СНиП 2.02.05-87 ФУНДАМЕНТЫ МАШИН С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ - Общие указания по расчету оснований и фундаментов

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

1.19. Расчет фундаментов машин и их оснований включает:

определение амплитуд колебаний a фундаментов или отдельных их элементов;

проверку среднего статистического давления под подошвой фунда­мента на естественном основании р или несущей способностью свай;

расчет прочности элементов конструкций фундамента.

При наличии в здании на проектирование технологических требо­ваний, ограничивающих перемещения и деформации фундамента, сле­дует выполнить их статический расчет из условия совместной дефор­мации основания и фундамента.

Таблица 2

__________

* При возведении фундаментов на всех водонасыщенных песках, а также на мелких и пылеватых маловлажных и влажных песках.

** Среднеквадратическое значение амплитуды колебаний.

Примечания: 1. Для промежуточных значений частоты вращения предельно допустимая амплитуда определяется интерполяцией.

2. Для машин с частотой вращения 200 об/мин и менее при высоте фундаментов более 5 м предельно допустимая амплитуда увеличивается на 20%.

1.20. Амплитуды вынужденных и свободных колебаний фундамента или отдельных его элементов следует определять для различных типов машин согласно указаниям соответствующих разделов. Определение амплитуд колебаний производится раздельно по направлениям и соот­ветствующим частотам колебаний.

Амплитуды колебаний фундамента должны удовлетворять условию

(1)

где а - наибольшая амплитуда колебаний фундамента, определяемая расчетом;

а_u - предельно допустимая амплитуда колебаний фундамента, ус­танавливаемая заданием на проектирование, а при ее отсутствии в задании принимаемая по табл. 2.

При расчете колебаний фундаментов машин допускается:

рассматривать основание как упруго-вязкое линейно деформируемое, свойства которого определяются коэффициентами упругого равно­мерного и неравномерного сжатия, упругого равномерного и неравно­мерного сдвига и коэффициентами, характеризующими демпфирование;

не учитывать эксцентриситет в распределении масс фундамента, если он не превышает значений, указанных в п. 1.8;

при упругом неравномерном сжатии (повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний) допус­кается принимать, что плоскость колебаний параллельна линии действия возмущающей силы или плоскости действия возмущающего момента.

При действии на фундамент машины одновременно нескольких возмущающих сил и отсутствии данных об их фазовом соотношении рассматриваются варианты синфазного и противофазного действия сил, вызывающие наиболее неблагоприятные формы колебаний.

1.21. Среднее статическое давление под подошвой фундамента на естественном основании р для всех типов машин, перечисленных в табл. 3, должно удовлетворять условию

р £ g_с0 g_с1 R, (2)

где р - среднее статистическое давление под подошвой фундамента;

g_с0 - коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 3;

g_с1 - коэффициент условий работы грунтов основания, принима­емый для мелких и пылеватых водонасыщенных песков и пылевато-глинистых грунтов текучей консистенции равным 0,7 (при проектировании фундаментов с массой падающих частей более 10 т значение коэффициента g_с1=0,7 принимается также для маловлажных и влажных мелких и пылеватых песков и водонасыщенных песков средней крупности и крупных); для всех остальных видов и состояний грунтов g_с1=1;

R - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

Таблица 3

1.22. Расчет прочности элементов конструкций фундаментов различ­ных типов машин допускается производить на статическое действие расчетных динамических нагрузок, определяемых по формуле (3). Расчет массивных фундаментов на прочность, за исключением ослабленных сечений, консольных участков и пр., как правило, не производятся.

1.23. При определении расчетных статических нагрузок, в число которых входят вес фундамента, вес грунта на обрезах фундамента, вес машины и вес вспомогательного оборудования, коэффициент надеж­ности по нагрузке g_f принимается в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 при расчете прочности и равным 1 при проверке среднего статистического давления под подошвой фундамента.

Расчетные динамические нагрузки F_d от динамического воздействия движущихся частей машины или нагрузки, представляющие какой-либо особый вид силового воздействия (например, момент короткого замы­кания, обрыв молотка мельницы и т.п.), определяются:

при расчете колебаний произведение значения нормативной динамической нагрузки F_n, соответствующего нормальному эксплуата­ционному режиму работы машины и принимаемого по указаниям соответствующих разделов или по заданию на проектирование, и коэф­фициента надежности по нагрузке g_f =1;

при расчете прочности элементов конструкций фундамента по формуле

F_d=g_f h F_n, (3)

где g_f и h - коэффициенты соответственно надежности по нагрузке и динамичности, принимаемые по табл. 4;

F_n - нормативное значение динамической нагрузки, соответ­ствующее нормальному эксплуатационному режиму ра­боты машины или особому силовому воздействию и при­нимаемое по соответствующим разделам или по заданию на проектирование.

Таблица 4

_____________

*Для промежуточных значений частоты вращения значения коэффициента динамичности определяются интерполяцией.

**Для крайних опор фундамента к горизонтальной нагрузке, действующей поперек оси печи (при числе опор более двух).

Примечания: 1. Для турбомашин мощностью более 25 тыс. кВт значение коэффициента h следует уменьшать в два раза.

2. для машин с вращающимися частями, у которых имеются также возвратно-поступательно движущейся массы, коэффициент надежности по нагрузке для дина­мических нагрузок, создаваемых этими массами, следует принимать g_f =1,3.

3. Значения коэффициента h относятся к железобетонным фундаментам. Для стальных фундаментов следует производить динамический расчет.

4. Приведенные в таблице значения h учитывают знакопеременное действие нагрузок.

1.24. При проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками для строительства в сейсмических районах расчет прочности элементов массивных фундаментов следует производить без учета сей­смических воздействий.

При расчете рамных, стенчатых и облегченных фундаментов на сейсмические воздействия в особое сочетание нагрузок следует включать расчетные динамические нагрузки, создаваемые машинами в нормаль­ном эксплуатационном режиме, с коэффициентом надежности по нагруз­ке g_f =1.

1.25. Основную упругую характеристику естественных оснований фундаментов машин - коэффициент упругого равномерного сжатия , С_z, кН/м (тс/м³), следует определять, как правило, по результатам испытаний.

При отсутствии экспериментальных данных значение С_z для фунда­ментов с площадью подошвы А не более 200 м допускается определять по формуле

(4)

где b₀ - коэффициент, м^-1, принимаемый равным для песчаных грунтов 1, для супесей и суглинков 1,2, для глин и крупнообломочных грунтов 1,5;

Е - модуль деформации грунта под подошвой фундамента, кПа (тс/м²), определяемый в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83;

А - площадь подошвы фундамента, м².

Для фундаментов с площадью подошвы А, превышающей 200 м², значение коэффициента С_z принимается как для фундаментов с пло­щадью подошвы А=200м².

1.26. Коэффициенты упругого неравномерного сжатия С_j кН/м (тс/м³), упругого равномерного сдвига С_ч кН/м (тс/м³), и упругого неравномерного сдвига С_y кН/м (тс/м³), принимаются равными:

(5)

(6)

(7)

1.27. Коэффициенты жесткости для естественных оснований K_z, K_j, K_x, K_y определяются по формулам:

при упругом равномерном сжатии - K_z, кН/м (тс/м),

(8)

при упругом неравномерном сжатии (повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести по­дошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний) - K_j, кН·м (тс·м),

(9)

при упругом равномерном сдвиге - K_x, кН/м (тс/м),

(10)

при упругом неравномерном сдвиге (повороте подошвы фундамента относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подош­вы фундамента) - K_y, кН·м (тс·м),

(11)

В формулах (9), (11):

I_j и I_y - соответственно момент инерции площади подошвы фун­дамента относительно горизонтальной оси, перпендику­лярной плоскости колебаний, и вертикальной оси фунда­мента, проходящих через центр тяжести подошвы, м⁴

1.28. Демпфирующие свойства основания должны учитываться отно­сительным демпфированием x (доля критического затухания колебаний), определяемым, как правило, по результатам испытаний.

При отсутствии экспериментальных данных относительное демпфи­рование для вертикальных колебаний допускается x_z определять по формулам:

для установившихся (гармонических) и случайных колебаний

(12)

для неустановившихся (импульсных) колебаний

(13)

где р - то же, что в п. 1.21, кПа (тс/м²),

Е, - то же, что в п. 1.25.

При расчете фундаментов допускается в качестве характеристики демпфирования использовать модуль затухания, Ф_Z, с, определяемый для гармонических и случайных колебаний по формуле

(14)

Для импульсных колебаний значение Ф_Z увеличивается в два раза.

_______________

*Формулы в скобках соответствуют «технической» системе единиц.

1.29. Относительное демпфирование и модуль затухания для горизон­тальных и вращательных колебаний относительно горизонтальной и вер­тикальной осей принимаются равными:

(15)

(16)

(17)

1.30. При групповой установке j однотипных машин на общем фун­даменте значения амплитуд колебаний фундамента а следует определять при j=2 как сумму амплитуд, при j>2 - по формуле

(18)

где k - коэффициент, принимаемый для машин периодического дей­ствия равным 1,5, для машин с импульсными нагрузками - 0,7, для машин со случайными динамическими нагруз­ками - 1;

a_i - амплитуда колебаний фундамента при работе i-й машины;

j - число машин.

Расчетные значения амплитуд должны удовлетворять условию (1).

При групповой установке различного типа машин на общем фунда­менте амплитуду колебаний фундамента следует определять как сумму амплитуд колебаний, вызываемых работой каждой из машин. При этом в условии (1) предельно допустимая амплитуда принимается на 30% более значений, приведенных в табл. 2 для типа машины и частоты колебаний, соответствующих наибольшей составляющей расчетной амплитуды.

При установке машин с периодическими и случайными нагрузками на отдельно стоящих фундаментах амплитуду колебаний каждого фундамента следует определять с учетом колебаний, распространяющих­ся в грунте при работе машин, установленных на других фундаментах, в соответствии с указаниями обязательного приложения 4. При этом допус­тимую амплитуду колебаний фундамента-приемника a_u следует прини­мать на 30% более значений предельно допустимых амплитуд, приведен­ных в табл. 2.

Для фундаментов машин с импульсными нагрузками, устанавливае­мых на отдельных фундаментах, расчет амплитуд колебаний допускается производить без учета передачи колебаний по грунту.

1.31. Расчет амплитуд вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта соответственно при вертикальных (горизонтальных) вибрациях фундаментов машин следует производить по формуле

(19)

где a_s - амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта на поверхности в точке, расположенной на расстоянии r от оси фундамента, т.е. источника волн в грунте;

a₀ - амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (гори­зонтальных) колебаний фундамента, т.е. источника волн в грунте на уровне его подошвы, определяемая для различных видов машин по формулам обязательных приложений 1-3, в которых h₁ следует заменить на минус h₂;

d = r / r₀;

здесь r - расстояние от оси фундамента-источника до точки на поверх­ности грунта, для которой определяется амплитуда колебаний;

r₀ - приведенный радиус подошвы фундамента-источника,

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

Примечание. В целях уточнения амплитуд колебаний, распространяющихся в грунте, допускается производить прогнозирование колебаний грунта на основе специальных экспериментальных исследований.

1.32. При проектировании фундаментов зданий и сооружений, чувст­вительных к неравномерным осадкам и воспринимающих динамические нагрузки, передаваемые машинами через строительные конструкции или грунт, среднее давление под подошвой фундамента на естественном основании должно удовлетворять условию

(20)

Условие (20) должно выполняться для фундаментов зданий и сооружений в пределах зоны, где скорость колебаний n_s = a w на поверхности грунта от импульсных источников более 15 мм/с, от источников периодического действия и случайных более 2 мм/с (здесь a_s - амплитуда колебаний грунта, определяемая по формуле (19), w - угловая частота вынужденных колебаний фундамента-источника для машин с периодическими нагрузками или собственных - для машин с импульс­ными или случайными нагрузками).