寒冷气候用平板，第2部分：为加热建筑物安装防冻浅基础

在美国大陆的大部分地区，冻土保护浅地基(FPSF)方法允许地基平均深度约为16英寸或更少。(参见下面的图1。)这种方法节省了金钱和物力。因为它使用了隔热层来防止地基下结霜，这种方法还可以通过减缓条件结构向地面的热量流失来节约能源。这种方法在北欧已经使用了50多年。国际住宅规范(IRC)自2000年以来就认可了FPSF方法，对加热建筑提出了规定要求，并参考了ASCE标准32-01对半加热和非加热建筑的要求。

图1。传统的，下面的霜深度基础（48深）在右边，霜保护浅基础（14深）左侧。图纸由Jay Crandell提供，P.E。www.aresconsulting.biz

对于加热的建筑，在基脚和基础墙的外围小心放置隔热层，从建筑和地热能中捕捉热量，以回火基脚下的土壤，有效地“提高”霜冻深度。虽然FPSFs主要用于地面板施工，但该方法也适用于干墙基础和不通风的爬行空间基础，以及在改建时，当浅挖最大限度地减少对建筑物周围的干扰，在罢工地下室，当绝缘的基础上的下坡的结构是有益的。虽然国际建筑规范(IBC)没有提供规定的方法，但FPSF方法也适用于参考ASCE标准32-01的商业和农业建筑。

FPSF的微妙之处需要仔细研究，但当建设者理解并实践FPSF方法时，他们会了解给定区域的要求；然后，FPSF的构造并不比传统的基础复杂。建筑工人在开始FPSF之前应该知道ABCS：在该气候区中FPSF的最小深度，最小绝缘要求，以及绝缘是否需要仅垂直于基础和底座的表面或垂直于周边的水平延伸（参见下面的图2）。

图2。某受热建筑物的防霜浅基础热流图。

基础深度

国际住宅规范(IRC)提供了一个简单的、规定的方法来确定你的脚的深度，以及所需的绝缘类型及其安装位置。首先，你需要参考建筑工地的空气冻结指数。空气冻结指数是在任何一个特定的冬天里，温度高于或低于冰点的时间和程度的综合指标。IRC提供了一个彩色编码的空气冻结指数等高线地图(参见下面的图3)，它在大多数地区都工作得很好，除了过渡地区(空气冻结指数从一组规范移动到另一组规范)。一般情况下，建设者可以在市政建筑部门获得准确的当地信息，并在网上找到更全面的图表国家气候数据中心(NCDC)．国际规范理事会报告403.3 (ICC R403.3)还提供了各州指南及各州参考资料．

图3。空气冷冻指数映射。来源:ncdc.noaa.gov．

一旦您知道将要建造的区域的空气冻结指数值，请参考ICC表R403.3（1），加热建筑中防冻基脚的最小基脚深度和绝缘要求（见表1），然后与空气冻结指数数据交叉参考，以得出最小基脚深度，以及所需绝缘材料的R值和放置。您会注意到，大多数空气冻结指数值为2500–4000的区域只需要16“的基脚深度；空气冻结指数值低于2500的区域需要更少的深度，从而节省大量开挖和混凝土。

冬季施工的贸易提示。在您为第一个项目准备学习FPSF方法时，您将阅读有关施工期间防冻的警告。理论上，你的地基应该完成，建筑物在第一次霜冻之前被封闭和加热。这是一条很好的规则，但是如果你的基金会被困在寒冷中，不要惊慌——一切都会好起来的。该系统的设计非常保守，我在深秋建造了许多地基，在冬天到来之前，这些地基没有覆盖，温度低得多，没有任何地基受到任何损坏。我知道其他建筑商也有同样的经验，从我的结构工程师那里我知道这也不例外。同样，在加热结构下建造FPSF的简单原因是受益于建筑物产生的热量。最好在冬季之前完成地基、围住建筑物和加热它，但是FPSF设计是坚固的（和大多数建筑方法一样）具有安全边际。

绝缘

选择正确的刚性隔热材料很重要，因为只有少数产品可以在建筑的预期寿命内保持低于等级的有效R值。我在当地的家装中心找不到合适的产品，只好向我的建材供应商专门订购。刚性绝缘材料有4英尺x 8英尺的薄板，因此必须按尺寸切割。适用于基脚的隔热层必须贴上符合ASTM C578《刚性多孔聚苯乙烯隔热层标准规范》的标签。对FPSF保温材料的实际设计值进行保守计算；NAHB研究中心的经修订的防冻浅基础建筑指南对挤压聚苯乙烯(XPS)和膨胀聚苯乙烯(EPS)，当垂直应用时，给出的公认设计值比公称r值低10%，比公称r值低20%。在结构工程师的推荐下，我一直使用挤压聚苯乙烯(XPS)。挤塑聚苯乙烯(XPS)绝缘也适用于垂直和水平以下的应用，而膨胀聚苯乙烯(EPS)绝缘只能垂直应用。

表R403.3（1）加热建筑中防冻基脚的最小基脚深度和绝缘要求

空气寒冷指数 (°F-days)	最小基础深度，d (英寸)	垂直绝缘 热阻	绝缘水平 热阻		绝缘水平维度 根据图R403.3（1）（英寸）
			沿着墙壁	在角落里	一个	B	C
1500或更少了	12	4.5	不需要	不需要	不需要	不需要	不需要
2000年	14	5．6	不需要	不需要	不需要	不需要	不需要
2，500	16	6．7	1．7	4.9	12	24	40
3,000	16	7．8	6．5	8．6	12	24	40
3，500	16	9．0	8	11.2	24	30.	60
4，000	16	10．1	10．5	13．1	24	36	60

来源:publicecodes.citation.com

要确定你需要的r值，请参考ICC表R403.3(1)(如上所示)，你会发现垂直绝缘所需的绝缘r值，如果需要，水平绝缘也需要。然后把你的发现和空气冻结指数地图进行交叉比对。例如，看看空气冻结指数地图，你会注意到科罗拉多的大部分Front Range，内布拉斯加的全部，伊利诺斯州，甚至北密歇根都位于1000 - 2000或更高的温度。通过交叉引用ICC表R403.3(1)，您将发现，在空气冻结指数范围内，不需要水平绝缘的情况下，垂直绝缘的最小r值需要为5.6。

在IECC下工作的贸易提示。如果你在《2009国际节能守则》（IECC）工作，你必须考虑到基础绝缘要求可以满足或超过FPSF方法的要求；这意味着你没有充分的理由在霜冻线下挖掘以保护你的基础免受霜冻，因为你已经使用的隔热材料可能已经足够了。

另一方面,如果你工作在明尼苏达州北部,那里的空气冷冻指数范围从2000年到3000年,你将获得具体信息工作站点位置从当地建设部门(或国家气候数据中心)和使用指定的垂直和水平绝缘(热阻范围6.7 - -7.8)。你还会发现与地基周长相关的必要水平绝缘尺寸的值，分为三类(A、B和C)，因为单个地基的宽度不同，角落的尺寸更宽。列A描述沿直线运行的基本宽度，列B给出各个角的宽度，列C表示每个角从该角度延伸的长度。所有这些都增加了使用FPSF方法的成本和复杂性，所以您将运行一个成本比较，看看它是否对您的项目有意义。(参见下面的图4。)

图4。建筑角落的冷效应需要隔热翼，以保持在三维暴露的基础下的均匀温度。ICC表R403.3(1)中的B柱表示机翼绝缘的宽度，C柱表示它需要沿基脚延伸到多远的角落。杰·克兰德尔，体育.aresconsulting.biz

图4。水平保温平面图，来源:publicecodes.citation.com

安装水平绝缘的贸易提示。如果需要，水平隔热层必须牢固地铺设在平整的地面上，并埋在至少低于等级12英寸的地方。最容易过度挖掘，然后用颗粒地基(沙子或豌豆砾石)回填水平绝缘层下的区域。当水平隔热层延伸超过24英寸时，必须用硬表面(如硬塑料、金属片甚至胶合板)保护，并小心放置回填物，以确保水从基础上积极排水。此外，任何园林设计师都应避免在水平隔热层上方挖掘。

垂直绝缘的典型安装

安装垂直绝缘材料最简单的方法之一包括三个步骤。在挖掘浅的地基后，我们形成了地基的外部周长，正好对着挖掘沟渠，用挤压聚苯乙烯(XPS)板切割到16英寸宽，水平铺设，并将其固定在适当的位置。重要的是要避免板之间的缝隙，特别是在角落和连接处。为了确保坚硬的绝缘材料，我们在泡沫和木桩周围编织了扎线，快速拧紧它。浇注混凝土时，我们发现稍微干燥的混合料效果最好，以避免在保温材料下得到松散的混合料，这可能会导致它上升。

如果您的杆墙从基脚外部周边凹陷，您必须在基脚顶部的任何外露混凝土壁架上放置隔热材料。这是一个我多次被忽视的步骤（据我所知没有后果），但为什么要招惹麻烦呢？这个想法是完全封闭基础的外部绝缘，以避免冷桥，或在信封的差距。照片：费尔南多·帕盖斯·鲁伊斯。

一旦基脚设置好，我们将按照通常在任何基脚上所做的那样安装一个阀杆墙。我们使用2'高的铝制地下室墙模板，或者在其他区域使用混凝土砌块或木模板。一旦拆开模板或灌浆砌块，我们使用标有“适合与泡沫板一起使用”或更具体地说，“适合与聚苯乙烯泡沫板一起使用”的粘合剂将刚性隔热层层压到模板外部。避免使用溶剂粘合剂，因为它们会溶解聚苯乙烯隔热板。

这是南达科他州的一个试验场地基金会，将木基墙与保温墙结合起来。带有2x背衬的周长用作板边缘，在阀杆壁回填完成后浇筑。照片由Jay Crandell提供，P.E。，.aresconsulting.biz

对于一个有施工经验的承包商来说，所有这些听起来都像是大量的额外工作，事实也的确如此。FPSF方法最简单和最经济的使用是将一整块板浇在形成的外部周边边缘，内衬泡沫。为了确保泡沫粘在混凝土上而不是模板上，我们用双头钉子把泡沫钉在木头模板上，钉得刚好足够固定隔热层。

关于白蚁的贸易提示。任何在白蚁出没严重的地区建房的人都会对我在前一段提出的最后一个建议感到不安。白蚁喜欢在泡沫绝缘材料后面挖洞，随时可以进入建筑的美味部分，而不会有人注意到沿着地基墙的白蚁隧道。不幸的是，这是FPSF的一个弱点，也是为什么这种方法被禁止在白蚁严重侵扰的地区，如南卡罗来纳、乔治亚州、佛罗里达州、阿拉巴马州、密西西比州、路易斯安那州、德克萨斯州东半部和加利福尼亚的大部分地区。

紫外线和除草机的危害

由于地上茎壁表面的绝缘层仍然暴露在紫外线的退化效应和草坪服务设备的机械攻击下，因此必须找到保护它的方法。许多建筑商采用相同的工艺和材料完成外部绝缘和饰面系统（EIF），首先在泡沫隔热板上涂抹聚合物水泥底涂层，然后在聚苯乙烯隔热板上铺设玻璃纤维加强网，并完全嵌入底涂层，并在钢筋网上涂抹丙烯酸色整体面漆。该系统的唯一问题是，不建议与等级接触，当然也不建议低于等级的应用。我不知道这种方法会产生什么问题，但我开发了一种不同的方法，使我感觉更舒适，似乎能为泡沫提供更高级别的保护。

为了保护我的茎壁隔热层，我使用了铝线圈，与包裹筋膜的方法相同。为了在隔热层上形成分水岭，我沿着线圈顶部弯曲了一个“Z”形反闪光图案，然后在隔热层表面和地面以下6“处涂上铝，就像我在筋膜上看到的一样，但却是颠倒的。

关于填缝的贸易提示。要注意泡沫突出的边缘会形成一个边缘，水会在上面被困住并回流到窗台下的建筑中。上面描述的“Z”闪烁方法将防止水进入建筑物，但你必须小心填缝的圈。否则水会在接缝之间回流，就像任何水平闪光一样。

未供暖建筑与设计资源

设计标准也存在于无供暖建筑的fpfs设计，包括车库和附属于加热结构的门廊。这将是第三篇文章的主题，介绍未加热和半加热结构的FPSF方法。欲了解更多信息，请登录以下网站购买美国土木工程师协会(ASCE)关于防冻浅基础设计和施工的标准32-01www.asce.org．

对于由Jay Crandell，P.E.编写的FPSF综合幻灯片演示，他是美国住宅建筑商协会（NAHB）研究中心的前首席工程师，现在拥有高级住宅工程服务，点击这里．

本文引用的图形和图像: