Расчет фундамента под башенный кран на опрокидывание

Обновлено: 09.05.2024

Предварительный расчет грузовой устойчивости крана (силы ветра и инерции не учитываются):

где - коэффициент грузовой устойчивости; - момент удерживающих сил относительно ребра опрокидывания (т. А на рис. 4), кН×м; - опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания, кН×м; - масса крана, т; - номинальная грузоподъемность, т; с – расстояние от оси вращения крана до центра тяжести крана (горизонтальная координата), определенный по формуле (1), м; В – база крана, м.

Уточненный расчет грузовой устойчивости проведём для расчетного случая, когда:

I. Стрела крана расположена перпендикулярно (в плане) к ребру опрокидывания, наклон и ветер в сторону груза.

Коэффициент грузовой устойчивости крана:

где - момент удерживающих сил с учетом уклона пути относительно ребра опрокидывания (т. А на рисунке 8), кН×м:

для положения I (вдоль и поперек пути, так как база равна колее по заданию):

где i=0,035 – уклон пути для башенного крана при расчете на устойчивость; - расстояние от уровня рельсового пути (или от уровня земли) до центра тяжести крана, определенный по формуле (2), м.

= - рассчитан по формуле (3) при уклоне пути i=0,035.

- опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания, кН×м:

Рис. 12 – Расчетная схема грузовой устойчивости башенного крана с неповоротной башней и балочной стрелой

для положения I (вдоль и поперек пути)

- опрокидывающий момент от действия центробежных сил груза, кН×м, для всех расчетных положений:

где п_КР – частота вращения крана, об/мин.

- момент сил инерции массы груза и стрелы при повороте крана, кН×м, учитывается только при положении II (под 45°).

- момент сил инерции поднимаемого груза, кН×м:

для положения I (вдоль и поперек пути)

где - скорость подъема груза, м/с; - время пуска механизма подъема груза, с. Примем рекомендуемые 4 с.

М₄ – момент сил инерции массы груза при разгоне механизма передвижения, кН×м:

для положения I (поперек пути)

для положения I (вдоль пути) и для положения II (под 45°)

где - скорость передвижения крана, м/с; - время пуска механизма передвижения крана, с.

М₅ – момент сил инерции массы крана при разгоне механизма передвижения крана, кН×м:

для положения I (поперек пути)

для положения I (вдоль пути) и для положения II (под 45°)

М₆ – момент сил инерции массы груза при разгоне механизма передвижения грузовой тележки, кН×м, для всех расчетных положений:

- момент сил ветра, действующих на кран, кН×м, для всех положений:

где - ветровая нагрузка, действующая на кран, определенная по формуле (14), кН×м; r»/2 – расстояние от плоскости опорного контура крана до центра приложения ветровой нагрузки , м.

Как видно учитываются ветровые нагрузки, действующие на стрелу, противовес, противовесную консоль, башню и балласт, которые рассчитываются аналогично.

Ветровая нагрузка, действующая на груз, определяется ниже по формуле (17). Аналогично определяются ветровые нагрузки на элементы металлоконструкций крана с той лишь разницей, что наветренная площадь элемента конструкции вычисляется по габаритным размерам с поправкой на коэффициент сплошности, который для решетчатых конструкций составляет j=0,3, а для сплошных равен j=1,0. Например, cила давления ветра на стрелу составит, кН:

где наветренная площадь стрелы, м 2

Аналогично, cила давления ветра на противовес составит, кН:

где наветренная площадь противовеса, м 2

Сила давления ветра на противовесную консоль составит, кН:

где наветренная площадь противовесной консоли, м 2

Сила давления ветра на башню крана составит, кН:

где наветренная площадь башни, м 2

Сила давления ветра на балласт крана составит, кН:

где наветренная площадь балласта, м 2

Суммарная ветровая нагрузка на кран равна:

Момент сил ветра, действующих на кран равен:

Ветровая нагрузка на груз принимается по формуле, кН

где А – наветренная площадь груза, м 2 , выбирается по таблице 7 в зависимости от Q_H; q=150 Па – динамическое давление ветра для рабочего состояния крана; k – коэффициент, учитывающий увеличение давления ветра с высотой, принимаемый по таблице 8; c – аэродинамический коэффициент, принимаемый равным для металлоконструкций с=0,8…1,2, для груза с=1,2; n – коэффициент перегрузки, принимаемый равным для рабочего состояния 1, для нерабочего состояния 1,1, а при расчете по предельным состояниям – 1.

Определение наветренной площади груза

Масса, т	Площадь, м 2	Масса, т	Площадь, м 2
6,3	8,0	20,0	16,0
8,0	9,0	32,0	20,0
10,0	10,0	40,0	22,0
16,0	14,0	50,0	25,0

Зависимость коэффициента k от высоты расположения элемента над уровнем земли

Высота, м	До 10	10…20	20…40	40…60	60…100	100…200	350 и выше
k	1,0	1,25	1,55	1,75	2,1	2,6	3,1

- момент сил ветра, действующих на груз, кН×м, для всех положений:

Таким образом, коэффициент грузовой устойчивости крана равен:

Условие устойчивости выполнено.

Рис. 13 – Зависимость коэффициента грузовой устойчивости крана КБ-674A0 от района строительства и уклона пути.

Башня высотой 40м, опирается на четыре точки, под которыми исполняется единая ж/б плита. Не нашел в литературе такого примера. Знаю как рассчитать на опракидовыние фундамент на три отдельных башмака, тогда можно принять что отрывается только один, и обеспечить чтобы вес вышерасположенного грунта и бетона башмака был бы больше отрывающей силы. А как быть с плитой не знаю. Прошу помочь

У нас экспертиза рекомендует выдеживать соотношение минимального к максимальному давлению под подошвой плиты 1/4, что автоматически исключает возможность опрокидывания. При этом учитывать неблагоприятные факторы, минимальная вертикальная сила, максимальный уровень грунтовых вод и т.п.

Чтобы рассчитать минимальное давление под подошвой полагаю что надо составить уравнение моментов от веса бетона и грунта с одной стороны и отрывающего момента с другой. Можно ли принять что плечо момента равняется половине длины фундамента (ведь он симметричен)?
Еще есть вопрос. Я видел пример расчета на опрокидывание башни с тремя башмаками. Так так вообще в расчет не брали момент который действует на ногу башни, рассчитывали только взяв в расчет отрывающее усилие N. На сколько это правильно? Ведь Лира мне выдает на каждую ногу M, N, и Q.

Если башня считалась как пространственная конструкция, вы получите как в обычной ферме большие осевые силы и относительно небольшие моменты, при условии жесткой заделки в фундаменте. Если башня сосчитана как консольный стержень, то получите момент (от ветра) и вертикальную силу (от собственного веса) . Чтобы перейти на силы момент поделить на плечо.

Red Nova, я решаю ту же задачу. Тема "правильно ли решает Мономах фундаменты на вырывание". Пока не нашел решения. Считаю как для отдельнорасположенных фундаментов. В принципе в моем случае база башни маленькая и квадратные фундаменты перекрыли друг друга. Но тем не менее вопрос остался. Я думаю, что мой фундамент мог бы бить поменьше.
Я хотел бы его решить с помощью постановки фундамента на односторонние связи, но не знаю как назначить их жесткость именя коэфициент С1. Если кто подскажет, буду очень признателен. И вообще, стоит ли это делать, ведь здесь нелинейщиной попахивает.
Насчет того, что можно составить уравнение моментов (пост 3) то как раз так и делать, то как раз я так и хочу сделать, но политу поставить на односторонние связи, коих жесткость не знаю как назначить.
А вообще, если фундамент прямоугольный, то (имхо, как результат моих наблюдений) можно посчитать Мономахом, только тамм столб будет посередине, но это не беда.

Нужна пока экспертная оценка размеров фундамента.
Дано: достаточно высокая и массивная рекламная конструкция (вес около 10 тонн, опрокидывающий момент от ветра около 50 т*м). Про грунт точных данных нет, но на глубине 3-5 м не самая прочная пластичная глина, выше песок.
Каких размеров фундамент нужен, чтобы не упало? Как вообще считать? Будь скала, было бы всё предельно ясно - при опрокидывании будет вращение вокруг угла фундамента. Но на грунте я не знаю, где будет ось вращения и даже не знаю, как её определить Разве что довериться программам.

Всем спасибо. Ситуация немного прояснилась. Получается при весе в 10 тонн и моменте 50 тм, у меня эксцентриситет получается 5 метров. И даже в самом мягком случае с допущением отрыва в 1/4, фундамент нужен не менее 20х20. А если без отрыва, то 30х30.
Хотя нет. Нужно же добавить ещё собственный вес фундамента. Например, хочу 10х10. тогда сам фундамент должен весить не менее 10 тонн. Ну, это нормально, он при толщине 0,5 метра весит более 100 тонн. А если возьму 5х5, то масса нужна 40 тонн, что достигается толщиной в 1 метр.

Если есть глина и большие моменты - напрашивается свайный фундамент.
Второе - я чёт думаю, должно как-то учитываться, что подобные опрокидывающие усилия будут возникать очень и очень эпизодично. Смысл идеи на правах ИМХО - мегаусилие от ветра будет может несколько секунд раз в год/несколько лет, поэтому грунты могут и не успеть осесть от подобной нагрузки. Думаю, это должно учитываться как какой-нибудь повышающий коэффициент для грунтов или понижающий - для нагрузок, учитывающий кратковременность нагрузки.
P.S. Либо чисто конструктивно, если ветер, высокая конструкция и большая парусность - решать растяжками и якорными фундаментами.

Была мысль, но свайные подрядчик не хочет. У него оборудования нет. Говорит, лучше зальёт бетона побольше.

Тогда можно решать не массой, а формой, например, крестообразный фундамент или "звезда" - развить опорное плечо. Выкатишь ему фундамент 20х20 - даже его "бетона побольше" может дрогнуть. Ну и на предмет вантовых оттяжек пробить Заказчика.

На улице, продуваемой напрямую с Амура, стоял перед выборами уверенный в себе кандидат. Ну, до первого ветра стоял:

Что характерно, ни одна сволочь не помогла кандидату подняться. Можно оценить размеры фундамента, III ветровой, тип местности A, ветер был далеко не ураганный.

Настоящий рук оводящий документ (РД) распространяется на краны стреловые самоходные общего назначения по ГОСТ 22827-85.

РД, наряду с Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов Госгортехнадзора СССР, устанавливает нормы проверочного расчета кранов на устойчивость против опрокидывания с целью определения возможности в дальнейшем уточнения этих Правил.

РД разработаны на основании и в развитие ГОСТ 13994-81.

РД соответствует: рекомендации СЭВ PC 5526-76 в части определения коэффициента условий работы, классов ответственности и выбора ребра опрокидывания; международным стандартам ИСО 3405-1981 и ИСО 4310-1981 в части определения испытательной нагрузки при статистическом испытании.

1.1. Расчет устойчивости крана должен проводиться для следующих условий:

при действии испытательной нагрузки;

при действии груза (грузовая устойчивость);

при отсутствии груза (собственная устойчивость);

при внезапном снятии груза.

1.1.1. На собственную устойчивость в нерабочем состоянии не рассчитываются краны, у которых стрела в этом состоянии согласно «Инструкции по эксплуатации» (ИЭ) устанавливается в транспортное положение.

1.1.2. На устойчивость при внезапном снятии груза не рассчитываются краны, у которых грузозахватный орган это не допускает.

1.2. Исходные данные для расчета должны соответствовать указанным в конструкторской и эксплуатационной документации.

1.3. В расчетах должны быть учтены нормативные и случайные составляющие нагрузок, определяемые в соответствии с указаниями настоящего РД, в сочетаниях, установленных в табл. 1.

В сочетаниях 2 - 8 должны учитываться нагрузки от расчетного наклона основания крана, совпадающего с направлением ветра и определяемого как сумма предельного угла наклона площадки, на которой устанавливается кран ( i ₁ ) и наименьшего угла наклона крана (i ₂ ) относительно площадки, при котором все опоры, не лежащие на ребре опрокидывания, оказываются разгруженными.

Примечания : 1. К нормативным относятся составляющие нагрузок, предельные значения которых контролируют во время эксплуатации, или при изготовлении, например, путем взвешивания, и определяют только на основании характеристики крана (грузоподъемность, вес крана, ветровой район по ГОСТ 1451-77 и т.п); 2. К случайным относятся составляющие нагрузок, предельные значения которых контролирует крановщик (динамические нагрузки при работе механизмов) или они не поддаются контролю вообще (динамические нагрузки от пульсации ветра).

1.3.1. В расчетах не должны учитываться нагрузки, вызванные неквалифицированным управлением краном.

1.3.2. Значение угла наклона i ₁ должно приниматься по паспорту крана и (или) ИЭ.

1.3.3. Значение угла наклона i ₂ должно определяться расчетом или путем испытания. Для кранов, установленных на выносных опорах, а также для гусеничных кранов разрешается принимать , где B - расстояние, м, между опорами, колея или база гусеничного движителя.

1.4. Направления нормативных составляющих нагрузок (физически осуществимых) в каждом сочетании по табл. 1 должны приниматься наиболее неблагоприятными относительно ребра опрокидывания, при котором кран по устойчивости максимально приближается к предельному состоянию.

1.5.1. Разрешается определять деформации только от действия нормативных составляющих нагрузок.

1.6. Взаимное положение частей крана должно приниматься наиболее неблагоприятным из числа допускаемых ИЭ.

1.6.1. Разрешается определять расчетное, т.е. наиболее неблагоприятное взаимное положение частей крана, используя только нормативные составляющие нагрузок.