Расчет фундамента под оборудование
Обновлено: 13.05.2024
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.
*Учитывают степень динамичности машин с помощью коэффициента «α», изменяющегося от 0,3 до 1. Чем выше степень динамичности, тем меньше значение коэффициента «α» (приложение В).
1. Фундамент не должен давать значительной осадки, что достигается, если фактическое давление на грунт Р, кПа, основания системы «аппарат + фундамент» будет меньше нормативного
| Р = (Gм + Gф)/(α F) ≤ Rн , | (45) |
где Gм – вес фундамента:
V – объем фундамента, м 3
Н – общая высота фундамента, м
| Н = Н1 + Н2 | (48) |
Н = 100 + 500 = 600 мм = 0,6 м
F – площадь фундамента, м 2
| F = (А + 2∆) (В + 2∆) | (49) |
∆ - припуск на каждую сторону, ∆ = 0,1 м
F = (1880 + 2∙0,1)(1300 + 2∙0,1) = 6,36 м 2
V = 6,36∙0,6 = 3,8м 3
Р = (14,7 + 76)/0,5∙6,36 = 28,5 кН
2. Определяем возможное отклонение оси аппарата от оси фундамента – эксцентриситеты е и е1, которые не должны превышать 5% от соответствующей стороны фундамента
Из пропорций находим предельные эксцентриситеты е и е1, мм
е = 2080∙5/100 = 104мм
е1 = 1500∙5/100 = 75 мм
Расчет приспособлений для монтажа оборудования.
Расчет строп.
Стропы из стальных канатов применяются для соединения монтажных полиспастов с подъемно-транспортными средствами, якорями и строительными конструкциями, а также для строповки поднимаемого или перемещаемого оборудования и конструкций с подъемно-транспортными механизмами.
Для строповки тяжеловесного оборудования преимущественно используются инвентарные витые стропы, выполняемые в виде замкнутой петли, путем последовательной параллельной укладки перевитых между собой витков каната вокруг начального центрального витка. Эти стропы имеют ряд преимуществ: равномерность распределения нагрузки на все ветви, сокращение расхода каната, меньшая трудоемкость строповки. Технические данные рекомендуемых типов канатов приведены в приложении Г (таблица 1).
Канатные стропы рассчитываются в следующем порядке (рисунок 10).
1. Определяем натяжение в одной ветви стропа, кН:
где P – расчетное усилие, приложенное к стропу, без учета коэффициентов перегрузки и динамичности, кН;
m – общее количество ветвей стропа;
- угол между направлением действия расчетного усилия и ветвью стропа, которым задаемся исходя из поперечных размеров поднимаемого оборудования и способа строповки (этот угол рекомендуется назначать не более 45⁰, имея ввиду, что с его увеличением усилие в ветви стропа резко возрастает).
2. Находим разрывное усилие в ветви стропа, кН:
где kз- коэффициент запаса прочности для стропа, в зависимости от типа стропа (приложении Г(таблица 2)).
3. По расчетному разрывному усилию, пользуясь таблицей 1.приложения Г, подбираем наиболее гибкий стальной канат и определяем его технические данные: тип и конструкцию, временное сопротивление разрыву, разрывное усилие и диаметр.
Рисунок 10. Расчетная схема.
Пример расчета.
Рассчитать стальной канат для стропа, применяемого при подъеме при подъеме горизонтального цилиндрического теплообменного аппарата массой Go=15000кг.
1. Определить натяжение одной ветви стропа, задаваясь общим количеством ветвей m = 4 и углом наклона их =45⁰ к направлению действия расчетного усилия P.
2. Находим разрывное усилие в ветви стропа.
временное сопротивление разрыву, МПа…………………..1960
масса 1000м каната, кг………………………………………. 2130
Расчет траверс.
В практике монтажа оборудования применяются траверсы двух видов – работающие на изгиб и на сжатие. Первые конструктивно более тяжелые, но обладают значительно меньшими высотными габаритами, что имеет существенное значение при подъеме оборудования в помещениях с ограниченной высотой, а также при недостаточных высотах подъема крюка грузоподъемного механизма.
Расчет траверс, работающих на изгиб.
1. Подсчитываем нагрузку, действующую на траверсу, кН
где GO – масса поднимаемого груза, кг,
kП – коэффициент перегрузки, kП=1,1
kД – коэффициент динамичности, kД=1,1
2. Определяем изгибающий момент в траверсе,
где а – длина плеча траверсы, см.
3. Вычисляем требуемый момент сопротивления поперечного сечения траверсы, см 3 .
где m и R выбирают по приложению Г (таблицы 3 и 4).
Рисунок 11. Расчетная схема траверсы, работающей на изгиб.
4. Выбираем для траверсы сплошного сечения одиночный швеллер, двутавр или сплошную трубу, и по приложению Г (таблицы 5, 6, 7) определяем момент сопротивления WX, ближайший больший к WТР. В случае невозможности изготовления траверсы большого сечения при больших значениях WТР балки траверсы изготавливаются либо сквозного сечения из парных швеллеров или двутавров, а также из труб, усиленных элементами жесткости, либо, наконец, решетчатой конструкции.
Пример расчета.
Подобрать и рассчитать сечение балки траверсы, работающей на изгиб, для подъема ротора турбины массой GO =24тонны с расстоянием между стальными подвесками l = 4м (рисунок 11).
1. Подсчитываем нагрузку, действующую на траверсу:
2. Определяем изгибающий момент в траверсе:
3. Вычисляем требуемый момент сопротивления поперечного сечения траверсы:
4. Выбираем по табличным данным конструкцию балки траверсы сквозного сечения, состоящую из двух двутавров, соединенных стальными мостиками на сварке.
5. Подбираем по таблице ГОСТ (приложение Г таблица 5) два двутавра №40 с =953 см 3 , определяем момент сопротивления сечения траверсы в целом:
что удовлетворяет условию прочности расчетного сечения траверсы.
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.014)
ФУНДАМЕНТЫ МАШИН С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
Foundations for machines with dynamic loads
Дата введения 2013-01-01
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова (НИИОСП) ОАО "НИЦ "Строительство"
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 27 декабря 2011 г. N 609 и введен в действие с 1 января 2013 г.
Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет
ВНЕСЕНА опечатка (сайт ФАУ "ФЦС" по состоянию на 24.10.2014)
Опечатка внесена изготовителем базы данных
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных
Введение
Актуализация настоящих норм проведена НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы: д-р техн. наук, проф. В.П.Петрухин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, д-р техн. наук, проф. В.И.Шейнин; исполнители: д-р техн. наук, проф. Л.Р.Ставницер, кандидаты техн. наук М.Л.Холмянский, В.С.Поляков). В работе использованы предложения А.Е.Бабского, Е.Г.Бабского, И.Н.Масько (СПбАЭП), А.И.Сердобольского (Главгосэкспертиза России), О.М.Финагенова, Б.В.Цейтлина (ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева) и других специалистов.
Изменения N 1 к СП 26.13330.2012 разработано авторским коллективом: руководители темы канд. техн. наук И.В.Колыбин, д-р техн. наук, проф. В.И.Шейнин; исполнитель канд. техн. наук М.Л.Холмянский (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова).
1 Область применения
1.1 Настоящие нормы распространяются на проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками, в том числе фундаментов: машин с вращающимися частями (включая турбомашины мощностью до 100 МВт), 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.
Примечание - Далее наряду с термином "фундаменты машин с динамическими нагрузками" используются термины "фундаменты машин" и "фундаменты".
1.2 Настоящие нормы не распространяются на проектирование фундаментов машин 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.
2 Нормативные ссылки
В настоящих нормах приведены ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ Р 56353-2015 Грунты. Методы лабораторного определения динамических свойств дисперсных грунтов
ГОСТ 12.1.012-2004 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования
ГОСТ 263-75 Резина. Метод определения твердости по Шору А
ГОСТ 2695-83* Пиломатериалы лиственных пород. Технические условия
ГОСТ 8486-86* Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия
СП 16.13330.2011 "СНиП II-23-81* Стальные конструкции"
СП 20.13330.2011 "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия"
СП 22.13330.2011 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"
СП 24.13330.2011 "СНиП 2.02.03-85* Свайные фундаменты"
СП 25.13330.2012 "СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах"
СП 28.13330.2012 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии"
СП 43.13330.2012 "СНиП 2.09.03-85 Сооружения промышленных предприятий"
СП 47.13330.2012 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"
СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения"
3 Термины и определения
Термины и определения приведены в приложении А.
4 Общие положения
4.1 Настоящий свод правил основан на приведенных ниже допущениях и предусматривает, что:
исходные данные для проектирования должны собираться в необходимом объеме, регистрироваться и интерпретироваться специалистами, обладающими соответствующей квалификацией и опытом;
проектирование должно выполняться специалистами, имеющими соответствующие квалификацию и опыт;
должны быть обеспечены координация и связь между специалистами по инженерным изысканиям, проектированию, строительству и машиностроению;
должен быть обеспечен соответствующий контроль качества при производстве строительных изделий и выполнении работ на строительной площадке;
строительные работы, установка и наладка оборудования должны выполняться квалифицированным и опытным персоналом, способным обеспечить требования стандартов и технических условий;
используемые материалы и изделия должны удовлетворять требованиям проекта и технических условий;
техническое обслуживание фундаментов машин с динамическими нагрузками и связанных с ними инженерных систем и машин должно обеспечивать их безопасность и рабочее состояние на весь срок эксплуатации;
фундаменты машин с динамическими нагрузками должны использоваться по их назначению в соответствии с проектом.
4.2 Фундаменты машин с динамическими нагрузками должны проектироваться на основе и с учетом:
а) результатов инженерных изысканий для строительства;
б) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности машин с динамическими нагрузками, а также условия их эксплуатации;
в) нагрузок, действующих на фундаменты машин;
г) окружающей застройки и влияния на нее вновь строящихся и реконструируемых фундаментов машин;
д) экологических и санитарно-эпидемиологических требований.
4.3 При проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие надежность, долговечность и экономичность на всех стадиях строительства и эксплуатации этих фундаментов. Необходимо проводить технико-экономическое сравнение возможных вариантов проектных решений для выбора наиболее экономичного и надежного проектного решения, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов и других конструкций.
При разработке проектов производства работ и организации строительства должны выполняться требования по обеспечению надежности конструкций на всех стадиях их возведения.
4.4 Работы по проектированию следует вести в соответствии с техническим заданием на проектирование и необходимыми исходными данными (см. 4.2 и подраздел 5.1).
4.5 При проектировании следует учитывать уровень ответственности зданий и сооружений.
4.6 Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с СП 47.13330, [1], [2], [3], стандартами и другими нормативными документами по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства, а также требованиями 4.7 и подраздела 5.1.
Наименование грунтов оснований в отчетной документации по результатам инженерных изысканий и в проектной документации следует принимать по ГОСТ 25100.
4.7 Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для выбора конструктивных решений фундаментов машин с динамическими нагрузками и проведения их расчетов по предельным состояниям с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических условий площадки строительства и свойств грунтов, а также вида и объема инженерных мероприятий, необходимых для ее освоения.
Проектирование без соответствующих результатов инженерных изысканий или при их недостаточности не допускается.
Примечание - В необходимых случаях инженерные изыскания следует предусматривать не только для вновь строящихся или реконструируемых фундаментов машин, но и для окружающей застройки, попадающей в зону их влияния.
4.8 При возведении нового объекта или реконструкции существующего необходимо выполнять прогноз распространения колебаний в грунте от фундаментов машин с целью предотвращения недопустимых колебаний зданий и сооружений.
4.9 При планировании и проведении геотехнического мониторинга вновь возводимых или реконструируемых фундаментов машин необходимо учитывать особенности мониторинга фундаментов машин.
Программа мониторинга фундаментов машин должна включать измерение колебаний машин и их фундаментов, а в необходимых случаях - грунта и окружающих зданий и сооружений. Измерения должны обеспечивать возможность проверки всех требований задания на проектирование к колебаниям, включая требования стандартов безопасности труда в части допустимых уровней вибраций и требования к обеспечению нормальной работы машин, оборудования и приборов, расположенных на фундаменте или вблизи него, конструкций и оснований зданий и сооружений. В программе измерения колебаний необходимо указывать:
периодичность измерений (однократно, после текущего ремонта машины с динамическими нагрузками и т.д.);
контролируемые параметры колебаний фундаментов машин, грунта и окружающих зданий и сооружений и их расчетные значения;
требуемая точность и применяемая методика измерений;
схемы установки датчиков.
При обнаружении нарушения требований по ограничению колебаний должно быть проведено детальное обследование с выявлением причин и разработкой рекомендаций по ремонту машин с динамическими нагрузками, усилению их фундаментов или разработкой других мероприятий. При необходимости следует предусматривать обследование колебаний при их искусственном возбуждении.
4.10 При научно-техническом сопровождении строительства объектов, где запроектированы фундаменты машин с динамическими нагрузками, необходимо включать в состав работ по научно-техническому сопровождению раздел "Фундаменты машин с динамическими нагрузками".
4.11 При геотехнической экспертизе для объектов, где проектируются фундаменты машин с динамическими нагрузками, необходимо предусматривать соответствующий анализ программы и результатов инженерных изысканий, проектной документации на вновь возводимые (реконструируемые) фундаменты машин с динамическими нагрузками.
Еще одна публикация из учебника А.М. Гаврилина, В.И. Сотникова, А.Г. Схиртладзе и Г.А. Харламова «Металлорежущие станки» с полезной информацией о станках с ЧПУ. Сегодня разберем особенности в устройстве оснований и фундаментов для установки станочного оборудования.
Устройство оснований и фундаментов для установки станочного оборудования
Для защиты от внешних вибраций станки следует устанавливать на фундаменты или на специальные виброизоляторы.
Документы, высылаемые заводом-изготовителем вместе со станком, в большинстве случаев содержат указания по устройству фундаментов и их виброизоляции. Виброизоляция станков может быть также обеспечена установкой их на виброопоры или на резиновые прокладки без устройства фундамента.
При выборе типа основания для любого станка должны быть учтены следующие основные факторы: класс точности станка, жесткость конструкции, масса станка, характер нагрузок при работе.
Станки класса точности С устанавливаются на массивные бетонные фундаменты, вывешенные на пружинах с демпферами или резиновых ковриках (рис 17.1 д, е) и боковой виброизоляцией (пробковая крошка, шлак, шлаковата, отходы кожевенно-обувной промышленности) .
Станки класса точности А устанавливают на бетонных фундаментах с боковой виброизоляцией из тех же материалов, которые используются для фундаментов станков класса точности С.
Рис. 17.1. Фундаменты под металлорежущие станки:
а — общая плита цеха; б — ленточный; в — обычного типа; г — свайный; д — на резиновых ковриках; е — на пружинах
Станки класса точности В, имеющие нежесткие станины, а также крупные и тяжелые станки независимо от жесткости станин устанавливаются на бетонные фундаменты с боковой виброизоляцией, аналогично станкам класса точности А.
Станки класса точности П, имеющие нежесткие станины, и крупные и тяжелые станки независимо от жесткости станин устанавливаются на бетонные фундаменты без боковой виброизоляции. На такие же фундаменты устанавливают крупные и тяжелые станки класса точности Н (рис. 17.1, в, г).
Станки классов точности В, П и Н легкой и средней массы, не имеющие резко реверсирующих узлов, устанавливают на виброопоры (рис. 17.2, д). Такие же станки с быстро реверсирующими узлами устанавливают на жесткие (клиновые) опоры (рис. 17.2, в, рис. 17.3)
Рис. 17.2. Способы установки станка на фундамент:
а — с подливкой опорной поверхности станины цементным раствором и креплением фундаментными болтами; б — с подливкой без крепления болтами; в, г — на регулируемых жестких опорах; д — на упругих опораx
Рис. 17.3. Опорные башмаки:
а — для установки станка без закрепления фундаментными болтами; б — для установки станка с закреплением фундаментными болтами
При устройстве фундамента из бетона станок можно монтировать через семь дней после укладки бетона, а пуск станка разрешается на 22-й день.
От разрушения маслами фундамент железнят цементным раствором с жидким стеклом.
Фундамент должен обеспечить:
- распределение на грунт сосредоточенной силы веса станка;
- увеличение жесткости станины станка;
- необходимую устойчивость станка при работе за счет понижения центра тяжести;
- увеличение суммарной массы станка и фундамента, что приводит к уменьшению амплитуды вибраций;
- защиту станка от вибраций рядом стоящего оборудования. Фундаменты должны быть компактными, сравнительно небольших размеров и простой формы в очертаниях, удобными для размещения и закрепления станка.
Нужно стремиться к тому, чтобы общий центр тяжести станка и фундамента находились на одной вертикали и располагались в центре площади основания фундамента. Допустимое смещение центров тяжести не должно превышать 3. 5 % от ширины фундамента в зависимости от типа грунта.
Высота фундамента делается как можно меньше, но ширину желательно увеличить (уменьшается опрокидывающий момент). Обязательны боковые зазоры. Подошву всего фундамента желательно расположить на одной глубине. Для влажных грунтов делается подготовка из щебня, крупного гравия.
Площадь подошвы фундамента:
где Q — нагрузка на грунт (вес станка, фундамента, детали); R — допустимое давление на грунт.
Допустимое давление на грунт определяют по формуле
где α — коэффициент, учитывающий характер динамических нагрузок, возникающих при работе технологического оборудования (формовочные машины — α = 0,3 . 0,5 ; молоты — α = 0,4; металлорежущие станки — α = 0,8. 1,0); RH — нормативное удельное давление для грунта (супеси — R н = 2. 3 кг/см 2 , суглинки — RH = 1. 3 кг/см 2 , глина — RH = 1 . 6 кг/см 2 , песок — R Н = 1,5. 3,5 кг/см 2 ).
Вес фундамента Q Ф определяют исходя из веса станка:
где КФ — коэффициент, учитывающий вид нагрузки технологического оборудования (при статической нагрузке — К Ф = 0,6. 1,5, при значительной динамической нагрузке — К Ф = 2. 3); Q СТ — вес станка.
Высота фундамента берется из расчета веса фундамента и площади его основания или с учетом длины заделки фундаментных болтов (рис. 17.4).
Рис. 17.4. Фундаментные болты:
а, б— изогнутые; в — с анкерной плитой
Материалы для фундаментов: бетон, железобетон (реже бутобетон и кирпич) из портландцемента марок 200. 500 (схватывание бетона от 45 мин до 12 ч).
Ориентировочно глубина фундамента h принимается в зависимости от длины фундамента L :
- для токарных, горизонтально-протяжных станков
- зубообрабатывающих, карусельных, расточных станков
- шлифовальных станков
- продольно-фрезерных и строгальных станков
- поперечно-строгальных, радиально-сверлильных, вертикальнопротяжных и долбежных станков h = 1,0. 2,0 L.
Расстояние от края колодца для анкеров до края фундамента не менее 120 мм, от дна колодца до дна фундамента минимум 100. 150 мм.
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
Читайте также: