Основания фундаментов при действии на них динамических нагрузок
8.35 Основания фундаментов сооружений, подверженных воздействию источников вибрации, и машин с динамическими нагрузками проектируются исходя из характера источников вибрации и специфики работы каждого вида машин и оборудования.
8.36 Техническое задание на проектирование оснований фундаментов сооружений, подверженных воздействию источников вибрации, и машин с динамическими нагрузками должно содержать:
— технические характеристики источников вибрации и колебаний (наименование, тип, мощность, масса, стационарность, скорость движущихся и ударяющихся частей), места их размещения и компоновки (отдельный или общий фундамент);
— данные о величинах, местах приложения и направлениях действия статических и динамических нагрузок, в т. ч. на анкерные болты, а также об их амплитуде, частоте, фазе;
— данные об инженерно-геологических изысканиях;
— требования по защите фундаментов от агрессивных и вредных воздействий.
8.37 Следует различать два типа источников вибрации — подвижный и стационарный, и два типа машин — периодического и непериодического действия.
Машины периодического действия подразделяются на виды:
— с равномерным вращением (электродвигатели, турбогенераторы, дымососы и вентиляторы, центрифуги, роторы и др.);
— с равномерным вращением и возвратно-поступательным движением (с кривошипно-шатунным механизмом, компрессоры, насосы, двигатели внутреннего сгорания, лесопильные рамы и т. д.);
— с возвратно-поступательным движением, завершающимся ударами (вибрационно-ударные, встряхивающие).
Машины непериодического действия делятся на виды:
— с неравномерным вращением или возвратно-поступательным движением (прокатные станы, генераторы разрывных мощностей и др.);
— с возвратно-поступательным движением, завершающимся ударами (молоты, копры и др.);
— передающие на фундамент случайные импульсивные нагрузки (щековые, конусные и молотковые дробилки, а также мельничные барабанные и трубчатые установки).
8.38 Фундаменты сооружений и машин, подверженных действию источников вибрации, следует проектировать простой формы: а) монолитными (железобетонными, бетонными); б) сборно-монолитными; в) сборными (при соответствующем обосновании) — с разделительными швами не менее 100 мм между боковыми гранями фундамента машин и полом сооружения, в котором эти машины установлены, а также между полом и фундаментами несущих конструкций сооружения.
Монолитные фундаменты применяются для любых типов сооружений и машин, а сборно-монолитные и сборные, как правило, под машины периодического действия. Применять их под машины с ударными нагрузками не допускается.
8.39 В качестве фундаментов для машин с динамическими нагрузками используются плитные массивные и рамные конструкции в виде отдельных опор под каждую машину и общие — под несколько машин. Для оснований III категории сложности и стесненных площадок допускается применять свайные фундаменты, как правило, из свай сплошного сечения.
8.40 Основные положения по проектированию фундаментов сооружений и машин, подверженных воздействию источников вибрации, должны удовлетворять разделам 4-7, условиям безопасности труда, санитарным нормам, а также допустимым уровням вибрации для технологических процессов, приборов и оборудования.
Класс бетона по прочности на сжатие для фундаментов, подверженных динамическим воздействиям, должен приниматься не ниже В12,5 для монолитного варианта и не ниже В15 для сборного варианта фундаментов. Армирование фундаментов назначается по расчету.
При действии ударных нагрузок применяется только горячекатанная стержневая арматура в вязаных каркасах.
В местах изменения размеров фундамента в плане и по высоте, по контуру вырезов, а также в местах, ослабленных отверстиями или выемками для колодцев, следует предусматривать конструктивное армирование.
8.41 Размеры и форму верхней части фундамента, подверженного воздействию динамических нагрузок, назначают с учетом размеров опорных частей надземных конструкций и паспортных данных заводов-поставщиков оборудования (габариты опорной плиты, расположение анкерных болтов).
Расстояние от наружной грани фундамента до грани колодца должно быть не менее 50 мм при диаметре анкерного болта dp 24 мм.
СНБ5.01.01-99
8.42 Высоту фундаментов следует назначать минимальной из условия размещения в них технологических выемок и шахт, а также надежной заделки анкерных болтов. Расстояние от нижних концов наиболее глубоко заделанных болтов до подошвы фундамента должно быть не менее 100 мм.
8.43 Расчет оснований фундаментов при воздействии на них динамических нагрузок сводится к определению:
— амплитуд колебаний фундаментов и их отдельных элементов (Aαdm), мм;
— среднего статического давления под подошвой фундамента (Р), кПа, на естественном основании или несущей способности сваи (fdi), кН;
— возможности возникновения дополнительных осадок основания, вызванных действием вибрации.
8.44 Наибольшая амплитуда колебаний верхних граней фундамента (Aαdm), мм, (в т. ч. вертикальных аz и горизонтальных ay, с учетом возможных поворотов относительно главной горизонтальной оси инерции и вертикальной оси) должна удовлетворять условию
где Aαdm — наибольшая амплитуда колебаний фундамента, определяемая расчетом или полученная опытным путем;
— предельно допустимая амплитуда, регламентируемая соответствующими документами, заданием на проектирование, с учетом санитарных и технологических требований.
Величина должна быть не более:
— для машин с вращающимися частями 0,1-0,2 мм;
— для машин с кривошипно-шатунным механизмом 0,1-0,25 мм;
— для кузнечных молотов 1,2 мм (0,8 мм для водонасыщенных песков);
— для дробилок 0,3 мм;
— для мельничных установок 0,1 мм;
— для прессов и подвижного состава 0,25 мм (0,2 мм для грузового состава).
Источник
Фундаменты при динамических воздействиях
Методы расчета фундаментов на динамические воздействия от промышленного и хозяйственного оборудования
begun
Лесоматериалы, столярные изделия. Продажа и покупка в вашем городе.
Большой выбор. Выгодная цена. Европа. Доставка. Гарантия
Какая страна Вам близка?
Туристический психологический тест. Узнайте, какая страна вам ближе.
Источники колебаний. Основными источниками колебаний фундаментов и окружающего грунта являются: работа стационарно установленных машин и механизмов промышленного или хозяйственного оборудования, движение различных видов транспорта, выполнение некоторых строительных работ, взрывные работы, сейсмические воздействия, пульсация ветрового потока и т. п.
Часть источников динамических нагрузок характеризуется ударными воздействиями. Одиночный ударный импульс вызывает свободные колебания системы «фундамент — грунт» в отличие от вынужденных колебаний, создаваемых периодически изменяющейся внешней нагрузкой.
Типы машин. Используемые в качестве промышленного оборудования машины можно разделить на две основные категории: периодического и непериодического действия.
Машины периодического действия разделяют на три типа: с равномерным вращением (турбогенераторы, роторы, электродвигатели н Др.); с равномерным вращением, связанным с возвратно-поступательным движением, передаваемым через кривошипно-шатунные механизмы (двигатели внутреннего сгорания, компрессоры, лесопильные рамы и др.); с возвратно-поступательным движением, связанным со следующими друг за другом ударами (вибрационно-ударные и встряхивающие машины).
Машины непериодического действия подразделяют также на три категории: с неравномерным вращением или возвратно-поступательным движением (штамповочные и ковочные молоты, копровые устройства и др.); передающие на фундамент случайные нагрузки (мельничные установки).
К фундаментам под машины промышленного и хозяйственного оборудования предъявляют следующие требования: удобное размещение и надежное крепление машины; исключение недопустимых деформаций, осадок и вибраций, нарушающих нормальную эксплуатацию оборудования и работу обслуживающего персонала; обеспечение прочности, устойчивости и выносливости элементов фундамента; недопущение передачи значительных колебаний через грунты оснований с целью предотвращения нарушения нормальной эксплуатационной пригодности зданий, в которых размещено оборудование, и соседних зданий и сооружений, выражающейся в чрезмерном проявлении вибраций и неравномерных осадок фундаментов, приводящих в некоторых случаях к разрушению несущих и ограждающих конструкций.
Расчет оснований и фундаментов под машины промышленного и хозяйственного оборудования состоит из следующих этапов.
1. Определение амплитуд колебаний фундаментов и сравнение их с предельно допустимыми цо условию: 2. Проверка среднего давления под подошвой фундамента 3, Расчет прочности элементов конструкции фундамента, выполняемый в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных и других конструкций.
Рис. 14.1. Схемы вынужденных колебаний фундамента: а — вертикальных; б — горизонтальных; в — вращательных основания оценивают с помощью коэффициента равномерного сжатия в горизонтальном направлении
При эксцентричном приложении вертикальной и горизонтальной возмущающей динамической нагрузки помимо поступательных перемещений в вертикальном (z) и горизонтальном (х) направлениях будут происходить и вращательные колебания, характеризуемые Углами поворота относительно горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости колебаний ( Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
Источник
Раздел 9. Фундаменты при динамических воздействиях
9.1. Фундаменты под машины с динамическими нагрузками.
Машины периодического действия делятся на три подгруппы: с равномерным вращением (электродвигатели, моторогенераторы, турбогенераторы, роторы и др.); с равномерным вращением и связанным с ним возвратно – поступательным движением (компрессоры, насосы, двигатели внутреннего сгорания, лесопильные рамы и др.); с возвратно поступательным движением, завершающимся непрерывно следующими один за другим ударами (встряхивающие и вибрационно-ударные машины).
Машины непериодического действия также делятся на три подгруппы: с неравномерным вращением или возвратно-поступательным движением (приводные электродвигатели прокатных станов, генераторы разрывных мощностей и др.); с возвратно-поступательным движением, завершающимся отдельными ударами (молоты ковочные и штамповочные, копровые устройства и др.); с давлением, вызывающим перемещения обрабатываемого материала и передающим на фундамент случайные нагрузки (мельничные установки).
9.1.2. Виды фундаментов под машины с динамическими нагрузками
1) массивные, бетонные или железобетонные для всех видов машин;
2) рамные, сборные или сборно-монолитные, представляющие собой ряд поперечных рам, которые опираются на нижнюю плиту или на ростверк и связаны поверху между собой продольными балками, либо верхнюю плиту, которая опирается на стойки, заделанные в нижнюю плиту, или на сваи-колонны;
3) стенчатые в виде поперечных или продольных стен, опирающихся на нижнюю плиту или на ростверк и связанных между собой поверху ригелями или плитой.
Сборно-монолитные и сборные фундаменты допускается устраивать главным образом для машин периодического действия, не допускается для машин с импульсными ударными нагрузками.
9.1.3. Расчёт оснований таких фундаментов.
По первой группе предельных состояний выполняется:
1) проверка среднего статистического давления под подошвой для фундаментов на естественном основании или несущей способности основания для свайных фундаментов; эта проверка производится для всех без исключения типов машин
где 
среднее давление на основание под подошвой фундамента от расчётных статических нагрузок (вес фундамента, грунта на его обрезах, машины и вспомогательного оборудования с коэффициентом перегрузки n=1); 
коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий характер динамической нагрузки и ответственность машины; 
коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий возможность возникновения длительных деформаций при действии динамических нагрузок; 
расчётное сопротивление грунта.
где 
несущая способность грунтов основания одиночной сваи; 
несущая способность сваи в статических условиях, определяемая в зависимости от вида сваи и грунтовых условий; 
и 
коэффициенты условий работы грунтов основания, принимаемые в зависимости от грунтовых условий;
2) расчёт прочности отдельных элементов конструкции фундамента; расчёт производится для отдельных, подвергающихся действию динамических нагрузок элементов рамных и стенчатых фундаментов (стоек и ригелей рам, балок, плит, консольных выступов), фундаментов плитного и балочного типа, а также отдельных сечений массивных фундаментов, ослабленных отверстиями и выемками (по СНиП «Бетонные и железобетонные конструкции»).
Расчёт фундаментов по второй группе предельных состояний включает:
1) определение амплитуд колебаний фундаментов или отдельных их элементов; расчёт производится в соответствии со СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования» и является определяющим при проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками
где 
наибольшая амплитуда колебаний верхней грани фундамента, рассчитываемая для определённого типа фундамента под машины; 
предельно допустимая амплитуда колебаний, определяемая по СНиП 2.02.05-87;
2) определение осадок и деформаций (прогибов, крена и т.п.) фундаментов или их элементов; эти расчёты выполняются в отдельных случаях для ответственных сооружений и при наличии требований, ограничивающих перемещения и деформации фундаментов (по СНиП 2.02.01-83).
9.1.4. Расчёт на колебания.
При назначении безопасных расстояний до объектов, чувствительных к вибрациям, уровень вибраций, распространяющихся в грунте от фундаментов машин, может быть приближенно оценен по формуле:
где 
амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта на поверхности в точке, расположенной на расстоянии 
от оси фундамента – источника волн в грунте; 
амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента – источника в уровне его подошвы; 
( 
приведённый радиус подошвы фундамента – источника, м, равный 
; 
площадь подошвы фундамента – источника).
9.1.5. Определение упругих и демпфирующих характеристик основания для расчёта фундаментов.
Основную упругую характеристику естественных оснований фундаментов машин – коэффициент упругого равномерного сжатия 
, кН/м 3 , определяют экспериментально. Если нет испытаний, для фундаментов с площадью подошвы А не более 200 м 2
где 
коэффициент, зависящий от вида грунта; 
модуль деформации грунта под подошвой фундамента; 
м 2 .
Коэффициенты упругого неравномерного сжатия 
, упругого равномерного сдвига 
, упругого неравномерного сдвига 
:
; 
; 
.
Коэффициенты жёсткости для естественных оснований:
при вертикальных поступательных колебаниях фундамента (при упругом равномерном сжатии)
;
при горизонтальных поступательных колебаниях фундамента (при упругом равномерном сдвиге)
;
при вращательных колебаниях относительно горизонтальной оси, проходящей через подошву фундамента (при упругом неравномерном сжатии)
;
при вращательных колебаниях относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента (при упругом неравномерном сдвиге)
;
где площадь подошвы фундамента; 
моменты инерции подошвы фундамента относительно горизонтальной и вертикальной осей.
Эти коэффициенты связывают напряжения 
и моменты 
действующие по подошве фундамента, с вызываемыми ими соответствующими упругими перемещениями: вертикальными 
, горизонтальными 
, поворотами 
и 
относительно главных горизонтальной и вертикальной осей инерции, проходящих через центр тяжести подошвы фундамента
По мере распространения колебаний в грунте происходит их затухание, которое принято оценивать коэффициентом относительного демпфирования. Относительное демпфирование 
доля критического затухания колебаний.
Коэффициенты относительного демпфирования: для установившихся (гармонических) и случайных колебаний
;
для неустановившихся (импульсных) колебаний
;
; 
; 
,
где 
к.о.д. при горизонтальных колебаниях; 
к.о.д. при вертикальных колебаниях; 
к.о.д. для вращательных колебаний относительно горизонтальной и вертикальной осей; среднее статическое давление на основание под подошвой фундамента от расчётных статических нагрузок при коэффициенте перегрузки, равном 1.
9.1.6. Расчёт фундамента на вынужденные колебания.
Вынужденные вертикальные колебания фундамента описываются дифференциальным уравнением
,
а вынужденные горизонтально-вращательные колебания фундамента – системой дифференциальных уравнений:
где 
масса установки (фундамента, машины, грунта на обрезах фундамента); 
момент инерции массы установки относительно оси вращения; 
коэффициенты демпфирования основания для вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний; 
коэффициенты жёсткости основания при упругом равномерном сжатии, равномерном сдвиге и неравномерном сжатии; 
соответственно вертикальные и горизонтальные смещения центра тяжести установки и угол поворота фундамента; 
расстояние от общего центра тяжести установки до подошвы фундамента; 
вертикальная и горизонтальная составляющие возмущающих сил и момент от возмущающих сил; 
угловая частота вращения машины.
9.1.7. Способы уменьшения амплитуд колебаний фундаментов.
 |
Учитывая, что ограничение амплитуды колебаний ограничивает при данной частоте скорость и ускорение колебаний, при проектировании фундаментов стремятся в основном к уменьшению амплитуды. В связи с этим при вертикальных колебаниях стараются увеличить 
которое зависит от площади подошвы 
. При вертикальной возмущающей силе делают фундаменты с максимальной площадью подошвы и с минимальной массой. При горизонтальной возмущающей силе и моменте стремятся применять фундаменты малой высоты – распластанные.
9.2. Фундаменты в сейсмических районах.
9.2.1. Определение сейсмических нагрузок на фундаменты.
1) Основания сооружений, возводимых в районах с сейсмичностью 7,8,9 баллов должны проектироваться с учётом требований СНиП по проектированию зданий и сооружений в сейсмических районах. Если меньше 7 баллов – без учёта сейсмичности.
2) Проектирование оснований с учётом сейсмических воздействий должно выполняться на основе расчёта по несущей способности на особое сочетание нагрузок.
Предварительные размеры фундаментов допускается определять расчётом основания по деформациям на основное сочетание нагрузок (без учета сейсмического воздействия).
3) Целью расчёта несущей способности оснований при особом сочетании нагрузок является обеспечение их прочности для скальных грунтов и устойчивости для нескальных грунтов, а также недопущения сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Деформации основания при особом сочетании нагрузок с учётом сейсмических воздействий расчёту не подлежат.
9.2.2. Расчёт фундаментов и оснований на сейсмические воздействия.
Расчёт оснований по несущей способности выполняется на действие вертикальной составляющей внецентренной нагрузки, передаваемой фундаментом
где 
вертикальная составляющая расчётной внецентренной нагрузки в особом сочетании; 
вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания при сейсмических воздействиях; 
сейсмический коэффициент условий работы; 
коэффициент надёжности по назначению сооружения.
Горизонтальная составляющая нагрузки учитывается при расчёте фундамента на сдвиг по подошве. Проверка на сдвиг по подошве производится с учётом трения подошвы фундамента о грунт, но с учётом сейсмического коэффициента условий работы 
При расчёте несущей способности нескальных оснований, испытывающих сейсмические колебания, ординаты эпюры предельного давления по краям подошвы фундамента определяются по формуле:
где 
коэффициенты формы; 
коэффициенты несущей способности, зависящие от расчётного значения угла внутреннего трения; 
и 
соответственно расчётные значения удельного веса грунта, находящегося выше и ниже подошвы фундамента (с учётом взвешивающего действия подземных вод); 
глубина заложения фундаментов; 
коэффициент, принимаемый равным 0,1; 0,2; 0,4 при сейсмичности площадок строительства 7,8 и 9 баллов соответственно.
Эксцентриситеты расчётной нагрузки 
и эпюры предельного давления 
определяются по формулам
;
где 
вертикальная составляющая расчётной нагрузки и момент, приведённые к подошве фундамента при особом сочетании нагрузок. В зависимости от соотношения между величинами и вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания принимается:
при 
при > 
где 
и 
размеры подошвы фундамента.
На подпорные стенки и стены подвальных помещений учитывают раздельно инерционное сейсмическое давление грунта и давление, вызванное изменением напряжённого состояния среды при прохождении в ней сейсмических волн.
Активное 
и пассивное 
давление грунта на подпорные стенки с учётом сейсмического воздействия
где 
коэффициент сейсмичности, принимаемый равным 0,025; 0,05; 0,1 соответственно при 7,8 и 9 баллах; 
угол внутреннего трения грунта при расчёте по устойчивости; 
соответственно активное и пассивное давления грунта при статическом состоянии.
Дополнительные горизонтальные нормальные 
и касательные 
напряжения, возникающие в грунте при прохождении сейсмических волн
где 
удельный вес грунта; 
скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн в грунте, определяемые экспериментально; 
преобладающий период сейсмических колебаний (обычно принимают 
с).
Сейсмические нагрузки прикладываемые к подпорной стенке как инерционные
где 
вес элемента сооружения, отнесённый к точке 
; 
коэффициент, учитывающий допустимые повреждения зданий и сооружений; 
коэффициент, учитывающий конструктивные решения зданий и сооружений; 
– коэффициент демпфирования; коэффициент, зависящий от расчётной сейсмичности; 
коэффициент, соответствующий i-му тону собственных колебаний здания или сооружения; 
коэффициент, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i -му тону и от расстояния нагрузки до обреза фундамента.
9.2.3. Конструктивные особенности фундаментов.
Во избежание нарушения частоты собственных колебаний однородных конструкций фундаменты отдельного сооружения или отсека здания закладывают на одну и ту же глубину.
Для исключения подвижки здания по обрезу фундаментов гидроизоляцию стен выполняют из слоя цементного раствора. Применение битумной гидроизоляции не допускается.
Целесообразно колонны каркасных зданий располагать на сплошных фундаментных плитах, перекрёстных ленточных фундаментах или соединять фундамент и свайные ростверки вставками, которые исключают подвижку фундаментов относительно друг друга.
В сборных ленточных фундаментах под стены по их обрезу устраивают армированный пояс, работающий на растяжение.
В свайных фундаментах нижние концы свай опирают на плотные грунты. Непрерывный ростверк располагают на одной и той же глубине в каждом отдельном отсеке. Подпорные стенки не рекомендуется делать большой высоты.
Неблагоприятные грунты основания: пески рыхлые насыщенные водой, слабые пылевато-глинистые грунты в текучем и текучепластичном состоянии.
Источник