用于寒冷气候的板，第2部分:为供暖建筑安装霜冻保护的浅基础

霜冻保护的浅基础（FPSF）方法允许在美国大陆大部分地区平均约16“深刻或更低。（见下面的图1。）该方法节省了金钱和物质资源。因为它使用绝缘来防止霜通过在基位下进行开发，该方法还通过从条件结构将热量损失放缓到地面来节省能量。该方法在北欧的50多年中使用了50年。国际住宅守则（IRC）已认识到FPSF方法自2000年以来，对加热建筑物的规定要求，并通过参考半衰期和未加热结构的ASCE标准32-01。

图1.传统，低于霜冻深度基础的比较（48“深）右侧，霜冻保护的浅基础（14个”深度“）。图纸由杰伊克兰德，P.E.www.aresconsulting.biz

对于一个有暖气的建筑，在基础和基础墙的外部周边精心放置保温材料，从建筑和地热能中获取热量，以软化地基下的土壤，有效地“提高”霜冻深度。虽然fpsf主要用于平地施工，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，当浅挖将建筑物周围的干扰最小化时，以及在步行地下室中，当绝缘时，结构下坡的基础是有益的。虽然国际建筑规范(IBC)没有提供指导性的方法，但FPSF方法参照ASCE标准32-01也适用于商业和农业建筑。

FPSF的微妙之处需要仔细研究，但是当构建者理解并实践FPSF方法时，他们了解了给定区域的需求;那么FPSF的构造并不比传统地基复杂。工程师应该知道入门之前FPSF:最小深度的FPSF气候区,最低绝缘要求,绝缘是否只需要垂直表面上的基础和基础或垂直和水平扩展周长(参见下面的图2)。

图2.加热建筑的霜冻保护浅基流气流图。

基础深度

国际住宅规范(IRC)提供了一个简化的、规定的方法来确定你的基础深度，以及所需的绝缘类型和它的安装位置。首先，你需要参考你的建筑工地的空气冻结指数。空气冻结指数是一个指标，显示了在任何一个给定的冬天里发生在冰点以上和冰点以下的温度的持续时间和幅度。IRC提供了一个颜色编码的空气冻结指数等高线地图(见下面的图3)，它在大多数区域都很有效，除了过渡区域(空气冻结指数从一组规范移动到另一组规范)。建筑商通常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)．国际守则报告403.3（ICC R403.3）还提供了一个与县县县级参考的国家 - 旁观式指南．

图3。空气冷冻指数映射。来源:ncdc.noaa.gov.．

一旦你知道了空气冷冻区域您将构建的索引值,咨询ICC表R403.3(1),最低的基础深度和绝缘要求Frost-Protected立足点在激烈的建筑(见表1),然后与空气冷冻交叉引用索引数据到达的最低基础深度,以及所需的r值和绝缘的放置。你会注意到，大多数空气冻结指数为2,500-4,000的地区只需要16英寸的地基深度;空气冻结指数低于2500的地区需要更少的深度，节省大量的挖掘和混凝土。

冬季施工贸易提示。当你在为你的第一个项目做准备时学习FPSF方法时，你将会读到施工期间关于冻结保护的警告。从理论上讲，在第一次霜冻之前，你的地基应该完成，建筑物应该被封闭和加热。这是一个很好的规则，但是如果你的粉底被冻住了，不要惊慌——一切都会好的。这个系统设计得非常保守，我在深秋的时候建了很多没有覆盖的地基，更不用说在冬天到来之前加热了，没有一个地基受到任何损坏。我知道其他建筑商也有同样的经历，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的简单原因是为了从建筑产生的热量中受益。最好是在冬天之前完成地基，封闭建筑，加热，但是FPSF的设计是坚固的，并且(就像大多数建筑方法一样)有安全边际。

绝缘

选择正确的刚性绝缘材料是很重要的，因为只有少数产品能够在建筑的预期寿命期内保持有效的r值低于等级。我在当地的家装中心没有找到合适的产品，只能从我的建筑材料供应商那里特殊订购材料。刚性绝缘材料有4' x 8'片，所以你必须切成合适的尺寸。适用于地脚的绝缘材料必须贴上符合ASTM C578刚性，多孔聚苯乙烯绝热材料标准规范的标签。对FPSF绝缘材料的实际设计值进行了保守计算;NAHB研究中心修订的霜保护浅地基建造者指南当垂直应用时，给出的可接受设计值比挤压聚苯乙烯(XPS)的公称r值低10%，比膨胀聚苯乙烯(EPS)的公称r值低20%。在我的结构工程师的推荐下，我一直使用挤塑聚苯乙烯(XPS)。挤塑聚苯乙烯(XPS)保温也适用于垂直和水平以下的应用，而膨胀聚苯乙烯(EPS)保温只能垂直应用。

表R403.3(1)采暖建筑防冻地基的最小基础深度和保温要求

空气冻结指数 （°F天）	最小基础深度d （英寸）	垂直绝缘 r价	水平绝缘 r价		水平绝缘尺寸 数字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
2,000	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	8.0	11.2	24	30.	60
4，000	16	10．1	10．5	13.1.	24	36	60

来源:pudatececodes.citation.com.

To determine what R-value you’ll need, refer to ICC Table R403.3(1) (shown above) and you will find the insulation R-values required for the vertical insulation and, if needed, those for horizontal insulation as well. Then cross-reference your findings with the Air-Freezing Index map. For example, looking at the Air-Freezing Index map, you will notice that most of the Front Range of Colorado, all of Nebraska, Illinois, and even northern Michigan lie in the 1,000–2,000 or warmer. By cross-referencing ICC Table R403.3(1), you will find that you will need a minimum R-value of 5.6 for the vertical insulation to build at that range of Air-Freezing Index values, with no horizontal insulation required.

在IECC下工作的贸易技巧。如果您在2009年国际节能码（IECC）下工作，您必须考虑基础绝缘要求可能会符合或超过FPSF方法的情况;这意味着您没有充分的理由在霜线下方挖掘以保护您的基础免受霜冻，因为您已经使用的绝缘可能就足够了。

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)。您还会发现必要的基础周边水平绝缘的尺寸值，分为三类(A、B和C)，因为不同的宽度适用于一个单一的基础，在角落更宽的尺寸。A列描述了沿直线的基本宽度，B列给出了角上的宽度，C列表示每个角需要从角度延伸多长时间。所有这些都增加了使用FPSF方法的成本和复杂性，因此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。建筑角落处的冷效应要求隔热翼在地基的三维暴露处保持温度均匀。ICC表R403.3(1)中的B列表示翼板绝缘的宽度，C列表示沿基脚需要延伸到角落的距离。由Jay Crandell提供，体育.aresconsulting.biz

图4.水平绝缘计划，来源：pudatececodes.citation.com.

用于安装水平绝缘的贸易尖端。If required, horizontal insulation must be bedded firmly on smooth ground and buried a minimum of 12" below grade. It’s easiest to overexcavate and then backfill the area under the horizontal insulation with a granular base (sand or pea gravel). When horizontal insulation extends more than 24", it must be protected by a hard surface, such as hard plastic, sheet metal, or even plywood, with backfill carefully placed to assure positive drainage of water away from the foundation. It also follows that any landscapers should avoid digging above the horizontal insulation.

垂直绝缘的典型安装

安装垂直绝缘材料最简单的方法包括三个步骤。在挖好浅层地基后，我们用挤出的聚苯乙烯(XPS)板切割成16英寸宽，水平铺设，并用桩固定地基，形成地基的外部周长，正好对着挖掘沟渠。避免木板之间的缝隙是很重要的，特别是在角落和连接处。为了确保坚固的绝缘材料，我们在泡沫和木桩周围编织扎丝，快速拧紧。浇筑混凝土时，我们发现稍微干燥一点的混合料效果最好，以避免保温材料下的混合物过于粗糙，从而导致混凝土抬升。

如果您的杆壁从基础的外部周边凹进，则必须在基础顶部的顶部的任何暴露的窗台上放置绝缘。这是我看到多次忽略的一步（据我所知，没有后果），但为什么邀请麻烦？这个想法是完全用绝缘完全包裹在基础的外部，以避免寒冷的桥梁或信封中的间隙。照片：FernandoPagésRuiz。

一旦基础设置，我们安装一个干墙作为通常做的任何基础。我们使用2英尺高的铝地下室墙模板，或在其他地区，混凝土砌块或木材模板。一旦模板被剥离，或者砌块被灌浆，我们就会使用一种标有“适合与泡沫板一起使用”，或者更具体地说，“适合与聚苯乙烯泡沫板一起使用”的粘合剂，在模板的外部层压硬质绝缘材料。避免使用溶剂型粘合剂，因为它们会溶解聚苯乙烯绝缘板。

这是南达科他州的试验站点基础，将木质基础阀座与绝缘材料组合。使用2x背衬的周边用作平板边缘，在螺杆墙上完成后浇注。照片由Jay Crandell，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很多额外的工作，事实也确实如此。FPSF方法最简单、最经济的使用方法是在成型的外部边缘浇筑一个整体板，内衬泡沫。为了确保泡沫能粘在混凝土上，而不是模板上，我们用双头钉将泡沫钉在木质模板上，钉入的位置刚好能固定住保温材料。

关于白蚁的交易提示。任何在白蚁严重出没的地方建房的人都会对我在前一段中提出的最后一个建议感到不安。白蚁喜欢在泡沫隔热层后面挖洞，并能在没有人注意到的情况下随时进入建筑的美味部分。不幸的是，这是FPSF的一个弱点，也是为什么这种方法在美国有严重白蚁侵扰风险的地区被禁止的原因，比如南卡罗来纳、乔治亚、佛罗里达、阿拉巴马、密西西比、路易斯安那、德克萨斯州的东半部和加利福尼亚的大部分地区。

紫外线和杂草穿越者的危险

由于高于等级的茎壁表面上的绝缘仍然暴露于紫外线的退行性效果和草坪服务设备的机械攻击，因此您必须找到一种保护它的方法。许多建筑厂采用相同的工艺和用于完成外部绝缘和完成系统（EIFS）的材料，从泡沫绝缘板灌木的聚合物 - 水泥底涂层开始，然后铺设在聚苯乙烯绝缘板上并完全嵌入玻璃纤维增​​强网。底涂层，并用丙烯酸颜色整体涂层完成在加强网上灌木。该系统的唯一问题是，不建议与等级联系，当然不适用于低于等级。我不知道这种方法产生的任何问题，但我开发了一种不同的方法，我感觉更舒适，似乎为泡沫提供了更高水平的保护。

为了保护我的干墙绝缘，我使用铝卷，就像用来包裹筋膜一样。创建一个分水岭绝缘,我“Z”形弯曲泛水帽盖模式使用一个支持打破顶部的线圈,然后运行铝绝缘的脸和6”级以下,我会在筋膜但颠倒。

关于填缝的贸易技巧。请注意，泡沫的突出边缘创造了一个平台，水可以被困在上面，并排回到基板下的建筑。上面描述的“Z”闪光方法可以防止水进入建筑物，但你必须小心地填缝。否则，接缝之间的水就会倒流，就像任何水平闪光一样。

未加热的建筑物和设计资源

设计标准也存在设计用于未加热的建筑物的FPSF，包括附着在加热结构上的车库和门廊。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，您可以购买美国土木工程师协会（ASCE）标准32-01，用于设计和构建霜冻保护的浅层基础www.asce.org．

由Jay Crandell, P.E, National Association of Home Builders (NAHB) Research Center(现为高级住宅工程服务机构)的前总工程师准备的关于fpsf的全面幻灯片演示，点击这里．

本文中引用的图形和图像: