Проверка фундаментов на статическую нагрузку
Обновлено: 01.05.2024
Для доставки к местам переработки и потребления газа и нефти, а также продуктов их переработки за 1981 – 1985 гг. необходимо было построить более 64 тыс. км магистральных газо-, нефте- и нефтепродуктопроводов. При этом должна возрасти доля магистральных газопроводов диаметром 1420 мм. Если в 1976 – 1980 гг.было сооружено более 10,6 тыс. км газопроводов такого диаметра, то в 1981 – 1985 гг. будет сооружено 23 тыс. км магистральных газопроводов.
Содержание
Введение……………………………………………………………………3
Назначение и классификация насосных и компрессорных станций…. 5
Основные принципы строительного и технологического проектирования насосных и компрессорных станций………………….8
Фундаменты зданий насосных и компрессорных станций…………….22
Фундаменты перекачивающих агрегатов и технологического оборудования насосных и компрессорных станций……………………24
Основы расчета фундаментов перекачивающих агрегатов …………. 33
Список используемой литературы………………………………………….40
Работа содержит 1 файл
курсач).doc
Рис. 5. Опорные сооружения для наземной прокладки технологических трубопроводов насосных и компрессорных станций: 1 – насыпь из песчано-гравийной смеси; 2 – железобетонные балки (шпалы); 3 – трубопровод
здания компрессорного цеха, что обеспечивает возможность для круглосуточного ведения бетонных работ при положительной температуре. После набора бетоном необходимой прочности временные связи удаляют.
Применение свайных фундаментов для газоперекачивающих и насосных агрегатов обеспечивает значительные технико-экономические преимущества:
- почти полное исключение земляных работ при сооружении свайных фундаментов;
- значительное снижение расхода бетона;
- значительное снижение трудоемкости возведения таких фундаментов по сравнению с трудоемкостью возведения массивных и рамных монолитных железобетонных фундаментов. Даже по сравнению с трудовыми затратами при сооружении модернизированных рамных фундаментов экономия трудовых затрат при сооружении свайных фундаментов составляет 30%;
- снижение сроков возведения фундаментов газоперекачивающих и насосных агрегатов.
Технологическое оборудование насосных и компрессорных станций устанавливают на фундаменты различных типов: плитные, свайные, сборные из железобетонных плит на песчаной подушке, железобетонные эстакады и постаменты (рис. 4). Для снижения трудоемкости монтажа все большее применение находят безростверковые свайные фундаменты, в которых нижняя плита оборудования или плиты эстакады опираются на специальные железобетонные или стальные оголовки. Железобетонный оголовок имеет внутреннюю полость в виде усеченной пирамиды и до замоноличивания со сваей опирается на фиксирующую рамку из стальных уголков. Внутреннее пространство оголовка заполняют мелкозернистой бетонной смесью. Стальные оголовки-стаканы закрепляют на железобетонных сваях путем сварки с закладкой стальной деталью. Причем применяют два вида оголовков-стаканов — подвижные и неподвижные. Подвижный оголовок-стакан устанавливают на нужную высотную отметку после забивки сваи путем перемещения вдоль оси стакана с последующим закреплением сваркой на закладной детали. Неподвижный стакан монтируют на голове сваи при ее изготовлении. Оголовок-стакан на нужную высотную отметку устанавливают путем обрезки стакана на нужную высоту и приварки опорной крышки.
Надземные технологические трубопроводы насосных и компрессорных станций располагают на железобетонных эстакадах (рис. 4), в том числе свайных. Перспективной является «шпальная» прокладка технологических трубопроводов. В этом случае трубопровод укладывают на железобетонные поперечные балки, которые размещают на насыпи из гравийно-песчаной смеси (наподобие шпал и рельс железнодорожного пути).
Основы расчета фундаментов перекачивающих агрегатов
Фундаменты газоперекачивающих и насосных агрегатов насосных и компрессорных станций испытывают два вида нагрузок: статические — собственный вес фундамента и перекачивающего агрегата и динамические от действия вращающихся частей привода и нагнетателя или насоса перекачивающих агрегатов.
Расчет фундаментов перекачивающих агрегатов на статические нагрузки практически не отличается от аналогичных расчетов фундаментов зданий и сооружений. В состав расчета фундаментов на статические нагрузки обычно входят проверка площади подошвы массивного фундамента или несущей способности свай в свайном фундаменте; определение осадки фундамента в данных грунтовых условиях основания; проверка прочности фундамента по материалу, из которого он изготовлен. Однако расчет на статические нагрузки фундаментов под машины и, в частности, под перекачивающие агрегаты насосных и компрессорных станций отличается меньшим объемом по сравнению с подобным расчетом фундаментов зданий и сооружений. Это связано со значительно меньшим весом перекачивающих агрегатов (максимальный вес наиболее крупных агрегатов ГТН-25 — 1470 кН). В то же время статические нагрузки на фундаменты зданий и сооружений (их вес) намного выше и составляют тысячи килоньютонов. Поэтому статический расчет фундаментов перекачивающих агрегатов ведут не в полном объеме, а именно: для массивных или рамных фундаментов на естественном основании проверяют среднее статическое давление на грунт, .для свайных фундаментов — несущую способность основания.
Расчет фундаментов на статические нагрузки
Проверка среднего статического давления на основание от массивных или рамных фундаментов сводится к выполнению следующего неравенства
рср ≤ m0m1R,
где рср — среднее давление на грунт основания от расчетных статических нагрузок на фундамент при коэффициенте перегрузок n=1; m0 — коэффициент условий работы, учитывающий характер динамических нагрузок и ответственность машин; m1 — коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий возможность возникновения длительных деформаций при действии динамических нагрузок; R — расчетное (допустимое) давление на грунт основания, определяемое в соответствии с требованиями СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».
Коэффициенты условий работы m0 и m1 учитывающие наличие динамических нагрузок для фундаментов машин с вращающимися частями, к которым относятся перекачивающие агрегаты насосных и компрессорных станций, принимают следующими: m0 = 0,8; m1 зависит от вида грунтов оснований: для мелких и пылеватых водонасыщенных песков и глинистых грунтов текучей консистенции m1 = 0,7; для всех остальных видов и состояний грунтов m1=l.
Среднее давление на грунт основания определяют следующим образом.
При центральном приложении нагрузки на фундамент результирующая расчетной статической нагрузки на фундамент N проходит через его центр тяжести С, и р будет одинаковым в любой точке подошвы фундамента (рис. 5).
где Na, Nф и Nг — расчетный вес соответственно перекачивающего агрегата, фундамента и грунта на выступах фундамента; F – площадь опирания фундамента на грунт; mа, mф, и mг – расчетная масса соответственно перекачивающего агрегата, фундамента и грунта на выступах фундамента; g — ускорение свободного падения.
Рис. 6. Эпюры изменения давления на грунт от подошвы фундамента при центральном (а) и внецентренном (б) приложении нагрузки
Масса грунта на выступах фундамента mг = Vгγг, где Vг — объем грунта на выступах фундамента; γг — плотность грунта. Для фундаментов перекачивающих агрегатов обычно mг=0 (из-за отсутствия выступов).
При внецентренном приложении вертикальной результирующей нагрузки N давление на грунт основания от подошвы фундамента будет неравномерным, а pcр от действия центральной нагрузки N и изгибающего момента М, действующих в одной плоскости, определяют в зависимости от соотношения минимального рmin и максимального рmax
рmax, min = N/F ± M/W,
где W — момент сопротивления площади подошвы фундамента.
При внецентренном приложении нагрузки эпюры давления на грунт могут иметь различную форму в зависимости от расположения вертикальной результирующей статической нагрузки N (см. рис. 6). Если нагрузка N находится в пределах ядра сечения подошвы фундамента (е min = 0. Если нагрузка N находится за пределами ядра сечения подошвы фундамента (е >b/6), эпюра давления на грунт будет двухзначной (из двух треугольников), a pmin будет растягивающим. В расчете нужно учитывать только участок эпюры от рmах до р = 0.
Так как рmах действует лишь под гранью подошвы фундамента, а при удалении к центру рmах снижается, то по действующим нормам разрешается принимать расчетное максимальное давление р на 20 % больше R, т. е. рmах =1,2R, следовательно, при внецентренном приложении нагрузки на фундамент с учетом динамических нагрузок должно соблюдаться условие рmах ≤ 1,2m0m1R .
Причем размеры подошвы массивных или рамных фундаментов под перекачивающие агрегаты предварительно назначают исходя из габаритов агрегатов в горизонтальной плоскости.
Расчетное (допустимое) давление на грунт основания R определяют в каждом конкретном случае следующим образом.
1. На основе непосредственного определения прочности реальных грунтов в полевых или лабораторных условиях на строительной площадке насосной или компрессорной станции устанавливают нормативное давление на грунт основания /?", по которому определяют расчетное (допустимое) давление на грунт основания:
R = R н /kг,
где kг — коэффициент безопасности по грунту, kг = 1/(1 ± ρ),. здесь ρ — показатель точности оценки среднего R.
Знак перед ρ в формуле выбирают таким, чтобы обеспечивалась большая надежность расчета фундамента.
ρ = (tαυ)/√n,
где tα — коэффициент, принимаемый по СНиП П-15-74 (приложение 1) в зависимости от заданной доверительной вероятности α и числа степеней свободы (n — 1); при α = 0,85: 0,99 tα = 1,054-6,96 (при расчете оснований по несущей способности α = 0,95 и при расчете по деформациям α = 0,85); n — число измерений давления на грунт основания; υ — коэффициент вариации нормативного давления на основание
υ =σ/R н .
Здесь σ — среднее квадратичное отклонение R н ,
2. На основе определения расчетного (допустимого) давления на грунт:
где m1 – коэффициент условий работы грунтов основания, зависящий от вида грунта и колеблющийся в пределах 1,1-1,4; m2 – коэффициент условий работы фундамента во взаимодействии с основанием, зависящий от вида грунта основания и отношения длины и высоты фундамента и колеблющийся в пределах 1-1,4; kн – коэффициент надежности, зависящий от метода определения расчетной характеристики грунта основания (по результатам непосредственных испытаний грунта kн =1, а по косвенным данным kн =1,1); A, B, D – безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения φII (при изменении φII от 0 до 45º А изменяется от 0 до 3,66: В – от 1 до 15,64; D – от 3,14 до 14,64); b – размер меньшей стороны подошвы массивного или рамного фундамента; h – глубина заложения фундамента от уровня планировки грунта; γII – усредненная (по слоям) расчетная плотность грунта, залегающего выше отметки подошвы фундамента; γII – то, же но грунта залегающего ниже подошвы фундамента; сII – расчетное удельное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; h0 – глубина до пола подвала (при отсутствии подвала, как это характерно для фундаментов перекачивающих агрегатов, h0=0).
Определение несущей способности свайных фундаментов по прочности грунтов основания
При одновременном действии статических и динамических нагрузок расчет отдельных свай фундамента по несущей способности грунтов сводится к проверке условия
где N – вертикальная результирующая нагрузка, действующая на сваю; Ф – расчетная несущая способность сваи; kн – коэффициент надежности (при определении несущей способности сваи по результатам полевых испытаний статической нагрузкой kн= 1,25); mсв, m1св – коэффициенты условий работы сваи, учитывающие наличие динамических нагрузок (для висячих свай mсв= 0,8; для свай-стоек m1св= 1; для висячих свай при прорезании рыхлых песков любой крупности и влажности, мелких и пылевидных водонасыщенных песков и глинистых грунтов с показателем консистенции IL>0,6 m1св=0,7; для всех остальных видов грунтов при применении висячих свай и свай-стоек m1св=1).
Расчетную несущую способность сваи по грунту основания определяют по различным формулам в зависимости от вида свай:
где m=1 – коэффициент условий работы сваи; F – площадь опирания сваи на грунт, равная площади поперечного сечения сваи сплошного сечения или трубчатой сваи, сердцевина которой заполнена бетоном; при применении полых трубчатых свай F принимают равной площади кольцевого сечения; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки (для всех видов забивных свай, опирающихся нижним концом на скальные и крупнообломочные грунты R=2·10 4 ; для набивных свай, свай-оболочек, заполненных бетоном, R=( R н сж/kг) (hз/dз +1,5), здесь R н сж – нормативное сопротивление скального грунта одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии; kг =1,4 – коэффициент безопасности по грунту; hз – расчетная глубина заделки набивной сваи в скальный грунт; dз – наружный диаметр, заделанный в скальный грунт набивной сваи); для висячих свай
где m =1 – коэффициент условий работы сваи; mR, mf – коэффициенты условий работы грунта соответственно по нижним концам и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчетные сопротивления грунтов (mR=1, mf=0,5:1); R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты. Нормы проектирования» в зависимости от вида грунта и глубины погружения сваи (R изменяются в пределах от 600 до 15000 кН/м 2 ); F – площадь поперечного сечения сваи; U – наружный периметр поперечного сечения сваи; li – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи; fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи в зависимости от вида грунта и глубины расположения i-го слоя грунта, изменяющееся в широких пределах от 2 до 100 кН/м 2 .
Сваи и свайные фундаменты рассчитывают по предельным состояниям двух групп. По предельным состояниям первой группы определяют несущую способность свай по грунту, прочность материала свай и ростверков, устойчивость свай и фундаментов; по предельным состояниям второй группы рассчитывают осадки оснований свайных фундаментов, горизонтальные перемещения свай и фундаментов, образование или раскрытие трещин в железобетонных сваях и ростверках.
8.2.1. Методы определения несущей способности свай и область их применения
Несущая способность свай на вдавливающую нагрузку определяется согласно СНиП II-17-77 следующими способами:
- – по характеристикам грунтов основания [табл. 1 и 2, формулы (4) и (7)];
- – динамическим [формулы (17) и (18)];
- – по данным статического зондирования [формулы (20) — (24)];
- – по результатам статических испытаний натурных и эталонных (инвентарных малого сечения) свай [формулы (15) и (16)].
При установленной несущей способности по формуле (1) СНиП II-17-77 вычисляется расчетная нагрузка, воспринимаемая сваей по грунту.
Для предварительного определения расчетной нагрузки на забивную сваю по характеристикам грунтов основания можно воспользоваться рис. 8.7, а по динамическому методу — таблицами приложения 5 Руководства [3]. Графики, приведенные на рис. 8.7, составлены для забивной сваи сечением 30×30 см, расчетная нагрузка на которую определяется как сумма расчетных нагрузок, воспринимаемых нижним концом Fv1 и боковой поверхностью сваи Fv2 . Для забивных свай других сечений расчетная нагрузка определяется по формуле
(8.1)
где Fv2 и Fv1 — расчетная нагрузка, воспринимаемая соответственно боковой поверхностью и нижним концом сваи сечением 30×30 см и определяемая по рис. 8.7; up , А — периметр, м, и площадь поперечного сечения, м 2 , нижнего конца сваи.
При прорезании сваями разнопрочных грунтов Fv1 каждого слоя грунта принимается как разность между расчетными нагрузками, соответствующими подошве и кровле слоя.
Результаты многочисленных сопоставлений несущих способностей свай, определяемых перечисленными методами, показали, как видно из табл. 8.10, что наиболее достоверным, но более дорогим и длительным методом являются статические испытания свай, наименее достоверными и наиболее дешевыми — методы динамический и по характеристикам грунтов основания.
Статические испытания натурных свай следует проводить на стадии изысканий в целях наиболее достоверного определения объемов и стоимости фундаментов в следующих случаях:
- – при количестве свай на объекте более 1000;
- – при слабых грунтах большой (более 10 м) мощности;
- – при сваях длиной более 15 м;
- – для уникальных и очень тяжелых (более 20 000 кН на колонну) зданий и сооружений;
- – для опирающихся на сжимаемый грунт свай, на которые предполагается допустить нагрузки, соответствующие прочности материала на сжатие;
- – при прорезании лессовых грунтов II типа по просадочности.
Рис. 8.7. К предварительному определению расчетной нагрузки на забивную сваю сечением 30×30 см по характеристикам грунтов основания
В лессовых грунтах II типа по просадочности статические испытания натурных свай, которые должны полностью прорезать просадочную толщу, следует проводить с длительным полным замачиванием грунтов до проявления просадок и их стабилизации. Размеры замачиваемого котлована в плане принимаются не менее толщины слоя просадочных грунтов. Если по каким-либо причинам проведение статических испытаний на стадии изысканий оказывается невозможным, они должны быть проведены в начальный период строительства.
Статические испытания эталонных свай следует проводить только в процессе изысканий на стадии проекта при двухстадийном проектировании и на стадии рабочей документации при одностадийном проектировании в случаях, когда предполагается проектирование свай длиной до 15 м.
Для крупных объектов испытания эталонных свай следует проводить в сочетании с натурными испытаниями свай в начальный период строительства, что дает существенный экономический эффект.
Статическое зондирование является неотъемлемой частью изысканий на всех стадиях проектирования и должно использоваться для определения несущей способности свай длиной до 15—20 м.
Динамические испытания и расчет по характеристикам грунтов основания могут использоваться только для предварительной ориентировочной оценки несущей способности свай.
ТАБЛИЦА 8.10. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ДОСТОВЕРНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАИ
| Метод | Единица измерения | Средняя продолжительность определения, смен | Средняя стоимость определения, руб. | Машины или оборудование | Относительная (в долях единицы) несущая способность в грунтах | |
| глинистых | песчаных | |||||
| Испытание пробных свай статической нагрузкой | 1 испытание | 6,5 | 1023 | Кран, копер, балки, компрессор, сварочный агрегат | 1 | 1 |
| Испытание производственных свай статической нагрузкой | то же | 6,5 | 543 | Кран, балки, компрессор сварочный агрегат | 1 | 1 |
| Испытание эталонных свай статической нагрузкой | –||– | 1,5 | 762 | Копер КСМ-12, балки | 0,83 | 0,76 |
| Статическое зондирование грунтов | 1 точка зондирования | 0,25 | 54 | Установка С-979 | 0,76 | 0,73 |
| Расчеты по табл. 1 и 2 СНиП II-17-77 | 1 расчет | 0,1 | 1,5—2,5 | – | 0,6 | 0,65 |
| Динамические испытания свай | 1 испытание | 0,1 | 180 | Копер | 0,62 | 0,58 |
Использование динамических испытаний оправдано в сочетании со статическими испытаниями свай для определения степени неоднородности грунтов в пределах объекта и контролирования расчетной нагрузки на производственные сваи, определяемой с учетом поправочного коэффициента, устанавливаемого в сопоставлении со статическими испытаниями.
При наличии нескольких методов определения несущей способности свай их следует использовать в следующем порядке: статические испытания натурных свай, статические испытания эталонных свай, статическое зондирование, динамические испытания, расчет по характеристикам грунтов основания. Каждый последующий метод используется для определения расчетной нагрузки при отсутствии предыдущего метода.
Для предварительной оценки целесообразности применения какого-либо вида свайного фундамента расчетную нагрузку на сваю можно принять по табл. 8.11, в которой меньшие значения расчетных нагрузок на сваи соответствуют более слабым грунтам и меньшим длинам свай, а расчетные нагрузки для буронабивных свай определены для глинистых грунтов.
ТАБЛИЦА 8.11. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ НА СВАЮ
| Свая | Параметры свай | Нагрузка 2 , кН | ||||
| размер сечения или диаметр 1 , см | длина, м | прочность ствола по материалу, кН | при гравелистых крупным песках и глинистых грунтах IL = 0,0—0,1 | при песках средней крупности и глинистых грунтах с IL = 0,2—0,3 | при мелких пылеватых песках и глинистых грунтах IL = 0,4—0,5 | |
| Забивная квадратного сечения но ГОСТ 10804.1-79 | 25×25 | 4,6—6 | 660 | 500—800 | 300—400 5—10 | 150—300 3—5 |
| 30×30 | 3—12 | 1000 | 700—1000 | 300—600 10—15 | 200—400 5—10 | |
| 35×35 | 10—16 | 1850 | 1300—1850 | 600—1200 30—60 | 350—500 15—20 | |
| 40×40 | 13—20 | 2000 | 1400—2000 | 900—1300 35—60 | 600—800 20—25 | |
| Полая круглая по ГОСТ 19804.5-83 и ГОСТ 19804.6-83 | 40 | 4—12 | 1060 | 600—1050 | 300—1050 30—50 | 200—800 20—30 |
| 60 | 4—12 | 1350 | 700—1350 | 400—1350 60—80 | 300—1350 30—50 | |
| 60 | 4—12 | 2000 | 1000—2000 | 600—2000 100—150 | 400—2000 80—100 | |
| 80 | 4—12 | 3700 | 1800—3700 | 1100—3700 200—250 | 600—3700 120—150 | |
| Буронабивная без уширения | 50 | 10—30 | 1400 | 200—1200 | 200—1100 60—80 | 150—1000 40—60 |
| 60 | 2000 | 300—1900 | 250—1800 100—150 | 200—1800 80—100 | ||
| 80 | 3500 | 500—2800 | 400—2700 200—250 | 350—2500 100—150 | ||
| 100 | 3500 | 800—3800 | 600—3500 300—400 | 550—3300 250—300 | ||
| 120 | 8000 | 1100—4950 | 900—4500 400 | 800—4200 300 | ||
| Буронабивная с уширенной пятой | 50/120 и 50/160 | 10—30 | 1400 | 900—1400 | 650—1400 60—80 | 500—1400 40—60 |
| 60/160 | 2000 | 1700—2000 | 1150—2000 100—150 | 950—200 80—100 | ||
| 80/180 | 3500 | 2000—3500 | 1600—3500 200—260 | 1200—3500 100—150 | ||
1 Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой — диаметр уширения.
2 Над чертой приведены значения вдавливающей нагрузки, под чертой — горизонтальной.
Фундаменты машин и оборудования с динамическими нагрузками должны рассчитываться на действие статических и динамических нагрузок и проектироваться таким образом, чтобы обеспечить нормальную работу установленных на них машин и технологического оборудования, а также исключить вредное воздействие вибраций на расположенные вблизи строительные конструкции, оборудование и аппаратуру, обеспечить допустимый уровень вибраций, соответствующий требованиям санитарных норм. При этом фундаменты должны быть экономичными и соответствовать современной технологии производства работ.
Статические нагрузки слагаются из веса фундамента и грунта на обрезах фундамента, веса машины и вспомогательного оборудования.
Динамические нагрузки, вызываемые действием неуравновешенных сил и моментов, возникающих при возвратно-поступательном, вращательном и тому подобном движении масс машины, ударами движущихся или падающих частей, могут быть либо периодическими (неуравновешенные силы инерции, величина и направление которых определяются законами изменения во времени их главного вектора и главного момента), либо импульсными, ударными, представляющими собой отдельные или действующие один за другим удары, толчки и т.п., либо случайными. Периодические нагрузки возникают при работе большинства современных машин с установившимся движением (периодического действия) — машин с вращающимися частями, с кривошипно-шатунными механизмами, дробилок и др. Импульсные, ударные и случайные нагрузки возникают при работе машин с неустановившимся движением (непериодического действия) — кузнечно-прессового оборудования, копровых бойных площадок, мельниц и др.
Различают длительные и кратковременные динамические нагрузки. К длительным относятся нагрузки, возникающие при продолжительной работе машин в рабочем режиме, многократные импульсные, ударные и случайные нагрузки. К кратковременным относятся одиночные импульсы, кратковременные перегрузки в аварийных режимах, нагрузки, возникающие при переходе через резонанс во время пуска или остановки машины, и пр.
Значения динамических и частично статических нагрузок, как правило, даются заводом-изготовителем в техническом задании на проектирование фундамента. В техническом задании должны быть указаны:
- – величины нормативных статических нагрузок от машин и вспомогательного оборудования (общие и раздельно для неподвижных и движущихся частей машины) с указанием координат точек их приложения и направления их действия; при наличии перемещающихся частей — предельные положения их перемещения;
- – данные об амплитудах, частотах, фазах, местах приложения и направлениях действия динамических нагрузок.
При отсутствии указанных данных в задании на проектирование динамические нагрузки допускается определять по формулам главы СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками» [10] или «Инструкции по определению динамических нагрузок от машин, установленных на перекрытиях промышленных зданий» [3].
Фундаменты машин и их основания рассчитываются по двум группам предельных состояний: по первой группе — по несущей способности, по второй группе — по деформациям (колебаниям, прогибам, осадкам), затрудняющим нормальную эксплуатацию установленных на этих фундаментах машин и оборудования или соседних объектов, чувствительных к вибрациям.
По первой группе предельных состояний выполняется:
- – проверка среднего статического давления под подошвой для фундаментов на естественном основании или несущей способности основания для свайных фундаментов; эта проверка производится для всех без исключения типов машин;
- – расчет прочности отдельных элементов конструкции фундамента; расчет выполняется для отдельных элементов рамных и стенчатых фундаментов, а также для отдельных сечений массивных фундаментов, ослабленных отверстиями или выемками;
- – определение (в некоторых случаях) реакции основания (сила реакции и реактивный момент).
Расчет фундаментов по второй группе предельных состояний включает:
- – определение амплитуд колебаний фундаментов или отдельных их элементов; расчет производится в соответствии с главой СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования» в случаях, указанных в этой главе, и является определяющим при проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками;
- – определение осадок и деформаций (прогибов, крена и т.п.) фундаментов или их элементов; эти расчеты выполняются в отдельных случаях для ответственных сооружений (например, фундаментов турбоагрегатов, фундаментов станков) при наличии в задании на проектирование технологических требований, ограничивающих перемещения и деформации фундаментов для обеспечения нормальной эксплуатации оборудования.
9.1.1. Расчет по первой группе предельных состояний
А. ПРОВЕРКА СРЕДНЕГО СТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ПОД ПОДОШВОЙ ДЛЯ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ
При проверке среднего статического давления под подошвой фундамента учитываются только статические нагрузки. Влияние динамических нагрузок учитывается коэффициентами условий работы грунтов основания γсI и γсII зависящими от величины и характера динамического воздействия, типа грунта и других факторов.
Фундаменты машин с динамическими нагрузками проектируются, как правило, достаточно жесткими, причем общий центр тяжести проектируемого фундамента, машины, засыпки грунта на обрезах и выступах фундамента и центр тяжести площади подошвы фундамента обычно располагаются на одной вертикали. Допускаемый эксцентриситет не должен превышать 3 % размера стороны подошвы фундамента, в направлении которой происходит смещение центра тяжести, для грунтов с расчетным сопротивлением R0 ≤ 150 кПа и 5 % для грунтов с R0 > 150 кПа. Поэтому проверка среднего статического давления под подошвой фундамента при устройстве фундаментов на естественном основании производится в большинстве случаев как при центральном сжатии по формуле
(9.1)
где р — среднее давление на основание под подошвой фундамента от расчетных статических нагрузок (вес фундамента, грунта на его обрезах, машины и вспомогательного оборудования с коэффициентом перегрузки n = 1); γc0 — коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий характер динамических нагрузок и ответственность машины (табл. 9.1); γc1 — коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий возможность возникновения длительных деформаций при действии динамических нагрузок (см. табл. 9.1); R — расчетное сопротивление основания определяемое с учетом размеров и глубины заложения фундамента.
ТАБЛИЦА 9.1. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ γс0 И γс1
| Машины | γс0 | γс1 |
| С вращающимися частями | 0,8 | 0,7* 1,0 |
| С кривошипно-шатунными механизмами | 1,0 | 0,6* 1,0 |
| Кузнечные молоты | 0,5 | 0,8** 1,0 |
| Формовочные машины литейного производства и производства сборного железобетона | 0,5 | 0,7** 1,0 |
| Дробилки (щековые, конусные, молотковые) | 0,8 | 0,7* 1,0 |
| Прессы | 1,0 | 1,0 |
| Мельничные установки | 0,8 | 0,7* 1,0 |
| Прокатное оборудование | 1,0 | 1,0 |
Примечание. Цифры, отмеченные звездочкой, относятся к мелким и пылеватым водонасыщенным пескам и глинистым грунтам текучей консистенции; цифры, отмеченные двумя звездочками, — ко всем водонасыщенным пескам, к мелким и пылеватым маловлажным пескам и глинистым грунтам текучей консистенции; не отмеченные цифры — ко всем грунтам.
Б. ПРОВЕРКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Расчет свайных фундаментов машин по несущей способности грунтов основания производится на основное сочетание нагрузок, при этом расчетная несущая способность грунтов основания одиночной сваи Fd определяется с учетом динамических воздействий. Для свай-стоек и висячих свай эта величина определяется по формуле
(9.2)
где Fs — несущая способность сваи в статических условиях, определяемая в зависимости от вида свай и грунтовых условий; γp, γ1p — коэффициенты условий работы грунтов основания, принимаемые для висячих свай γp = 0,8, для свай-стоек γp = 1; при прорезании висячими сваями рыхлых песков любой крупности и влажности, мелких и пылеватых водонасыщенных песков и глинистых грунтов с показателем текучести IL > 0,6 коэффициент γ1p = 0,7; при опирании висячих свай на такие грунты γ1p следует определять по результатам испытаний динамической нагрузкой; для остальных видов в состояний грунтов, а также для свай-стоек γ1p = 1.
В. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТА
Расчет прочности производится для отдельных, подвергающихся действию динамических нагрузок элементов рамных и стенчатых фундаментов (стоек и ригелей рам, балок, стен, плит, консольных выступов), фундаментов плитного или балочного типа, а также отдельных сечений массивных фундаментов, ослабленных отверстиями и выемками. Расчет производится по общим правилам, изложенным в главе СНиП «Бетонные и железобетонные конструкции», на расчетные нагрузки от веса фундамента, машины, вспомогательного оборудования и засыпки грунта, а также на расчетные статически действующие нагрузки, эквивалентные максимально возможному воздействию машины.
Статические нагрузки, включающие постоянно действующие нагрузки от веса фундамента, машины, вспомогательного оборудования и засыпки грунта, определяются как произведение нормативных значений нагрузок на коэффициент перегрузки n .
Нагрузки, заменяющие динамическое действие движущихся частей машины или представляющие собой какой-либо особый вид силового воздействия (например, тягу вакуума, момент короткого замыкания), определяются по формуле
(9.3)
где n и η — коэффициенты перегрузки и динамичности (табл. 9.2); Fn — нормативное значение динамической нагрузки, соответствующее нормальному эксплуатационному режиму работы машины и принимаемое по заданию на проектирование, или по главе СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками», или по Инструкции [3].
ТАБЛИЦА 9.2. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕГРУЗКИ И ДИНАМИЧНОСТИ
| Машины | n | ηh | ηv |
| Машины с вращающимися частями при частоте вращения, мин –1 менее 500 от 500 до 1500 свыше 1500 | 4 4 4 | 2 2 2 | 3 6 10 |
| Машины с кривошипно-шатунными механизмами | 2 | 1 | 1 |
| Дробилки щековые и конусные | 1,3 | 1,2 | |
| Дробилки молотковые | 4 | 1 | |
| Прокатное оборудование | 1,2 | 2 | |
Примечание. ηh, ηv — коэффициенты динамичности для определения горизонтальных и вертикальных расчетных динамических нагрузок.
9.1.2. Расчет по второй группе предельных состояний
Основным требованием, предъявляемым к фундаментам машин при их проектировании и выборе размеров, является соблюдение условия, чтобы амплитуды колебаний фундамента или отдельных его элементов не превышали допускаемых, принимаемых по главе СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками» (табл. 9.3) или в соответствии с заданием на проектирование фундамента.
ТАБЛИЦА 9.3. ДОПУСКАЕМЫЕ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ
| Машины | Aadm , мм |
| Машины с вращающимися частями при частоте вращения, мин –1 менее 500 от 500 до 750 от 750 до 1000 свыше 1000 |
* Для фундаментов высотой более 5 м.
** При возведении фундаментов на всех водонасыщенных песках, а также на мелких и пылеватых маловлажных песках.
Примечания: 1. Для машин с кривошипно-шатунными механизмами значения амплитуд, приведенные перед чертой, относятся к I гармонике, за чертой — ко II гармонике.
2. Для промежуточных значений частоты вращения допускаемая амплитуда определяется интерполяцией.
Расчет колебаний производится на действие расчетных динамических нагрузок, определяемых как произведение нормативной динамической нагрузки на коэффициент перегрузки n = 1.
Расчетная схема массивного фундамента под машину при расчете колебаний представляется в виде твердого тела, опирающегося на пружины и демпферы, Масса твердого тела принимается равной сумме масс фундамента и машины, а для свайных фундаментов добавляется также и часть массы свай. Податливость пружин моделирует податливость основания фундамента. Предполагается, что сопротивление пружин пропорционально перемещению фундамента, тем самым пружины характеризуют только одним параметром — коэффициентом жесткости. Принимается также, что силы демпфирования пропорциональны скорости колебаний фундамента. В соответствии с такой расчетной схемой [8] вынужденные вертикальные колебания фундамента описываются дифференциальным уравнением
,
(9.4)
а вынужденные горизонтально-вращательные колебания фундамента — системой дифференциальных уравнений:
(9.5)
где m — масса установки (фундамента, машины, грунта) на обрезах фундамента; θ — момент инерции массы установки относительно оси вращения; Вz, Вx, Вφ — коэффициенты демпфирования основания для вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний; kz, kx, kφ — коэффициенты жесткости основания при упругом равномерном сжатии, равномерном сдвиге и неравномерном сжатии; z, х, φ — соответственно вертикальные и горизонтальные смещения центра тяжести установки и угол поворота фундамента относительно оси, проходящей через центр тяжести установки перпендикулярно плоскости колебаний; h1 — расстояние от общего центра тяжести установки до подошвы фундамента; Fz, Fх, М — вертикальная и горизонтальная составляющие возмущающих сил и момент от возмущающих сил относительно оси, проходящей через центр тяжести установки перпендикулярно плоскости колебаний; ω — угловая частота вращения машины, с –1 ; угловая частота вращения машины связана с периодом T , с, и частотой f , Гц. формулой ω = 2πf = 2π/Т .
Дифференциальные уравнения свободных колебаний системы соответствуют уравнениям (9.4) и (9.5) при Fz = Fx = M = 0.
Инструкция по определению динамических нагрузок от машин, устанавливаемых на перекрытиях промышленных зданий
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» [6].
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 nr = 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 m1 = 15 т; масса скошенной части фундамента m 2 = 22,25 т; масса прямоугольной части фундамента m3 = 216 т; масса электродвигателя с подбеточкой m4 = 2+18 = 20 т.
Полная масса фундамента
mf = 22,25 + 216 + 18 = 256,25 т.
Масса пилорамы и электродвигателя привода
mm = 15 + 2 = 17 т.
Масса всей установки
m = mf + mm = 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:
S1 = 15·5,95 = 89,25 т·м; S2 = 22,25·2,65 = 58,96 т·м;
S3 = 216·1 = 216 т·м; S4 = 20·2,5 = 50 т·м;
т·м.
Расстояние от центра тяжести установки до подошвы фундамента
м.
Находим координаты по оси X . Расстояние до центра тяжести установки по оси X'
м.
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 γc0 = 1 и γc1 = 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 ;
Cφ = 2·44 140 = 88 280 кН/м 3 ;
Cx = 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 Iφ = 6·7,5 3 /12 = 210,94 м 4
kz = 44 140·6·7,5 = 1 986 400 кН/м;
kx = 30 900·6·7,5 = 1 390 000 кН/м;
kφ = 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:
тогда при Fv = 208 кН, Fh = 39 кН, e = 0,173 – 0,08 = 0,093 м и e1 = 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:
с –1 ;
;
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;
;
с –1 ;
кН·м ;
т·м 2 ;
с –1 ;
с –1 ;
;
;
;
;
.
; ;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Подставляя найденные параметры в соответствующие формулы находим:
= 1,2·10 –4 м = 0,12 мм;
Av = 0,12 + 0,0082 = 0,128 мм < Aadm = 0,19 мм.
Перед строительством дома важно грамотно запроектировать его несущие конструкции. Расчет нагрузки на фундамент позволит обеспечить надежность опор под здание. Его проводят перед подбором фундамента после определения характеристик грунта.
Какие воздействия испытывает фундамент и их определение
Самый главный документ при определении веса конструкций дома — СП «Нагрузки и воздействия». Именно он регламентирует, какие нагрузки приходятся на фундамент и как их определить. По этому документу можно разделить нагрузки на следующие типы:
Временные в свою очередь делятся на длительные и кратковременные. К постоянным относят те, которые не исчезают при эксплуатации дома (вес стен, перегородок, перекрытий, кровли, фундамента). Временные длительные — это масса мебели и оборудования, кратковременные — снег и ветер.
Постоянные нагрузки
Чтобы рассчитать постоянные нагрузки, потребуется знать:
- размеры элементов дома;
- материал, из которого они изготовлены;
- коэффициенты надежности по нагрузке.
Совет! Для начала рекомендуется нарисовать схему дома, на которой будут нанесены габариты здания, размеры его конструкций. Далее можно воспользоваться таблицей, в которой приведены массы для основных материалов и конструкций.
| Тип конструкции | Масса |
| Стены | |
| Из керамического и силикатного полнотелого кирпича толщиной 380 мм (1,5 кирпича) | 684 кг/м 2 |
| То же толщиной 510 мм (2 кирпича) | 918 кг/м 2 |
| То же толщиной 640 мм (2,5 кирпича) | 1152 кг/м 2 |
| То же толщиной 770 мм (3 кирпича) | 1386 кг/м 2 |
| Из керамического пустотелого кирпича толщиной 380 мм | 532 кг/м 2 |
| То же 510 мм | 714 кг/м 2 |
| То же 640 мм | 896 кг/м 2 |
| То же 770 мм | 1078 кг/м 2 |
| Из силикатного пустотелого кирпича толщиной 380 мм | 608 кг/м 2 |
| То же 510 мм | 816 кг/м 2 |
| То же 640 мм | 1024 кг/м 2 |
| То же 770 мм | 1232 кг/м 2 |
| Из бруса (сосна) толщиной 200 мм | 104 кг/м 2 |
| То же толщиной 300 мм | 156 кг/м 2 |
| Каркасные с утеплением толщиной 150 мм | 50 кг/м 2 |
| Перегородки и внутренние стены | |
| Из керамического и силикатного кирпича (полнотелого) толщиной 120 мм | 216 кг/м 2 |
| То же толщиной 250 мм | 450 кг/м 2 |
| Из керамического кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм) | 168 (350) кг/м 2 |
| Из силикатного кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм) | 192 (400) кг/м 2 |
| Из гипсокартона 80 мм без утеплителя | 28 кг/м 2 |
| Из гипсокартона 80 мм с утеплителем | 34 кг/м 2 |
| Перекрытия | |
| Железобетонные сплошные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой 30 мм | 625 кг/м 2 |
| Железобетонные из пустотных плит 220 мм со стяжкой 30 мм | 430 кг/м 2 |
| Деревянное по балкам высотой 200 мм с условием укладки утеплителя плотностью не более 100 кг/м 3 (при меньших значениях обеспечивается запас по прочности, поскольку самостоятельные расчеты не имеют высокой точности) с укладкой в качестве напольного покрытия паркета, ламината, линолеума или ковролина | 160 кг/м 2 |
| Кровля | |
| С покрытием из керамической черепицы | 120 кг/м 2 |
| Из битумной черепицы | 70 кг/м 2 |
| Из металлической черепицы | 60 кг/м 2 |
Также потребуется рассчитать собственную массу фундамента дома. Перед этим нужно определиться с глубиной его заложения. Она зависит от следующих факторов:
- глубина промерзания почвы;
- уровень расположения грунтовых вод;
- наличие подвала.
При залегании на участке крупнообломочных и песчаных грунтов (средний, крупный) можно не углублять подошву дома на величину промерзания. Для глин, суглинков, супесей и других неустойчивых оснований, необходима закладка на глубину промерзания грунта в зимний период. Определить ее можно по формуле в СП «Основания и фундаменты» или по картам в СНиП «Строительная климатология» (этот документ сейчас отменен, но в частном строительстве может быть использован в ознакомительных целях).
При определении залегания подошвы фундамента дома важно контролировать, чтобы она располагалась на расстоянии не менее 50 см от уровня грунтовых вод. Если в здании предусмотрен подвал, то отметка основания принимается на 30-50 см ниже отметки пола помещения.
Определившись с глубиной промерзания, потребуется подобрать ширину фундамента. Для ленточного и столбчатого ее принимают в зависимости от толщины стены здания и нагрузки. Для плитного назначают так, чтобы опорная часть выходила за пределы наружных стен на 10 см. Для свай сечение назначается расчетом, а ростверк подбирается в зависимости от нагрузки и толщины стен. Можно воспользоваться рекомендациями по определению из таблицы ниже.
| Тип фундамента | Способ определения массы |
| Ленточный железобетонный | Умножают ширину ленты на ее высоту и протяженность. Полученный объем нужно перемножить на плотность железобетона — 2500 кг/м 3 . Рекомендуем: Расчет ленточного фундамента. |
| Плитный железобетонный | Умножают ширину и длину здания (к каждому размеру прибавляют по 20 см на выступы на границы наружных стен), далее выполняют умножение на толщину и плотность железобетона. Рекомендуем: Расчет плитного фундамента по нагрузке. |
| Столбчатый железобетонный | Площадь сечения умножают на высоту и плотность железобетона. Полученное значение нужно помножить на количество опор. При этом вычисляют массу ростверка. Если у элементов фундамента имеется уширение, его также необходимо учесть в расчетах объема. Рекомендуем: Расчет столбчатого фундамента. |
| Свайный буронабивной | То же, что и в предыдущем пункте, но нужно учесть массу ростверка. Если ростверк изготавливается из железобетона, то его объем перемножают на 2500 кг/м 3 , если из древесины (сосны), то на 520 кг/м 3 . При изготовлении ростверка из металлопроката потребуется ознакомиться с сортаментом или паспортом на изделия, в которых указывается масса одного погонного метра. Рекомендуем: Расчет буронабивных свай. |
| Свайный винтовой | Для каждой сваи изготовитель указывает массу. Нужно умножить на количество элементов и прибавить массу ростверка (см. предыдущий пункт). Рекомендуем: Расчет винтовых свай. |
На этом расчет нагрузки на фундамент не заканчивается. Для каждой конструкции в массе нужно учесть коэффициент надежности по нагрузке. Его значение для различных материалов приведено в СП «Нагрузки и воздействия». Для металла он будет равен 1,05, для дерева — 1,1, для железобетона и армокаменных конструкций заводского производства — 1,2, для железобетона, который изготавливается непосредственно на стройплощадке — 1,3.
Временные нагрузки
Проще всего здесь разобраться с полезной. Для жилых зданий она равняется 150 кг/м2 (определяется исходя из площади перекрытия). Коэффициент надежности в этом случае будет равен 1,2.
Снеговая зависит от района строительства. Чтобы определить снеговой район потребуется СП «Строительная климатология». Далее по номеру района находят величину нагрузки в СП «Нагрузки и воздействия». Коэффициент надежности равен 1,4. Если уклон кровли более 60 градусов, то снеговую нагрузку не учитывают.
Определение значения для расчета
При расчете фундамента дома потребуется не общая его масса, а та нагрузка, которая приходится на определенный участок. Действия здесь зависят от типа опорной конструкции здания.
| Тип фундамента | Действия при расчете |
| Ленточный | Для расчета ленточного фундамента по несущей способности нужна нагрузка на погонный метр, исходя из нее рассчитывается площадь подошвы для нормальной передачи массы дома на основание, исходя из несущей способности грунта (точное значение несущей способности грунта можно узнать только с помощью геологических изысканий). Полученную в сборе нагрузок массу нужно разделить на длину ленты. При этом учитываются и фундаменты под внутренние несущие стены. Это самый простой способ. Для более подробного вычисления потребуется воспользоваться методом грузовых площадей. Для этого определяют площадь, с которой передается нагрузка на определенный участок. Это трудоемкий вариант, поэтому при строительстве частного дома можно воспользоваться первым, более простым, способом. |
| Плитный | Потребуется найти массу, приходящуюся на каждый квадратный метр плиты. Найденную нагрузку делят на площадь фундамента. |
| Столбчатый и свайный | Обычно в частном домостроении заранее задают сечение свай и потом подбирают их количество. Чтобы рассчитать расстояние между опорами с учетом выбранного сечения и несущей способности грунта, нужно найти нагрузку, как в случае с ленточным фундаментом. Делят массу дома на длину несущих стен, под которые будут установлены сваи. Если шаг фундаментов получится слишком большим или маленьким, то сечение опор меняют и выполняют расчет заново. |
Пример выполнения вычислений
Удобнее всего сбор нагрузок на фундамент дома делать в табличной форме. Пример рассмотрен для следующих исходных данных:
- дом двухэтажный, высота этажа 3 м с размерами в плане 6 на 6 метров;
- фундамент ленточный железобетонный монолитный шириной 600 мм и высотой 2000 мм;
- стены из кирпича полнотелого толщиной 510 мм;
- перекрытия монолитные железобетонные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой толщиной 30 мм;
- кровля вальмовая (4 ската, значит, наружные стены по всем сторонам дома будут одинаковой высоты) с покрытием из металлической черепицы с уклоном 45 градусов;
- одна внутренняя стена посередине дома из кирпича толщиной 250 мм;
- общая длина гипсокартонных перегородок без утепления толщиной 80 мм 10 метров.
- снеговой район строительства ll, нагрузка 120 кг/м2 кровли.
Далее рассмотрен пример расчета в табличной форме.
0,6 м * 2 м * (6 м * 4 + 6 м) = 36 м 3 — объем фундамента
6 м * 4 шт = 24 м — протяженность стен
24 м * 3 м = 72 м 2 -площадь в пределах одного этажа
6 м * 2 шт * 3 м = 36 м 2 площадь стен на протяжении двух этажей
6 м * 6 м = 36 м 2 — площадь перекрытий
36 м 2 *625 кг/м 2 = 22500 кг = 22, 5 тонн — масса одного перекрытия
10 м * 2,7 м (здесь берется не высота этажа, а высота помещения) = 27 м 2 — площадь
(6 м * 6 м)/cos 45ᵒ (угла наклона кровли) = (6 * 6)/0,7 = 51,5 м 2 — площадь кровли
Чтобы понять пример, эту таблицу нужно смотреть совместно с той, в которой приведены массы конструкций.
Далее необходимо сложить все полученные значения. Итого нагрузка для данного примера на фундамент с учетом собственного веса составляет 409,7 тонн. Чтобы найти нагрузку на один погонный метр ленты, необходимо разделить полученное значение на протяженность фундамента (посчитано в первой строке таблицы в скобках): 409,7 тонн /30 м = 13,66 т/м.п. Это значение берут для расчета.
При нахождении массы дома важно выполнять действия внимательно. Лучше всего уделить этому этапу проектирования достаточное количество времени. Если совершить ошибку в этой части расчетов, потом возможно придется переделывать весь расчет по несущей способности, а это дополнительные затраты времени и сил. По завершении сбора нагрузок рекомендуется перепроверить его, для исключения опечаток и неточностей.
Читайте также: