Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормативные документы. Фундаменты машин с динамическими
Страница 4 из 23
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
1.19. Расчет фундаментов машин и их оснований включает:
определение амплитуд колебаний a фундаментов или отдельных их элементов;
проверку среднего статистического давления под подошвой фундамента на естественном основании р или несущей способностью свай;
расчет прочности элементов конструкций фундамента.
При наличии в здании на проектирование технологических требований, ограничивающих перемещения и деформации фундамента, следует выполнить их статический расчет из условия совместной деформации основания и фундамента.
Таблица 2
| Машины | Предельно допустимая амплитуда колебаний а u , мм | |
| С вращающимися частями при частоте вращения, об/мин: | Горизонтальных | Вертикальных |
| менее 500 | 0,2 | 0,15 |
| от 500 до 750 | 0,2-0,15 | 0,15-0,1 |
| от 750 до 1000 | 0,15-0,1 | 0,1-0,06 |
| от 1000 до 1500 | 0,1-0,05 | 0,06 |
| свыше 1500 | 0,05 | - |
| С кривошипно-шатунными механизмами при частоте вращения, об/мин: | Для первой гармоники | Для второй гармонике |
| менее 200 | 0,25 | 0,15 |
| от 200 до 400 | 0,25-0,15 | 0,15-0,1 |
| от 400 до 600 | 0,15-0,1 | 0,1-0,05 |
| свыше 600 | 0,1 | 0,05 |
| Дробилки конусные и щековые | 0,3 | |
| Дробилки молотковые | Как для машин с вращающимися частями | |
| Кузнечные молоты | 1,2 (0,8*) | |
| Прессы | 0,25 | |
| Формовочные машины | 0,5 или по ГОСТ 12.1.012-78 (при расположении на фундаментах рабочих мест) | |
| Мельницы | 0,1** | |
* При возведении фундаментов на всех водонасыщенных песках, а также на мелких и пылеватых маловлажных и влажных песках.
** Среднеквадратическое значение амплитуды колебаний.
Примечания: 1. Для промежуточных значений частоты вращения предельно допустимая амплитуда определяется интерполяцией.
2. Для машин с частотой вращения 200 об/мин и менее при высоте фундаментов более 5 м предельно допустимая амплитуда увеличивается на 20%.
1.20. Амплитуды вынужденных и свободных колебаний фундамента или отдельных его элементов следует определять для различных типов машин согласно указаниям соответствующих разделов. Определение амплитуд колебаний производится раздельно по направлениям и соответствующим частотам колебаний.
Амплитуды колебаний фундамента должны удовлетворять условию
где а - наибольшая амплитуда колебаний фундамента, определяемая расчетом;
а u - предельно допустимая амплитуда колебаний фундамента, устанавливаемая заданием на проектирование, а при ее отсутствии в задании принимаемая по табл. 2.
При расчете колебаний фундаментов машин допускается:
рассматривать основание как упруго-вязкое линейно деформируемое, свойства которого определяются коэффициентами упругого равномерного и неравномерного сжатия, упругого равномерного и неравномерного сдвига и коэффициентами, характеризующими демпфирование;
не учитывать эксцентриситет в распределении масс фундамента, если он не превышает значений, указанных в п. 1.8;
при упругом неравномерном сжатии (повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний) допускается принимать, что плоскость колебаний параллельна линии действия возмущающей силы или плоскости действия возмущающего момента.
При действии на фундамент машины одновременно нескольких возмущающих сил и отсутствии данных об их фазовом соотношении рассматриваются варианты синфазного и противофазного действия сил, вызывающие наиболее неблагоприятные формы колебаний.
1.21. Среднее статическое давление под подошвой фундамента на естественном основании р для всех типов машин, перечисленных в табл. 3, должно удовлетворять условию
р £ g с 0 g с 1 R , (2)
где р - среднее статистическое давление под подошвой фундамента;
g с 0 - коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 3;
g с 1 - коэффициент условий работы грунтов основания, принимаемый для мелких и пылеватых водонасыщенных песков и пылевато-глинистых грунтов текучей консистенции равным 0,7 (при проектировании фундаментов с массой падающих частей более 10 т значение коэффициента g с 1 =0,7 принимается также для маловлажных и влажных мелких и пылеватых песков и водонасыщенных песков средней крупности и крупных); для всех остальных видов и состояний грунтов g с 1 =1;
R - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.
Таблица 3
1.22. Расчет прочности элементов конструкций фундаментов различных типов машин допускается производить на статическое действие расчетных динамических нагрузок, определяемых по формуле (3). Расчет массивных фундаментов на прочность, за исключением ослабленных сечений, консольных участков и пр., как правило, не производятся.
1.23. При определении расчетных статических нагрузок, в число которых входят вес фундамента, вес грунта на обрезах фундамента, вес машины и вес вспомогательного оборудования, коэффициент надежности по нагрузке g f принимается в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 при расчете прочности и равным 1 при проверке среднего статистического давления под подошвой фундамента.
Расчетные динамические нагрузки F d от динамического воздействия движущихся частей машины или нагрузки, представляющие какой-либо особый вид силового воздействия (например, момент короткого замыкания, обрыв молотка мельницы и т.п.), определяются:
при расчете колебаний произведение значения нормативной динамической нагрузки F n , соответствующего нормальному эксплуатационному режиму работы машины и принимаемого по указаниям соответствующих разделов или по заданию на проектирование, и коэффициента надежности по нагрузке g f =1;
при расчете прочности элементов конструкций фундамента по формуле
F d =g f h F n , (3)
где g f и h - коэффициенты соответственно надежности по нагрузке и динамичности, принимаемые по табл. 4;
F n - нормативное значение динамической нагрузки, соответствующее нормальному эксплуатационному режиму работы машины или особому силовому воздействию и принимаемое по соответствующим разделам или по заданию на проектирование.
Таблица 4
| Коэффициент надежности по | Коэффициент динамичности h
для нагрузок |
||
| нагрузке | вертикальных | горизонтальных | |
| С вращающимися частями: | |||
| а) нагрузки, создаваемые движущимися частями машины, при частоте вращения, об/мин: | |||
| менее 500 | 4 | 3 | 2 |
| от 500 до 1500 | 4 | 3-6* | 2 |
| «1500 « 2000 | 4 | 6-10* | 2 |
| св. 2000 | 4 | 10 | 2 |
| б) нагрузки от момента короткого замыкания | 1 | 2 | - |
| С кривошипно-шатунными механизмами при частоте вращения, об/мин: | |||
| до 600 | 2 | 1 | 1 |
| св. 600 | 1 | 4 | 2 |
| Дробилки щековые, конусные | 1,3 | 1,2 | 1,2 |
| Дробилки молотковые | 4 | 1 | 1 |
| Мельницы | 1,3 | - | 1 |
| Прессы | 1,5 | 2 | 2 |
| Прокатное оборудование | 1,2 | 2 | 2 |
| Вращающиеся печи | 1(2**) | 1 | 1 |
*Для промежуточных значений частоты вращения значения коэффициента динамичности определяются интерполяцией.
**Для крайних опор фундамента к горизонтальной нагрузке, действующей поперек оси печи (при числе опор более двух).
Примечания: 1. Для турбомашин мощностью более 25 тыс. кВт значение коэффициента h следует уменьшать в два раза.
2. для машин с вращающимися частями, у которых имеются также возвратно-поступательно движущейся массы, коэффициент надежности по нагрузке для динамических нагрузок, создаваемых этими массами, следует принимать g f =1,3.
3. Значения коэффициента h относятся к железобетонным фундаментам. Для стальных фундаментов следует производить динамический расчет.
4. Приведенные в таблице значения h учитывают знакопеременное действие нагрузок.
1.24. При проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками для строительства в сейсмических районах расчет прочности элементов массивных фундаментов следует производить без учета сейсмических воздействий.
При расчете рамных, стенчатых и облегченных фундаментов на сейсмические воздействия в особое сочетание нагрузок следует включать расчетные динамические нагрузки, создаваемые машинами в нормальном эксплуатационном режиме, с коэффициентом надежности по нагрузке g f =1.
1.25. Основную упругую характеристику естественных оснований фундаментов машин - коэффициент упругого равномерного сжатия, С z , кН/м (тс/м 3), следует определять, как правило, по результатам испытаний.
При отсутствии экспериментальных данных значение С z для фундаментов с площадью подошвы А не более 200 м допускается определять по формуле
(4)
где b 0 - коэффициент, м -1 , принимаемый равным для песчаных грунтов 1, для супесей и суглинков 1,2, для глин и крупнообломочных грунтов 1,5;
Е - модуль деформации грунта под подошвой фундамента, кПа (тс/м 2), определяемый в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83;
А - площадь подошвы фундамента, м 2 .
Для фундаментов с площадью подошвы А , превышающей 200 м 2 , значение коэффициента С z принимается как для фундаментов с площадью подошвы А =200м 2 .
1.26. Коэффициенты упругого неравномерного сжатия С j кН/м (тс/м 3), упругого равномерного сдвига С ч кН/м (тс/м 3), и упругого неравномерного сдвига С y кН/м (тс/м 3), принимаются равными:
1.27. Коэффициенты жесткости для естественных оснований K z , K j , K x , K y определяются по формулам:
при упругом равномерном сжатии - K z , кН/м (тс/м),
при упругом неравномерном сжатии (повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний) - K j , кН·м (тс·м),
при упругом равномерном сдвиге - K x , кН/м (тс/м),
при упругом неравномерном сдвиге (повороте подошвы фундамента относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента) - K y , кН·м (тс·м),
В формулах (9), (11):
I j и I y - соответственно момент инерции площади подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости колебаний, и вертикальной оси фундамента, проходящих через центр тяжести подошвы, м 4
1.28. Демпфирующие свойства основания должны учитываться относительным демпфированием x (доля критического затухания колебаний), определяемым, как правило, по результатам испытаний.
При отсутствии экспериментальных данных относительное демпфирование для вертикальных колебаний допускается x z определять по формулам:
для установившихся (гармонических) и случайных колебаний
для неустановившихся (импульсных) колебаний
где р - то же, что в п. 1.21, кПа (тс/м 2),
Е , - то же, что в п. 1.25.
При расчете фундаментов допускается в качестве характеристики демпфирования использовать модуль затухания, Ф Z , с, определяемый для гармонических и случайных колебаний по формуле
Для импульсных колебаний значение Ф Z увеличивается в два раза.
*Формулы в скобках соответствуют «технической» системе единиц.
1.29. Относительное демпфирование и модуль затухания для горизонтальных и вращательных колебаний относительно горизонтальной и вертикальной осей принимаются равными:
1.30. При групповой установке j однотипных машин на общем фундаменте значения амплитуд колебаний фундамента а следует определять при j =2 как сумму амплитуд, при j >2 - по формуле
где k - коэффициент, принимаемый для машин периодического действия равным 1,5, для машин с импульсными нагрузками - 0,7, для машин со случайными динамическими нагрузками - 1;
a i - амплитуда колебаний фундамента при работе i -й машины;
j - число машин.
Расчетные значения амплитуд должны удовлетворять условию (1).
При групповой установке различного типа машин на общем фундаменте амплитуду колебаний фундамента следует определять как сумму амплитуд колебаний, вызываемых работой каждой из машин. При этом в условии (1) предельно допустимая амплитуда принимается на 30% более значений, приведенных в табл. 2 для типа машины и частоты колебаний, соответствующих наибольшей составляющей расчетной амплитуды.
При установке машин с периодическими и случайными нагрузками на отдельно стоящих фундаментах амплитуду колебаний каждого фундамента следует определять с учетом колебаний, распространяющихся в грунте при работе машин, установленных на других фундаментах, в соответствии с указаниями обязательного приложения 4. При этом допустимую амплитуду колебаний фундамента-приемника a u следует принимать на 30% более значений предельно допустимых амплитуд, приведенных в табл. 2.
Для фундаментов машин с импульсными нагрузками, устанавливаемых на отдельных фундаментах, расчет амплитуд колебаний допускается производить без учета передачи колебаний по грунту.
1.31. Расчет амплитуд вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта соответственно при вертикальных (горизонтальных) вибрациях фундаментов машин следует производить по формуле
(19)
где a s - амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта на поверхности в точке, расположенной на расстоянии r от оси фундамента, т.е. источника волн в грунте;
a 0 - амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента, т.е. источника волн в грунте на уровне его подошвы, определяемая для различных видов машин по формулам обязательных приложений 1-3, в которых h 1 следует заменить на минус h 2 ;
d = r / r 0 ;
здесь r - расстояние от оси фундамента-источника до точки на поверхности грунта, для которой определяется амплитуда колебаний;
r 0 - приведенный радиус подошвы фундамента-источника,
Частоту волн, распространяющихся в грунте, следует принимать равной частоте колебаний фундамента машины.
Примечание. В целях уточнения амплитуд колебаний, распространяющихся в грунте, допускается производить прогнозирование колебаний грунта на основе специальных экспериментальных исследований.
1.32. При проектировании фундаментов зданий и сооружений, чувствительных к неравномерным осадкам и воспринимающих динамические нагрузки, передаваемые машинами через строительные конструкции или грунт, среднее давление под подошвой фундамента на естественном основании должно удовлетворять условию
Условие (20) должно выполняться для фундаментов зданий и сооружений в пределах зоны, где скорость колебаний n s = a w на поверхности грунта от импульсных источников более 15 мм/с, от источников периодического действия и случайных более 2 мм/с (здесь a s - амплитуда колебаний грунта, определяемая по формуле (19), w - угловая частота вынужденных колебаний фундамента-источника для машин с периодическими нагрузками или собственных - для машин с импульсными или случайными нагрузками).
СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА
ФУНДАМЕНТЫ МАШИН С ДИНАМИЧЕСКИМИ
СНиП 2.02.05-87
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМИТЕТ СССР
МОСКВА 1988
РАЗРАБОТАНЫ ВНИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. В.А. Ильичев - руководитель темы, д-р техн. наук, проф. Д.Д. Баркан, кандидаты техн. наук О.Я. Шахтер, М.Н. Голубцова), Ленинградским Промстройпроектом Госстроя СССР (кандидаты техн. наук В.М. Пятецкий, Б.К. Александров, С.К.Лапин; И.И. Файнберг), Фундаментпроектом Минмонтажспецстроя СССР (канд. техн. наук В.М. Шаевич), ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева Минэнерго СССР (доктора техн. наук, профессора О.А. Савинов, И.С. Шейнин, канд. техн. наук Г.Г. Аграновский), Ленинградским отделением Атомэнергопроекта Минатомэнерго СССР (Е.Г. Бабский), Днепропетровским инженерно-строительным институтом Минвуза УССР (кандидаты техн. наук Н.С. Шварц, В.Л. Седин), Харьковским Промстройниипроектом Госстроя СССР (канд. техн. наук И.М. Балкарей) с участием Донецкого Промстройпроекта, НИИЖБ, ЦНИИСК им. Кучеренко и ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, ЭНИМС Минстанкопрома СССР, Гипромеза Минчермета СССР.
ВНЕСЕНЫ ВНИИОПС им. Герсеванова Госстроя СССР.
ПОДГОТОВЛЕННЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Управлением стандартизации и технических норм в строительстве Госстроя СССР (О.Н. Сильницкая).
С введением в действие СНиП 2.02.05-87 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками» с 1 июля 1988 г. утрачивает силу глава СНиП II-19-79 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками».
При использовании нормативным документом следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов , публикуемые в журнале «бюллетень строительной техники» , «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам» Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты СССР» Госстандарта СССР.
|
Государственный строительный комитет СССР |
Строительные нормы и правила |
СНиП 2.02.05-87 |
|
(Госстрой СССР) |
Фундаменты машин с динамическими нагрузками |
Взамен главы СНиП II-19-79 |
Настоящие нормы распространяются на проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками, в том числе фундаментов: машин с вращающимися частями, машин с кривошипно-шатунными механизмами, кузнечных молотов, формовочных машин для литейного производства, формовочных машин для производства сборного железобетона, копрового оборудования бойных площадок, дробильного, прокатного, прессового оборудования, мельничных установок, металлорежущих станков и вращающих печей.
Фундаментов машин с динамическими нагрузками, предназначены для строительства в районах со сложными инженерно-геологическими условиями, в сейсмических районах, на подрабатываемых территориях, на предприятиях с систематическим воздействием повышенных (более 50 0 С) технологических температур, агрессивных сред и в других особых условиях, следует проектировать с учетом требований соответствующих нормативных документов.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
1.1. В состав исходных данных для проектирования фундаментов машин с динамическими нагрузками должны входить:
техническая характеристика машины (наименование, тип, число оборотов в минуту, мощность, общая масса и масса движущихся частей, кинематическая схема оборудования с привязкой движущихся масс, скорость ударяющих частей и т.п.);
данные о значениях, местах приложения и направлениях действия статических нагрузок, а также об амплитудах, частотах, фазах, законе изменения во времени, местах приложения и направлениях действия динамических нагрузок в режиме нормальной эксплуатации, а также в аварийных режимах, в том числе нагрузок, действующих на фундаментные болты: размеры площадок передачи нагрузок; сведения о наличии заводской виброизоляции у машин с указанием динамических нагрузок, передаваемых на фундаменты с учетом этой виброизоляции;
данные о предельных значениях деформаций фундаментов и их оснований (осадка, крен, прогиб фундамента и его элементов, амплитуда колебаний и др.), если такие ограничения вызываются условиями технологии производства, работы машины или рядом расположенного высокоточного и чувствительного к вибрациям оборудования; требования по ограничению взаимных деформаций отдельных частей машины;
данные об условиях размещения машины (оборудования) на фундаментах: отдельные фундаменты под каждую машину (агрегат) или групповая их установка на общем фундаменте; данные о характеристиках опорных плит (рам) агрегированного оборудования, данные о типе их соединения с фундаментом;
чертежи габаритов фундамента в пределах расположения машины, элементов ее крепления, а также вспомогательного оборудования и коммуникаций с указанием расположения и размеров выемок, каналов и отверстий, размеров подливки и пр., чертежи расположения фундаментных болтов с указанием их типа и диаметра, закладных деталей, обортовок и т.п.;
Данные о привязке проектируемого фундамента к конструкциям здания (сооружения), в частности, к его фундаментам, данные об особенностях здания (сооружения), в том числе о виде и расположении имеющегося в нем оборудования и коммуникаций;
данные об инженерно-геологических условиях участка строительства и физико-механических свойствах грунтов основания на глубину сжимаемой толщи, определяемой в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83; данные о характеристиках виброползучести грунтов в случаях ограничения деформаций фундамента; данные о коэффициентах жесткости грунтов оснований и несущей способности свай при статических и динамических нагрузках;
специальные требования к защите фундамента и его приямков от подземных вод, воздействия агрессивных сред и промышленных стоков, температурных воздействий;
данные об использовании машин во времени для фундаментов, строящихся на вечномерзлых грунтах.
Кроме перечисленных выше данных, в соответствующих разделах приведены дополнительные исходные данные для проектирования, вытекающие из специфики каждого вида машин.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ
1.2. Фундаменты машин с динамическими нагрузками должны удовлетворять требованиям расчета по прочности и по пригодности к нормальной эксплуатации, а для фундаментов с расположенными на них рабочими местами - также требованиям стандартов безопасности труда в части допустимых уровней вибраций.
Колебания фундаментов не должны указывать вредного влияния на технологические процессы, оборудование и приборы, расположенные на фундаменте или вне его, а также на находящиеся вблизи конструкции зданий и сооружений.
При проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками следует учитывать требования СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.03.01-84, СНиП II-23-81 и пр.
1.3. Фундаменты машин с динамическими нагрузками могут быть бетонными или железобетонными монолитными, сборно-монолитными и сборными, а при соответствующем обосновании - металлическими.
Монолитные фундаменты следует проектировать под все виды машин с динамическими нагрузками, а сборно-монолитные и сборные, как правило, - под машины периодического действия (с вращающимися частями, с кривошипно-шатунными механизмами и др.).
1.4. Класс бетона по прочности на сжатие для монолитных и сборно-монолитных фундаментов должен быть не ниже В12,5, а для сборных - не ниже В15. Для неармированных фундаментов станков допускается применять бетон класса В7,5. В случае одновременного воздействия на фундамент динамической нагрузки и повышенных технологических температур класс бетона должен быть не ниже В15.
1.5. Фундаменты машин допускается проектировать отдельными под каждую машину (агрегат) или общими под несколько машин (агрегатов).
Фундаменты машин, как правило, должны быть отделены сквозным швом от смежных фундаментов здания, сооружения и оборудования, а также от пола.
Примечание. Соединение фундаментов машин с фундаментами здания или опирание на них конструкций здания допускается в отдельных случаях, указанных в отдельных соответствующих разделах.
1.6. С целью уменьшения вибраций фундаментов машин с динамическими нагрузками при соответствующем обосновании рекомендуется предусматривать их виброизоляцию.
1.7. Устройство фундаментов машин с динамическими нагрузками, за исключением фундаментов турбоагрегатов мощностью 25 тыс. кВт и более, допускается на насыпных грунтах, если такие грунты не содержат органических примесей, вызывающих неравномерные осадки грунта при сжатии. При этом основание из насыпных грунтов должно быть уплотнено (тяжелыми трамбовками, вибрированием или другими способами) в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.
Примечание. Фундаменты машин неимпульсного (неударного) действия с двигателями мощностью менее 500 кВт со средним давлением под подошвой фундамента от расчетных статических нагрузок 1 менее 70 кПа (0,7 кгс/см 2) допускается возводить на насыпных грунтах без искусственного уплотнения, если возраст насыпи из песчаных грунтов не менее двух лет и из пылевато-глинистых грунтов не менее пяти лет.
1.8. При проектировании фундаментов машин на естественном основании следует стремиться к совмещению на одной вертикали центра тяжести площади подошвы фундамента и линий действия равнодействующей статических нагрузок от веса машины, фундамента и грунта на обрезах и выступах фундамента, а для свайных фундаментов - центра тяжести плана свай и линий действия равнодействующей статических нагрузок от веса машины и ростверка. При этом эксцентриситет, как правило, не должен превышать (за исключением случаев, оговоренных в отдаленных разделах) для грунтов с расчетным сопротивлением R 0 150 кПа (1,5 кгс/см 2) 3%, а для грунтов с расчетным сопротивлением R 0 > 150 кПа (1,5 кгс/см 2), а также свайных фундаментов из висячих свай - 5% размера стороны подошвы фундамента, в направлении которой смещен центр тяжести. Значение R 0 следует определять по табличным данным СНиП 2.02.01-83; для фундаментов турбоагрегатов эксцентриситет не должен превышать 3% указанного размера независимо от значения R 0 . Для оснований, сложенных скальными грунтами, а также свайных фундаментов из свай-стоек, значение эксцентриситета не нормируется.
1.9. Фундаменты машин с динамическими нагрузками следует проектировать:
массивными в виде блока или плиты с необходимыми приямками, колодцами и отверстиями для размещения частей машины, вспомогательного оборудования, коммуникаций и т.д.;
стенчатыми, состоящими из нижней фундаментной плиты (или ростверка), системы стен и верхней плиты (или рамы), на которой располагается оборудование;
рамными, представляющими собой пространственную конструкцию, состоящую, как правило, из верхней плиты или системы балок, опирающихся через ряд стоек на нижнюю фундаментную плиту;
облегченными различных конструктивных типов, в том числе безростверковыми свайными.
1.10. Оборудование с вращающимися частями, кривошипно-шатунными механизмами и станочное оборудование, агрегируемое на железобетонных опорных плитах, допускается устанавливать без фундаментов на подстилающий слой полов промышленных зданий при обосновании расчетом, а также в случаях, указанных в соответствующих разделах.
1.11. Подошву фундаментов машин, как правило, следует предусматривать прямоугольной формы в плане и располагать на одной отметке.
Высоту фундаментов машин следует назначать минимальной из условий размещения технологического оборудования, выемок и шахт, а также глубины заделки фундаментных болтов.
1.12. При проектировании рамных фундаментов рекомендуется:
соблюдать симметрию фундамента как по общей геометрической схеме, так и по форме элементов;
располагать ригели поперечных рам симметрично по отношению к осям стоек;
избегать передачи нагрузок на ригели и балки с эксцентриситетом;
проектировать верх фундаментов без уступов по высоте;
назначать вылеты всех консолей минимально возможных размеров, причем высоту опорного сечения консоли при отсутствии соответствующих расчетов принимать не менее 0,75 ее вылета.
1.13. Высоту нижней фундаментной плиты в стенчатых и рамных фундаментах следует принимать по расчету, но не менее 0,4 м и не менее толщины стены или большего размера стоек.
Верхняя железобетонная плита (рама) стенчатого фундамента должна быть жестко связана со стенами. Нижнюю поверхность плиты рекомендуется выполнять на одной отметке.
Стены следует располагать, как правило, вдоль действия горизонтальных динамических нагрузок.
1.14. Типы фундаментных болтов, способы их установки, а также материал и установочные параметры следует назначать в соответствии с требованиями СНиП 2.09.03-85.
При ударной нагрузке, а также при динамических нагрузках, требующих установки болтов диаметром не менее 42 мм, следует применять съемные фундаментные болты.
Расстояние от нижних концов болтов до подошвы фундамента должно быть не менее 100 мм.
1.15. Конструктивное армирование массивных фундаментов предусматривает общее армирование по подошве и местное под станинами машин и в местах резкого изменения размеров сечения фундамента.
При армировании подошвы фундаментов диаметры продольных и поперечных стержней следует принимать не менее 10 мм при стороне подошвы менее 3 м и не менее 12 мм при большем размере с шагом стержней 200 мм.
При местном армировании под станинами машин неударного действия диаметр стержней следует принимать в зависимости от диаметра болтов, крепящих оборудование к фундаментам, согласно табл. 1. При этом размер сеток должен превышать размер станины машины в плане, как правило, на 300 - 600 мм в зависимости от диаметра арматуры, равной 10 - 20 мм соответственно. Рекомендуемый шаг стержней - 200 мм.
Местное армирование под станинами машин с ударными нагрузками следует производить согласно указаниям соответствующих разделов.
Для армирования участков фундаментов, воспринимающих ударные нагрузки, следует, как правило, применять вязанную арматуру. При этом защитный слой бетона следует принимать не менее 30 мм.
|
Диаметр болтов для крепления оборудования, мм |
|||
|
Диаметр стержней, мм |
Примечание. В массивных фундаментах машин неударного действия объемом 20 м 3 и менее общее армирование по подошве допускается не предусматривать.
1.16. Армирование элементов стенчатых и рамных фундаментов осуществляется по расчету в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 с учетом следующих дополнительных указаний;
арматура балок, ригелей и стоек должна иметь замкнутые хомуты или стержни, приваренные к продольным стержням по периметру поперечного сечения конструкции;
стойки следуют армировать симметричной продольной арматурой с шагом не более 300 мм;
по боковым граням балок и ригелей не реже чем через 300 мм по высоте сечения следует устанавливать промежуточные стержни диаметром не менее 12 мм;
при конструктивном армировании стен стенчатого фундамента диаметр вертикальных стержней должен быть не менее 12 мм, а горизонтальных - не менее 10 мм. Шаг стержней в обоих направлениях следует принимать равным 200 мм.
1.17. Температурно-усадочные швы в фундаментах следует, как правило, предусматривать на расстояниях:
для монолитных бетонных фундаментов 20 м;
для железобетонных фундаментов монолитных 40 м, сборно-монолитных 50м.
Указанные расстояния могут быть увеличены при соответствующем обосновании. При этом швы следует расположить таким образом, чтобы на отдельных участках фундамента, разделенных швами, разместить оборудование, не связанное жестко между собой.
Для уменьшения температурных деформаций допускается устраивать временные температурно-усадочные швы.
При ограничении прогиба фундамента по технологическим требованиям вместо температурно-усадочных швов следует предусматривать мероприятия по регулированию температурного режима при укладке бетона. В этом случае устройство временных температурно-усадочных швов не допускается.
1.18. Для фундаментов или их отдельных участков, подвергающихся воздействию агрессивных сред, должны быть предусмотрены меры по их защите в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11-85.
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ОСНОВАНИЙ
И ФУНДАМЕНТОВ
1.19. Расчет фундаментов машин и их оснований включает:
определение амплитуд колебаний a фундаментов или отдельных их элементов;
проверку среднего статистического давления под подошвой фундамента на естественном основании р или несущей способностью свай;
расчет прочности элементов конструкций фундамента.
При наличии в здании на проектирование технологических требований, ограничивающих перемещения и деформации фундамента, следует выполнить их статический расчет из условия совместной деформации основания и фундамента.
Таблица 2
|
Предельно допустимая амплитуда колебаний а u , мм |
||
|
С вращающимися частями при частоте вращения, об/мин: |
Горизонтальных |
Вертикальных |
|
от 500 до 750 |
||
|
от 750 до 1000 |
||
|
от 1000 до 1500 |
||
|
С кривошипно-шатунными механизмами при частоте вращения, об/мин: |
Для первой гармоники |
Для второй гармонике |
|
от 200 до 400 |
||
|
от 400 до 600 |
||
|
Дробилки конусные и щековые |
||
|
Дробилки молотковые |
Как для машин с вращающимися частями |
|
|
Кузнечные молоты |
1, 2 (0, 8*) |
|
|
0, 25 |
||
|
Формовочные машины |
0, 5 или по ГОСТ 12.1.012-78 (при расположении на фундаментах рабочих мест) |
|
|
Мельницы |
0, 1** |
|
* При возведении фундаментов на всех водонасыщенных песках, а также на мелких и пылеватых маловлажных и влажных песках.
** Среднеквадратическое значение амплитуды колебаний.
Примечания: 1. Для промежуточных значений частоты вращения предельно допустимая амплитуда определяется интерполяцией.
2. Для машин с частотой вращения 200 об/мин и менее при высоте фундаментов более 5 м предельно допустимая амплитуда увеличивается на 20%.
1.20. Амплитуды вынужденных и свободных колебаний фундамента или отдельных его элементов следует определять для различных типов машин согласно указаниям соответствующих разделов. Определение амплитуд колебаний производится раздельно по направлениям и соответствующим частотам колебаний.
Амплитуды колебаний фундамента должны удовлетворять условию
где а - наибольшая амплитуда колебаний фундамента, определяемая расчетом;
а u - предельно допустимая амплитуда колебаний фундамента, устанавливаемая заданием на проектирование, а при ее отсутствии в задании принимаемая по табл. 2.
При расчете колебаний фундаментов машин допускается:
рассматривать основание как упруго-вязкое линейно деформируемое, свойства которого определяются коэффициентами упругого равномерного и неравномерного сжатия, упругого равномерного и неравномерного сдвига и коэффициентами, характеризующими демпфирование;
не учитывать эксцентриситет в распределении масс фундамента, если он не превышает значений, указанных в п. 1.8;
при упругом неравномерном сжатии (повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний) допускается принимать, что плоскость колебаний параллельна линии действия возмущающей силы или плоскости действия возмущающего момента.
При действии на фундамент машины одновременно нескольких возмущающих сил и отсутствии данных об их фазовом соотношении рассматриваются варианты синфазного и противофазного действия сил, вызывающие наиболее неблагоприятные формы колебаний.
1.21. Среднее статическое давление под подошвой фундамента на естественном основании р для всех типов машин, перечисленных в табл. 3, должно удовлетворять условию
р £ g с 0 g с 1 R , (2)
где р - среднее статистическое давление под подошвой фундамента;
g с 0 - коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 3;
g с 1 - коэффициент условий работы грунтов основания, принимаемый для мелких и пылеватых водонасыщенных песков и пылевато-глинистых грунтов текучей консистенции равным 0,7 (при проектировании фундаментов с массой падающих частей более 10 т значение коэффициента g с 1 =0,7 принимается также для маловлажных и влажных мелких и пылеватых песков и водонасыщенных песков средней крупности и крупных); для всех остальных видов и состояний грунтов g с 1 =1;
R - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.
Таблица 3
|
Коэффициент условий работы g с 0 |
|
|
С кривошипно-шатунными механизмами, прессы, металлорежущие станки, вращающиеся печи, прокатное оборудование |
|
|
С вращающимися частями, дробилки, мельничные установки |
|
|
Кузнечные молоты, формовочные машины, оборудование бойных площадок, для которых фундаменты выполняются в виде короба |
1.22. Расчет прочности элементов конструкций фундаментов различных типов машин допускается производить на статическое действие расчетных динамических нагрузок, определяемых по формуле (3). Расчет массивных фундаментов на прочность, за исключением ослабленных сечений, консольных участков и пр., как правило, не производятся.
1.23. При определении расчетных статических нагрузок, в число которых входят вес фундамента, вес грунта на обрезах фундамента, вес машины и вес вспомогательного оборудования, коэффициент надежности по нагрузке g f принимается в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 при расчете прочности и равным 1 при проверке среднего статистического давления под подошвой фундамента.
Расчетные динамические нагрузки F d от динамического воздействия движущихся частей машины или нагрузки, представляющие какой-либо особый вид силового воздействия (например, момент короткого замыкания, обрыв молотка мельницы и т.п.), определяются:
при расчете колебаний произведение значения нормативной динамической нагрузки F n , соответствующего нормальному эксплуатационному режиму работы машины и принимаемого по указаниям соответствующих разделов или по заданию на проектирование, и коэффициента надежности по нагрузке g f =1;
при расчете прочности элементов конструкций фундамента по формуле
F d =g f h F n , (3)
где g f и h - коэффициенты соответственно надежности по нагрузке и динамичности, принимаемые по табл. 4;
F n - нормативное значение динамической нагрузки, соответствующее нормальному эксплуатационному режиму работы машины или особому силовому воздействию и принимаемое по соответствующим разделам или по заданию на проектирование.
Таблица 4
|
Коэффициент надежности по |
Коэффициент динамичности h для нагрузок |
||
|
нагрузке g f |
вертикальных |
горизонтальных |
|
|
С вращающимися частями: |
|||
|
а) нагрузки, создаваемые движущимися частями машины, при частоте вращения, об/мин: |
|||
|
от 500 до 1500 |
|||
|
б) нагрузки от момента короткого замыкания |
|||
|
С кривошипно-шатунными механизмами при частоте вращения, об/мин: |
|||
|
Дробилки щековые, конусные |
|||
|
Дробилки молотковые |
|||
|
Мельницы |
|||
|
Прокатное оборудование |
|||
|
Вращающиеся печи |
|||
*Для промежуточных значений частоты вращения значения коэффициента динамичности определяются интерполяцией.
**Для крайних опор фундамента к горизонтальной нагрузке, действующей поперек оси печи (при числе опор более двух).
Примечания: 1. Для турбомашин мощностью более 25 тыс. кВт значение коэффициента h следует уменьшать в два раза.
2. для машин с вращающимися частями, у которых имеются также возвратно-поступательно движущейся массы, коэффициент надежности по нагрузке для динамических нагрузок, создаваемых этими массами, следует принимать g f =1,3.
3. Значения коэффициента h относятся к железобетонным фундаментам. Для стальных фундаментов следует производить динамический расчет.
4. Приведенные в таблице значения h учитывают знакопеременное действие нагрузок.
1.24. При проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками для строительства в сейсмических районах расчет прочности элементов массивных фундаментов следует производить без учета сейсмических воздействий.
При расчете рамных, стенчатых и облегченных фундаментов на сейсмические воздействия в особое сочетание нагрузок следует включать расчетные динамические нагрузки, создаваемые машинами в нормальном эксплуатационном режиме, с коэффициентом надежности по нагрузке g f =1.
1.25. Основную упругую характеристику естественных оснований фундаментов машин - коэффициент упругого равномерного сжатия, С z , кН/м (тс/м 3), следует определять, как правило, по результатам испытаний.
При отсутствии экспериментальных данных значение С z для фундаментов с площадью подошвы А не более 200 м допускается определять по формуле
(4)
где b 0 - коэффициент, м -1 , принимаемый равным для песчаных грунтов 1, для супесей и суглинков 1,2, для глин и крупнообломочных грунтов 1,5;
Е - модуль деформации грунта под подошвой фундамента, кПа (тс/м 2), определяемый в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83;
А - площадь подошвы фундамента, м 2 .
Для фундаментов с площадью подошвы А , превышающей 200 м 2 , значение коэффициента С z принимается как для фундаментов с площадью подошвы А =200м 2 .
1.26. Коэффициенты упругого неравномерного сжатия С j кН/м (тс/м 3), упругого равномерного сдвига С ч кН/м (тс/м 3), и упругого неравномерного сдвига С y кН/м (тс/м 3), принимаются равными:
1.27. Коэффициенты жесткости для естественных оснований K z , K j , K x , K y определяются по формулам:
при упругом равномерном сжатии - K z , кН/м (тс/м),
при упругом неравномерном сжатии (повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний) - K j , кН· м (тс· м),
при упругом равномерном сдвиге - K x , кН/м (тс/м),
при упругом неравномерном сдвиге (повороте подошвы фундамента относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента) - K y , кН· м (тс· м),
В формулах (9), (11):
I j и I y - соответственно момент инерции площади подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости колебаний, и вертикальной оси фундамента, проходящих через центр тяжести подошвы, м 4
1.28. Демпфирующие свойства основания должны учитываться относительным демпфированием x (доля критического затухания колебаний), определяемым, как правило, по результатам испытаний.
При отсутствии экспериментальных данных относительное демпфирование для вертикальных колебаний допускается x z определять по формулам:
для установившихся (гармонических) и случайных колебаний
для неустановившихся (импульсных) колебаний
где р - то же, что в п. 1.21, кПа (тс/м 2),
Е , - то же, что в п. 1.25.
При расчете фундаментов допускается в качестве характеристики демпфирования использовать модуль затухания, Ф Z , с, определяемый для гармонических и случайных колебаний по формуле
Для импульсных колебаний значение Ф Z увеличивается в два раза.
*Формулы в скобках соответствуют «технической» системе единиц.
1.29. Относительное демпфирование и модуль затухания для горизонтальных и вращательных колебаний относительно горизонтальной и вертикальной осей принимаются равными:
1.30. При групповой установке j однотипных машин на общем фундаменте значения амплитуд колебаний фундамента а следует определять при j =2 как сумму амплитуд, при j > 2 - по формуле
где k - коэффициент, принимаемый для машин периодического действия равным 1,5, для машин с импульсными нагрузками - 0,7, для машин со случайными динамическими нагрузками - 1;
a i - амплитуда колебаний фундамента при работе i -й машины;
j - число машин.
Расчетные значения амплитуд должны удовлетворять условию (1).
При групповой установке различного типа машин на общем фундаменте амплитуду колебаний фундамента следует определять как сумму амплитуд колебаний, вызываемых работой каждой из машин. При этом в условии (1) предельно допустимая амплитуда принимается на 30% более значений, приведенных в табл. 2 для типа машины и частоты колебаний, соответствующих наибольшей составляющей расчетной амплитуды.
При установке машин с периодическими и случайными нагрузками на отдельно стоящих фундаментах амплитуду колебаний каждого фундамента следует определять с учетом колебаний, распространяющихся в грунте при работе машин, установленных на других фундаментах, в соответствии с указаниями обязательного приложения 4. При этом допустимую амплитуду колебаний фундамента-приемника a u следует принимать на 30% более значений предельно допустимых амплитуд, приведенных в табл. 2.
Для фундаментов машин с импульсными нагрузками, устанавливаемых на отдельных фундаментах, расчет амплитуд колебаний допускается производить без учета передачи колебаний по грунту.
1.31. Расчет амплитуд вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта соответственно при вертикальных (горизонтальных) вибрациях фундаментов машин следует производить по формуле
(19)
где a s - амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта на поверхности в точке, расположенной на расстоянии r от оси фундамента, т.е. источника волн в грунте;
a 0 - амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента, т.е. источника волн в грунте на уровне его подошвы, определяемая для различных видов машин по формулам обязательных приложений 1-3, в которых h 1 следует заменить на минус h 2 ;
d = r / r 0 ;
здесь r - расстояние от оси фундамента-источника до точки на поверхности грунта, для которой определяется амплитуда колебаний;
r 0 - приведенный радиус подошвы фундамента-источника,
Частоту волн, распространяющихся в грунте, следует принимать равной частоте колебаний фундамента машины.
Примечание. В целях уточнения амплитуд колебаний, распространяющихся в грунте, допускается производить прогнозирование колебаний грунта на основе специальных экспериментальных исследований.
1.32. При проектировании фундаментов зданий и сооружений, чувствительных к неравномерным осадкам и воспринимающих динамические нагрузки, передаваемые машинами через строительные конструкции или грунт, среднее давление под подошвой фундамента на естественном основании должно удовлетворять условию
Условие (20) должно выполняться для фундаментов зданий и сооружений в пределах зоны, где скорость колебаний n s = a w на поверхности грунта от импульсных источников более 15 мм/с, от источников периодического действия и случайных более 2 мм/с (здесь a s - амплитуда колебаний грунта, определяемая по формуле (19), w - угловая частота вынужденных колебаний фундамента-источника для машин с периодическими нагрузками или собственных - для машин с импульсными или случайными нагрузками).
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
1.33. Для фундаментов машин с периодическими нагрузками возможно применение свай любых видов; для фундаментов машин ударного действия следует применять железобетонные сваи сплошного сечения.
Расстояние между центрами свай в свайных фундаментах следует принимать в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03-85, но не более 10d (где d - диаметр или меньший размер стороны поперечного сечения свай).
1.34. Расчет свайных фундаментов машин с динамическими нагрузками по несущей способности грунтов основания свай следует производить на действие расчетных статистических нагрузок в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85.
При этом расчетные сопротивления грунтов основания на боковой поверхности свай и под их нижним концом должны быть дополнительно умножены на коэффициенты условий работы грунта основания соответственноg ср , f и g ср , R , приведенные в табл. 5, а их сумма для висячих свай - на коэффициент условий работы g со , значения которого приведены в табл. 3. Для свай-стоек коэффициентg со принимается равным 1.
Таблица 5
|
Коэффициенты условий работы грунтов основания |
||
|
на боковой поверхности сваи g ср , f |
под нижним концом сваи g ср , R |
|
|
а) Пески рыхлые любой крупности и влажности; мелкие и пылеватые водонасыщенные любой плотности; пылевато-глинистые грунты с показателем текучести I L > 0,6 |
||
|
б) Пески пылеватые, мелкие и средней крупности средней плотности любой влажности, кроме указанных в поз. «а»; пылевато-глинистые грунты с показателем текучести 0,25 £ I L £ 0,6 |
||
|
Другие виды грунтов |
||
|
Примечания: 1. В скобках указанны значения коэффициентов для свайных фундаментов с промежуточной подушкой. 2. При применении свай в просадочных грунтах значения коэффициентов g ср , f и g ср , R принимаются как для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести, равным значению, при котором в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03-85 определяются расчетные сопротивления грунта под нижним торцом и на боковой поверхности сваи. |
||
В случае определения несущей способности свай по результатам полевых испытаний вместо коэффициентов g ср , f и g ср , R вводится коэффициент условий работы грунтов основания g ср , определяемый как отношение несущей способности сваи, определенным расчетным способом с учетом коэффициентов g ср , f и g ср , R , к той же несущей способности без учета этих коэффициентов.
В случае опирания свай на грунты, указанные в поз. «а» табл. 5, несущую способность свай следует определять по результатам полевых испытаний длительно действующими динамическими нагрузками. При отсутствии таких данных при соответствующем обосновании допускается определять несущую способность свай по результатам полевых испытаний в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 с введением вместо коэффициентов g ср , f и g ср , R коэффициента g ср =0,25.
1.35. При устройстве свайных фундаментов зданий и сооружений, расположенных вблизи фундаментов машин с динамическими нагрузками, несущая способность свай определяется в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 с учетом дополнительного коэффициента условий работы грунтов основания g ср (или g ср , f и g ср , R ), значения которых определяются в соответствии с п. 1.34. Размеры зоны, для которой учитывается указанный коэффициент, следует принимать в соответствии с указаниями п. 1.32.
1.36. Расчет колебаний свайных фундаментов машин следует производить по тем же формулам, что и для фундаментов на естественном основании, но при введении вместо значений массы, моментов инерции массы и жесткостей m , q j , q j о , q y , К z , К х , К j К y соответствующих им приведенных значений m red , q j , red , q j о , red , q y ;
E b - модуль упругости материала свай кПа (тс× /м 2);
l - глубина погружения сваи в грунт, м;
l о - расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта, м; для низкого ростверка l о =0;
А р - площади поперечного сечения сваи, м 2 ;
и - периметр поперечного сечения сваи, м;
Коэффициент упругого равномерного сжатия грунта на уровне нижних концов свай, кН/м 3 (тс/м 3), определяемый по формуле (4), в которой площадь подошвы фундамента А принимается равной площади наибольшего поперечного сечения нижнего конца сваи, а значение коэффициента b о для забивных свай удваивается;
к * - коэффициент, принимаемый равным для свай : 2 - для сплошных железобетонных; 2, 5 - для полых железобетонных; 3, 5 - для деревянных;
с р , к - удельное упругое сопротивление грунта на боковой поверхности сваи в k -м слое принимаемое по табл. 6 и 7;
с о - коэффициент, принимаемый равным 10000 кН/м 3 (1000 тс/м 3);
k l и k l* - номер слоя грунта, отсчитываемый от поверхности грунта до глубины, равной соответственно l и l * = 0, 2 l ;
l k - толщина k -го слоя грунта;
th - тангенс гиперболический.
Примечание. При уменьшении расстояния между сваями от 5d до 2d значение К z , red следует уменьшать в два раза (для промежуточных расстояний определять интерполяцией).
Таблица 6
|
Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов I L |
Удельное сопротивление с р , кН/м 3 (тс/м 3) |
|
0, 75< I L £ 1 |
1, 5× 10 4 -0, 5× 10 4 (1500-500) |
|
0, 5< I L £ 0, 75 |
3× 10 4 -1, 5× 10 4 (3000-1500) |
|
0, 25< I L £ 0, 5 |
4, 5× 10 4 -3× 10 4 (4500-3000) |
|
0< I L £ 0, 25 |
6× 10 4 -4, 5× 10 4 (6000-4500) |
|
Примечания: 1. Для промежуточных значений I L значение с р определяется интерполяцией. 2. Для просадочных грунтов значения удельного упругого сопротивления с р следует определять как для пылевато-глинистых грунтов с показателями текучести I L , соответствующим природной влажности или с учетом возможного замачивания в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85. |
|
Для горизонтальных колебаний свайных фундаментов
Ниже приведены примеры расчетов массивных фундаментов на периодическую (гармоническую) и ударную нагрузки и пример расчета рамного фундамента на гармоническую нагрузку. Примеры расчетов фундаментов под машины можно найти в «Руководстве по проектированию фундаментов машин с динамическими нагрузками» .
Пример 9.1. Рассчитать фундамент лесопильной рамы. Расчет фундаментов лесопильных рам производится как для машин с кривошипно-шатунными механизмами по главе СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками». Целью расчета является определение размеров фундамента, соответствующих требованиям экономичности и обеспечивающих допустимый уровень колебаний.
Исходные данные: марка машины РД 76/6; масса машины 15 т; масса приводного электродвигателя 2 т; мощность приводного электродвигателя 90 кВт; частота вращения электродвигателя 720 мин -1 ; частота вращения главного вала n r = 320 мин –1 . Расчетные динамические нагрузки, координаты точек их приложения, координаты центра тяжести машины, размеры верхней части фундамента, диаметр, конструкция и привязка анкерных болтов и другие исходные данные для проектирования заданы в строительном задании завода - изготовителя машины на устройство фундамента. Схема нагрузок, действующих на фундамент, приведена на рис. 9.1. Допускаемые амплитуды горизонтальных и вертикальных колебаний фундамента для I гармоники должны быть не более 0,19 мм.
Решение. Конструкцию фундамента пилорамы принимаем массивной из монолитного железобетона. Фундамент состоит из нижней прямоугольной плиты размером 6×7,5 м и высотой 2 м, принятыми из условий расположения приводного электродвигателя, требований симметрии и оптимальной массы фундамента, и верхней скошенной части, принятой по технологическим условиям. Отметка засыпки грунта находится на уровне верха прямоугольной плиты. Материал фундамента - бетон марки М200, арматура - горячекатаная, круглая и периодического профиля, соответственно классов A-I и А-II.
Схема масс элементарных объемов фундамента и машины с привязкой их к осям фундамента, проходящим через центр тяжести подошвы фундамента, приведена на рис. 9.1. Масса пилорамы m 1 = 15 т; масса скошенной части фундамента m 2 = 22,25 т; масса прямоугольной части фундамента m 3 = 216 т; масса электродвигателя с подбеточкой m 4 = 2+18 = 20 т.
Полная масса фундамента
m f = 22,25 + 216 + 18 = 256,25 т.
Масса пилорамы и электродвигателя привода
m m = 15 + 2 = 17 т.
Масса всей установки
m = m f + m m = 256,25 + 17 = 273,25 т.
Находим координаты центра тяжести установки по оси Z . Статические моменты масс элементов установки относительно оси, проходящей через подошву фундамента, будут:
S 1 = 15·5,95 = 89,25 т·м; S 2 = 22,25·2,65 = 58,96 т·м;
S 3 = 216·1 = 216 т·м; S 4 = 20·2,5 = 50 т·м;
Расстояние от центра тяжести установки до подошвы фундамента
м.
Рис. 9.1.
Находим координаты по оси X . Расстояние до центра тяжести установки по оси X "
Координату центра тяжести установки по оси Y не определяем, так как эксцентриситет до оси Y весьма мал (<< 3 % стороны фундамента), а расчет фундамента па колебания должен производиться только в направлении оси X (по направлению действия динамических сил).
В основании фундамента залегают пески средней крупности, средней плотности маловлажные с расчетным сопротивлением R = 350 кПа и модулем деформации E = 3·10 4 кПа. Проверяем условие (9.1) при γ c 0 = 1 и γ c 1 = 1. Среднее давление p = Q /A , где Q = mg , тогда
кПа < 1·1·350 = 350 кПа.
Расчет прочности массивного железобетонного фундамента не требуется. Армирование фундамента выполняется конструктивно.
Расчет колебаний фундамента пилорамы производится в следующем порядке.
Определяем упругие характеристики песчаного грунта основания по формулам (9.6) и (9.7):
кН/м 3 ;
C φ = 2·44 140 = 88 280 кН/м 3 ;
C x = 0,7·44 140 = 30 900 кН/м 3 .
Коэффициенты жесткости для естественного основания находим по формулам (9.8), (9.9) в (9.10), где I φ = 6·7,5 3 /12 = 210,94 м 4
k z = 44 140·6·7,5 = 1 986 400 кН/м;
k x = 30 900·6·7,5 = 1 390 000 кН/м;
k φ = 88 280·210,94 = 18 623 000 кН/м.
Значения коэффициентов относительного демпфирования определяем по формулам (9.13) и (9.15):
; 
.
Расчетные динамические нагрузки (для первой гармоники возмущающих сил и моментов) определяем следующим образом:
M = F v e + F h e 1 ,
тогда при F v = 208 кН, F h = 39 кН, e = 0,173 – 0,08 = 0,093 м и e 1 = 5,95 – 1,516 = 4,434 м
M = 208·0,093 + 39·4,434 = 19,4 + 173 = 192,4 кН·м.
Амплитуды горизонтально-вращательных и вертикальных колебаний фундамента определяются по формулам:
;
;
;
Для вычисления по этим формулам амплитуд следует определить входящие в них дополнительные параметры:
здесь значение θ = 1614,4 т·м 2 получено путем разбивки фундамента и машины на элементарные тела, вычисления для них собственных моментов инерции и добавления переносных моментов инерции, равных произведению масс элементарных тел на квадраты расстояний от их собственных центров тяжести до общего центра тяжести установки;
;
;
РАЗРАБОТАНЫ ВНИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. В.А. Ильичев - руководитель темы, д-р техн. наук, проф. Д.Д. Баркан, кандидаты техн. наук О.Я. Шехтер, М.Н. Голубцова), Ленинградским Промстройпроектом Госстроя СССР (кандидаты техн. наук В.М. Пятецкий, Б.К. Александров, С.К. Лапин; И.И. Файнберг), Фундаментпроектом Минмонтажспецстроя СССР (канд. техн. наук В.М. Шаевич), ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева Минэнерго СССР (доктора техн. наук, профессора О.А. Савинов, И.С. Шейнин, канд. техн. наук Г.Г. Аграновский), Ленинградским отделением Атомэнергопроекта Минатомэнерго СССР (Е.Г. Бабский), Днепропетровским инженерно-строительным институтом Минвуза УССР (кандидаты техн. наук Н.С. Швец, В.Л. Седин), Харьковским Промстройниипроектом Госстроя СССР (канд. техн. наук И.М. Балкарей) с участием Донецкого Промстройниипроекта, НИИЖБ, ЦНИИСК им. Кучеренко и ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, ЭНИМС Минстанкопрома СССР, Гипромеза Минчермета СССР.
С введением в действие СНиП 2.02.05-87 "Фундаменты машин с динамическими нагрузками" с 1 июля 1988 г. утрачивает силу глава СНиП II-19-79 "Фундаменты машин с динамическими нагрузками".
Настоящие нормы распространяются на проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками, в том числе фундаментов: машин с вращающимися частями, машин с кривошипно-шатунными механизмами, кузнечных молотов, формовочных машин для литейного производства, формовочных машин для производства сборного железобетона, копрового оборудования бойных площадок, дробильного, прокатного, прессового оборудования, мельничных установок, металлорежущих станков и вращающихся печей.
Фундаменты машин с динамическими нагрузками, предназначенные для строительства в районах со сложными инженерно-геологическими условиями, в сейсмических районах, на подрабатываемых территориях, на предприятиях с систематическим воздействием повышенных (более 50°С) технологических температур, агрессивных сред и в других особых условиях, следует проектировать с учетом требований соответствующих нормативных документов.
Техническая характеристика машины (наименование, тип, число оборотов в минуту, мощность, общая масса и масса движущихся частей, кинематическая схема оборудования с привязкой движущихся масс, скорость ударяющих частей и т.п.);
Данные о значениях, местах приложения и направлениях действия статических нагрузок, а также об амплитудах, частотах, фазах, законе изменения во времени, местах приложения и направлениях действия динамических нагрузок в режиме нормальной эксплуатации, а также в аварийных режимах, в том числе нагрузок, действующих на фундаментные болты; размеры площадок передачи нагрузок; сведения о наличии заводской виброизоляции у машин с указанием динамических нагрузок, передаваемых на фундаменты с учетом этой виброизоляции;
Данные о предельных значениях деформаций фундаментов и их оснований (осадка, крен, прогиб фундамента и его элементов, амплитуда колебаний и др.), если такие ограничения вызываются условиями технологии производства, работы машины или рядом расположенного высокоточного и чувствительного к вибрациям оборудования; требования по ограничению взаимных деформаций отдельных частей машины;
Данные об условиях размещения машины (оборудования) на фундаментах: отдельные фундаменты под каждую машину (агрегат) или групповая их установка на общем фундаменте; данные о характеристиках опорных плит (рам) агрегированного оборудования, данные о типе их соединения с фундаментом;
Чертежи габаритов фундамента в пределах расположения машины, элементов ее крепления, а также вспомогательного оборудования и коммуникаций с указанием расположения и размеров выемок, каналов и отверстий, размеров подливки и пр., чертежи расположения фундаментных болтов с указанием их типа и диаметра, закладных деталей, обортовок и т.п.;
Данные о привязке проектируемого фундамента к конструкциям здания (сооружения), в частности, к его фундаментам, данные об особенностях здания (сооружения), в том числе о виде и расположении имеющегося в нем оборудования и коммуникаций;
Данные об инженерно-геологических условиях участка строительства и физико-механических свойствах грунтов основания на глубину сжимаемой толщи, определяемой в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83; данные о характеристиках виброползучести грунтов в случаях ограничения деформаций фундамента; данные о коэффициентах жесткости грунтов оснований и несущей способности свай при статических и динамических нагрузках;
Специальные требования к защите фундамента и его приямков от подземных вод, воздействия агрессивных сред и промышленных стоков, температурных воздействий;
Кроме перечисленных выше данных, в соответствующих разделах приведены дополнительные исходные данные для проектирования, вытекающие из специфики каждого вида машин.
1.2. Фундаменты машин с динамическими нагрузками должны удовлетворять требованиям расчета по прочности и по пригодности к нормальной эксплуатации, а для фундаментов с расположенными на них рабочими местами - также требованиям стандартов безопасности труда в части допустимых уровней вибраций.
1.3. Фундаменты машин с динамическими нагрузками могут быть бетонными или железобетонными монолитными, сборно-монолитными и сборными, а при соответствующем обосновании - металлическими.
Монолитные фундаменты следует проектировать под все виды машин с динамическими нагрузками, а сборно-монолитные и сборные, как правило, - под машины периодического действия (с вращающимися частями, с кривошипно-шатунными механизмами и др.).
1.4. Класс бетона по прочности на сжатие для монолитных и сборно-монолитных фундаментов должен быть не ниже В12,5, а для сборных - не ниже В15. Для неармированных фундаментов станков допускается применять бетон класса В7,5. В случае одновременного воздействия на фундамент динамической нагрузки и повышенных технологических температур класс бетона должен быть не ниже В15.
Фундаменты машин, как правило, должны быть отделены сквозным швом от смежных фундаментов здания, сооружения и оборудования, а также от пола.
1.6. С целью уменьшения вибраций фундаментов машин с динамическими нагрузками при соответствующем обосновании рекомендуется предусматривать их виброизоляцию.
1.7. Устройство фундаментов машин с динамическими нагрузками, за исключением фундаментов турбоагрегатов мощностью 25 тыс. кВт и более, допускается на насыпных грунтах, если такие грунты не содержат органических примесей, вызывающих неравномерные осадки грунта при сжатии. При этом основание из насыпных грунтов должно быть уплотнено (тяжелыми трамбовками, вибрированием или другими способами) в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.
Примечание. Фундаменты машин неимпульсного (неударного) действия с двигателями мощностью менее 500 кВт со средним давлением под подошвой фундамента от расчетных статических нагрузок* менее 70 кПа (0,7 )
Допускается возводить на насыпных грунтах без искусственного уплотнения, если возраст насыпи из песчаных грунтов не менее двух лет и из пылевато- глинистых грунтов не менее пяти лет.
1.8. При проектировании фундаментов машин на естественном основании следует стремиться к совмещению на одной вертикали центра тяжести площади подошвы фундамента и линии действия равнодействующей статических нагрузок от веса машины, фундамента и грунта на обрезах и выступах фундамента, а для свайных фундаментов - центра тяжести плана свай и линии действия равнодействующей статических нагрузок от веса машины и ростверка. При этом эксцентриситет, как правило, не должен превышать (за исключением случаев, оговоренных в отдельных разделах) для грунтов с расчетным сопротивлением 150 кПа (1,5 ) 3%, а для грунтов с расчетным сопротивлением >150 кПа (1,5 ), а также свайных фундаментов из висячих свай - 5% размера стороны подошвы фундамента, в направлении которой смещен центр тяжести. Значение следует определять по табличным данным СНиП 2.02.01-83; для фундаментов турбоагрегатов эксцентриситет не должен превышать 3% указанного размера независимо от значения . Для оснований, сложенных скальными грунтами, а также свайных фундаментов из свай-стоек, значение эксцентриситета не нормируется
9.1. Фундаменты под машины с динамическими нагрузками.
9.1.1. Типы машин.
Машины периодического действия делятся на три подгруппы: с равномерным вращением (электродвигатели, моторогенераторы, турбогенераторы, роторы и др.); с равномерным вращением и связанным с ним возвратно – поступательным движением (компрессоры, насосы, двигатели внутреннего сгорания, лесопильные рамы и др.); с возвратно поступательным движением, завершающимся непрерывно следующими один за другим ударами (встряхивающие и вибрационно-ударные машины).
Машины непериодического действия также делятся на три подгруппы: с неравномерным вращением или возвратно-поступательным движением (приводные электродвигатели прокатных станов, генераторы разрывных мощностей и др.); с возвратно-поступательным движением, завершающимся отдельными ударами (молоты ковочные и штамповочные, копровые устройства и др.); с давлением, вызывающим перемещения обрабатываемого материала и передающим на фундамент случайные нагрузки (мельничные установки).
9.1.2. Виды фундаментов под машины с динамическими нагрузками
1) массивные, бетонные или железобетонные для всех видов машин;
2) рамные, сборные или сборно-монолитные, представляющие собой ряд поперечных рам, которые опираются на нижнюю плиту или на ростверк и связаны поверху между собой продольными балками, либо верхнюю плиту, которая опирается на стойки, заделанные в нижнюю плиту, или на сваи-колонны;
3) стенчатые в виде поперечных или продольных стен, опирающихся на нижнюю плиту или на ростверк и связанных между собой поверху ригелями или плитой.
Сборно-монолитные и сборные фундаменты допускается устраивать главным образом для машин периодического действия, не допускается для машин с импульсными ударными нагрузками.
9.1.3. Расчёт оснований таких фундаментов.
По первой группе предельных состояний выполняется:
1) проверка среднего статистического давления под подошвой для фундаментов на естественном основании или несущей способности основания для свайных фундаментов; эта проверка производится для всех без исключения типов машин
где среднее давление на основание под подошвой фундамента от расчётных статических нагрузок (вес фундамента, грунта на его обрезах, машины и вспомогательного оборудования с коэффициентом перегрузки n =1); коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий характер динамической нагрузки и ответственность машины; коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий возможность возникновения длительных деформаций при действии динамических нагрузок; расчётное сопротивление грунта.
где несущая способность грунтов основания одиночной сваи; несущая способность сваи в статических условиях, определяемая в зависимости от вида сваи и грунтовых условий; и коэффициенты условий работы грунтов основания, принимаемые в зависимости от грунтовых условий;
2) расчёт прочности отдельных элементов конструкции фундамента; расчёт производится для отдельных, подвергающихся действию динамических нагрузок элементов рамных и стенчатых фундаментов (стоек и ригелей рам, балок, плит, консольных выступов), фундаментов плитного и балочного типа, а также отдельных сечений массивных фундаментов, ослабленных отверстиями и выемками (по СНиП «Бетонные и железобетонные конструкции»).
Расчёт фундаментов по второй группе предельных состояний включает:
1) определение амплитуд колебаний фундаментов или отдельных их элементов; расчёт производится в соответствии со СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования» и является определяющим при проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками
где наибольшая амплитуда колебаний верхней грани фундамента, рассчитываемая для определённого типа фундамента под машины; предельно допустимая амплитуда колебаний, определяемая по СНиП 2.02.05-87;
2) определение осадок и деформаций (прогибов, крена и т.п.) фундаментов или их элементов; эти расчёты выполняются в отдельных случаях для ответственных сооружений и при наличии требований, ограничивающих перемещения и деформации фундаментов (по СНиП 2.02.01-83).
9.1.4. Расчёт на колебания.
При назначении безопасных расстояний до объектов, чувствительных к вибрациям, уровень вибраций, распространяющихся в грунте от фундаментов машин, может быть приближенно оценен по формуле:
где амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта на поверхности в точке, расположенной на расстоянии от оси фундамента – источника волн в грунте; амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента – источника в уровне его подошвы; ( приведённый радиус подошвы фундамента – источника, м, равный ; площадь подошвы фундамента – источника).
9.1.5. Определение упругих и демпфирующих характеристик основания для расчёта фундаментов.
Основную упругую характеристику естественных оснований фундаментов машин – коэффициент упругого равномерного сжатия , кН/м 3 , определяют экспериментально. Если нет испытаний, для фундаментов с площадью подошвы А не более 200 м 2
где коэффициент, зависящий от вида грунта; модуль деформации грунта под подошвой фундамента; м 2 .
Коэффициенты упругого неравномерного сжатия , упругого равномерного сдвига , упругого неравномерного сдвига :
Коэффициенты жёсткости для естественных оснований:
при вертикальных поступательных колебаниях фундамента (при упругом равномерном сжатии)
при горизонтальных поступательных колебаниях фундамента (при упругом равномерном сдвиге)
при вращательных колебаниях относительно горизонтальной оси, проходящей через подошву фундамента (при упругом неравномерном сжатии)
при вращательных колебаниях относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента (при упругом неравномерном сдвиге)
где площадь подошвы фундамента; моменты инерции подошвы фундамента относительно горизонтальной и вертикальной осей.
Эти коэффициенты связывают напряжения и моменты действующие по подошве фундамента, с вызываемыми ими соответствующими упругими перемещениями: вертикальными , горизонтальными , поворотами и относительно главных горизонтальной и вертикальной осей инерции, проходящих через центр тяжести подошвы фундамента
По мере распространения колебаний в грунте происходит их затухание, которое принято оценивать коэффициентом относительного демпфирования. Относительное демпфирование доля критического затухания колебаний. расстояние от общего центра тяжести установки до подошвы фундамента; вертикальная и горизонтальная составляющие возмущающих сил и момент от возмущающих сил; угловая частота вращения машины.
