Материал: Справочник проектировщика инженерных сооружений

венность работы, машин (табл. 6.1); ус2— ко­

эффициент условий работы грунтов основания, учитывающий возможность возникновения дли­ тельных деформаций при действии динамических нагрузок; R — расчетное сопротивление грунта основания по СНиП 2.02.01-83.

При расчете элементов конструкций на проч­ ность в качестве расчетных нагрузок принимают статические, состоящие из веса фундамента, за­ сыпки грунта, машины и вспомогательного обору­ дования, а также нагрузки, заменяющие динами­ ческое воздействие движущихся частей машины

Рис. 6.1. Схема переме­ щений фундамента при колебаниях.

Для фундаментов с площадью подошвы, превы­ шающей 200 м2, значение коэффициента С2, Н/м3, принимается как для фундаментов с площадью подошвы, равной 200 м2.

Коэффициент упругого неравномерного сжа­ тия, Н/м3,

Коэффициент упругого равномерного сдвига, Н/м3,

Коэффициент упругого неравномерного сдвига, Н/м3,

(6.7)

Коэффициенты жесткости для естественных ос­ нований:

при упругом равномерном сжатии, Н/м,

при упругом неравномерном сжатии — поворо­ те подошвы фундамента относительно горизон­ тальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний, Н/м,

или представляющие собой какой-либо особый вид силового воздействия (например, тяга ва­ куума, момент короткого замыкания и т. д.).

дежности по нагрузке и динамичности, Fп — нор­ мативное значение динамической нагрузки, соот­ ветствующее нормальному эксплуатационному режиму работы машины по СНиП II-19-79.

При расчете прочности элементов конструкций фундаментов допускается производить динамиче­ ский расчет усилий от расчетных динамических нагрузок, определяемых по формуле (6.3), при­ нимая в ней г] — 1.

Расчет прочности нижних фундаментных плит или лент производят, исходя из линейного рас­ пределения реакций грунта по опорной площади: равномерной — при нагрузке, симметричной от­ носительно середины плиты, и трапецеидальной—

вслучае эксцентричной.

Основную упругую характеристику естествен­

ных оснований фундаментов машин — коэффи­ циент упругого равномерного сжатия Сг — уста­ навливают по результатам испытаний грунтов. При отсутствии данных испытаний его значение для фундаментов с площадью подошвы не более

где с — коэффициент, м- 1 , равный для песков 1, для супесей и суглинков 1,2; для глин и крупно­ обломочных грунтов 1,5; Е — модуль деформа­ ции грунта; А — площадь подошвы фундамента; А0 — 10 м2.

при упругом равномерном сдвиге, Н/м,

при упругом неравномерном сдвиге — повороте подошвы фундамента относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, Н/м,

В формулах 6.8...6.11: 1Х и 1у — момент инер­ ции фундамента, м4, соответственно относительно горизонтальной и вертикальной осей (рис. 6.1).

При групповой установке однотипных машин на общем фундаменте, значение амплитуд колеба­ ний, м,

где а — коэффициент, принимаемый для машин с синхронными двигателями, равным 1,5, для ма­ шин с асинхронными двигателями и молотов — 0,7; щ — амплитуда колебаний фундамента при работе l-й машины.

При групповой установке различного типа ма­ шин на общем фундаменте амплитуду колебаний фундамента определяют как сумму амплитуд колебаний, вызываемых работой каждой из машин.

При установке машин на отдельно стоящих фундаментах амплитуду колебаний каждого фун­ дамента определяют с учетом колебаний, распро­ страняющихся в грунте при работе машин, уста­ новленных на других фундаментах. В этом случае максимальные предельно допускаемые амплитуды колебаний фундаментов аи принимают на 30 % большими.

Амплитуда вертикальных (горизонтальных) ко­ лебаний грунта на поверхности в точке, располо­ женной на расстоянии г от оси фундамента, т. е„

источника волн в грунте

f 1 , 62- 1 1 a - a° \ô [ i + ( ô - i ) 2] + ( в * + 1 ) . у Т Г 5 Г

(6.13)

где а0 — амплитуда, м, свободных или вынужден­ ных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента, т. е. источника волн в грунте СНиП 2-19-79; rred — приведенный радиус подошвы фун­

дамента, м,

r red = У Ш : ô = r <r red-

Частоту волн, распространяющихся в грунте, принимают равной частоте колебаний фундамента машины.

В свайных фундаментах машин расчет несущей способности свай из условия сопротивления грун­ та основания производят на действие расчетных статических нагрузок с учетом дополнительных коэффициентов условий работы ус1, принимаемых

равными для висячих свай 0,8, для свай-стоек 1; и коэффициентов условий работы грунта основа­ ния ус2, принимаемых равными 0,7 при прореза­

нии висячими сваями рыхлых песков любой круп­ ности и влажности, мелких и пылеватых водона­ сыщенных песков и глинистых грунтов с конси­ стенцией ÎL > 0,6. В случае опирания висячих

свай на такие грунты несущую способность их определяют по результатам испытаний динамиче­ ской нагрузкой. Для всех остальных видов и со­ стояний грунтов, а также для свай-стоек ус2 = 1.

Расчет свайных фундаментов машин на колеба­ ния производят по тем же формулам, что и для фундаментов на естественном основании, но вмес­ то характеристик масс и жесткостей тп, 0, 0 О,

ведено в СНиП 11-19-79.

6.2.Машины

свращающимися частями

схему действующих на фундамент нормативных статических нагрузок от неподвижных и вра­ щающихся частей машины с указанием значений нагрузок и координат точек приложения;

данные о нормативных значениях нагрузок от момента короткого замыкания генератора и от тяги вакуума в конденсаторе и координаты точек их приложения;

схему расположения и нормативные нагрузки от вспомогательного оборудования;

схему площадок, опирающихся на оборудова­ ние, и данные о значениях нагрузок от них;

данные для определения нормативных монтаж­ ных нагрузок;

схему расположения горячих трубопроводов и данные о температуре наружной поверхности их изоляции.

Компоновочные и конструктивные решения. Фундаменты под машины с вращающимися частя­ ми проектируют рамными, стенчатыми и массив­

ными. Фундаменты рамного типа состоят из ряда поперечных рам, опирающихся на нижнюю плиту или ростверк, связанных поверху продольными балками; вместо продольных балок и поперечных ригелей рам допускается устраивать плиту, фун­ даменты стенчатого типа выполняют в виде попе­ речных или продольных стен, опирающихся на нижнюю плиту и связанных между собой поверху ригелями или плитой; массивные — в виде сплош­ ного массива с необходимыми выемками, колодца­ ми, отверстиями для расположения частей ма­ шины.

Тип фундамента определяется, прежде всего, условиями компоновки машины. Если она уста­ навливается на уровне пола первого этажа бесподвального здания и не имеет вспомогательных устройств, устанавливаемых под ней, а также ком­ муникаций, подводимых к ней снизу, то фунда­ мент проектируют массивным. В остальных слу­ чаях выбирают наиболее экономичный. При этом, если линейные размеры фундаментов превышают 2...3 м, их рекомендуется выполнять рамными железобетонными сборными или сборно-монолит­ ными: нижняя часть, опирающаяся на грунт,— монолитная плита, колонны сборные, верхнее строение в зависимости от условий опирания ма­ шины. Стенчатые или массивные фундаменты вы­ полняют сборно-монолитными.

Элементы рамных фундаментов проектируют прямоугольного или таврового сечения.

С целью упрощения конструктивной схемы рамного фундамента необходимо:

соблюдать симметрию фундамента относительно вертикальной плоскости, совпадающей с осью вала машины;

располагать ригели поперечных рам симметрич­ но по отношению к осям колонн;

стремиться не допускать эксцентричного нагру­ жения ригелей и балок, сводя до минимума кру­ тящие моменты относительно их осей;

проектировать верх фундамента без уступов пег высоте;

принимать вылеты консолей минимальных раз­ меров; при этом высота опорного сечения консол» не менее 0,75 ее вылета;

предельно уменьшать количество выемок, гнезд и скосов.

Стенчатые фундаменты проектируют преиму­ щественно с поперечными стенами, расположен­ ными под подшипниками машины. Конструкции верхней части фундамента должны быть связаны* между собой и с нижней плитой жесткими узлами (соответствующим армированием узлов сопряже­ ний). Толщину нижней фундаментной плиты при­ нимают не менее рабочей высоты сечения колон» поперечных рам (для рамных фундаментов) или не менее толщины любой из стен (для стенчатых).

В фундаментах под турбовоздуходувки не до­ пускается устройство каналов для воздуха не­ посредственно в теле фундамента.

Элементы верхнего строения фундаментов не допускается связывать с конструкциями здания. В виде исключения на них можно опирать вклад­ ные участки перекрытий и площадки для обслу­ живания машин с прокладками из изолирующих материалов под опоры балок. В случае необходи­ мости на нижние плиты фундаментов под машины допускается опирать колонны обслуживающих площадок и перекрытия над подвалом.

При устройстве под всем машинным залом об­ щей фундаментной плиты допускается на этой плите возводить рамные фундаменты под ма­ шины.

Для фундаментов машин с более, чем 1000 об/мин, расчет колебаний можно не производить. Расчет колебаний фундаментов всех видов машин с вращающимися частями сводится к определению максимальной амплитуды горизонтальных (по­ перечных) колебаний верхней плиты рамных фундаментов, или верхней грани стенчатых и массивных.

Т а б л и ц а 6.2. Коэффициент динамичности г) (СНиП П-19-79)

лее 25 тыс. кВт коэффициент Т) уменьшают в 2 раза.

Расчет прочности элементов конструкций рам­ ных фундаментов выполняют на действие стати­ ческих и динамических расчетных нагрузок. При определении расчетной динамической нагрузки по формуле (6.3) значение коэффициента надеж­ ности по нагрузке у^ = 4 для всех машин, кроме

тех, у которых имеются также возвратно-посту­ пательные массы; для них yf = 1,3. Коэффициент

динамичности для рамных фундаментов под ма­ шины приведен в табл. 6.2. Нормативные динами­ ческие нагрузки от машин с вращающимися час­ тями принимают по данным задания на проекти­ рование, при отсутствии таковых по формуле:

где Fvn — нормативная динамическая вертикаль­ ная нагрузка; Fhn — нормативная динамическая

горизонтальная нагрузка; Gi — вес каждого из т роторов машины; р, — коэффициент пропорцио­ нальности (табл. 6.3).

Расчетные динамические нагрузки от машин, соответствующие максимальному динамическому воздействию машины на фундамент, принимают сосредоточенными и приложенными к элементам, поддерживающим подшипники на уровне осей этих элементов.

Динамические нагрузки от машины передаются на фундамент по площадкам опирания подшип­ ников или корпусов машины, в которые встроены подшипники. Вертикальную составляющую дина­ мической нагрузки считают действующей по вер­ тикальной оси подшипника или, если ось подшип­ ника значительно смещена от опорной площад­ ки,— по центру последней.

Горизонтальная составляющая динамической нагрузки независимо от высоты расположения оси вращения ротора машины принимается дейст­ вующей на фундамент на уровне осей ригелей и балок элементов фундамента, поддерживающих

подшипники или корпуса машины, в которые они встроены.

Если размеры опорной площадки в направле­ нии действия силы значительно меньше пролета поперечного ригеля, поперечная горизонтальная составляющая динамической силы принимается на уровне оси вращения машины.

Для фундаментов турбомашин расчетная дина­ мическая нагрузка в продольном направлении равна 0,5 той же нагрузки в поперечном горизон­ тальном направлении; для остальных машин с вращающимися частями продольная нагрузка равна нулю.

Расчетные нагрузки на фундаменты турбома­ шин, соответствующие моменту короткого замы­ кания и тяги вакуума в конденсаторе, равны нор­ мативным значениям, указанным в задании на проектирование, с коэффициентами надежности по нагрузке у^ и динамичности т], равными при

расчете на действие момента короткого замыкания = 1 и ц = 2, а при расчете на действие тяги

вакуума в конденсаторе у^ = 1,2 и rj = 1.

Расчетное усилие от тяги вакуума в конденса­ торе возникает только при гибком присоединении конденсатора к турбине

SD= ЮЛ,

где А — площадь поперечного сечения соедини­ тельной горловины конденсатора с турбиной; 10 — усилие тяги вакуума на 1 м2 сечения трубо­ провода.

Т а б л и ц а 6.3. Коэффициент пропорциональности р для различных машин (СНиП И -19-79)

менее 0,2

При определении расчетных значений усилий в элементах фундаментов машин с вращающимися частями в каждое отдельное сочетание включают только одну из нагрузок, соответствующих дина­ мическому воздействию машин,— вертикальную или горизонтальную. В расчетах фундаментов под турбомашины в любое из этих сочетаний вво­ дят дополнительно тягу вакуума в конденсаторе.

Сочетание, в которое входит момент короткого замыкания, является особым. Нагрузки, соот­ ветствующие динамическому воздействию маши­ ны, относятся к категории кратковременных. При расчете фундаментов машин на особое сочетание нагрузок расчетные значения кратковременных

нагрузок или соответствующие им усилия умно­ жают на коэффициент сочетаний пс — 0,8.

Монтажную нормативную нагрузку на верхней плите фундамента принимают по заданию на проектирование, но не менее 20 кПа; коэффициен­ ты у£ = 1,2 и г) = 1.

Расчетные значения амплитуд колебаний долж­ ны быть не более предельно допустимых, устанав­ ливаемых в задании на проектирование, а при их отсутствии — по табл. 6.4.

Амплитуды горизонтально-крутильных коле­ баний верхней плиты рамных фундаментов, м,

где h — расстояние от центра тяжести верхней плиты до оси наиболее удаленного подшипника машины, м; ах — амплитуда горизонтальных ко­ лебаний центра тяжести верхней плиты;

a^ — амплитуда (угол поворота), рад, враща­

тельных колебаний верхней плиты относительно вертикальной оси, проходящей через ее центр тяжести;

(6.18)

- M if

I

со = 0,105д — круговая частота вращения маши­ ны, с- 1 ; axs, a^s — соответственно перемещение,

м, и угол поворота, рад, центра тяжести верхней плиты при статическом действии нагрузки

коэффициенты жесткости конструкции фундамен­ та с учетом упругости основания соответственно в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси вала машины, и при повороте в горизонталь­ ной плоскости; |ф — коэффициенты относи­

тельного демпфирования системы фундамент — грунт; со*, Щф — круговые частоты горизонталь­

ных и вращательных колебаний фундамента отно­ сительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести верхней плиты;

km + - xjot

где k Xt &ф, &ф — коэффициенты жесткости основа­

ния соответственно при упругом равномерном kx и неравномерном сдвиге и неравномерном сжа­

тии &ф — по (6.9)...(6.11); h — высота фундамен­

та, м; k x tot — сумма коэффициентов жесткости

всех поперечных рам фундамента в горизонталь­ ном направлении, перпендикулярном оси вала* машины,

;=1

п — число рам; k^ tot — сумма коэффициентов

жесткости всех поперечных рам при повороте верхней плиты в горизонтальной плоскости отно­ сительно ее центра тяжести, Н • м;

п

i= l

ei — расстояние от плоскости поперечных рам до центра тяжести верхней плиты, м.

Та б л и ц а 6.4. Предельно допускаемые амплитуды колебаний (СНиП 11-19-79)

где

h,, • l „

(6.26)

l. ■/,hi

Еь — модуль упругости материала рам верхнего строения, Н/м , Ihi, 1Ы — моменты инерции пло­

щади поперечных сечений соответственно колон­ ны и ригеля рамы, м4; hг*, k — соответственно рас­ четные высота колонны и пролет ригеля i-й по­

демпфирования для горизонтальных %х и враща­ тельных колебаний и |ф фундамента на грунте;,

у — коэффициент поглощения энергии при коле­ баниях (для железобетона равный 0,1).

V ^*ф