冰时膨胀的艰难方式。当霜冻使建筑物隆起时,同样的力量也在起作用,尽管它有点复杂。
土壤中的水并不简单地冻结和扩张。相反,冰霜易感土壤中的水收集并在霜线上形成冰镜片。为了将你的脑袋包围,可能有助于将这些镜头颠倒过来,冷冻水坑 - 不是一个完美的类比,而是关闭。在饱和的,霜冻敏感的土壤中,水通过毛细管作用朝向这些镜片向上延伸。随着镜片从底部生长,它们将其升高到它们上方。如果发生在其中一个镜片之上的房屋,它也会被提升。
“在霜冻深度以下挖掘地基是一种规范,通常被认为是一种要求。”
这只是问题的开始。当冰融化时,土壤被冲进融化的冰留下的空隙中。如果一个地基被冰透镜提起,它会比以前更靠近表面一点。每一次深度的冻融,房子就会离地面爬得更远一点。
这是一个复杂过程的简化版本。防止它影响房屋是非常简单的。在冻胀中有三个变量在起作用,所有这些变量都是发生冻胀的必要条件:土壤必须是易冻的,必须是湿的,必须是足够冷才能结冰的。去掉这个三脚凳的任何一条腿,你就消除了呕吐的风险。
在土体预期冻结深度以下开挖地基是防止冻胀最常用的方法,简单有效。它不直接处理任何变量,只是绕过它们。只要在霜冻深度以下挖掘,水和易受霜冻土壤的存在就不再重要了。这通常是最简单的方法,虽然它通常不是最便宜的。你挖得越多,就越需要重建。
选择你的霜线
代码书中的第二个和第三个选项采用了不同的方法。第二参考文献IRC 403.3节,“霜冻保护浅基础”(FPSF)。FPSF响应与传统基础相同的变量,但不是绕过它们,而是以非常具体的方式操作它们。
确定FPSF需求的第一步是评估敌人。潮湿的土壤因向空气中释放热能而冻结。第一个问题是,空气有多冷?不像标准的基础,第一步是查看你的霜冻深度(由你的当地管辖范围决定),对于这个基础设计,你可以参考表403.3(2),并根据美国的县找到空气冻结指数。这个指数是用来衡量天气有多冷以及持续多久的。一旦你有了这些信息,你可以把它带到表403.3(1)中,以确定你的FPSF的最低立足点深度和绝缘要求。深度要求低至12英寸。在更温暖的地方,但只有4英寸。在最寒冷的地区,温度要比这深。怎样才能做到这一点呢?
从本质上说,这种方法将霜线提升到设计师想要的位置。所有的fpsf都需要从基础顶部垂直安装一些隔热层,以便在基础和外部之间形成一个隔热层。有些绝缘材料是高于等级的,有些则夹在地基和土壤之间。垂直隔热层的作用是防止热量流失,同时也引导热量流失。虽然它减少了通过地基墙垂直部分的侧向热流,但该设计允许一些热量流失到下面的土壤,以防止其冻结。在较温暖的气候中,不需要其他的绝缘层来防止冻胀。在较冷的气候中,额外的水平隔热层被用来帮助捕获从地基流失的热量以及存储在土壤中的地热能,以防止地基周围和地基下的土壤结冰。表R403.3(1)告诉你水平绝缘所需的最小r值,以及需要从基础底部延伸多远才能达到这一目标。
这种方法只适用于加热结构,特别是那些全年保持在64华氏度以上的结构。当使用这个选项时,还需要考虑其他两个变量:土壤类型和水。图R403.3(1)需要4英寸。从根本上消除了易受霜冻的土壤变量,至少对于那些4英寸的地基来说是这样。下面的土壤呢?如果它是第一类土壤,在表405.1中被确定为主要的沙砾混合物,没有细粒,然后继续。这种土壤很容易排水,不太容易受霜冻的影响。对于所有其他土壤,地基下的碎石必须排到阳光下或经批准的下水道系统。“批准”,意思是可能不是卫生下水道。
利用地热能源
规范中提到的第三种防冻方法是“按照ASCE 32”建造。这是美国土木工程师协会发布的防冻浅基础标准,对大多数住宅规范用户和建筑权威人士来说,这听起来像是一个“你不是你的联盟”的工程文件。在经历了9年的交易和16年的代码编写之后,作为本文研究的一部分,我第一次购买了这个标准,并发现它对非工程师来说根本不是“难以理解的”。
IRC中选项中使用的设计方法来自ASCE 32,但标准提供了IRC的选项:用于未加热的建筑物。由于建筑物没有热量来帮助保持土壤冻结,因此在整个基础下方使用了一层大垫,在整个建筑物下水平延伸,超出它,捕获下面的地热能储存器。
与选项二一样,有一些工作要弄清楚需要多少绝缘,放置多少绝缘,以及从建筑物向外延伸的深度。另一个参数,平均年度温度被抛入混合物中以确定预计在较温暖的月份中的土壤从空气中获得了多少能量。尽管所需的计算增加,但一些高性能的建筑商喜欢它一个非常好的原因:这种方法可用于保护加热的建筑物,这些建筑物在基础之下的绝缘筏以防止土壤中的热量损失。(请参阅“高性能筏板”中的此类FPSF中的FPSF)。
虽然这一版本的Know the Code主要是讨论防冻浅地基,但如果不讨论该规范的第四个选项,这个话题就不完整:当地基在坚硬的岩石上时,冰冻温度不再是一个问题。单是岩石就能把三足冻胀凳的易冻腿踢出来。
格伦·马修森是buildingcodecollege.com.
绘图:凯特弗朗西斯
从精致的房屋#297