Was sind frostgeschützte flache Fundamente und warum werden sie verwendet?
Die meisten Bauvorschriften in kalten Klimazonen verlangen, dass Fundamentfundamente unterhalb der Frostgrenze platziert werden, die in den nördlichen Vereinigten Staaten etwa 4 Fuß tief sein kann. Ziel ist es, Fundamente vor Frost zu schützen.
Es gibt eine Ausnahme von dieser Norm: Viele Codes erlauben es, dass Fundamente über der Frostgrenze liegen, solange sie „vor Frost geschützt“ sind. Die Genehmigung hängt jedoch von den örtlichen Codebeamten ab und erfordert möglicherweise spezielle technische Maßnahmen. Die 1995 erschienene Ausgabe des Ein- und Zweifamilienwohnungskodex des Council of American Building Officials (CABO) enthält vereinfachte Richtlinien für den Bau von Häusern auf Platten mit flachem Fundament, die durch Hartschaumisolierung vor Frost geschützt sind.
Ein frostgeschütztes flaches Fundament (FPSF) ist eine praktische Alternative zu tieferen, teureren Fundamenten in kalten Regionen mit saisonalem Bodengefrieren und dem Potenzial für Frost.
wie man einen kran faltet
Finden Sie Platten- und Fundamentbauer in meiner Nähe
Abbildung 1 zeigt einen FPSF und ein herkömmliches Fundament. Ein FPSF verfügt über eine strategisch platzierte Isolierung, um die Frosttiefe um ein Gebäude herum zu erhöhen und so Fundamenttiefen von bis zu 16 Zoll zu ermöglichen, selbst in den schwierigsten Klimazonen. Die umfangreichste Nutzung fand in den nordischen Ländern statt, wo in den letzten 40 Jahren über eine Million FPSF-Häuser erfolgreich gebaut wurden. Die FPSF gilt als Standardpraxis für Wohngebäude in Skandinavien.
Wie FPSF funktioniert
Die frostgeschützte Flachfundamenttechnologie erkennt die thermische Wechselwirkung von Gebäudefundamenten mit dem Boden. Der Wärmeeintrag von Gebäuden in den Boden erhöht effektiv die Frosttiefe am Umfang des Fundaments. Dieser Effekt und andere Bedingungen, die das Eindringen von Frost in den Boden regulieren, sind in Abbildung 2 dargestellt.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Frostgrenze in der Nähe eines Fundaments ansteigt, wenn das Gebäude beheizt wird. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn die Isolierung strategisch um das Fundament gelegt wird. Der FPSF arbeitet auch an einem unbeheizten Gebäude, indem er Erdwärme unterhalb des Gebäudes speichert. Auf diese Weise können unbeheizte Bereiche von Häusern wie Garagen gebaut werden.
Abbildung 3 zeigt den Wärmeaustauschprozess in einem FPSF, der zu einer höheren Frosttiefe um das Gebäude führt. Die Isolierung um den Fundamentumfang bewahrt und leitet den Wärmeverlust durch die Platte in Richtung des Bodens unter dem Fundament. Geothermische Wärme aus dem darunter liegenden Boden trägt auch dazu bei, die Frosttiefe um das Gebäude herum zu erhöhen.
woraus besteht mehl
FPSFs eignen sich am besten für Häuser mit Plattenqualität an Standorten mit mäßigen bis niedrigen Gefällen. Das Verfahren kann jedoch effektiv bei begehbaren Kellern angewendet werden, indem das Fundament auf der Abfahrtsseite des Hauses isoliert wird, wodurch die Notwendigkeit eines Stufenfußes entfällt. FPSFs eignen sich zum Teil auch für Umbauprojekte, da sie Standortstörungen minimieren. Neben Wohn-, Gewerbe- und Landwirtschaftsgebäuden wurde die Technologie auf Autobahnen, Dämme, unterirdische Versorgungsunternehmen, Eisenbahnen und Erdböschungen angewendet.
Weitere häufig gestellte Fragen und Antworten
Frage Nr. 1: Wie verhindert die Isolierung das Auftreten von Frost?
Frostschub kann nur auftreten, wenn alle der folgenden drei Bedingungen vorliegen: 1) der Boden ist frostempfindlich (große Schlickfraktion), 2) es steht ausreichend Feuchtigkeit zur Verfügung (Boden liegt über etwa 80 Prozent Sättigung) und 3) unter dem Gefrierpunkt Temperaturen dringen in den Boden ein. Durch Entfernen eines dieser Faktoren wird die Möglichkeit von Frostschäden zunichte gemacht. Die in dieser Konstruktionsanleitung geforderte Isolierung verhindert das Einfrieren des darunter liegenden Bodens (ein Zoll Polystyrol-Isolierung, R4.5, hat einen äquivalenten R-Wert von durchschnittlich etwa 4 Fuß Boden). Die Verwendung von Dämmstoffen ist aus mehreren Gründen besonders effektiv auf einem Gebäudefundament. Erstens wird der Wärmeverlust minimiert, während Wärme gespeichert und in den Fundamentboden geleitet wird - nicht durch die vertikale Fläche der Fundamentwand. Zweitens wird durch die nach außen ragende horizontale Isolierung Feuchtigkeit vom Fundament abgeleitet, wodurch das Risiko von Frostschäden weiter minimiert wird. Schließlich steigt aufgrund der Isolierung die Frostgrenze an, wenn sie sich dem Fundament nähert. Da die Frostkräfte senkrecht zur Frostlinie wirken, wirken die Kräfte, falls vorhanden, in horizontaler Richtung und nicht nach oben.
Frage Nr. 2: Beeinflusst der Bodentyp oder die Bodenbedeckung (z. B. Schnee) die erforderliche Isolationsmenge?
Die vorgeschlagenen Isolierungsanforderungen basieren konstruktionsbedingt auf dem ungünstigsten Bodenzustand ohne Schnee oder organische Bodenbedeckung. Ebenso verhindert die empfohlene Isolierung wirksam das Einfrieren aller frostempfindlichen Böden. Aufgrund der während des Gefrierens von Wasser absorbierten Wärme (latente Wärme) (Phasenwechsel) neigen erhöhte Mengen an Bodenwasser dazu, das Eindringen von Frost oder die Temperaturänderung der Boden-Wasser-Masse zu mildern. Da Bodenwasser die Wärmekapazität des Bodens erhöht, erhöht es die Frostbeständigkeit weiter, indem es die „thermische Masse“ des Bodens erhöht und einen signifikanten latenten Wärmeeffekt hinzufügt. Daher basieren die vorgeschlagenen Isolierungsanforderungen auf einem schlammigen Bodenzustand im schlimmsten Fall mit ausreichender Feuchtigkeit, um Frost zu ermöglichen, jedoch nicht so sehr, dass der Boden selbst dem Eindringen in die Frostlinie drastisch widersteht. Tatsächlich gefriert ein grobkörniger Boden (nicht frostempfindlich) mit geringer Feuchtigkeit schneller und tiefer, ohne dass Frostschäden auftreten können. Daher schlagen die vorgeschlagenen Isolierungsempfehlungen die Frostbelastung für alle Bodentypen unter verschiedenen Feuchtigkeits- und Oberflächenbedingungen wirksam vor.
Frage Nr. 3: Wie lange schützt die Isolierung das Fundament?
wie lange hält marinara sauce
Diese Frage ist sehr wichtig, wenn Häuser oder andere Strukturen mit einer langen Lebenserwartung geschützt werden sollen. Die Fähigkeit der Isolierung, unter unterirdischen Bedingungen zu arbeiten, hängt vom Produkttyp, der Qualität und der Feuchtigkeitsbeständigkeit ab. In Europa wird die Polystyrolisolierung seit fast 40 Jahren zum Schutz von Fundamenten verwendet, ohne Erfahrung mit Frost. Daher können bei richtiger Einstellung der R-Werte für unterirdische Betriebsbedingungen sowohl extrudiertes Polystyrol (XPS) als auch expandiertes Polystyrol (EPS) zur Gewährleistung der Leistung verwendet werden. In den Vereinigten Staaten wurde XPS für Autobahn- und Pipelineprojekte in Alaska untersucht, und es wurde festgestellt, dass das XPS nach 20 Dienstjahren und mindestens 5 Jahren Eintauchen in Wasser seinen R-Wert beibehielt (siehe McFadden und Bennett) , Bau in kalten Regionen: Ein Leitfaden für Planer, Ingenieure, Bauunternehmer und Manager, J. Wiley & Sons, Inc., 1991. S. 328-329). Aus Gründen der Qualitätssicherung können sowohl XPS als auch EPS leicht durch Kennzeichnung gemäß den aktuellen ASTM-Standards identifiziert werden.
Frage Nr. 4: Was passiert, wenn die Heizung im Winter eine Zeit lang ausfällt?
Bei allen Bauarten trägt der Wärmeverlust durch den Boden eines Gebäudes zur geothermischen Wärmespeicherung unter dem Gebäude bei, die im Winter am Rand des Fundaments freigesetzt wird. Die Verwendung isolierter Fundamente reguliert effektiv den gespeicherten Wärmeverlust und verzögert das Eindringen in die Frostleitung während eines Zeitraums, in dem das Heizsystem ausfällt oder zurückgesetzt wird. Herkömmliche Fundamente mit normalerweise weniger Isolierung bieten diesen Schutz nicht und der Frost kann schneller durch die Grundmauer und in Innenbereiche unterhalb der Bodenplatte eindringen. Beim Einfrieren von Werbung (der gefrorenen Verbindung zwischen dem Wasser im Boden und der Grundmauer) muss Frost nicht unter die Fundamente eindringen, um für leichte Konstruktionen gefährlich zu sein. In diesem Sinne verhindern frostgeschützte Fundamente Frostschäden wirksamer. Die vorgeschlagenen Isolierungsanforderungen basieren auf hochgenauen Klimainformationen, die durch bis zu 86 Jahre Wintergefrieraufzeichnungen für über 3.000 Wetterstationen in den USA bestätigt wurden. Die Isolierung ist so bemessen, dass ein Einfrieren des Fundamentbodens für ein 100-jähriges Wintergefrierereignis mit besonders strenger Bedingung ohne Schnee oder Bodenbedeckung verhindert wird. Selbst dann ist es höchst unwahrscheinlich, dass während eines solchen Ereignisses keine Schneedecke, ausreichend hohe Bodenfeuchtigkeit und ein längerer Verlust an Gebäudewärme auftreten.
Frage Nr. 5: Warum werden an den Ecken des Fundaments größere Isolierungsmengen benötigt?
Der Wärmeverlust tritt von den Grundmauern nach außen auf und wird daher in der Nähe einer Außenecke aufgrund des kombinierten Wärmeverlusts von zwei benachbarten Wandflächen verstärkt. Um Fundamentecken vor Frostschäden zu schützen, sind daher in den Eckbereichen größere Dämmmengen erforderlich. Ein isoliertes Fundament bietet daher zusätzlichen Schutz an Ecken, an denen das Risiko von Frostschäden höher ist.
Frage Nr. 6: Welche Erfahrungen haben die USA mit dieser Technologie gemacht?
Frostgeschützte isolierte Fundamente wurden bereits in den 1930er Jahren von Frank Lloyd Wright in der Region Chicago verwendet. Seitdem haben die Europäer in den letzten 40 Jahren die Führung bei der Anwendung dieses Konzepts übernommen. Mittlerweile gibt es in Norwegen, Schweden und Finnland über 1 Million Häuser mit isolierten flachen Fundamenten, die in den Bauvorschriften als Standardpraxis anerkannt sind. In den Vereinigten Staaten wurde bei vielen speziellen Ingenieurprojekten (d. H. Autobahnen, Dämmen, Rohrleitungen und technischen Gebäuden) eine Isolierung verwendet, um Frost zu verhindern. Die Verwendung auf Heimfundamenten wurde von den örtlichen Vorschriften in Alaska akzeptiert, und es wurde eine verstreute Verwendung in nicht codierten Gebieten anderer Bundesstaaten festgestellt. Es ist wahrscheinlich, dass es in den Vereinigten Staaten (einschließlich Alaska) mehrere tausend Häuser mit Variationen von frostgeschützten isolierten Fundamenten gibt.
Um die Technologie in den USA zu überprüfen, wurden fünf Testhäuser in Vermont, Iowa, North Dakota und Alaska gebaut. Die Häuser wurden mit automatisierten Datenerfassungssystemen ausgestattet, um die Boden-, Fundament-, Platten-, Innen- und Außentemperaturen an verschiedenen Stellen rund um die Fundamente zu überwachen. Die beobachtete Leistung stimmte mit der europäischen Erfahrung darin überein, dass die isolierten Fundamente das Gefrieren und Heben des Fundamentbodens auch unter strengen Klima- und Bodenbedingungen verhinderten (siehe US-Ministerium für Wohnungsbau und Stadtentwicklung, „Frostgeschützte flache Fundamente für den Wohnungsbau“). , Washington, DC, 1993).
Frage Nr. 7: Wie energieeffizient und komfortabel sind Plattenfundamente mit frostgeschützten Fundamenten?
Die Isolationsanforderungen für frostgeschützte Fundamente sind Mindestanforderungen, um Frostschäden zu vermeiden. Die Anforderungen bieten ein zufriedenstellendes Maß an Energieeffizienz, Komfort und Schutz gegen Feuchtigkeitskondensation. Da diese Anforderungen minimal sind, kann eine zusätzliche Isolierung angewendet werden, um spezielle Komfortziele oder strengere Energievorschriften zu erfüllen.
Schwarzschimmel von Beton entfernen
FPSF-Konstruktionsprobleme
Diese Probleme gelten für den Aufbau eines FPSF:
Kalte Brücken . Kaltbrücken entstehen, wenn Baustoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Beton direkt Außentemperaturen ausgesetzt werden. Die Fundamentisolierung sollte so platziert werden, dass die Kontinuität mit der Isolierung der Haushülle erhalten bleibt. Kalte Brücken können das Potenzial für Frostschwankungen erhöhen oder zumindest lokal niedrigere Temperaturen oder Kondensation auf der Plattenoberfläche erzeugen. Während des Baus muss darauf geachtet werden, dass die Isolierung ordnungsgemäß installiert wird.
Drainage . Eine gute Entwässerung ist bei jedem Fundament wichtig und FPSF ist keine Ausnahme. Die Isolierung ist bei trockeneren Bodenbedingungen besser. Stellen Sie sicher, dass die Bodenisolierung durch Schallentwässerungspraktiken, z. B. durch Abfallen des Gefälles vom Gebäude, angemessen vor übermäßiger Feuchtigkeit geschützt ist.
Die Isolierung sollte immer über dem Grundwasserspiegel erfolgen . Eine Schicht aus Kies, Sand oder ähnlichem Material wird empfohlen, um die Entwässerung zu verbessern und eine glatte Oberfläche für die Platzierung einer horizontalen Flügelisolierung bereitzustellen. Für unbeheizte FPSF-Designs ist eine Drainageschicht von mindestens 6 Zoll erforderlich. Über die in den Bauvorschriften vorgeschriebene Mindestgrundtiefe von 12 Zoll hinaus kann die zusätzliche Fundamenttiefe, die für ein FPSF-Design erforderlich ist, aus verdichtetem, nicht frostempfindlichem Füllmaterial wie Kies, Sand oder Schotter bestehen.
Plattenoberflächentemperaturen (Feuchtigkeit, Komfort und Energieeffizienz). Die in diesem Entwurfsverfahren vorgeschriebenen Mindestisolationsniveaus schützen den Fundamentboden vor Frost. Sie bieten auch zufriedenstellende Plattenoberflächentemperaturen, um Feuchtigkeitskondensation zu verhindern und ein Mindestmaß an thermischem Komfort zu gewährleisten. Da das Entwurfsverfahren Mindestanforderungen an die Isolierung vorsieht, kann die Fundamentisolierung erhöht werden, um besonderen Anforderungen in Bezug auf diese Probleme und die Energieeffizienz gerecht zu werden. Die erfolgreiche Begrenzung der Kaltüberbrückung ist entscheidend - die Verwendung der Stielwand- und Plattentechnik führt zu einer zweiten thermischen Trennung zwischen Platte und Stielwand. Durch Erhöhen der Dicke der vertikalen Wanddämmung über die Mindestanforderungen für den Frostschutz hinaus werden auch die Energieeffizienz und der thermische Komfort verbessert. Die Auswahl eines Oberflächenbodens wie Teppichboden verringert den Oberflächenkontakt zwischen dem Insassen und der Platte und vermittelt ein wärmeres Gefühl.
Beheizte Platten und Energieeffizienz . Das FPSF-Entwurfsverfahren kann auf alle Platten-auf-Grad-Techniken angewendet werden, einschließlich solcher mit Plattenwärme, die einen ausgezeichneten thermischen Komfort bieten. Wenn ein Heizsystem in der Platte verwendet wird, wird eine zusätzliche Isolierung unterhalb der Platte und um den Umfang herum empfohlen, um die Energieeffizienz zu verbessern.
Wie man misst, wie viel Beton ich brauche
Isolierung schützen . Da sich die vertikale Wanddämmung um ein Fundament über dem Grad erstreckt und ultravioletter Strahlung und physischer Misshandlung ausgesetzt ist, muss dieser Teil mit einer Beschichtung oder Abdeckung geschützt werden, die sowohl zäh als auch dauerhaft ist. Einige zu berücksichtigende Methoden sind ein Stuck-Finish-System oder ähnliche Bürstenbeschichtungen, vorbeschichtete Isolationsprodukte, Abdeckungen und druckbehandeltes Sperrholz. Der Hersteller sollte immer überprüfen, ob solche Materialien mit der Dämmplatte kompatibel sind. Das Schutzfinish sollte vor dem Verfüllen aufgetragen werden, da es mindestens 5 cm unter dem Gefälle liegen muss. Außerdem wird die Polystyrolisolierung leicht durch Kohlenwasserstofflösungsmittel wie Benzin, Benzol, Dieselkraftstoff und Teer abgebaut. Es ist darauf zu achten, dass die Isolierung bei der Handhabung, Lagerung und Verfüllung nicht beschädigt wird. Wenn Termiten ein Problem darstellen, wird eine vorbeugende Standardpraxis wie Bodenbehandlung, Termitenschilde usw. empfohlen.
Isolationsspezifikationen . Da einige Isoliermaterialien der Wasseraufnahme weniger effektiv widerstehen als andere, was wiederum ihren Wärmewiderstand (R-Werte) verschlechtert, sollte das Isolationsmaterial sorgfältig spezifiziert werden. Die folgenden effektiven R-Werte sind zur Bestimmung der für diese Anwendung erforderlichen Isolationsdicken zu verwenden: expandiertes Polystyrol Typ II - 2,4 R pro Zoll extrudiertes Polystyrol Typ IV, V, VI, VII - 4,5 R pro Zoll expandiertes Polystyrol Typ IX - 3,2 R pro Zoll Zoll. Spezielle Anwendungen, wie das Tragen struktureller Belastungen von Fundamenten, erfordern möglicherweise Polystyrole mit höherer Dichte für die erforderlichen Druckfestigkeiten. Der Hersteller wird an den Hersteller verwiesen, um produktspezifische Informationen zu erhalten.
Türen und Schwellen . An Türen, an denen die Schwelle über die vertikale Wanddämmung hinausragt, sollte die Dämmung nach Bedarf ausgeschnitten werden, um eine solide Blockierung für eine angemessene Lagerung und Befestigung der Schwelle zu gewährleisten. Die Größe der Ausschnitte sollte minimiert werden.
Landschaftsgestaltung und Flügelisolierung. In Situationen, in denen eine breite horizontale Flügelisolierung erforderlich ist (z. B. eine Breite von mehr als 3 bis 4 Fuß), kann dies die Position großer Pflanzungen in der Nähe des Hauses beeinträchtigen. In einigen dieser Fälle verringert die Verwendung einer dickeren Flügelisolierung oder eine Erhöhung der Fundamenttiefe die erforderliche Breite der Flügelisolierung.
Fundamenthöhe . Angesichts der Tatsache, dass die meisten Polystyrol-Dämmplatten in der Regel in den Breiten 24 Zoll und 48 Zoll erhältlich sind, werden 24 Zoll für viele Fundamente zu einer praktischen Höhe. Dies liefert 16 Zoll des Fundaments unter der Klasse und 8 Zoll über der Klasse.
Ausgrabung . Im Allgemeinen ist eine leichte Ausrüstung für FPSFs ausreichend, da nur wenig Aushub erforderlich ist. Wie bei jedem Fundament sollten organische Bodenschichten (oberer Boden) entfernt werden, damit das Fundament auf festem Boden oder verdichteten Füllungen aufliegt.
Bauplanung. Das Fundament sollte fertiggestellt und das Gebäude vor dem Frost geschlossen und beheizt werden, ähnlich wie bei der herkömmlichen Baupraxis.
