ИНЖЕНЕРУ ПРОЕКТИРОВЩИКУ
А. И. БАЙИУР П. Г. МОЛЧАНОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ФУНДАМЕНТОВ ПОД ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
А. И. БАЙЦУР, Л. Г. МОЛЧАНОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
КИЕВ «БУД1ВЕЛЫЧИК» 1977
6С4.03
Б18
УДК 62—218.3
Проектирование фундаментов под оборудование промышленных предприятий. А. И. Б а й ц у р, Л. Г. М о л ч а н о в. Киев, «Буд1вельник», 1977, 172 с.
В книге приведены справочные сведения по проектированию и расчету эффективных конструкций фундаментов под основные типы оборудования со статическими и динамическими нагрузками, возводимых в разных геологических условиях.
Даны рекомендации по выбору рациональных сборно-монолитных и облегченных монолитных железобетонных фундаментов и перекрытий под оборудование, компоновке, расчету и конструированию, защите от вибрации и температурных воздействий, масляной и общей коррозии, а также усилению конструкций.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников проектных, строительных и научно-исследовательских организаций.
Ил. 71. Табл. 44. Список лит.: с. 171 (19 назв.).
Рецензент В. А. Козлов
Редакция литературы по специальным и монтажным работам в строительстве
Заведующая редакцией 3. Н. Конеева
30204—090
Б -------------22—77
М203(04)—77
© Издательство «Буд1вельник», 1977
ВВЕДЕНИЕ
Исходные данные для проектирования фундаментов под оборудование
В десятой пятилетке намечено повышение эффективности и качества промышленного строительства. В связи с этим перед проектировщиками ставится задача применением оптимальных решений добиваться снижения стоимости, материало- и трудоемкости сооружений, а также обеспечивать в проектах достаточную надежность и долговечность конструкций.
Строительство фундаментов под оборудование — основной объем работ нулевого цикла промышленных предприятий, составляющий до 30% общего объема строительно-монтажных работ объекта.
Технологическое оборудование промышленных предприятий составляют машины и механизмы, преобразующие материалы, изменяющие их форму и свойства. Это оборудование отличается назначением, габаритами, характером и величиной нагрузок и воздействий, а также требованиями, предъявляемыми к фундаментам.
Фундаменты под оборудование должны удовлетворять следующим основным требованиям: прочности, устойчивости и выносливости; недопустимости осадок и деформаций, нарушающих условия нормальной эксплуатации оборудования; недопустимости возникновения сильных вибраций, создающих помехи в работе оборудования и затрудняющих обслуживание его персоналом. При этом конструкции фундаментов проектируются как в зависимости от условий по установке и эксплуатации оборудования, так и его компоновки, а также от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки.
По воздействию на фундаменты оборудование может быть разделено на две основные группы. К первой группе, наиболее многочисленной, относится оборудование спокойного действия, динамические воздействия которого невелики, аккумулируются фундаментами и передаются на основание. К этой группе относят также фундаменты, подвергающиеся воздействиям высоких температур.
Вторую группу составляют машины с вращающимися неуравновешенными массами и ударным принципом действия. При ра
3
боте их возникают существенные динамические нагрузки или вибрации, и фундаменты воспринимают и передают на основание динамические нагрузки, а также «гасят» колебания. При проектировании таких фундаментов учитываются интенсивность, вид и частотные характеристики динамического воздействия машин на фундаменты. Эти же условия принимаются во внимание
U	дование:
а — плитный; б — блочный заглубленный; в — стенча-тый;’ г — рамный; д — вибро-изолированный блочный заглубленный; е — блочный высокий; ж— коробчатый, з — плитно-стоечный; и — на буронабивных сваях (5); к — «стена в грунте (6); 1 — анкерный болт; 2 — пол цеха; 3 — гидроизоляция; 4 — виброизоляция
при проектировании фундаментов под оборудование спокойного действия, но чувствительных к вибрации при наличии источников внешних динамических воздействий.
Фундаменты могут быть индивидуальными (на каждом из них устанавливается единица оборудования) и групповыми (на каждом фундаменте устанавливается несколько единиц оборудования). Групповые наиболее эффективны в поточных линиях и при близком расположении оборудования. Характерные конструкции фундаментов приведены на рис. 1.
Фундаменты под оборудование проектируют на основании данных, указанных в строительном задании:
о геологических и гидрогеологических условиях участка строительства, физико-механических свойствах грунтов основания на
4
глубину сжимаемой толщи, об уровне и агрессивном воздействии грунтовых вод;
о площадке, предназначенной для установки оборудования: чертежи (планы и разрезы) здания, в котором оно размещается, с нанесением размеров фундаментов, привязкой разбивочных осей оборудования и чертежей подземного хозяйства; в случаях установки оборудования с динамическими нагрузками вблизи прецизионного оборудования или жилых домов должны быть указаны расстояния от этих объектов до предполагаемого места возведения фундамента;
об оборудовании — технической характеристики с указанием наименования модели и ее завода-изготовителя, плана основных осей оборудования; плана и отметок расположения анкерных болтов, закладных деталей; данных о верхней части фундамента; размеров и расположения выемок и выступов, необходимых для расположения оборудования (габариты фундамента в пределах расположения оборудования); плана коммуникаций, примыкающих или пересекающих фундамент, с обозначением расположения и размеров отверстий, приямков, каналов и тоннелей; размеров в плане, высоты и материала подливок; расположения мест, в которых необходимо устройство ограждений и перекрытий; особых требований, предъявляемых к фундаменту (места расположения участков фундаментов, подлежащих защите от высоких температур, кислот, масел, воды, ударных нагрузок, необходимость виброизоляции и т. п.);
о нагрузках: схемы сосредоточенных и распределенных нагрузок от оборудования с привязкой их к разбивочным осям, указание отметок, габаритов оборудования и других условий приложения нагрузок (типы и размеры опор оборудования и т. п.); схемы расположения и величины нагрузок от трубопроводов, площадок, опирающихся на фундамент, монтажных нагрузок, действующих на фундамент, перекрытий и пола около фундамента; величины нормативных нагрузок и коэффициентов перегрузки; для машин с динамическими нагрузками — величины нормативных инерционных сил и коэффициенты перегрузки для инерционных сил; величины и места приложения нагрузок, возникающих при аварийных ситуациях.
Для некоторых типов машин приводятся дополнительные данные, отражающие их специфические требования к фундаменту.
Описанные в книге решения фундаментов характерных типов оборудования могут быть распространены на проектирование фундаментов других типов с подобными условиями работы. В использованных расчетных формулах и таблицах других авторов унифицированы терминология и условные обозначения, а материалы приведены в соответствие с действующими в 1977 г. строительными нормами.
5
Компоновка оборудования в здании. Требования к проектированию фундаментов
Оборудование в цехе размещается с учетом условий обеспечения технологического процесса, удобства эксплуатации, обслуживания, подхода к механизмам, монтажа и ремонта оборудования, а также требований строительного проектирования (объ-
Рис. 2. Примыкание фундаментов под оборудование к фундаментам здания:
а — уступами; б — на подушке или подбетонке.
емно-планировочного решения с выбором технических этажей или подвалов, конструкций групповых или индивидуальных фундаментов под оборудование, их увязки с фундаментами здания и другими подземными сооружениями). Выбор примыкания фундаментов под оборудование к фундаментам здания и другим подземным сооружениям (рис. 2) зависит от соотношения величин статических и динамических нагрузок фундаментов под оборудование и примыкающего фундамента (см. следующие главы).
Оборудование среднего и тяжелого веса целесообразно устанавливать на групповые облегченные фундаменты подвального типа плитно-стоечной конструкции, в которых полости образуют технический подвал (или этаж). В нем располагают все подсобные помещения и коммуникационные разводки. При необходимости расположения большого количества подсобных помещений целесообразно устраивать технический подвал под всем пролетом цеха. Для монтажа и демонтажа оборудования в нем устраивают транспортный коридор, монтажные проемы в перекрытии и въезды с пандусами. Для отвода случайных вод в полу предусматриваются уклоны — продольный не менее 0,002 и поперечный не менее 0,01 — к месту стока, которые выполняют с помощью набетонок. Максимальная толщина набетонки не должна превышать 0,3 м. При больших и значительно протяженных уклонах толщина набетонки постоянна, а уклон создается за счет верхней части днища. Нижняя часть последнего выполняется горизонтальной с уступами по вертикали.
6
В протяженных групповых фундаментах (например, в фундаментах под прокатное оборудование) устраивают температурноусадочные швы в зависимости от материала фундамента на следующих расстояниях, м [13]: для монолитных бетонных, неарми-рованных — 20; то же, при конструктивном армировании — 30; для железобетонных монолитных — 40; для сборно-монолитных — 50 и сборных — 60. Швы располагают таким образом, чтобы они разделяли фундаменты на отдельные участки, несущие не связанное между собой оборудование и независимо работающие агрегаты.
Для наиболее ходовых машин, серийно выпускаемых промышленностью, разработаны типовые проекты (виброизолированных фундаментов под кузнечные молоты, вентиляторы и дымососы; блочных и плитных фундаментов под насосы, компрессоры, трансформаторы, камерные сушила и т. п.). Проекты выпускаются в вариантах, соответствующих различным грунтовым условиям.
Унифицированные габариты каналов и тоннелей, размещаемых в теле фундаментов, приведены в табл. 1.
Оптимальный вариант фундамента подбирается с учетом его технической осуществимости в условиях строительства на основе сопоставления минимумов приведенных затрат по каждому решению.
Для возведения фундаментов под технологическое оборудование обычно составляется проект производства строительных работ. В этом проекте за основу принимается комплексный проект
7
организации строительства цеха в целом, в котором были установлены взаимосвязь и последовательность выполнения основных строительно-монтажных и специальных работ, комплексного применения монтажных машин и механизмов, совместного использования сборочно-складских площадей, подъездных и автомобильных дорог в различные периоды строительства.
Методы их возведения и соответствующие конструктивные решения зависят от наличия рядом расположенных фундаментов зданий, заглубленных помещений, других подземных сооружений, а также коммуникационных тоннелей.
Конструктивные решения фундаментов под оборудование должны обеспечивать условия непрерывности производства одно-и разноименных строительно-монтажных процессов в пределах узла сооружения (захватки, температурного отсека). Компоновку групповых фундаментов и разрезку швами подземного хозяйства цеха целесообразно выполнять таким образом, чтобы возведение их поточно-узловым методом допускало поузловой монтаж и опробование оборудования.
Глубина заложения и конфигурация фундаментов должны назначаться с учетом механизированного выполнения комплекса земляных работ. В проектах унифицируются глубины заложения с устройством по отметкам подошв минимального количества террас. Не рекомендуется устраивать уступы меньше 0,6X1,2 м (высота и ширина), т. е. меньше величины ковша землеройной машины.
Следует максимально унифицировать типоразмеры и упростить конфигурацию сборных элементов. При необходимости иметь элементы разной длины следует проектировать их таким образом, чтобы их можно было изготавливать в общей бпалубке. В конструкциях сборных и сборно-монолитных фундаментов под оборудование обычно используются типы сборных железобетонных и бетонных элементов, которые широко применяются на других объектах данной строительной площадки. При проектировании сборно-монолитных конструкций следует так сочетать сборный железобетон с монолитным, чтобы сборные элементы, выполняя функции несущих конструкций, заменяли бы леса и опалубку или создавали условия для устройства наиболее простой опалубки монолитных участков.
При проектировании необходимо стремиться к равновесности сборных железобетонных конструкций, т. е. к тому, чтобы средний вес элемента приближался к весу максимального. Вес сборных элементов фундаментов принимается из условия возможности монтажа их теми же машинами, с помощью которых монтируют конструкции здания. Максимальный вес элемента принимается в пределах 15—20 т, ширина 2,5 и длина 11 м.
При закрытом способе производства работ (в районах с суровыми климатическими условиями) компоновка фундаментов оборудования должна обеспечивать возможность возведения их
8
с использованием технологических мостовых кранов, установленных в цехе. При этом способе сначала монтируют каркас здания, а затем во «вчерне» законченном здании выполняют работы по возведению фундаментов под оборудование.
Облегченные фундаменты под технологическое оборудование рассчитывают на нагрузки и воздействия, возникающие во время строительства, а сборные элементы — также на монтажные и транспортные нагрузки.
Учитываются нагрузки от строительных механизмов, укладываемых во время монтажа тяжелых деталей оборудования, засыпки землей подпорных стен с одной стороны сооружений и т. п. Нагрузки, возникающие во время строительства, считаются кратковременными; коэффициент перегрузки для них принимается 0,8.
Глава L
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ
ПОД ОБОРУДОВАНИЕ
МАТЕРИАЛЫ ФУНДАМЕНТОВ
Плитные и блочные фундаменты под легкое оборудование изготовляют монолитными или сборными из тяжелого бетона не ниже М 150 и под тяжелое оборудование из бетона не ниже М 200. Стенчатые, рамные и плитно-стоечные фундаменты под крупногабаритное оборудование изготовляют в монолитном, сборно-монолитном и сборном железобетоне из тяжелого бетона не ниже М 200.
Предельная температура фундамента, изготовляемого из обычного бетона и железобетона, не должна превышать 200° С при стационарном и 150° С при циклическом нагреве. Участки фундаментов, подверженные систематическому действию более высоких технологических температур, выполняют из жаростойких бетонов не ниже М 150.
Подбетонки в местах перепадов подошв фундамента и примыкания к другим конструкциям на разных уровнях, набетонки для создания уклонов и подготовки под фундаменты выполняются из бетона М 50.
Подливки под опорные рамы и станины оборудования готовят из бетона на мелком заполнителе не ниже М 200. Подливки толщиной менее 50 мм изготовляют из цементного раствора не ниже М 150, а подливки толщиной более 100 мм армируют сетками.
Фундаменты под оборудование проектируются в сборном железобетоне в следующих случаях:
при возведении на одной площадке большого количества одинаковых фундаментов или разных, но допускающих применение сборных элементов с небольшим количеством типоразмеров;
при необходимости сокращения срока возведения одиночных фундаментов (например, при сооружении их в действующих цехах) ;
при наличии готовых железобетонных сборных элементов (например, в фундаментах некоторых типов оборудования можно использовать элементы тоннелей по серии ИС-01-05);
при возведении крупных одиночных фундаментов, устройство которых связано со значительным объемом работ по изготовлению подмостей и опалубки и может быть значительно упрощено благодаря применению однотипных сборных элементов.
Сборные железобетонные фундаменты под оборудование проектируют рамной конструкции, при этом сечениям элементов при-
10
дают наиболее простую форму прямоугольника или тавра. В фундаментах, на которые действуют только статические нагрузки, применяют сборные элементы и конструкции стыков, аналогичные каркасам промышленных зданий. В фундаментах, на которые действуют динамические нагрузки, применяются сборные железобетонные рамные конструкции (например, в фундаментах под турбогенераторы).
На рис. 3 показаны характерные стыки колонны с ригелем и поперечной балкой в фундаменте под турбогенератор конструк-
Рис. 3. Стыки сборных железобетонных элементов:
а — балок (1); б — колонны (7) и нижней плиты; в — колонны и балки; 2 — напрягаемая арматура; 3 — дополнительная арматура; 4 — выпуски арматуры из сборных элементов; 5 — монолитные участки; 6 — металлические столики; 8 — нижняя плита.
И
ции, разработанной институтом Теплоэлектропроект. Стыки выполнены сваркой выпусков арматуры и натяжением на бетон части их после набора прочности бетона в омоноличиваемых участках. Под машины со значительными динамическими нагрузками применяют сборно-монолитные конструкции, состоящие из сборных колонн, монолитных плит фундамента и перекрытий.
Рис. 4. Железобетонная опалубка:
а — сборно-монолитный фундамент; б — армоопалубочный блок для стенчатого фундамента (5); 1 — железобетонная опалубка верхней монолитной плиты; 2 — сборные колонны; 3 — монолитная нижняя плита; 4 — опалубка массивного устоя из плит.
При сооружении крупных монолитных фундаментов используют конструктивную (неизвлекаемую) сборную железобетонную опалубку (рис. 4). Длину плит опалубки для стен подбирают равной высоте опалубливаемой боковой поверхности (6—9 ж), для перекрытий — равной расстоянию между балками (2—3 м). Ширину плит принимают в пределах 1—2 ж, толщину— по расчету на прочность (6—15 см), вес — до 10 т. Плиты армируют сваренными в каркасы двумя сетками, предусматривая выпуски арматуры для связи с монолитным бетоном фундамента. Плиты стен крепят электросваркой закладных деталей к
12
кондукторам (железобетонным или металлическим стойкам со связями и прогонами) после установки арматурных сеток.
На машиностроительном заводе им. С. М. Кирова в Ленинграде при изготовлении фундамента прокатного стана применили неизвлекаемую опалубку из армоцементных листов размерами IX 1,5; 1,5X2; 1X2 м, толщиной 3 см, не превышающей толщину защитного слоя арматуры в фундаменте. Опалубка крепилась к кондуктору из железобетонных стоек сечением 0,15X0,15 м, установленных с шагом 1,5—3 м по периметру стен фундаментов. Армоцемент-ные листы армировались армопакетами, состоящими из сварной и тканой металлических сеток. При этом первая, кроме основных функций, выполняла функцию несущего остова армопакета, к которому с полнощью проволочных скруток крепили тканую сетку. Сварные сетки были изготовлены из проволоки диаметром 4 мм при шаге 200 мм. Для лучшего сцепления с бетоном фундамента внутреннюю поверхность плит изготавливали шероховатой, для чего длинной рейкой нарезали неглубокие (3—5 мм) борозды.
Для опалубливания монолитных железобетонных стен фундаментов стенчатой конструкции целесообразно применять тонкостенные сборные железобетонные армоопалубочные блоки, в которые уложена вся требуемая по расчету арматура. Совместная работа блоков с монолитным бетоном обеспечивается диафрагмами и выпусками арматуры. Стыки блоков расчетные, на сварке закладных деталей. Рекомендуемые размеры блоков 6Х X 1,5; 6X2 м при толщине стенок 6—15 см.
Для армирования железобетонных фундаментов используют горячекатаную сталь классов A-I, А-П, А-Ш и холоднотянутую проволоку. При этом фундаменты под машины с динамическими нагрузками армируются вязаными сетками и каркасами.
Фундаменты проектируются такой высоты, чтобы не требовалась установка поперечной или отогнутой арматуры.
Небетонируемые закладные детали и соединительные элементы выполняют из углеродистой стали и защищают при отсутствии агрессивной среды цинковыми или алюминиевыми покрытиями, при относительной влажности воздуха менее 60% в пазухах фундамента, наличии агрессивных газов и пр.— лакокрасочными покрытиями, при наличии агрессивной среды — комбинированными, лакокрасочными покрытиями по цинковому подслою.
При заглублении фундаментов оборудования ниже уровня грунтовых вод необходимо предусматривать соответствующий состав бетона, гидроизоляцию, пластовый дренаж или общеплощадочное водопонижение. Защита бетона фундаментов от коррозии должна производиться в зависимости от степени агрессивного действия воды с учетом возможного повышения уровня грунтовых вод во время эксплуатации оборудования и увеличения их агрессивности. При эксплуатации возможно попадание в грунт сильноагрессивных растворов. В рабочих чертежах фундаментов, эксплуатируемых в агрессивной среде, указываются наиболее стойкие вяжущие и заполнители, минеральные и органические добавки к бетону (пластифицирующие, гидрофобизирую-Щие др.), наиболее стойкая арматура.
13
Применяются следующие виды гидроизоляции: битумная (обмазочная, оклеенная); цементная (торкрет-штукатурка); асфальтная (литая, штукатурная); пластмассовая и металлическая. Верхний уровень гидроизоляции устраивают на 0,5 м выше, максимального напорного уровня грунтовых вод. Для защиты подошвы фундаментов, расположенных ниже уровня слабо- и среднеагрессивных грунтовых вод, под подошвой укладывают подготовку из втрамбованного в грунт щебня толщиной не менее 100 мм с проливкой битума до полного насыщения. При наличии сильноагрессивной среды на подготовку накладывают стяжку из кислотостойкого асфальта и двухслойную рулонную гидроизоляцию.
Способ защиты поверхностей фундаментов, подвергающихся агрессивному действию грунтовых и производственных вод, зависит от степени их агрессивности. Примеры конструктивных решений защиты фундаментов, находящихся в зоне агрессивных грунтовых вод, приведены на рис. 5. Гидроизоляция и облицовка внутренних полостей фундаментов оборудования из листовой стали не допускается, если это не обосновано технологическими требованиями (например, при одновременном воздействии напорных подземных вод и высоких температур).
Для защиты от грунтовых вод фундаментов подвального типа, располагаемых в технических этажах, при коэффициенте фильтрации грунта менее 3 м/сут применяют пластовой дренаж. Он устраивается под всем заглубленным помещением. При этом в песчаных грунтах применяют двухслойный песчано-гравийный дренаж, в трещиновато-скальных и крупнообломочных — однослойный гравийный. Воды из пластового дренажа к ливнесточной сети или перекачным насосным станциям отводят по железобетонным или керамическим трубам — линейным дренам. Последние укладываются на дно котлована на расстоянии не более 60 ж, а в котловане создается уклон в сторону дрена (не менее 0,01). Пристенный дренаж для подземных помещений отсыпается до максимального расчетного уровня грунтовых вод.
При возможном систематическом попадании на фундаменты средне- и сильноагрессивных жидкостей под оборудованием устраивают поддоны из химически стойких материалов, примыкающий участок пола выполняют с гидроизоляцией, а- по периметру фундамента устраивают компенсаторы или другие приспособления для сохранения целостности гидроизоляции. Поверхности фундаментов, находящихся в условиях агрессивного действия технологических растворов (кислот, солей, щелочей), защищаются покрытиями. Фундаменты под насосы и другое кислотное оборудование могут выполняться из кислотостойких полимерсиликатных бетонов.
Поверхности тоннелей, каналов, лотков, подвергающихся постоянному действию масел или эмульсий, выполняются с маслостойкой защитой. Прочностные характеристики бетона, находя
14
щегося в таких условиях, умножаются на понижающий коэффициент 0,75.
Обратная засыпка котлованов фундаментов должна обеспечивать достаточную жесткость оснований под полы, исключающую их просадку при эксплуатации. Засыпка производится песчаными или песчано-гравелистыми, влажными, хорошо дренирующими грунтами, имеющими достаточную несущую способ-
г	де
Рис. 5. Защита фундаментов от агрессивных вод:
а — г — при слабой агрессивности вод — соответственно обмазочная и оклеенная битумные, торкрет-штукатурка и металлическая; д — при средней агрессивности; е — при сильной агрессивности; / — обмазка битумом в два слоя; 2 — железобетонные стены и днище, 3 — бетонная подготовка; 4 — кирпич глиняный обыкновенный; 5 — оклеенная гидроизоляция; 6 — выравнивающий цементный слой; 7 — защитный цементный слой 20 мм; 8 — литой асфальт в 2 слоя общей толщиной 30 мм; 9 — цементная торкрет-штукатурка в два слоя толщиной 25 мм; 10 — листы металлической гидроизоляции; // — уголок; 12 — закладная деталь; 13 — цементный раствор; 14 — отверстие для нагнетания цементного раствора; 15 — стальная накладка; 16 — кирпич кислотоупорный клинкерный (в 1/2 кирпича); 17 — подошва толщиной 100 мм из утрамбованного щебня, политого битумом.
ность и уплотняемость. Грунт укладывается горизонтальными слоями толщиной не более 1 м и уплотняется при помощи трамбовочных плит, вибро- и электротрамбовок. Над узкими щелями и пазухами целесообразно устраивать перекрытия.
ФУНДАМЕНТНЫЕ БОЛТЫ И ЗАКЛАДНЫЕ ДЕТАЛИ
Оборудование крепят к фундаментам болтами на виброгасителях, а иногда устанавливают без крепления. Широко распространен способ крепления болтами с опиранием на металличе-
15
ские подкладки и подливкой пос^е закрепления оборудования (1-й тип), на бетонную подкладку (2-й тип) или непосредственно на фундамент (3-й тип).
Расчетные фундаментные болты применяют для оборудования, устойчивость которого против опрокидывания, сдвига или скручивания не обеспечивается собственным весом. Для фикса-
Рис. 6. Фундаментные болты:
а, б — глухие болты с отгибом, анкерной плитой; в — съемные с изолирующей трубой; г, д — устанавливаемые на готовый фундамент на эпоксидном клее и цементной зачеканке; е — устанавливаемые в колодцы.
ции положения и предотвращения случайных смещений ус-стойчивое и вспомогательное оборудование крепят с помощью конструктивных болтов.
В зависимости от способа установки применяют болты глухие, съемные или устанавливаемые на готовых фундаментах (рис. 6). Глухие болты заделывают в фундамент во время бетонирования либо устанавливают в специальные колодцы, сооружаемые во время бетонирования. Если высота фундамента зависит от глубины заделки болтов в бетон, применяют короткие болты с анкерными плитами, а если не зависит,— более простые болты с отгибами. Оборудование, устанавливаемое методом поворота или надвижки (например, вертикальные цилиндрические аппараты химической промышленности), крепят- составными болтами.
Вокруг верхней части глухих болтов устраивают круглые или
квадратные шанцы, позволяющие несколько отгибать верхний конец болта. Глубину 1г и ширину шанцев b принимают [3]: для болтов М24 Л = 0,2; 6 = 0,1 лг, для болтов М30-36 А = 0,3; 6 = 0,1 м; для болтов М40-48 6 = 0,4; 6 = = 0,15 м. При этом глубина заделки болтов в бетон от низа должна быть не менее 25 d для болтов с отгибами и не менее 12 d для
болтов с анкерной плитой. Опалубки для шанцев изготовляют из металла, дерева или каркаса из арматурных стрежней, обмотанного мешковиной. В местах проемов тоннелей нижние концы болтов изгибают, при этом угол изгиба оси болта к вертикали должен составлять не более 45°.
Съемные болты имеют анкерную арматуру и шпильки. Анкерная арматура состоит из анкерной плиты и трубы, которые за
16
кладываются в фундамент перед бетонированием. После схватывания бетона шпильки свободно устанавливаются в трубе и закрепляются в анкерной плите с помощью нарезки. Анкерные плиты выполняются из листового проката (для крепления электротехнического оборудования) и из стального литья (для крепления оборудования с большими ударными и динамическими нагрузками). В нижней части болтов иногда устанавливают амортизирующие тарельчатые пружины, упругие деформации которых позволяют уменьшить расчетную глубину заделки болтов.
Болты, устанавливаемые в просверленные скважины, закрепляют с помощью эпоксидного клея или зачеканки цементным раствором и с помощью распорных цанг, распорных втулок и т. п.
При расчете болтов расчетные сопротивления растяжению R? для сталей марок ВСт. Зпсб, ВСт. Зпс5, ВСт.ЗГпсб составляют 1400, для стали марки 09Г2С— 1700 и стали марки 10Г2С1 — 1900 кгс!см2.
Расчетное сопротивление болтов усталостному разрушению при динамических нагрузках определяется по формуле [3]
Da
/?рУ = —кгс1см2.	(О
где р — коэффициент концентрации напряжений, учитывающий снижение предела выносливости резьбового участка стержня болта, 0=3,6;
ц— коэффициент, учитывающий масштабный фактор, принимаемый по табл. 2.
Таблица 2
Значения коэффициента ц [3]
Диаметр резьбы болтов d	MIO—М12	<£>	М20—М24	М30—М36	QO § 1 сч	М56-М72	М80—М90	Ml 00—Ml 25	М140
Коэффициент pi	1	1,1	1,2	1.4	1,6	1,8	2	2,2	2,5
При ограниченном числе циклов нагружения (менее5-106) расчетное сопротивление болтов усталостному разрушению /?рУ увеличивается путем умножения на коэффициент а (табл. 3).
Таблица 3
Значения коэффициента а [3]
Число циклов нагружений	0,05-106	0.2-106	0,8-106	2-Ю6	5-106 и более
Коэффициент а	3,15	2,25	1,57	1,25	1
17
Таблица 4
Основные характеристики фундаментных болтов [3]
Установочные и расчетные параметры		Типы болтов					
		глухие с отгибами	глухие с анкерной плитой	съемные с изолирующей	i трубой	устанавливаемых на готовых фундаментах		
					Ц О S £ с о S m к о> tx < <D к К о «	<D S ° X S о S ф	W Г д	К О а ф О fl « Q Д’ s «	в колодцах с. отгибами
Диаметр, d		10—125	10-140	24-48	10-100	12-48	12-48
Глубина заделки, И		25J	15d	10d	10d	104	10d
Расстояние между осями не менее		6d	Qd	6d	5d	10d	6d
Коэффициент нагрузки X	Тип закрепления оборудования 1 2 3	0,55 0,45 0,5	0.55 0.45 0,5	0,4 0,3 0,35	0,65 0,6 0,6	0,65 0,6 0,6	0,55 0,45 0,5
Коэффициент стабильности затяжек #ст	Тип закрепления оборудования 1 2 3	1.5 2 1.3 1,8 1,4 1,9	1,5 1,9 1.3 1,7 1.4 1,8	1.5 1,6 1,4 1,5 1,45 1,55	2 2,5 2 2,5 2 2,5	2,1 2,6 2,1 2,6 2,1 2,6	1.5 2,1 1.3 1,9 1,4 2
п р имечания: 1. Для конструктивных болтов с отгибами глубина заделки в бетон равна 15 d, для болтов с анкерными плитами — 10 d.
2. В числителе приведены значения для &ст при статических нагрузках, в знаменателе — при динамических.
Глубина заделки болтов в фундаменты для шпилек из стали ВСт. 3 и бетона М 150 указана в-табл. 4. При других марках стали шпилек болтов или марках бетона глубина заделки Но для глухих и съемных болтов, устанавливаемых в массив фундаментов, определяется по формуле (2), а для болтов, устанавливаемых в просверленные скважины и в колодцы, по формуле [3]
5.2 R* . Rp ’ 1400 ’
(2)
(3)
18
где Н — глубина заделки болтов в бетон, принимаемая по табл. 4, см;
jRp—расчетное сопротивление растяжению бетона фундамента принятой марки, кгс!см2;
5,2 — расчетное сопротивление растяжению бетона марки 150, кгс/см2;
7?р — расчетное сопротивление растяжению металла болтов принятой марки стали, кгс!см2;
1400 — расчетное сопротивление растяжению металла болта из стали ВСт. 3, кгс!см2.
Отметку верха торцов фундаментных болтов назначают с соблюдением модуля, равного 10 мм.
Сечение болтов подбирают по прочности и проверяют на выносливость к усталостному разрушению [3]. Площадь сечения болтов F (по резьбе) определяют по формуле
F=-V3^P ’см2'	(4)
^р
где V3— величина усилия затяжки болта;
% — коэффициент нагрузки;
Р — расчетная нагрузка, действующая на болт, кгс.
Для болтов, устанавливаемых без контроля усилия затяжки, подбор площади сечения болтов производится по формуле-
хР
Яр • 1000
см2.
(5)
При динамических нагрузках площадь сечения болтов необходимо проверить на выносливость:
Площадь сечения болтов для восприятия сдвигающих усилий F=-^,cm2,	(7)
где V3 величина усилия затяжки болтов.
Величина усилия затяжки фундаментных болтов У3 при вертикальных статических и динамических нагрузках назначается по формуле [3]
У3 = Кст(1 + х) Р, кгс,	(8)
где Кст — коэффициент стабильности затяжки, принимаемый по табл. 4.
Величина усилия затяжки болтов V3 для восприятия горизонтальных (сдвиговых) сил в плоскости стыка оборудования и фундамента
V'3 = /<ст Q~Gf , кгс,	(9)
19
где q — расчетная сдвигающая нагрузка, действующая в плоскости стыка оборудования фундамента, кгс\
G — собственный вес оборудовании, кгс\
f — коэффициент трения, принимаемый равным 0,3 при бесподкладочном способе установки оборудования и 0,2 при других способах установки;
п — количество болтов.
Рис. 7.-Опоры оборудования, не закрепляемые болтами: а — клиновые; б — винтовые.
При совместном действии вертикальных и горизонтальных (сдвигающих) сил величина усилия затяжки принимается по суммарному ее значению.
Металлообрабатывающие станки, оборудование легкой и пи-щёвой промышленности, а также станки невысокой точности, если требуется частая их перестановка, размещаются на фундаментах без закрепления. При этом точность их установки обеспечивается регулированием положения станка с помощью подкладок, клиньев, регулируемых клиновых или винтовых опор (рис. 7). Для особо точной и жесткой установки станков применяют специальные чугунные фундаментные плиты, снабженные регулировочными приспособлениями, жестко заделываемые в
Рис. 8. Закладные детали (/):
а — с анкерами (2); б —с опорным столиком (3).
которые имеются в возводимых
фундамент. Для крепления коммуникаций, обрамления проемов, перил, площадок, лестниц и т. п. в фундаменте устанавливаются закладные детали, которые не должны выступать за наружную грань (рис. 8).
Для получения минимального количества заготовочных марок закладные детали унифицируют и используют те из них, зданиях и инженерных сооруже
ниях.
В расчетных закладных деталях стержни должны быть изготовлены из стали периодического профиля классов А-П и А-Ш и привариваться к пластинкам в торец под слоем флюса. В кон
20
структивных закладных деталях можно применять анкеры из стали класса A-I с крюками на концах с длиной заделки 15 d. В расчетных деталях длина анкерных стержней составляет 15 d для сжатой и 30 d для растянутой зон элемента, где d — диаметр анкерного стержня (минимальное число стержней 4). Площадь сечения анкеров должна быть равна сумме площадей Fa и F3C, где F а—площадь, равная величине растягивающего усилия, деленного на расчетное сопротивление анкеров.
Если на закладную деталь действует изгибающий момент, площадь анкеров Еа, воспринимающая растягивающее усилие, определяется как площадь сечения растянутой арматуры железобетонного элемента, имеющего размеры закладной детали; Еас — площадь анкеров, воспринимающая сдвигающее усилие,
Fac = -^-,^2,	(10)
где Q — сдвигающая сила, кгс;
— расчетное сопротивление анкеров растяжению, кгс!см2\ k — коэффициент трения стали по бетону, принимаемый обычно 0,7.
Анкеры, воспринимающие сдвигающее усилие, размещаются в сжатой зоне элемента. Если последняя отсутствует, сдвигающие усилия воспринимаются упорными пластинками. Толщина пластинок закладных деталей бп определяется из условия:
Zn>0,25d-^~ , см,	(11)
Яср
где d — диаметр привариваемых стержней, см\
7?ср — расчетное сопротивление стали пластинок на срез, равное 1300.
Для установки фундаментных болтов и закладных деталей применяют монтажные приспособления — кондукторы. Они состоят из поддерживающих каркасов и кондукторов-шаблонов, на которые непосредственно устанавливаются фундаментные болты и закладные части (рис. 9). В крупногабаритных фундаментах с большим количеством фундаментных болтов стойки каркасов размещают по всей площади фундамента с шагом 2—4 м. Стойки устанавливают на бетонную подготовку и раскрепляют горизонтальными и диагональными связями. К ним приваривают поперечные коротыши — опоры для кондукторов. Кондуктор представляет собой стальной лист или раму из уголков и листов с отверстиями для болтов диаметрами на 1—2 мм больше диаметра болтов. Анкерные болты подвешивают в кондукторе на гайках и прямоугольных шайбах, которые после выверки каждого болта привариваются к кондуктору. Нижние концы болтов раскрепляют арматурными стержнями. Под тяжелые болты внизу ставят поддерживающие стойки из труб, швеллеров и т. п.
Значительная часть кондукторов остается забетонированной в теле фундамента, и расход металла на их изготовление состав
21
ляет в среднем 10—12 кг на 1 ж3 бетона фундамента. Разработаны различные решения кондукторных и поддерживающих устройств, позволяющие уменьшить расход металла, трудоемкость изготовления и монтажа.
Например, применение каркасов из двухветвенных стоек с широко расставленными ветвями из швеллеров и раскосной решеткой из уголков позволяет вести монтаж укрупненными элементами, снижает трудоемкость изготовления.
2	J
Рис. 9. Кондукторное устройство:
/ — железобетонные стойки; 2—анкерные болты; 3 — кондуктор-шаблон; 4 — поддерживающий столик; 5 — бетон М 200; 6 — башмаки под стойки; 7 — бетонная подготовка; 8 — связи.
Используется также блочный метод установки болтов, заключающийся в переносе работ по разбивке и монтажу в конструкторское бюро и заготовительные мастерские. Конструкторы разрабатывают укрупненные блоки-шаблоны под большие группы болтов. В заготовительные мастерские передаются чертежи разбивки отверстий в натуральную величину, по которым изготовляют шаблоны и крепят болты. На строительной Площадке монтируют готовый блок с подвешенными болтами. Указанный метод дает возможность значительно сократить расход металла, снизить трудоемкость монтажа, так как во много раз уменьшается объем измерительных работ на площадке.
Применение опорных плит и рам агрегатного оборудования значительно упрощает монтажные работы, при этом на монтажной площадке производят укрупняющий блочный монтаж агрегата, состоящего из машины, двигателя и обслуживающих механизмов и др. Под некоторые агрегаты (например, под насос с электродвигателем, компрессор с электродвигателем и т. п.) чугунные или сварные опорные плиты поставляются заводом-изготовителем. НИИЖБом разработаны конструкции сборных железобетонных опорных плит агрегатов оборудования, обладающих высокой прочностью, трещиностойкостью и жесткостью, обеспечивающих длительное сопротивление многократно повторяющимся ударным и вибрационным нагрузкам.
22
ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
При выборе типа основания учитывается местный опыт строительства в аналогичных грунтовых условиях, наличие производственной базы и материальных ресурсов у организаций заказчика и подрядчика. В благоприятных грунтовых условиях фундаменты опирают на естественное основание. Под уникальное и тяжелое оборудование целесообразно устанавливать свайные или опирающиеся на естественное основание фундаменты, выбирая более эффективное решение. При наличии в основании слабых грунтов небольшой мощности (до 1,5 м) этот слой заменяют непросадочным заполнителем или заглубляют фундамент в грунты с необходимой несущей способностью (на расстояние не менее 0,5 м). При большой мощности слабых грунтов проектируется свайное или другое искусственное основание.
Глубина заложения фундаментов должна быть минимальной — в зависимости от геологических и гидрогеологических условий и глубины промерзания грунтов с учетом глубины заделки анкерных болтов, размещения коммуникационных тоннелей и каналов, глубины заложения примыкающих подземных сооружений. Подошву фундамента закладывают по возможности на одном уровне. Если это приводит к значительному перерасходу материалов, отдельные участки крупногабаритных фундаментов устраивают на разной глубине. При близком расположении фундаментов с разными отметками подошв под фундаментом с более мелким заложением устраивается подбетонка враспор ненарушенному грунту. В местах примыкания фундаментов оборудования к фундаментам здания отметки подошв должны быть по возможности на одном уровне. При этом должна обеспечиваться независимая осадка фундаментов здания и оборудования.
Крупные фундаменты рассчитывают с учетом совместной работы оборудования, фундамента и основания. Грунт и железобетон — нелинейно-деформирующиеся материалы. Расчет с учетом нелинейности материалов существен для фундаментов больших размеров с большими статическими нагрузками. При этом, если жесткость фундаментов велика, то значительное влияние имеют нелинейные деформации в грунте, которые приводят к трансформации эпюры реактивных давлений при возрастании нагрузок. Если фундамент гибкий, следует учитывать нелинейные деформации железобетона.
Большинство фундаментов под оборудование — достаточно жесткие тела, в которых происходит рассеивание напряжений.
При проектировании фундаментов под оборудование с динамическими нагрузками стремятся к тому, чтобы общий центр тяжести фундамента, оборудования и засыпки грунта на обрезах фундамента и центр тяжести подошвы фундамента находились на одной вертикали. В случае опирания на фундамент соседних строительных конструкций общий центр тяжести фундамента
23
и оборудования определяется с учетом веса конструкций, пере-дающегося на фундамент. Величина эксцентриситета фундамен-тов машин с динамическими нагрузками не должна превышать для грунтов с условным расчетным давлением < 1,5 кгс1см2— 3%, а для грунтов с /?0> 1,5 кгс[см2— 5% размера той стороны подошвы фундамента, в направлении которой смещается центр тяжести.
Расчет основания заключается в проверке среднего статиче-ского давления на основание фундамента [19] по формуле
Ар	кгс!см\	(12)
где Рср — среднее давление на основание по подошве фундамента от расчетных статических нагрузок (коэффициент перегрузки принимается за 1), кгс1см,2\
т — коэффициент условий работы, изменяющийся в пределах 0,4^т^Л,0 и учитывающий характер и величину динамических нагрузок и ответственность оборудования (численные значения этого коэффициента приведены в рекомендациях по расчету фундаментов под отдельные виды машин в соответствующих разделах книги);
/?о — условное расчетное давление на грунт основания, кгс!см2, определяемое для уникальных фундаментов по результатам инженерно-геологических изысканий.
Для фундаментов, являющихся сооружениями III и IV классов, на основаниях, сложенных горизонтальными, выдержанными по толщине слоями грунта (уклон не более 0,1), сжимаемость которых не увеличивается с глубиной в пределах двойной ширины фундамента ниже проектной глубины его заложения, значения принимаются по табл. 5—7.
Таблица 5
Условные расчетные давления 7?0 на крупнообломочные и песчаные грунты [18]
Грунты	7?о, кгс!см?	
Крупнообломочные		
Галечниковый (щебенистый) с песчаным заполнителем Гравийный (дресвяный) из обломков пород:		6
кристаллических		5
осадочных		3
Пески	Плотные	Средней плотности
Крупные независимо от влажности	6	5
Средней крупности независимо от влажности Мелкие:	5	4
маловлажные	4	3
влажные и водонасыщенные	3	2
24
Продолжение табл. 5
Пески	Плотные	Средней плотности
Пылеватые:		
маловлажные	3	2,5
влажные	2	1.5
водонасыщенные	1,5	1
Таблица 6
Условные расчетные давления на глинистые (непросадочные) грунты [18]
Глинистые грунты	Коэффициент пористости грунта е	Ro, кгс1см?, при консистенции грунта	
		Д = 0 I	Д=1
	0,5	3	3
Супеси	0,7	2,5	2
	0,5	3	2,5
Суглинки	0,7 1	2,5 2 '	1,8 1
	0,5	6	4
	0,6	5	3
Глины	0,8	3	2
	1,1	2,5	1
Примечание Для глинистых грунтов с промежуточными значениями е и /£ допускается определять величину 7?о, пользуясь интерполяцией; вначале по е для значений /£ =0 и /£=1, затем по /д между полученными значениями /?0 для /д =0 и /д =1.
Таблица 7
Условные расчетные давления /?0 на просадочные грунты [18]
Грунты	Ro, кгс/см2			
	Грунты природного сложе ния с объемным весом скелета уСк , тс!м?		Грунты уплотненные с объемным весом скелета Уск, ТС/Л£3	
	1,35'	1,55	1,60	1,70
Супесь	3 1,5	3,5 1,8	2	2,5
Суглинок	3,5 1,8	4 2	2,5	3
Примечания 1. В числителе приведены значения Ro, относящиеся к просадочным грунтам природного сложения со степенью влажности G <0,5 при отсутствии их замачивания, в знаменателе — значения Ro, относящиеся к таким же грунтам со степенью влажности G >0,08, а также к грунтам с меньшей степенью влажности при замачивании. 2 Для просадочных грунтов с промежуточными значениями уск и G значения Ro определяются интерполяцией.
25
Для фундаментов под оборудование, возводимых на просадочных грунтах, значение 7?о принимается по табл. 7, если в районе его расположения отсутствует предприятие с мокрыми технологическими процессами.
Просадочные грунты характеризуются местными быстропро-текающими вертикальными деформациями (просадками), возникающими в результате замачивания. При возведении на них фундаментов под оборудование целесообразно устранять просадочные свойства грунтов в пределах деформируемой зоны или ее части: уплотнением тяжелыми трамбовками; устройством грунтовых подушек; трамбованием котлована; уплотнением подвод-
ными взрывами; химическим или термическим закреплением, а также — в пределах всей просадочной толщи — глубинным
уплотнением грунтовыми сваями; предварительным замачива-
нием нижних слоев просадочных грунтов и др.
Приведенные в табл. 5—7 значения	относятся к фундамен-
там, имеющим ширину &i=l и глубину заложения Ai=2 м. При других размерах условное расчетное давление на грунт [18] при 2 м	.
h + hx
R = R<>
i+Ai (-4^ \	01
2Ztj
(13)
при h>2 м
R = R0
1+kJ b~b'
(14)
+ Mu (A — Aj), где b и h — фактические ширина и глубина заложения фунда-
b,
мента, м\
— расчетное значение объемного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, тс!м?\
k\ — коэффициент, учитывающий влияние ширины фундамента, для крупнообломочных и песчаных грунтов, кроме пылеватых песков, k\ = 0,125; для пылеватых песков и глинистых грунтов fei = = 0,05;
&2 — коэффициент, учитывающий влияние глубины заложения фундамента; для крупнообломочных и песчаных грунтов k2 = 0.25; для супесей и суглинков &2=0,2 и для глин k2 = 0,15.
Временно устанавливаемые плитные фундаменты под оборудование весом до 40 тс со статическими и малыми динамическими
нагрузками можно устанавливать на слежавшихся насыпных грунтах, кроме содержащих сильно сжимаемые вещества (глинистые разжиженные, торф, опилки, стружки и т. п.); при этом значение /?о принимается по табл. 8.
Основания, сложенные насыпными грунтами, рекомендуется уплотнять тяжелыми трамбовками на глубину до 3 м при степени влажности грунтов 6<С 0,7; поверхностным уплотнением вибрационными машинами и виброкатками на глубину до 1,5 ж, если грунты состоят из рыхлых песков; гидроуплотнением на глубину до 6 м водонасыщенных грунтов, состоящих из песков.
26
Таблица 8
Условные расчетные давления <R0 Для слежавшихся насыпных грунтов основания [18]
Насыпные грунты	Ro, кгс!см2			
	Крупные, средние, мелкие пески, шлаки и т. п.		Пылеватые}’ пески, глинистые грунты, зола и т. п.	
	При степени влажности			
	G<0,5	G>0,8	G<0,5	|	G>0,8
Грунты в планомерно возведенных с уплотнением насыпях Отвалы грунтов и отходов производства после их уплотнения То же, без уплотнения Свалки грунтов и отходов производства после их уплотнения То же, без уплотнения	2,5 2,5 1,8 1,5 1,2	2,0 2.0 1,5 1.2 1,0	1,8 1,8 1,2 1,2 1.0	1,5 1,5 1,0 1,0 0,8
Примечания: 1. Величины /?0 относятся к фундаментам с глубиной заложения ft)=2 м. При глубине заложения фундаментов h<2 м значения Ro понижаются умножением на коэффициент k=h+hi. 2. Величины Ro в двух нижних графах относятся к свалкам и отходам производств с содержанием органических включений не более 10%. 3 Для неслежавшихся отвалов и свалок грунтов и отходов производства значение Ro принимается по табл. 4 с коэффициентом 0,8. 4. Величину Ro для промежуточных значений G от 0,5 до 0,8 допускается определять интерполяцией.
При возведении фундаментов на набухающих грунтах, объем которых увеличивается при замачивании (набухание.) и уменьшается при понижении влажности (усадка), принимают следующие меры, направленные на снижение или полное исключение возможных деформаций оснований фундаментов:
проводят водозащитные мероприятия, предохраняющие грунты основания от замачивания;
устраняют свойства набухания грунта основания в пределах всей или части толщи путем предварительного замачивания;
применяют компенсирующие песчаные подушки;
полностью или частично заменяют слой набухающего грунта другим ненабухающим грунтом;
прорезают фундаментами слой набухающего грунта.
При расчете фундаментов учитываются дополнительные деформации основания в результате набухания или усадки исходя из величины относительного набухания (при инфильтрации влаги или экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима) или относительной усадки (при высыхании грунта в результате теплового воздействия технологического оборудования). .
На вечномерзлых грунтах фундаменты под оборудование проектируют с учетом состояния мерзлоты в условиях строительства и эксплуатации. В рабочих чертежах приводятся мерзлотно-грунтовые разрезы и основные данные о характеристике и температуре грунтов в природном и эксплуатационном состояниях. В про-
27
екты включаются основные требования к производству работ j к эксплуатации, обеспечивающие сохранение расчетного тепло вого режима грунтов основания, исключающие возможность по явления в результате оттаивания недопустимых осадок и кренов
Фундаменты опирают на грунты, сохраняющие мерзлое состоя ние в течение всего периода эксплуатации оборудования, за глубляя не менее чем на 1 м (для свай 2 м) основание ниж^ расчетной глубины сезонного оттаивания грунтов. Под менее от ветственные фундаменты верхние слои грунтов, содержащие ле дяные включения, заменяют песчано-гравелистой смесью ил1 проводят предварительное оттаивание (крупнообломочных и песчаных) и уплотнение (глинистых) грунтов. При не очень глу боком залегании скальных грунтов фундаменты целесообразна устанавливать на них. Под ответственное оборудование примени ют свайные фундаменты, рассчитывая их по несущей способности и деформациям, а также по предотвращению выпучивания. В ре-зультате пучения глинистых и пылевато-песчаных грунтов фундаменты могут неравномерно подниматься на значительную высоту. Чем меньше давление на сваю от постоянных нагрузок, тем больше они могут выпучиваться при прочих равных условиях. Для предотвращения этого явления нижние концы свай за-анкеривают в грунте ниже слоя сезонного промерзания — оттаивания.
В проекте указывают способ погружения свай (в пробуренные скважины, оттаиванием, бурозабивные или забивные), в зависимости от которого определяется несущая способность свайных фундаментов. Иногда для сохранения мерзлого состояния грунтов основания применяют охлаждающие трубы и каналы, железобетонные конструкции которых используются как нижняя часть фундаментов под оборудование.
При проектировании фундаментов под оборудование в особых условиях (на подрабатываемых территориях, элювиальных, за-торфованных, засоленных и т. п. грунтах) используют решения, принятые в проектах фундаментов зданий и сооружений, расположенных на той же строительной площадке.
При воздействии вибродинамических или вибрационных нагрузок наблюдается снижение прочностных характеристик грунтов, разрушающее давление на грунт уменьшается с увеличением количества циклов нагружения и стремится к некоторому пределу усталости. Влияние динамического воздействия на глинистые грунты и пески различно. В увлажненных глинистых грунтах значительно уменьшаются сцепление и угол внутреннего трения. Наибольшее разуплотнение наблюдается при их тугопластической консистенции, а при влажности, близкой к пределу текучести, влияние вибродинамического воздействия на разуплотнение глинистого грунта незначительно. В водонасыщенных песчаных грунтах происходит их разжижение, а в сухих песках прочность снижается незначительно. В пластично-мерзлых и искусственно 28
закрепленных грунтах прочностные характеристики также уменьшаются.
В сжимаемых под нагрузкой грунтах даже при напряжениях, далеких от разрушающих, остаточные деформации превышают упругие. Однако при многократном нагружении и разгружении грунтов или при действии сравнительно небольших по величине динамических нагрузок, типичных для машин, деформации грунта приближаются к упругим. Поэтому при расчете на колебания фундаментов машин с динамическими нагрузками с достаточной точностью принимают основание, характеризующееся коэффициентом упругого равномерного сжатия С2, тс/м2, который рекомендуется определять по результатам испытаний грунтов. Для предварительных расчетов значения С2 принимают по табл. 9. Коэффициенты упругого неравномерного сжатия (С<р) и упругого равномерного сдвига [19]:
Ср =2С2; Сх = 0,7О2, тс/м2.	(15)
Таблица 9
Коэффициенты упругого равномерного сжатия Сг [19]
Условное расчетное давление на грунт (/?0), кгс/см2	Коэффициенты Cz, тс/м	Условное расчетное давление на грунт (Ro), кгс/см2	Коэффициенты Cz, тс/м
1	2000	4	6000
2	4000 ‘	5	7000
3	5000		
Примечания. 1. Для промежуточных значений Ro величину Сг определяют ин терполяцией. 2 Указанные значения Cz относятся к фундаментам, имеющим площадо подошвы более 10 м2; для фундаментов, имеющих меньшие размеры подошвы, значения
С увеличивают умножением на — (где F — площадь подошвы фундамента, м2)
Эти коэффициенты являются обобщающими и учитывают влияние боковой засыпки, инерции массы грунта, колеблющейся вместе с фундаментом и т. п.
Коэффициенты упругой жесткости для естественных оснований определяют по следующим формулам. При упругом равномерном сжатии
= тс/м.	(16)
При упругом повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно к плоскости колебаний (неравномерное сжатие),
/С<р =	/, тс/м.	(17)
При упругом равномерном сдвиге
KX~CXF, тс/м.	(18)
где F и I — площадь, м2, и момент инерции, ж4, подошвы фундамента.
29
Основная характеристика свайного фундамента — коэффициент упругой жесткости С, тс)м, одной сваи, значение которого определяется опытным путем.
Коэффициент упругой жесткости свайных фундаментов определяют по формулам:
при упругом равномерном сжатии
Кг=/С,	(19)
где f — число свай под подошвой фундамента;
при упругом повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси (неравномерное сжатие)
= r2t,	(20)
f=l
где — расстояние от оси f-й сваи до оси поворота подошвы фундамента, ж;
при упругом равномерном сдвиге определяется так же, как и для естественного основания по формуле (19).
Для предварительных расчетов колебаний свайных фундаментов
C = yt7Z,	(21)
где U и I — соответственно периметр поперечного сечения и длина сваи,
у — коэффициент (зависящий от вида грунта), ориентировочное значение которого для деревянных свай принимают, тс/м2, при наличии пластичных слабых (/?о< 1,0 кгс)см2) глин, суглинков у = 750, мелких и пылеватых водонасыщенных песков v = 1000, песков (кроме мелких и пылеватых водонасыщенных), а также плотных грунтов, лессов и лессовидных суглинков естественной влажности у — 2500. Для железобетонных свай значение коэффициента у увеличивается в два раза по сравнению с величинами, указанными для деревянных свай.
Демпфирующие свойства основания характеризуются модулем затухания Ф (табл. 10), который сравнительно мало зависит
Таблица 10
Характеристики затухания вертикальных колебаний для фундаментов, опирающихся на естественное основание (Ф.?), и свайных(т) 3 )
Характеристика основания	Грунты		т|^,рез
С затуханием: слабым средним большим	Глинистые водонасыщенные и влажные То же, естественной влажности Песчаные водонасыщенные То же, неводонасыщенные Слабые песчано-глинистые, насыпные; ленточные глины	0,0030 0,0030—0,0045 0,0045—0,0060 0,0060—0,010 0,0 i 0—0,015	2—3 1,5-2 1,5-2 1—1,5 0,75—1
30
от свойств грунта (несколько больше в рыхлых грунтах и при наличии боковой засыпки). При расчете свайных фундаментов рассеяние энергии определяется коэффициентом нарастания колебаний при резонансе т)г,рез- Модуль затухания горизонтальных колебаний Фх=0,25Ф2, угловых Ф? =0,75 0^ соответственно Т]х,рез = 8; Т]ср,рез==4т)2,рез*
Грунты основания не только воспринимают динамические нагрузки, но и преобразовывают эти воздействия. Колебания грунта, вызываемые фундаментами машин, зависят от параметров колебаний фундаментов, отличаются относительно большой длиной волны, затухая, распространяются в грунте на большие расстояния (до нескольких километров).
Амплитуды вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта при вертикальных (горизонтальных) колебаниях фундамента машины рассчитывают по формуле [19]
Л=4[к/2г-0’4(_г“4)] 	(22)
где А — амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта в точке, расположенной на расстоянии г от оси фундамента, т. е. от источника волн в грунте, м;
Ао — амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента под оборудование, т. е. источника волн в грунте,
го=='|у/<~— приведенный радиус подошвы фундамента,
F— площадь подошвы фундамента, м2.
Частоту волн, распространяющихся в грунте, приравнивают к частоте колебаний фундамента машины.
В отдельных случаях при выборе типа основания учитывают наличие промышленной сейсмики, а также требования по ограничению упругого крена, вызванного действием кратковременных нагрузок (например, при устройстве фундаментов под сборочные стенды, точные станки и т. п.).
РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ОБОРУДОВАНИЕ
Фундаменты под оборудование рассчитывают по методу предельных состояний на статические, динамические нагрузки или на воздействие высоких температур с учетом их возможных сочетаний. Расчеты производятся по первой группе предельных состояний—несущей способности грунтов основания, прочности, устойчивости, температурным напряжениям, резонансным колебаниям, выносливости конструкций, а также по второй группе — деформациям грунта основания, колебаниям, образованию и раскрытию трещин фундаментов.
Нормативные значения нагрузок, коэффициенты перегрузки и перспективного увеличения нагрузок, технологические требова-
31
ния к эксплуатации фундамента (предельно допустимые осадки, крены, амплитуда колебаний и т. п.) обычно приводятся в стро-ительном задании на проектирование. Собственный вес оборудования принимается как постоянная нагрузка. Долговременные нагрузки создаются весом жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование в процессе его эксплуатации, а также температурными технологическими воздействиями. Кратковременные возникают при строительстве и монтаже, а также пускоостановочном, переходном и испытательном режимах. Особые нагрузки вызываются резким нарушением технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования.
Нормативная нагрузка от веса оборудования определяется по стандартам и каталогам, а для нестандартного оборудования — по паспортным данным или рабочим чертежам. В нее включают собственный вес установки или машины (в том числе приводов), постоянных приспособлений и опорных устройств, вес изоляции, заполнения оборудования, наиболее тяжелой обрабатываемой детали и т. п. Принимаются следующие коэффициенты перегрузки: собственный вес и вес изоляции стационарного оборудования (п= 1,2); вес заполнения оборудования (кроме трубопроводов) жидкостями (л =1,1), суспензиями, шламами, сыпучими телами (п= 1,2); вес заполнения трубопроводов жидкостями (п=1,0), суспензиями, шламами, сыпучими телами (п=1,1). При расчете фундаментов и оснований на особые сочетания расчетные величины кратковременных нагрузок или соответствующих им усилий умножают на коэффициент сочетаний (пс = 0,8). При этом особая нагрузка принимается без снижения. При расчете по деформациям коэффициент перегрузки п=\.
Машины с динамическими нагрузками разделяются на следующие основные группы:
с конструктивно-неуравновешенными движущимися частями, кривошипно-шатунными и кривошипно-кулисными механизмами (поршневые машины, лесопильные рамы, дробильно-размольные и др.); динамические нагрузки для них определяют расчетом по кинематической схеме;
с номинально-уравновешенными, а фактически неуравновешенными движущимися частями (турбокомпрессоры, электрические машины, центрифуги, вентиляторы и др.). Неуравновешей-ности в них вызваны неточностью балансировки, разработкой подшипников, влиянием обрабатываемого материала и т. п. и принимаются на основе экспериментальных данных.
Динамические нагрузки от машин определяются направлением действия и законами изменения во времени их главного вектора и главного момента. Динамическая нагрузка характеризуется: видом (сила, момент), законом изменения во времени ее величины (гармоническая, периодическая, импульсная, внезапно приложенная, ударного воздействия и т. д.), положением (неподвижная, движущаяся с постоянной или переменной скоростью
32
и др.); направлением (вертикальная, горизонтальная и др.), а также распределением по конструкции (сосредоточенная, распределенная по заданному закону).
Динамические нагрузки в зависимости от продолжительности вызываемых ими колебаний и периодичности действий делятся на эпизодические и систематические. К первым относятся одиночные импульсы и удары, кратковременные перегрузки в аварийных режимах, нагрузки, возникающие при пуске и остановке машины во время перехода через резонанс (при числе пусков в сутки менее пяти), и т. д. Ко вторым относятся периодические и непериодические нагрузки при регулярной работе машин и установок в рабочем режиме, а также многократные импульсы и удары, при действии которых необходимо учитывать усталостные эффекты.
Динамические нагрузки, развиваемые большинством машин непрерывного действия, изменяются по гармоническому закону и только в отдельных случаях являются некоторыми периодическими (негармоническими) функциями времени. Эти функции распределяют в тригонометрические ряды, в которых для динамического расчета используют первые, а иногда и высшие гармоники. Указанные нагрузки вычисляют как геометрические суммы сил и моментов сил инерции движущихся частей, ускорения которых определяются кинематикой механизма машин.
Классификация машин по частотности вызываемых ими колебаний приведена в табл. И.
Таблица 11
Группы машин по частотности [5]
Группа	Частота нагрузки или преобладающей гермоники, цикл]мин	Характеристика машин	Продолжительность импульса, сек
1	До 400	Низкочастотные	Более 0,1
2	От 400 до 2000	Среднечастотные	От 0,1 до 0,005
3	Более 2000	Высокочастотные	Менее 0,005
Прочность и выносливость облегченных конструкций фундаментов под тяжелое оборудование рассчитывают на статические нагрузки, учитывая совместную работу системы «фундамент— основание». Расчетные схемы таких фундаментов приводят к системам продольных и поперечных рам, лежащих на упругом основании, или к пространственным плитно-стоечным конструкциям, лежащим на упругом основании, для которых имеются программы расчета для разных моделей ЭВМ. Элементы облегченных конструкций фундаментов под оборудование рассчитывают при действии нагрузок:
постоянных, в которые включаются вес машины (в том числе Движущихся частей), вспомогательного оборудования и собственный вес частей фундамента;
2 6-3947	33
временных, включающих нагрузки, заменяющие динамически действие движущихся частей машин и особые характерные д^ машин данного вида (например, моменты короткого замыканц электродвигателя, разрывы шпинделя при аварийных ситуд циях).
Прочность отдельных элементов верхнего строения (главны* образом, консольных) проверяется также на действие монтаж ных нагрузок.
Временная (динамическая) расчетная нагрузка [19]
Рд = пКдРн ,	(23
где п — коэффициент перегрузки, обычно принимаемый 1,3:
7<д— коэффициент динамичности;
Рн— нормативное значение динамической нагрузки, соответ, ствующее нормальному эксплуатационному режиму машины.
Коэффициент динамичности вводится в связи с тем что фактическая динамическая нагрузка может превышать ее нормативное (среднее) значение вследствие возможных отклонений параметров машин от нормы (особенно велики отклонения амплитуды перемещений центра массы для машин с вращающимися частями).
Перегрузки, учитываемые коэффициентом динамичности, в подавляющем большинстве случаев длительны и поэтому должны приниматься во внимание при расчете на выносливость. Но если перегрузка связана с экстренным режимом работы машины или установки (например, обрыв молотка в молотковых дробилках, промывание осадка в некоторых типах центрифуг и т. п.), то она носит случайный характер и должна учитываться только при проверке прочности поддерживающих конструкций.
Расчетные сопротивления материалов конструкций фундаментов, воспринимающих динамические нагрузки от машин и оборудования, принимаются как сопротивления при статическом нагружении.
При расчете сооружений на динамические нагрузки учитывается «динамическая» жесткость элементов строительных конструкций, определяемая при достаточно быстрых циклических процессах деформирования конструкций (обычно по частотам собственных колебаний). При расчете на умеренные динамические нагрузки (периодические и импульсные) эту жесткость можно определять исходя из упругой стадии работы материала, считая равной произведению динамического модуля упругости на соответствующую геометрическую характеристику поперечного сечения элемента (исключение представляют случаи мощных динамических нагрузок, вызывающих появление макропластиче-ских деформаций). При динамическом расчете изгибаемых железобетонных элементов расчетные динамические жесткости можно приравнивать к жесткости сплошного бетонного сечения (без учета арматуры); при этом динамический модуль упругости бетона равен нормативному значению Ев (при сжатии).
34
При колебаниях конструкций часть энергии деформаций необратимо поглощается и рассеивается в виде тепла во внешнюю среду вследствие внутреннего трения в материале, сухого трения в опорах сборных железобетонных конструкций, выполняемых по разрезной схеме, и внутреннего трения в деформируемом основании. Внутреннее трение в строительных конструкциях играет важную благоприятную роль, являясь причиной быстрого затухания свободных колебаний конструкций, возбуждаемых ударами, и ограничения амплитуд резонансных колебаний при действии периодических нагрузок.
Способность материала конструкций поглощать энергию колебаний вследствие внутреннего трения, обусловливающего затухание свободных колебаний, учитывается в динамических расчетах коэффициентов неупругого сопротивления у. Для ненапряженного железобетона при динамической нагрузке I и II категорий коэффициент v равен 0,05, а при динамической нагрузке III и IV категорий равен 0,1.
Жесткость изгибаемых железобетонных элементов
В = £б/,	(24)
где £б — модуль упругости бетона, кгс!см3\
I—момент инерции поперечного сечения элемента (для армированных конструкций без учета арматуры), еж4.
Фундаменты под неуравновешенные машины, подвергающиеся систематическому воздействию циклических напряжений (амплитуды которых не очень малы в сравнении со статическими напряжениями), рассчитываются на выносливость. Они должны обладать способностью противостоять усталости, т. е., не разрушаясь, выдерживать определенный уровень переменного циклического напряжения при заданном числе циклов напряжения. В результате усталости материала возникают локальные очаги разрушения (усталостные трещины) вследствие длительного действия переменного циклического напряжения данного вида, которое может быть значительно меньше соответствующего предела статической прочности материала и тем меньше, чем больше амплитуда циклического напряжения в сравнении с его постоянной статической составляющей. Расчет на выносливость железобетонных конструкций производится только для изгибаемых элементов [17].
При расчете колебаний фундаментов машин вводятся следующие допущения:
не учитываются инерционные свойства основания, рассматриваемого как линейно-деформируемый идеально упругий материал, свойства которого определяются коэффициентами упругого равномерного и неравномерного сжатия и упругого неравномерного сдвига;
не учитываются эксцентриситеты в распределении масс фундамента;
35
упрощается расчетная схема (приводится к системе не боле? чем с тремя степенями свободы).
Предельно допустимые значения амплитуды колебаний уста навливаются для фундаментов под машины (исходя из условий нормальной эксплуатации) и для грунта вблизи места установ ки машины (исходя из условий нормальной эксплуатации рас положенных на этом участке оборудования и приборов, чувству тельных к сотрясениям).
Расчет на колебания производится по формуле [19]
А < Лд,	(25)
где А — наибольшая амплитуда колебаний фундамента, опредв ляемая расчетом, мм\
Ад — допускаемая амплитуда колебаний фундамента, мм.
Расчетные значения Ад принимаются по строительному заданию на проектирование или по табл. 12. Величины Ад при гори* зонтальных колебаниях относятся к верхней грани фундамента, а при вертикальных — к крайней точке его подошвы.
Таблица 12
Допускаемые величины амплитуды колебаний фундамента А д [19]
Машины и механизмы	Частота вращения, об!мин	Дд, мм	
Мотогенераторы и другие низкочастотные электрические машины	До 500 500—750 Более 750	0,20 0,15 0,10	
Машины с кривошипно-шатунными механизмами	До 200 200-400 400-600 Более 600	Первая гармоника 0,25(0,3)* 0,25—0,15 0,15-0,10 0,10	Вторая гармоника 0,15 0,10 0,07 0,05
Дробилки (щековые и конусные)	До 300	0,30	
Кузнечные молоты	—	1,2**	
* Значения Лд =0,30 относятся к фундаментам высотой более 5 м При возведении на водонасыщенных песках Дд =0,8 мм
Нормируемые параметры вибрации — среднеквадратические величины колебательной скорости в октавных полосах частот или амплитуды перемещений, возбуждаемых работой оборудования и передаваемых на рабочее место у фундамента под оборудование (CH 245—71).
36
Допустимые величины параметров вибрации (СН 245—71)
Среднегеометрические и граничные (даны в скобках) частоты октавных полос, Гц		2 (1,4-7-2,8)					
Частота, Гц		1,4	1,6	2	2,5	2,8	
Амплитуда (пиковое значение) перемещения при гармонических колебаниях, мм		3,11	2,22	1,28	0,73	0,61	
Среднеквадратическое значение колебательной скорости	мм/сек	11.2	|					1
	дБ, относительно 5*10-5 мм)сек	107					
Среднегеометрические и граничные (даны в скобках) частоты октавных полос, Гц			16				
			(11,2-?22,4)				
Частота, Гц		11,2	12.5	1 16	20	22,4	
Амплитуда (пиковое значение) перемещения при гармонических колебаниях, мм		0,041	0,036	0,028	0,0225	0,02	
Среднеквадратическое значение колебательной скорости	мм)сек	2					1
	дБ, относительно 5*10-5 мм/сек	92					
Т аблица 13
4		8 (5,64-11,2)
(2,84-5,6)		
3,2	4	5	| 5,6 | 6,3	8	10 | 11,2	
0,44	0,28	0,16	0,13 0,09 0,056 0,045 0,041	
5		2
100		92
31,5		63
(22,44-45)		(454-90)
25	31,5	40	4!	5	50	63	80	90
0,018	0,014 0,0113 0,0102 0,009 0,0072 0,0056 0,005	
2		2
92
92
Допустимые величины параметров вибрации на постоянных рабочих местах в производственных помещениях при непрерывном ее действии в течение рабочего дня (8 ч) приведены в табл 13. Амплитуды перемещения нормируются для гармонических, а также полигармонических вибраций (когда в пределах каждой активной полосы находится не более одной гармонической составляющей) раздельно по активным полосам. Для промежуточных значений частот гармонических колебаний амплитуды допустимых перемещений следует определять линейной интерполяцией. Если в активную полосу попадает более одной гармонической составляющей или вибрации имеют сплошной спектр, то нормируется среднеквадратическая колебательная скорость для каждой из активных полос.
СОСТАВ И ОФОРМЛЕНИЕ
РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ
Рабочие чертежи бетонных и железобетонных фундаментов под технологическое оборудование разрабатывают с учетом требований предъявляемых к оформлению чертежей железобетонных конструкций. При этом соблюдаются ГОСТ 2.301—68 (форматы); ГОСТ 2.302—68 (масштабы) (см. табл. 14); ГОСТ 2.303—
Таблица 14
Масштабы изображения (ГОСТ 2.302—68)
Изображение
Схематический план цеха и фундаментов под оборудование
Сводный план разбивочных осей
Виды и разрезы фундаментов, схемы армирования
Узлы конструкций
Арматурные, закладные и соединительные изделия Маркировочный план фундаментов, монтажные схемы сборных конструкций План фундаментных болтов
План подошв
Масштаб
1 : 1000, 1 : 2000
1 : 200, 1 : 400
1 : 20, 1 : 50, 1 : 100
1:5, 1 : 10
1 : 10, 1 : 20, 1 : 50
1 : 100, 1 : 200, 1 : 400
1 : 50, 1 : 100
1 : 100, 1 : 200
68 (линии); ГОСТ 2.304—68 (шрифты); ГОСТ 2.305—68** (изображения, виды, размеры, сечения); ГОСТ 2.306—68 (графические обозначения материалов и правила нанесения их на чертежах); ГОСТ 2.307—68* (нанесение размеров и предельных отклонений); ГОСТ 2.316—68 (правила нанесения надписей).
В проектах фундаментов под технологическое оборудование промышленных цехов должны быть общие чертежи и чертежи отдельных фундаментов.
К общим чертежам относятся заглавный лист и перечень чертежей проекта.
38
Для особо сложных систем групповых фундаментов (например, прокатных, литейных, сталеплавильных цехов) дополнительно разрабатывают маркировочный план фундаментов под оборудование; сводный план разбивочных осей оборудования и иногда план подошв фундаментов и план подготовок.
На заглавном листе приводят схематический план цеха и фундаментов под оборудование; общие примечания, включающие сведения о нагрузках и особых воздействиях, о грунтах, уровне грунтовых вод, глубине промерзания; данные по защите от коррозии и высоких температур, об особых условиях производства строительных работ; условные обозначения.
На маркировочном плане наносят оси здания и привязки к ним главных осей фундамента, наружные контуры (без размеров) с маркировкой фундаментов под оборудование и здания, таблицы марок фундаментов под оборудование и примечания.
На сводном плане разбивочных осей показывают разбивочные оси оборудования. Их обозначают арабскими цифрами: вертикальные— нечетными, горизонтальные — четными. Вертикальные оси нумеруют в направлении движения изделия по технологической линии, горизонтальные — сверху вниз. Разбивочным осям кроме нумерации присваивают наименование осей оборудования. Нумерация разбивочных осей оборудования проставляется на чертежах на концах линий в двойных кружочках. Одна вертикальная и одна горизонтальная разбивочные оси принимаются за главные и привязываются к разбивочным осям здания. Привязку главных осей заключают в двойные рамки. Нумерацию главных разбивочных осей проставляют на концах в двойных кружочках, заключенных в рамки.
Чертежи отдельных фундаментов разрабатываются в следующем составе: план фундаментных болтов; опалубочные чертежи монолитных и монтажные схемы сборных железобетонных конструкций; арматурные чертежи; детали гидроизоляции, деформационных швов и др.; чертежи закладных изделий и металлических конструкций.
Фундаментные болты простых фундаментов маркируют и привязывают на опалубочных чертежах. Фундаментные болты сложных крупногабаритных фундаментов и систем групповых фундаментов маркируют и привязывают на специальном чертеже — плане фундаментных болтов, на котором приводят таблицу фундаментных болтов, детали шанцев и примечания. Условные обозначения болтов приведены в табл. 15.
Фундаментные болты привязывают к осям оборудования в порядке, принятом на чертежах строительного задания; при этом привязка одной группы болтов в плане показывается один раз. Не следует привязывать болты к контурным линиям фундаментов, осям здания и пр., так как это может привести к серьезным ошибкам при строительстве. Фундаментные болты в плане наносят условными обозначениями и маркируют двумя буквами рус-
39
Условные обозначения болтов [3]
Диаметр болта	М10	М12	М16	М20	М24	мзо	М36	М42
Условное обозначение диаметра болта
		А	Б	В	Г	д	Е	ж	и
Марка болта	Заготовочная	а	б	в	г	д	е		
	Установочная	1	2	3	4	5	6		
ского алфавита и цифрой: например, Ав—2, где прописная буква «А» обозначает диаметр резьбы, строчная буква «в» — длину и конфигурацию болта, цифровой индекс «2» — установочную марку и отметку верха данной марки. Для съемных болтов в графе «примечания» таблицы анкерных болтов дается отметка верха анкерных плит.
На опалубочных чертежах фундаментов, на планах, разрезах и видах изображают габариты фундаментов (тоннели, каналы, отверстия, проемы), болты и закладные детали; при этом подливка под оборудование не наносится. Перепады поверхностей фундамента по высоте показывают на планах отметками.
Глава 91
ФУНДАМЕНТЫ ПОД ОБОРУДОВАНИЕ
СО СТАТИЧЕСКИМИ, МАЛЫМИ ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ И ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯМИ
ФУНДАМЕНТЫ ПОД ТЯЖЕЛОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Фундамент под миксер доменных цехов проектируют подвального типа плитно-стоечной конструкции (рис. 10, а). Колонны, опалубку верхней плиты и промежуточную рабочую площадку иногда выполняют в сборном железобетоне. Сетку колонн устанавливают по размещению опор агрегата непосредственно над колоннами. Толщины верхней и нижней плит определяются расчетом на прочность, силовые статические воздействия с учетом пространственной работы фундамента совместно с грунтом или свайным основанием. Фундаменты под миксеры можно проекти-40
Таблица 15
М48	М56	М64	М72	М80	М90	М100	мно	М125	М140
4				* ф					
к	Л	М	Н	п	Р	с	т	У	ф
Рис. 10. Фундаменты под миксер (а) весом 2500 т и конвертор (б) весом 350 т: / — огнеупорная кладка; 2 — тоннель для троллеев; 3 — рельсовые пути.
41
ровать с применением буронабивных свай или свай-оболочек с большой несущей способностью; при этом в качестве верхней плиты используется высокий ростверк, а нижняя плита заменяется конструкцией пола.
Фундамент под конвертор для выплавки стали проектируют облегченный железобетонный, состоящий из нижней плиты и
Рис. 11. Фундамент под электролизную ванну.
устоев под опорами агрегата (рис. 10, б). Устои выполняются монолитными или сборными, стенчатой или рамной конструкции. По сборной железобетонной эстакаде между ними укладываются рельсы путей стали и шлаковозов. Троллейные тоннели этих путей выполняют из сборных тонкостенных скорлуп. Пазухи между устоями, эстакадой и троллейными тоннелями заполняются тощим бетоном. Под путями иногда располагают электрокабель-ные тоннели из сборных железобетонных блоков. Устои с внутренней стороны футеруются огнеупорной кладкой для защиты от лучистого нагрева ковшами с расплавленными сталью и шлаком.
Фундамент рассчитывается на прочность, статические силовые воздействия как плита, лежащая на упругом основании. Если основание фундамента — железобетонные забивные сваи, нижняя плита проектируется как ростверк и может быть выполнена более тонкой. При использовании основания из буронабивных свай или свай-оболочек они формируют устои и выводятся до отметки верхней плиты.
Фундаменты под технологические ванны (электролизные, травильные, промывные и т. п.).
Чаще всего ванны устанавливают в помещениях с техническим этажом, предусматривая свободный проход под конструкциями днища высотой не менее 2 м. Постаменты под ванны устраивают в виде сборных железобетонных рам (рис. 11) со столбчатыми фундаментами или свайные с высокими ростверками.
Фундаменты под ванны рассчитывают на нагрузку собственного веса ванн и строительных конструкций, веса раствора и про
42
дукта. Динамические нагрузки от механизмов по загрузке ванн ц др., а также от ударов при падении кусков материала или оборудования обычно создают в фундаментах небольшие усилия и потому не учитываются.
Фундаменты под бункер. Бункера устанавливаются на постаменты, изготовляемые из сборного железобетона или стальных конструкций со столбчатыми фундаментами. При большом весе бункеров фундамент иногда сооружают в виде сплошной плиты.
Фундаменты под химическое оборудование (колонны, скрубберы, мешалки, емкости и т. п.) проектируют в виде монолитных или сборных железобетонных плит на естественном или свайном основании. При глубоком заложении фундаментов и высоком расположении оборудования на верхней поверхности плит устанавливают железобетонные или сварные стальные постаменты стенчатой или рамной конструкции. Под очень тяжелое оборудование устраивают буронабивные сваи с высокой несущей способностью.
Основание фундаментов под тяжелое оборудование рассчитывается в соответствии с технологическими требованиями по деформациям и по несущей способности.
Расчет по деформациям, как и для всех фундаментов, производится исходя из предельно допустимых для нормальной работы оборудования величин осадок и кренов, которые должны быть меньше величины совместной деформации основания и фундамента. Расчет деформаций выполняют, применяя расчетные схемы линейно-деформируемого полупространства (методом послойного суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи основания) или линейно-деформируемого слоя конечной толщины (принимая, что осадка вызывается полным средним давлением, действующим по подошве фундамента). При этом среднее давление на основание под подошвой фундамента не должно превышать расчетное давление R, тс!м2 [18]:
(ЛЬтп+ВАтп+^Сц-^йо),	(26)
где т\ и т2—коэффициенты условий работы грунтового основания и фундамента, принимаемые по табл. 16;
kK— коэффициент надежности, равный 1,1;
А, В и D — безразмерные коэффициенты (табл. 17);
b — длина подошвы фундамента, м\
h — глубина заложения фундамента, м\
уп — осредненное (по слоям) расчетное значение объемного веса грунта, залегающего выше отметки заложения фундамента, тс!м2\
уп — то же, но залегающего ниже подошвы фундамента, тс!м2‘, Сц — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, тс!м2.
43
Таблица 16
Коэффициенты ni\ и т2 [18]
Вид грунтов	mi	m2	
		Z/ft>4	Z//K1,5
Крупнообломочный с песчаным заполнителем и песчаный (кроме мелкого и пылеватого)	1,4	1,2	1,4
Песок мелкий: сухой и маловлажный насыщенный водой	1,3 1,2	1,1 1,1	1,3 1,3
Песок пылеватый: сухой и маловлажный насыщенный водой	1,2 1,1	1,0 1,0	1,2 1,2
Крупнообломочный с глинистым заполнителем и глинистый с консистенцией IL <0,5	1,2	1,0	1,1
То же, с консистенцией IL >0,5	1,1	1,0	1,0
Таблица 17
Коэффициенты А, В, D [18]
Расчетное значение угла внутреннего трения фр, град	А	в	D	Расчетное значение угла внутреннего трения фр, град	А	в	D
0	0	1,00	3,14	24	0,72	3,87	6,45
2	0,03	1,12	3,32	26	0,84	4,37	6,90
4	0,06	1,25	3,51	28	0,98	4,93	7,40
6	0,10	1,39	3,71	30	1,15	5,59	7,95
8	0,14	1,55	3,93	32	1,34	6,35	8,55
10	0,18	1,73	4,17	34	1,55	7,21	9,21
12	0,23	1,94	4,42	36	1,81	8.25	9,98
14	0,29	2,17	4,69	38	2,11	9,44	10,80
16	0,30	2,43	5,00	40	2,46	10,84	11,73
18	0,43	2,72	5,31	42	2,87	12,50	12,77
20	0,51	3,06	5,66	44	3,37	14,48	13,96
22	0,61	3,44	6,04	45	3,66	15,64	14,64
По несущей способности основания рассчитывают по формуле
N < -у- ,	(27)
/гн
44
где JV — расчетная нагрузка на основание, тс;
Ф — несущая способность основания, тс;
kR — коэффициент надежности, равный 1,2.
ФУНДАМЕНТЫ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ
На фундаменты промышленных печей и др. кроме статической нагрузки влияют также высокие технологические температуры.
При проектировании стремятся максимально уменьшить действие высоких температур на фундамент. Для этого наиболее рационально устраивать достаточно широкие разрывы между нагретой поверхностью и фундаментом, опирая агрегат на постаменты, укладывая теплоизоляцию или устраивая герметические или вентилируемые воздушные прослойки (рис. 12, 13). Для защиты поверхности фундаментов от нагрева лучистой энергией применяют экраны (рис. 14).
Конструкции, подвергающиеся нагреву до высоких температур, рассчитываются на невыгоднейшие сочетания усилий от температурного нагрева и силовых воздействий.
Наибольшие значения температуры нагрева бетона и арматуры в сечениях конструкций определяют для установившегося режима теплового потока методами, принятыми для расчета температур в плоской стенке.
Расчет фундаментов производится из условий кратковременного и длительного нагрева. За кратковременный нагрев принимается первый разогрев конструкции с подъемом более 20° С в сутки до ее расчетной величины, за длительный — подъем температуры до 20° С в сутки и менее.
Фундаменты рассчитывают на прочность по деформациям и по раскрытию трещин. Сочетания нагрузок производятся с учетом температурных воздействий [12]. Статически определимые конструкции по несущей способности, деформациям и раскрытию трещин рассчитываются только для длительного нагрева, а статически неопределимые конструкции — как для кратковременного, так и для длительного нагрева.
Деформации и раскрытие трещин определяют при нормативных нагрузках. В железобетонных монолитных фундаментах ширина раскрытия трещин ограничивается в зависимости от вида арматуры и условий эксплуатации конструкции. Для фундаментов, находящихся в неагрессивных средах, армированных стержневой арматурой (A-I —A-V), величины раскрытия трещин ограничиваются: при кратковременном раскрытии — 0,4; при длительном — 0,3; а для фундаментов в сырых грунтах — 0,2 мм.
Усилия в статически неопределимых конструкциях от внешней Нагрузки, собственного веса и от действия температуры вычисляют по правилам строительной механики методом последовательных приближений. При этом жесткость элемента определяется с Учетом неупругих деформаций и наличия трещин от совместного
45
воздействия усилий от внешней нагрузки, собственного веса температуры. Расчет на температурные воздействия производи'; ся с учетом изменения прочностных и деформативных характ^ ристик бетона и арматуры в зависимости от температуры, жес] кости сечений в результате трещинообразования, свободных
Рис. 12. Теплоизоляция фундаментов:
а — шамотным легковесным кирпичом; б — известково-кремнистыми изделиями; в, г — воздушными прослойками; / — продушина; 2 — изолируемый фундамент; 3 — глиняный пустотный кирпич; 4 — шамотный легковесный кирпич; 5 — глиняный обыкновенный кирпич; 6 — известково-кремнистые изделия ИКИ-600; 7 — металлоконструкции; 8 — металлический лист; 9 — закладные части.
46
формаций от возникновения собственных температурных напряжений и трещинообразования.
В рабочих чертежах фундаментов, подверженных действию повышенных температур, указывают:
максимальную температуру нагрева, принятую в расчете;
вид бетона, материалы, применяемые для его приготовления, режим укладки и твердения;
Рис. 13. Охлаждение лещади доменной печи:
/ — фундамент; 2 — коллектор; 3 — чугунные секции; 4 — жаропрочный бетон;
5 — донышко доменной печи; 6 — углеродные блоки; 7 — углеродистый бетон; 8 — металлические трубы.
проектную марку бетона по прочности на сжатие и его прочность при расчетной температуре.
Фундаменты печей выполняются в форме массивных плит, облегченных рамных постаментов и заглубленных в грунт .коробов.
47
Фундаменты доменных печей. Расчётные вертикальные статц. ческие нагрузки на фундаменты печей составляют 40 00CK 60 000 т.
На фундаменты опирают также колонны рабочей площадку литейного двора, передающие дополнительные вертикальные ста. тические нагрузки. Горизон,
тальная ветровая нагрузка на конструкции печи (высотой 85 м) при расчете фундамента не учитывается, так как вызьг ваемые ею усилия по сравни нию с вертикальными нагруз-ками очень малы.
Во время работы печи в ее нижней части — горне — скап-ливаются расплавленные чугун
Рис. 14. Теплозащитный экран:
1 — металлический лист; 2 — теплоизоляция; 3 — балки перекрытия.
и шлак, которые периодически выпускаются. При эксплуатации возможен разгар нижней части горна — лещади, сопровождающийся нагревом верхней поверхности фундамента до 1200° С, поэтому лещадь отделяют от фундамента устройством системы воздушного охлаждения. При этом в расчетах учитывается возможность случайного повреждения указанной системы и вследствие этого нагрев поверхности фундамента до 350° С.
Конструкцию фундамента доменной печи проектируют из двух элементов (рис. 15): нижней несущей монолитной железобетонной плиты, размеры которой определяются грунтовыми условиями, и верхнего массива из жаростойкого бетона, воспринимающего температурные усилия. Нижнюю плиту в большинстве случаев опирают на естественное основание. В неблагоприятных гидрогеологических условиях под фундаментами устраивают основание из забивных и буронабивных свай (свайные поля). При залегании материковых грунтов на глубине 15—20 м фундамент проектируют как опору глубокого заложения, выполняемую ме
тодом опускного колодца.
При изготовлении фундаментов доменных печей часто применяют конструктивную (неизвлекаемую) сборную железобетонную опалубку из плит, имеющих полную высоту опалубливаемой поверхности. Так, для фундамента доменной печи объемом 5000 ж3 высотой 6,3 м были применены опалубочные плиты высотой 6, шириной 1,61, толщиной 0,13 м и весом до 8 т.
Фундаменты армируют плоскими арматурными сетками, которые по боковым граням и верху крепятся к специальным металлическим поддерживающим конструкциям. Армирование нижней плиты (рис. 16), определяемое расчетом на температурное воздействие, выполняют в виде кольцевых сварных сеток, устанавливаемых вертикально в пределах всей высоты плиты. Армирование плиты, определяемое расчетом на действие внешних
48
сил и реактивного давления грунта, выполняют в виде плоских сварных сеток, устанавливаемых у подошвы плиты в несколько ярусов по площади основания (основная арматура) и у боковых граней (тангенциальная арматура). У верхней поверхности пли-
Рис. 15. Фундаменты доменных печей:
а — объемом 3200 м3 на Новолипецком металлургическом заводе (верхняя плита выполнена несимметричной по технологическим требованиям); б — объемом 5000 м3 на Криворожском металлургическом заводе: 1 — несущая железобетонная плита, 2 — массив из жаростойкого бетона; 3 — стальная обойма; 4 — сборная железобетонная опалубка.
ты ставится конструктивная арматура, площадь сечения которой должна составлять 0,05—0,08% площади сечения плиты. В местах опирания колонн печи устанавливается кольцевая арматура, которая воспринимает горизонтальные усилия от колонн. Эта арматура совмещается с кольцевой арматурой, размещенной по периметру плиты, работающей на температурный перепад по радиусу плиты. В местах расположения башмаков колонн устанавливают два ряда горизонтальных сеток конструктивной арматуры.
Жаропрочный массив выполняют диаметром, соответствующим размерам доменной печи, и заключают в стальную обойму, в качестве которой используется кожух печи, удлиняемый до верха несущей плиты. Эта обойма выполняется открытой со всех сторон для регулярного осмотра и ремонта, а также охлаждения боковых поверхностей массива. Снаружи обоймы с зазором 100— 150 мм устанавливают стальное кольцо, которое бетонируется в
49
нижнюю железобетонную плиту и выступает под ней на 300— 400 мм. Для предотвращения выхода газов из-под кожуха печи в атмосферу этот зазор заполняют огнеупорной углеродистой массой (набойкой).
Высота массива фундамента, выполняемого из жаростойкого бетона, определяется расчетом
и должна быть примерно равна 0,25 его диаметра, но не более 3 м для печей с воздушным охлаждением лещади. Для уменьшения трещин у боковой поверхности жаростойкого массива устанавливают несколько концентрически расположенных арматурных сеток (рис. 17).
Для контроля за температурой в массиве фундамента закладываются трубки с термопарами. При наличии воздушного охлаждения трубки помещаются в нижней части лещади, при его отсутствии—у верхней грани несущей плиты фундамента.
Жаростойкий массив и несущая железобетонная плита фундамента находятся в разных температурных режимах, поэтому между ними устраивают температурный шов, выполняемый из жесткопластичного раствора чистого кварцевого песка и белой огнеупорной глины или графитовой пыли.
Рекомендуемые параметры армирования фундамента приведены в табл. 18.
Температурные усилия, возникающие в жаростойком массиве и несущей плите фундамента в результате неравномерного распределения температуры в радиальном направлении, рассчитывают по методу, предложенному Б. И. Мурашовым [4], исходя из следующих положений:
массив и плиту фундамента делят по высоте на три отдельных диска, из которых на температурный перепад по радиусу рассчитывается только верхний диск массива и плиты;
Рис. 16. Армирование нижней плиты фундамента доменной печи:
а — объемом 3200 >и3; б — объемом 5000 м\
1, 4 — горизонтальная основная арматура;
2 — кольцевая арматура; 3 — кондукторы;
5 — конструктивная арматура; 6 — сборная железобетонная опалубка.
50
изменения температурных деформаций массива (плиты) в различных точках их радиуса принимают по линейному закону;
величина усилий в кольцевой арматуре определяется в зависимости от жесткости массива (плиты) с учетом пластических деформаций бетона сжатой зоны, а также работы растянутого бетона, расположенного между трещинами;
Рис 17. Кольцевая арматура жаропрочного массива фундамента доменной печи:
1 — горизонтальные стержни; 2 — вертикальные стержни; 3 — кондуктор.
Таблица 18
Характеристика арматурных сеток, укладываемых в фундамент доменных печей [4]
Размеры, мм	Элементы фундамента	
	верхний массив из жаропрочного бетона	нижняя железобетонная плита
Кольцевая арматура боковы Диаметр арматуры: рабочей монтажной Расстояние: между стержнями между сетками	х поверхностей (клг 25—32 12—16 75—200 100—150	ice А-П) 25—32 12—16 75—200 10—15
Нижняя арматура (класс А-П)
Диаметр арматуры: рабочей монтажной	—	32—45 12—16
Расстояние:		
между стержнями	—	150—200
между сетками	—	150—200
Верхняя арматура (класс А-Ш)
Диаметр рабочей арматуры		I	25—32
Расстояние между стержнями		1 Более 4С
Примечание. Стыки арматуры выполняют сварными.
массив и плита фундамента при работе на неравномерный нагрев являются статически неопределимыми конструкциями.
Жаростойкий массив и несущую плиту фундамента рассчитывают на температурный перепад в радиальном направлении из условия ограничения трещин. При этом необходимо, чтобы
Mt < М,	(28)
51
где Mt — изгибающий момент, возникающий в сечении от нерав^ номерного нагрева;
М — изгибающий момент, который может быть воспринят се-чением при достижении арматурой расчетного сопротивления Да.
Величину изгибающего момента определяют по формуле [4]
Л4 = m^a/?ar0(l — 0,5$),	(29)
где Fa— площадь кольцевой арматуры, см2, F^=\kbr^
b — высота диска, в пределах которого размещается арматура Fa, принимаемая 100 см;
г0 — расстояние от центра массива или верхнего уступа несущей плиты до центра тяжести кольцевой арматуры;
Го = Гв.у — CL,
где Гв.у—-радиус массива или верхнего уступа несущей плиты фундамента;
а — расстояние от наружной поверхности массива или верхнего уступа плиты до центра тяжести кольцевой арматуры;
—расчетное сопротивление растянутой арматуры при нормальной температуре;
$ — относительная высота сжатой зоны сечения, определяемая по формуле [4],
где
Z =	2^—;
brl R* 76
Ел
п/ = —-— ;
F6h
Е& — модуль упругости арматурной стали;
Еб—	начальный модуль упругости бетона;
рб — коэффициент, учитывающий снижение модуля упругости при нагреве, принимается в зависимости от средней температуры сжатой зоны;
— нормативное сопротивление бетона сжатию при изгибе;
уб — коэффициент, учитывающий снижение сопротивления бетона сжатию при изгибе;
mt — коэффициент условия работы, учитывающий возможность повышения напряжений в арматуре при отклонении действительного распределения и температуры от расчетного, принимаемый 0,85.
52
Величину изгибающего момента Mt определяют по форму-
ле [4] 1 Mt =	 Pt	^(i-o.se) Фа	Фб Яа^а	0,5е/>Г0₽б£б
Pt		(1	0 > 5S)	 Фа	Фб	’	( } £аГа + 0,5?го£б₽б
где фб—коэффициент, учитывающий неравномерность распределения деформаций у крайнего волокна сжатой зоны на участке между трещинами, принимаемый 0,9;
1
-----свободная температурная кривизна диска, определяемая Pt
по формуле
1	= аб.РА
Р/ 2г0
где А/— расчетный температурный перепад от центра диска до кольцевой арматуры, принимаемый равным при отсутствии воздушного охлаждения нижней части лещади: А/=500° для жаростойкого массива; А/=150° для несущей плиты; при наличии воздушного охлаждения: А/ = 350° для жаростойкого массива.
При наличии воздушного охлаждения кольцевая арматура несущей плиты не рассчитывается, она устанавливается конструктивно при ц=0,0015;
ссб.р — коэффициент суммарной температурной деформации бетона, принимается по [4];
фа — коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона между трещинами, опрёделяется по формуле
фа = 1,3-5-^- <1, Т	Л4
где 5 — коэффициент, характеризующий профиль арматуры, для стержней периодического профиля 5 = 1,1, для стержней гладкого профиля 5 = 1;
Л4б.т—момент, воспринимаемый бетонным сечением без учета арматуры растянутой зоны непосредственно перед появлением трещин, относительно оси, нормальной к плоскости изгиба и проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне сечения; определяется по формуле
Л4б.т = 0,8 WVt Тб.р /?р ,
где — нормативное сопротивление бетона растяжению;
у б.р— коэффициент, учитывающий снижение сопротивления бетона растяжению при нагреве, принимаемый 0,75.
В соответствии с принятым линейным характером распределения температурных деформаций в массиве и плите фундамента
53
размеры сечений кольцевой арматуры дисков принимаются еле дующие [4].
При температурном перепаде А/=500°С. Допуска ется, что нагрев верхней поверхности массива возможен до = 1000—1200°. При разделении массива на три диска средний будет нагреваться свыше 500°, поэтому сечение его кольцевой арматуры должно быть таким же, как и сечение кольцевой арматуры верхнего диска. Размер сечения кольцевой арматуры ниж него диска будет на 30% меньше.
При температурных перепадах А/= 350 и 250°С Найденные размеры сечения кольцевой арматуры для верхнегс диска будут меньше среднего на 20 и нижнего на 50%.
Для нижнего диска несущей плиты при А/= 250° С сечение кольцевой арматуры
X = 0,5Fa	,
гв.у где г — радиус нижнего диска несущей плиты;
Гв.у— радиус верхнего уступа (верхнего диска);
Fа— площадь кольцевой арматуры на 1 м верхнего диска.
Линии раздела несущей плиты на горизонтальные диски совме щаются с уступами плиты фундамента.
Минимальный процент армирования принимается 0,15. Площадь сечения вертикальной арматуры равняется 25% сечения кольцевой арматуры.
Ширина раскрытия вертикальных трещин от температурных усилий в массиве (плите) определяется по формуле [4]
1	1 о Q Мб.т
где фа =1,3 —о----7;
Ya	0,9^
<Та* — напряжение в арматуре, вызванное нормативным температурным моментом, равным 0,9 его расчетного значения (А^ =0,9 Af,),
°aZ i* ^2(1-0,56) ’
lt— расстояние между трещинами;
If ==	,
где
k = 0,32 + 1,54^ _ 2.
1 р. п (1—0,55)
54
5 —- периметр сечения арматуры по номинальному диаметру без учета выступов ребер периодического профиля;
г] — коэффициент, зависящий от вида растянутой арматуры, принимаемый для стержней периодического профиля т] = 0,7, для стержней гладкого т] = 1.
При определении температурного момента Mt принята минимальная жесткость сечения, соответствующая напряжению в арматуре.
Если значение температурного момента Mt мало отличается от величины момента М, ширина раскрытия трещин определяется в соответствии с найденными значениями Mt =0,9 Mt.
Если значение Mt более чем на 10% меньше величины М, то 7W;=0,5(0,9/Wz + M).
Наибольшая допустимая ширина раскрытия трещин равна 0,4 мм. Для ее уменьшения следует применять арматуру возможно меньших диаметров.
Жаростойкий массив и несущую плиту фундамента на температурный перепад по радиусу рассчитывают в следующем порядке [4]:
расчет массива и плиты фундамента производят только для участка верхнего диска высотой 1 м, подвергающегося действию теплового перепада Д^;
для принятой марки и состава бетона определяют значения Яр, Еб, и £а;
задаются коэффициентом армирования сечения ц==	, ис-
ходя из опыта проектирования или из его минимального значения (0,0015);
по температуре, равной 0,85 Д£ при Д£=500° и 0,9 Д^ при Д£= =350 и 250°, определяют значения коэффициентов уб и 0б;
вычисляют относительную высоту сжатой зоны;
определяют величину изгибающего момента М, значение Мбл ,
— , температурного момента Mt:
Pt
проверяют условие (28).
Если при заданном минимальном армировании сечения условие (28) це удовлетворяется, необходимо увеличить процент арматуры и при новом значении ц повторить расчет.
Затем для принятого сечения проверяется ширина раскрытия трещин.
Нижняя несущая плита фундамента рассчитывается на прочность и раскрытие трещин от внешней нагрузки и реактивного Давления грунта (статический расчет) и от воздействия температурного перепада по радиусу (термический расчет). Влияние температурного перепада по высоте плиты учитывается увеличением площади арматуры, определяемой из статического расче
55
та несущей плиты, на 10—15%. В тех случаях, когда для до. менной печи предусматривается устройство воздушного охлажде. ния низа лещади, температурные воздействия на плиту фунда. мента не учитываются.
Фундаменты воздухонагревателей доменных цехов. Они нахо^ дятся под постоянным действием больших статических верти> кальных технологических нагрузок (вес одного воздухонагрева^
Рис. 18. Фундамент воздухонагревателей доменной печи объемом 5000 л«3.
теля достигает 10—15 тыс. т), а также высоких температур (до 300° С) на участках примыкания борова и камеры сгорания колошникового газа. Фундаменты (рис. 18) проектируются групповыми в виде толстой монолитной железобетонной плиты. На них размещается блок воздухонагревателей с дымовой трубой, а иногда здание и рабочая площадка. Дымовой боров, расположенный сбоку, обычно отделяют от массива фундамента температурным швом, а его конструкцию выполняют в виде тоннеля из жаростойкого железобетона с внутренней защитой из огнеупорной кладки. Технологами задаются ограничения взаимных смещений и поворотов верха воздухонагревателей из условия обеспечения нормальной эксплуатации воздуховодов и системы клапанов, что обусловливает жесткие требования к расчету осадок основания и конструктивному решению сооружения.
Фундаменты под вагранки, электроплавильные и ферросплавные печи. Фундаменты под печи этого типа проектируются круглые или многоугольные в монолитном железобетоне с необходимыми полостями, отверстиями и каналами, глубина которых иногда достигает 5 ж и более (рис. 19).
Фундаменты рассчитывают только на статическую нагрузку, так как обычно они изолированы от температурных воздействий печей, а динамическая нагрузка от поворота печи очень мала.
56
Рамные фундаменты мартеновских печей. Фундамент под печь выполняется в виде двух монолитных железобетонных устоев рамной конструкции, изолированных от печи (рис. 20, а). Колонны устоев защищают футеровкой из огнеупорного кирпича. Железобетонные конструкции фундамента не нагреваются до повышенных температур и выполняются из обычного тяжелого бетона. Поверх устоев по настилу из металлических балок № 60— 90 монтируется печь. Фундаменты под заглубленные в грунт шлако-	т-т
вики и регенераторы решаются обычно в виде монолитных железобетонных коробов. Продукты сгорания от печи отводят по боровам, выполняемым из огнеупорных материалов. В условиях значительных нагрузок на полы мартеновского цеха борова помещают в железобетонные тоннели.
Рамные фундаменты коксовых батарей проектируются с нижним подводом отопительного газа и представляют, собой пространственную рамную конструкцию (рис. 20, б). Верхняя плита и ригели, находящиеся под влиянием температурного фактора, разрезаются в продольном направлении через 10—13 м швами. Нижняя фундаментная плита нагревается также по центру батареи расположенным в поперечном направлении боровом для отвода продук-
Рис. 19. Фундамент под электропечь РК/3-16,5.
тов сгорания. Расчет фундаментов производится на совместное действие статической нагрузки, температуры и усадки бетона. Собственный вес элементов фундамента кладки печи,
оборудования и кокса принимается как равномерно распределенная нагрузка. Анкерные колонны и двересъемочная машина
создают вертикальные, а коксовыталкиватель — горизонтальную сосредоточенные силы. Расчетная температура нагрева верхней поверхности плиты фундамента принимается отдельно для крайнего, промежуточного и среднего (наибольшая) пролетов, а нижней поверхности плиты и ригелей — одинаковой для всех пролетов.
Температуры нагрева поверхности бетона определяются с учетом температуры наружного воздуха самого жаркого месяца года данной местности.
Фундаменты электропечей. Фундаменты под прямоугольные электросталеплавильные печи большой мощности проектируют
облегченными рамной конструкции с устройством между печыз и поверхностью фундамента вентилируемых воздушных проело, ек (рис. 21).
Фундаменты вращающихся печей. Корпус вращающейся пе. чи — металлический, футерованный изнутри огнеупорными мате, риалами,— опирается на несколько рядовых и одну приводную
Рис. 20. Фундаменты мартеновской печи (а) и коксовых батарей № 6 Авдеевского коксохимического завода (б).
опоры (рис. 22), которые охватывают его массивными стальными бандажами. Печи изготовляют диаметром 3—7, длиной до 230 м с расстоянием между опорами 16—26 м. На рядовых опорах размещают роликоопорные механизмы и иногда гидроупоры — электродвигатель, редуктор, подвенцовые шестерни и т. д.
В печах без гидроупоров или упорных роликов все опоры проектируются достаточно жесткими в продольном направлении. Если же на некоторых опорах эти устройства предусматриваются, то жесткими должны быть только эти опоры.
Опоры и их фундаменты отделяют от конструкций соседних зданий и сооружений — фундаментов, площадок и т. п. Крепление трубопроводов и коммуникаций на фундаменты осуществля-58
сЯ на скользящих опорах. В рядовых опорах, которые проекти-6уЮтся с Учетом конечной жесткости, не устраивают подсобных Помещений, так как это может привести к изменению жесткости
оП°Р-
Опоры проектируют из обычного железобетона стенчатои или
рамной конструкции, металла или комбинированных металло-железобетонных конструкций.
Рис. 22. Фундамент под вращающуюся печь цементного завода в г. Навои:
1 — рядовая опора, 2 — приводная опора
59
Расчет на силовые воздействия производится с учетом следую, щих условий, отражающих специфику сооружения [11]: нагруз ки, передаваемые корпусом печи на роликоопоры, относят временным длительным; нагрузки, возникающие от работы гид роупоров,— к кратковременным; нагрузки от взаимодействие
Рис. 23. Фундамент блока нагрева, тельных колодцев блюминга 1120:
1 — тоннель для уборки шлака; 2 — опор ная часть; 3 — железобетонное днище; подпорная стенка.
Рис. 24. Фундамент кольцевой печи Новомосковского трубного завода.
60
корпуса печи с роликоопорами при резких нарушениях технологического процесса (остановка печи в горячем состоянии, разогрев или остывание печи без вращения) или от воздействия просадок основания фундаментов опор — к особым.
При работе электродвигателя и вращении печи возникают небольшие динамические нагрузки. Обычно их не учитывают, так как величины их во много раз меньше нагрузок собственного
веса корпуса и заполняющего его материала рассматриваемых в одних и тех же расчетных сочетаниях.
Фундаменты рассчитывают из условия, что напряжения в основании при действии невыгоднейших сочетаний нагрузок не должны превышать 0,8 7?0 (где /?0 — условное расчетное давление на грунт), а также соблюдается неравенство
Рис. 25. Фундамент нагревательной печи стана 350.
-^22- > 0,3, амакс
гдеомин и Омаке — минимальные и максимальные напряжения. При расчете фундамента на особые сочетания нагрузок не допускается частичный отрыв фундамента от основания, а максимальные напряжения в основании не должны превышать Rq.
Конструкции опор рассчитываются на выносливость по усилиям от многократно повторяющихся технологических нагрузок.
Короба. В заглубленных железобетонных коробах размещают разные тепловые агрегаты, в том числе пламенные печи, регенераторы и рекуператоры. Группы близкорасположенных один от другого агрегатов размещают иногда в одном объединенном коробе (рис. 23) или техническом подвале, охватывающем подземное хозяйство данного цеха. Стены коробов отдельно стоящих агрегатов проектируют по типу стен промышленных подвалов в сборном или монолитном железобетоне, применяя существующие типовые решения и конструкции. При глубине коробов более 9 м их сооружают опускными колодцами. В большинстве случаев стены коробов защищают от температурных воздействий воздушными прослойками и изготовляют из обычного железобетона. Иногда сильно нагреваемые участки изготовляют железобетонными на жаростойком бетоне (рис. 24, 25).
61
ФУНДАМЕНТЫ СТАНКОВ
Фундаменты металлорежущих станков нормальной точности. Фундаменты под станки кроме требований достаточной прочности и жесткости должны удовлетворять требованиям эксплуатации по уровню колебаний станка, препятствующих точности обработки, особенно при работе с большими скоростями.
В зависимости от веса, конструкции и класса точности станки могут быть установлены на пол, бетонную плиту основания пола цеха, устроенные в его основании утолщенные железобетонные и бетонные ленты или индивидуальные фундаменты. На полу и на бетонной плите цеха размещают станки весом до 10—15 т с жесткими и средней жесткости станинами, для которых отношение llh<AG (/ — длина, h — высота сечения станины станка, м). На утолщенную бетонную плиту пола цеха или на железобетонные ленты соответствующей прочности и жесткости устанавливают более крупные станки — до 30 т.
При толщине бетонных полов 20, 40 и 60 см и жесткой установке точных станков (приемников колебаний) можно добиться классов чистоты обработки деталей по ГОСТ 2789—73 в зависимости от частот возмущений и расстояний до источника колебаний.
Станки легкие и среднего веса повышенной точности, а также тяжелые можно устанавливать на жесткие силовые полы из сборных железобетонных элементов, соединяемых между собой в жесткую коробку, или на индивидуальные фундаменты. В первом случае большое количество станков размещается группой на общей железобетонной коробке и в необходимых случаях пе-' реставляется без устройства новых фундаментов.
Без крепления болтами и подливки опорной поверхности станины цементным раствором устанавливаются легкие станки, используемые на нетяжелых режимах для операций сравнительно невысокой точности, на полу и общей плите, если требуются их частая перестановка и размещение вне зоны работы мостовых кранов.
Станки с относительно недлинными станинами, которые не нуждаются в периодической выверке, могут устанавливаться на клиньях и подливаться по всей опорной поверхности станины цементным раствором. Станки с длинными станинами размещают на регулируемых (винтовых или клиновых) опорах и притягивают болтами. Основания клиновых башмаков подливают цементным раствором. Без крепления болтами и без подливки станины устанавливаются некоторые группы станков с относительно недлинными станинами, которые необходимо часто перестанавливать для выполнения операций сравнительно невысокой точности.
В условиях интенсивных колебаний оснований и на недостаточно жестких перекрытиях станки устанавливаются на упру-62
гих (резинометаллических) опорах. Во всех остальных случаях станки крепятся фундаментными болтами.
На специально проектируемые групповые и индивидуальные фундаменты (рис. 26) устанавливают:
/ h Д
станки с нежесткими, т. е. длинными I —>8 I и составными станинами, в которых требуемая жесткость станины обеспечивается за счет фундамента;
тяжелые и уникальные станки (весом более 10 т), размещаемые в помещениях с плитой пола толщиной, недостаточной для
установки станков данного веса;
станки, размещаемые в цехах на полах с нежестким подстилающим слоем (без бетонной подготовки).
Под большие группы станков этих типов проектируют железобетонные групповые фун
даменты в виде полос или сплошных полей.
Высоту групповых и индивидуальных фундаментов для станков весом до 30 т назначают по табл. 19. Для станков весом более 30 т она определяется из условия обеспечения необходимой
жесткости станины за счет фундамента (тяжелые токарные, продольно-фрезерные, продольно-строгальные, расточные и т. п.), а также из конструктивных соображений (в зависимости от глубины приямков и т. п.).
Фундаменты станков армируют сетками с квадратными ячейками размерами 300 мм из стержней диаметрами 8—10 мм, укладываемых на расстоянии 20—30 чм от верхней и нижней граней фундамента.
При расчете фундаментов
Рис. 26. Фундаменты тяжелых станков: а — расточного; б — зубофрезерного; 1 — шанцы для съемного болта; 2 — настил из швеллеров
проверяют несущую способность основания, при этом коэффициент условий работы (т) принимается за 1.
Толщину бетонной плиты пола определяют из расчета на прочность и деформативность и назначают не менее 150 мм. При Установке станков на утолщенных бетонных лентах или отдельных фундаментах ленты и фундаменты рассчитывают по прочности на действие расчетных постоянных нагрузок. Расчет по
63
Таблица 19
Высота фундаментов под металлорежущие станки нормальной и повышенной точности весом до 30 т [19]
Виды станков	Высота фундамента, м (L — длина фундь мента, м)
Токарные; горизонтальные протяженные; продольно-стро-	
гальные, продольно-фрезерные	о,з/Т
Шлифовальные Зуборезные; карусельные; вертикальные полуавтоматы	0,2
и автоматы, консольно- и бесконсольно-фрезерные, гори-	
зонтально-расточные	о,б/Г
Вертикально- и радиально-сверлильные	0,6—1,0*
Поперечно-строгальные и долбежные	0,8—1,4*
* Большие размеры относятся к станкам больших размеров деформациям производят при ограничении углов поворота фундамента на действие нормативных постоянных эксцентрически расположенных нагрузок.
В ремонтных и инструментальных цехах, оборудованных станками общего назначения, групповые фундаменты рассчитывают на установку наиболее тяжелого станка.
Индивидуальные фундаменты тяжелых станков рассчитывают на деформации, допускаемые для данного типа станков. Для фундаментов тяжелых горизонтально-расточных станков с крестовым столом вычисляют: прогиб и угол закручивания станины под действием веса стола с деталью; изменение прогиба станины за период между выверками в результате неравномерной осадки фундамента под действием веса стойки. При оценке допускаемости вычисленных величин упругих перемещений исходят из того, что они должны быть в 5—10 раз меньше допуска на прямолинейное перемещение данного узла. В особо сложных случаях учитываются совместные перемещения станин и фундаментов. При установке станков с тяжелыми неподвижными узлами на сжимаемом основании рассчитывается прогиб станины, вызванный неравномерной осадкой фундамента. При этом рассматривается действие только той части нагрузки, которая существенно превышает уровень равномерно распределенной.
Прогиб станины, зависящий от неравномерной осадки фундамента, определяется за время с момента выверки станка перед пуском его в эксплуатацию до заданного времени повторной выверки.
Для фундаментов тяжелых токарных станков находят: относительное перемещение инструмента и детали в результате деформации фундамента (или системы станина—фундамент) под действием сил резания; прогиб станины под действием веса суппорта; изменение во времени прогиба станины под действием
64
веса передней бабки. Для фундаментов продольно-строгальных ц продольно-фрезерных станков (портального типа с неподвижным порталом и перемещающимся столом) определяют: прогиб станины с фундаментом под действием веса стола; изменения прогиба станины в результате осадки фундамента под действием веса портала. При определении прогиба от веса стола принимают, что стол находится в среднем положении и нагрузка равномерно распределена по его длине.
По данным Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков (ЭНИИМС) [7], динамическое возмущение от станков с вращающимися уравновешенными заготовками редко превышает 100—150 кгс при частотах до 20 Гц. Таких же величин достигают динамические силы от вращения неуравновешенных шлифовальных кругов самой низкой точности. В механосборочных цехах, кроме станков, источниками возмущений могут быть электрические моторы, вентиляторы, кондиционеры, динамические силы которых по величине в два-три раза превышают силы, передающиеся от станков. На качество и чистоту обработки деталей оказывают влияние также импульсные возмущения, сейсмическая волна от которых передается через основание в зону резания.
Фундаменты станков обычной точности не рассчитывают на колебания — в необходимых случаях применяют виброизоляцию. Для более точных станков и приборов, устанавливаемых на одном полу с источником колебаний, наиболее опасны колебания с частотами, соответствующими собственным частотам рабочих узлов станков, изменяющимся в пределах 60 Гц.
Фундаменты станков повышенной точности и высокоточных. Для станков прецизионных и повышенной точности требования к точности и качеству обрабатываемых на них изделий высоки. Работа на таких станках в большинстве случаев невозможна без изоляции их от колебаний оснований. Уровень вибрации основания определяется интенсивностью колебаний, возбуждаемых близко расположенным оборудованием, проходящим транспортом и резонансными характеристиками грунтов. Собственные частоты оснований могут находиться в том же диапазоне, что и частоты возмущающих сил, внося существенные изменения в спектральный состав колебаний, направленных к станку.
Расстояние между точными станками и источниками колебаний назначают таким образом, чтобы величины колебаний, ими вызываемых, не превышали пределов среднего уровня колебаний механических цехов. По данным ЭНИИМС, этот уровень характеризуется следующими параметрами:
Частота, кол/мин	.	.	.	2000	1500	1000	500	250	100
Амплитуда, мк...........1,7	3	7	27	108	675
При расположении в одном помещении высокоточных станков и станков, работающих со значительными динамическими нагрузками (долбежные, строгальные), расстояние между ними долж
3 6-2947
65
но быть не менее 15—22 ж. При этом их следует размещать так чтобы направление наиболее интенсивных колебаний основан^’ примерно соответствовало направлению касательных к наибо. лее распространенным поверхностям, обрабатываемым на тоц. ном станке.
Фундаменты высокоточных станков желательно располагать на площадках, сложенных неводонасыщенными песками или ела. быми супесчано-суглинистыми грунтами; не рекомендуется ис-пользовать также водонасыщенные пески и плотные глины.
Колебания оснований, как правило, представляют собой кек лебания широкого спектра частот — от 1,5 до 60 Гц — с ампли-тудой от долей микрона до 20 мк, которые вредно влияют на точность работы станков. Вредное влияние регулярных колебаний основания заключается, главным образом, в появлении волнистости на обрабатываемой поверхности. Допустимые относительные колебания инструмента и заготовки в результате регулярных колебаний основания определяются в зависимости от допуска на отклонение формы поверхности обрабатываемой детали и принимаются численно равными половине среднего арифметического отклонения профиля для наиболее высокого класса чистоты поверхности, который можно получить при обработке на данном станке.
Чтобы уменьшить влияние источников вибрации на устойчивость фундаментов и работу станков, при разработке планировки цехов в проектах необходимо предусматривать размещение высокоточных станков на возможно большем удалении от источников сотрясений и вибраций (дорог, мблотов и т. п.). Расстояние от фундаментов высокоточных станков до фундаментов станков, работающих со значительными динамическими нагрузками (дод-бежные, строгальные и т. п.), принимают не менее 30 м.
Станки повышенной точности и высокоточные обычно устанавливаются на виброизоляции на полу цеха. Высокоточный станки размещают на специальных фундаментах. В качестве виброизоляции применяют упругие опоры или прокладки, распо: лагаемые непосредственно под станком, или упруго-опертые блоки. Выбор способа виброизоляции зависит от:
параметров, при которых обеспечивается получение изделий требуемого качества при уровне колебаний^ возникающих в зоне установки станка;
характера (в частности уровня) динамических влияний на станок;
жесткости станины и необходимости работы с точными уровнями;
особенностей помещения, в котором размещены станки, прочности бетонного пола и т. д.
Непосредственно на упругие опоры или прокладки можно уста-, навливать станки средних размеров с жесткими станинами, не имеющие мощных внутренних источников колебаний, для рабо
66
ты на которых без ущерба для качества изделий допускаются значительные перекосы при необходимой степени виброизоляции, определяемой собственной частотой вертикальных колебаний станка на опорах fz^ 10 Гц. К этой группе относятся шлифовальные станки с плавным реверсом перемещающихся узлов, отделочные токарные небольших размеров с жесткими станинами, координатно-расточные и резьбошлифовальные, устанавливаемые на три точки, зубофрезерные средних размеров, измерительные машины и т. п.
Для виброизоляции с помощью упругих опор, размещаемых непосредственно под станиной, преимущественно используют серийно выпускаемые резиновые виброизолирующие коврики и резинометаллические опоры. Станки, для которых требуется периодическая юстировка, устанавливают на упругожесткие опоры.
Применяются следующие виброизолирующие опоры:
при частоте виброизоляции fz >20 Гц прокладки и опоры из фетра, пробки, парусины, пропитанной резиной высокой твердости, свинцово-асбестовые прокладки и т. п.;
при частоте виброизоляции 10—20 Гц резиновые и резинометаллические опоры, в которых резина работает на сжатие;
при частоте виброизоляции от 5 до 10 Гц резинометаллические опоры, в которых резина работает на сдвиг, опоры со стальными тарельчатыми пружинами, упругими элементами из объемной металлической сетки; пневматические и гидравлические опоры, спиральные и листовые пружины.
На вспомогательные бетонные блоки, которые в свою очередь располагают на виброизолирующих опорах или прокладках, можно устанавливать:
станки с мощными внутренними источниками колебаний, для которых недопустимы большие перекосы при работе с частотой f, <15 Гц;
когда требуемая (низкая) частота собственных колебаний станка не может быть обеспечена с помощью упругих опор, размещаемых непосредственно под станиной;
когда необходимо увеличить массу (и соответственно жесткость опор) изолируемой системы для уменьшения амплитуды вынужденных колебаний, вызываемых динамическими нагрузками, Действующими в станке, или для ограничения его перекосов от временных статических нагрузок (при установке тяжелых деталей и т. д.):
когда станина не имеет достаточной жесткости;
если станок, для которого требуется виброизоляция, жестко связан с рядом стоящими агрегатами и необходима их совместная установка на общем фундаменте;
когда прочность плиты цеха не позволяет устанавливать станки Данного веса на опоры или при размещении точных станков в Цехах на полах с нежестким подстилающим основанием. К этой группе относятся станки: шлифовальные с резкими реверсами,
з-
67
большими скоростями и массами перемещающихся узлов; коордц, натно-расточные с количеством опор более трех; тяжелые зубо. фрезерные и т. п.
Уникальные прецизионные станки (в частности, мастера-стан, ки), не имеющие мощных внутренних источников колебаний, прц f<5 Гц следует устанавливать на пружинные фундаменты, кото, рые являются весьма надежными.
При установке на виброизолированных, в частности пружин-ных, фундаментах станков с возвратно-поступательно движущи-мися узлами следует учитывать, что близость частоты собственных колебаний станков на опорах к частоте внутренних источников возмущений, определяемой числом двойных ходов в минуту движущегося узла, может вызвать нежелательные резонансные явления.
При установке станков на пружинные фундаменты во избежание чрезмерных колебаний от случайных причин целесообразно вводить демпфирующие устройства.
Блоки устанавливаются на резиновые коврики или другие упругие прокладки на цементном растворе, укладываемом по слою руберойда на поверхности прокладок. При необходимости повышения горизонтальной жесткости опор фундаментных блоков предусматривается использование упругих прокладок на вертикальных гранях блока. Если требуется периодическая юстировка станков с помощью уровня или коллиматора (при ремонте и установке заготовки), целесообразно применять систему упругожесткой установки, позволяющую под их основания или под бетонный блок быстро подводить жесткие опоры.
Расстановка виброизоляторов в плане всегда должна быть такой, чтобы центр их жесткости находился на одной вертикали с центром тяжести станка.
Для особо точных станков при определении расположения опор под станком или под блоком важно обеспечить минимально возможную связанность различных форм колебаний. В случае, если колебания по всем координатам связаны, для обеспечения эффективной виброизоляции необходимо, чтобы наивысшая из собственных частот системы была достаточно низкой. Этого можно достичь, устанавливая станок на опоры малой жесткости, благодаря чему уменьшаются величины всех собственных частот. Однако при этом низкие частоты оказываются очень малыми и амплитуды низкочастотных колебаний резко возрастают, что затрудняет работу на станке. Уменьшение связанности колебаний достигается соответствующим подбором величин жесткости И расположением опор. Целесообразно устанавливать станки на равнопрочные опоры, жесткость которых меняется автоматически при изменении нагрузки.
Подводки к виброизолируемому объекту должны быть гибкими, чтобы колебания станка не отражались на их прочности И жесткость была значительно ниже жесткости виброизоляторов.
68
Оценка пригодности площадки, предназначенной для установки наиболее ответственного прецизионного оборудования и выбора типа фундамента, производится на основании следующих приближенных расчетов.
Вертикальные колебания фундамента и станка (предполагается, что они жестко связаны между собой) рассчитывают, принимая обрабатывающую часть станка в виде системы с одной степенью свободы, основание которой подвергается действию возмущающих вертикальных колебаний с амплитудой Аг и частотой coz.
При этих условиях допускаемая амплитуда вертикальных колебаний фундамента [7]
л /
д & I Лмин 1
(31)
где величина допуска на изготовление или чистоту обработ ки детали, мк\
ЛМИн— низшая частота в спектре собственных частот инструмента станка, которая определяется экспериментально в преде
лах от 200 (для наиболее тяжелых зуборезных станков) до 600 сек-1 (для самых малых станков). Значения могут быть найдены по графику (рис. 27).
Данные о вибрационном режиме площадки, намеченной для установки прецизионного оборудования на действующем предприятии, определяются инструментальным обследованием площадки, при котором следует регистрировать колебания с амплитудой смещения, равной 0,5 мк, и частотой 15—200 сек'-1. Виброграммы, получаемые при изучении вибрационного режима площадки, в большинстве случаев фиксируют беспорядочное наложение разночастотных колебаний. Необходимо учитывать действие каждого из
Частоты колебаний
Рис. 27. Определение допустимой амплитуды колебаний фундамен-
возмущающих колебаний, статистически обрабатывая данные, характеризующие спектральный состав вибраций грунта площадки. Максимально возможные амплитуды колебаний фундамента вычисляют, предположив, что собственная частота фундамента совпадает с частотой возмущающих колебаний.
тов под точные станки:
] — приборы; 2 — наиболее тяжелые станки; 3 — средние станки; 4 и 5 — мелкие станки.
69
Таким образом, расчет сводится к определению резонансны^ амплитуд колебаний фундамента (Ллрез и ^рез) на всем диапа. зоне графика спектрального состава вибраций.
Вертикальные колебания определяются [7] приближенно по формуле
л ______ а *
(32)
где со — частоты графика спектрального состава вибраций, амплитуды которых не равны нулю;
Az0 — соответствующие этим частотам ординаты графика спектрального состава вибраций площадки;
Ф — модуль затухания колебаний, принимаемый 0,0025 сек.
Горизонтальные колебания определяют приближенно по фор-муле
4резш^ фф
(33)
где х — коэффициент, приближенно учитывающий наличие по* ворота фундамента, равный 1,5.
Для окончательной разработки проекта фундамента рекомендуется производить расчет по следующим формулам, учитывающим размеры сооружения и грунтовые условия [7]:
для случая вертикальных колебаний Az вне области резонанса
Л — Л .	1
’-т
(34)
где Xl=K/m;
для случая вертикальных колебаний с резонансной точкой л — л .	1	.
Я*рез-^г0	>
для случая горизонтальных и вращательных колебаний вне области резонанса
(35)
АГ = А
л л mh
—-
00
А — Ах А<?
0)2 -~7 . (0)2 \ /	0)2 \
со2
jT" ________S________
О)2 \ /	0)2
(36)
70
гДе Xi и %2 — корни уравнения;
TX4_(X2v + k2)k* + X2X2=O;
к2 = —— ; X2 _	; у = JL ;
х т <?— 6о	Qo
для случая горизонтальных и вращательных колебаний ре-зонансйой точки
А рез 1,2 ==::: Ах, рез 1,2 i ^4?, рез 1,2 Ар
(37)
^х,рез1,2 —• AXq “---Т“ AG:,1,2 j
Х1,2Ф
А 1О_ Л mh'- . *9,1,2
Л?,рез1,2- AXq
где
^1,2	^1,2
~
Конструкция фундамента должна удовлетворять условию [7]
> ka,	(38)
р. Лф
где Лд и Аф — допускаемые и ожидаемые амплитуды колебаний фундамента от частоты;
/гн— коэффициент надежности, равный 2,5;
ц — коэффициент передачи, характеризующий эффективность пассивной виброизоляции в вертикальном направлении, ц = —, где AOz — амплитуда вертикальных колебаний виброизолируе-Мого станка;
Акг — амплитуда вертикальных колебаний поддерживающей Конструкции.
При расчете виброизоляции должно быть выполнено условие [14]
Здесь «о — частота вынужденных вертикальных колебаний станка, Гц*,
(dz—частота собственных вертикальных колебаний станка, Гц Упругие свойства виброизоляторов характеризуются коэффи. циентами жесткости Kz (в вертикальном направлении), Кх и Л (в горизонтальном направлении).	*
Необходимая величина жесткости (кас/сж) всех виброизо. ляторов в вертикальном направлении определяется по форму, ле [14]
Kz = т и?,	(40)
где т — масса изолируемой установки, кг*сек2!см.
При пассивной виброизоляции часто приходится учитывать многочисленные колебания основания. В этих случаях наряду с большой эффективностью пассивной виброизоляции при гаше< нии высокочастотных колебаний будет наблюдаться резонансное увеличение низкочастотных колебаний, передающихся от основа-ния на станок с частотами, близкими к его собственным часто-там, поэтому необходимо обеспечить соответствующее затухание колебаний станка и расчетом проверить степень эффективности виброизоляции при низких частотах.
При проектировании пассивной виброизоляции следует учитьь вать, что с ее помощью невозможно ликвидировать колебания, основания, частоты которых близки к частотам собственных колебаний виброизолированной установки или меньше их. В случаях, когда основание совершает полигармонические колебания с частотой первой гармоники порядка 2—3 Гц и требуется уменьшить амплитуды скорости или ускорения колебаний защищаемого объекта, виброизоляцию проектируют с расчетом гашения не первой, а второй и последующих гармонических составляющих.
Для проектирования пассивной виброизоляции в задании должны быть указаны следующие исходные данные:
кинематические характеристики колебаний основания (круговые частоты гармонических составляющих) соу, значения амплитуд	Ф?у»
параметры предельно допустимых вибраций оборудования (cz — амплитуды ускорения, vt — амплитуды скорости; at — амплитуды перемещений; и — амплитуды угловых перемещений объекта).
При отсутствии специальных указаний можно руководствоваться ориентировочными данными, приведенными в табл. 20. Расчетные величины углов наклона виброизолированной установки (если они ограничиваются условиями эксплуатации) от действия временных статических нагрузок определяются следующими формулами:
?СТХ---
^CTjf
—	; ?сту =
"ух
?CTZ —	»
Af сту ^ЧУ
(41)
72
Таблица 20
Ориентировочное деление машин и приборов на классы по чувствительности к гармоническим колебаниям основания [5]
Машины и приборы			Допускаемая амплитуда	
Класс	Характеристика	Наименование		
			Ускорение ci-мм 1 сек*, для частот 1-10 Гц	Скорость мм/сек, для частот 10-100 Гц
I	Высокочувствительные	Особо точные делительные машины и автоматы. Установки для выверки оптических и тарировки точных измерительных приборов. Микроскопы обычные, измерительные, электронные. Интерферометры, оптиметры и другие точные оптические приборы. Высокоточные фотоштампы. Микроаналитические весы. Механические контрольно-измерительные приборы при допусках порядка нескольких микрон. Установки для динамической балансировки роторов. Металлорежущие станки особо высокой точности шлифовальной группы с направляющими качения; тяжелые высокоточные станки; мастера-станки и т. п.	6,3	о,1
II	Среднечувствительные	Металлорежущие станки средних размеров: внутришлифо-вальные, круглошлифовальные с направляющими скольжения, плоскошлифовальные, координатно-расточные и т. п.	25	0,4
III	То же	Металлорежущие станки средних размеров: отделочные токарные, алмазно-расточные. Координатно-расточные станки небольших размеров и т. п. Автоматы для точения лезвий бритв и другие точные автоматы	63	1
III	Малочувствительные	Токарные, фрезерные, сверлильные и другие металлорежущие станки нормальной точности. Прядильные машины. Ткацкие станки. Типографские машины. Швейные машины и т. п.	250	4
73
Продолжение табл. 20
Машины и приборы			Допускаемая амплитуда	
Класс	Характеристика	Наименование		
			Ускорение мм!сек* для частот 1 — 10 Гц	Скорость °Z’ мм fee к, для частот 10—100 Га
IV	Нечувствительные	Вентиляторы, центрифуги, электромоторы, штампы и прессы металлообрабатывающей и легкой промышленности. Сотряса-тели. Вибростолы. Виброгрохоты. Рассевы и т. п.	Более 250	Более 4
где
п	п
КЧх = X KziYh + X КуЛ;
1 = 1	4=1 J
n	n
K,y = Х^1< + Х^Л«;
Z-l	Z=1
n	n
K,z = x K3tX2M + X KxiY2M , i-1	i=l
где <pCTx, <pCTy, <pCT2 —углы наклона установки при статическом действии нагрузок относительно осей Xk, Yk, Zk , проходящих через центр жесткости виброизоляторов;
К<?х, Кф, Куг —угловые жесткости виброизоляторов относительно осей Xk, Yk, Zk ;
Kxi, Kyi* Ku—жесткости i-го виброизолятора в направлении осей Xk< Yk, Zb-,
Xkl, Ykt, Zki — координаты центра тяжести r-го виброизолятора в системе координат;
п — общее число виброизоляторов.
Если величина одного из определяемых углов окажется больше допускаемой, следует увеличить соответствующие угловые жесткости, изменив расположение виброизоляторов или увеличив их жесткость. В случае возрастания общей угловой жесткости виброизоляторов необходимо соответственно увеличить массу изолируемой установки. Ограничение перемещений вибро-изолируемой установки при действии временных статических нагрузок может быть также достигнуто применением упругих ограничителей. При периодических поступательных и угловых колебаниях основания виброизоляцию рассчитывают следующим образом [14].
1.	Размеры фундаментного блока назначаются по конструктивным соображениям. Если виброизолируемое оборудование са
74
МО возбуждает неуравновешенные периодические силы и моменты, должны быть соблюдены следующие условия:
aoxi aoyi
<о0«ох,
“оЛоу, °>0 &Oz [£/]>
?Оу« [?у];
аох^ аОу> aoz	(42)
% ®О_г> Ш0 ^Оу> U)0 &OZ ["И а ]> 2	2	2	г 1
«0 &Ох' ^О^Оу» &OZ	J ’
где амплитуды колебаний центра тяжести установки и вращательных колебаний ее относительно осей координат Х$, Уо, Zo
/’у	Рг
' а°г~ ’
Мду	М02
^оу---	~ ’ 'Рог--2	’
Л>у “о	oz “о
Рх, Ру, Рг и Мох, Моу, Moz—амплитуды возмущающих сил и возмущающих моментов относительно тех же осей;
/ох, /оу— моменты инерции виброизолированной установки относительно тех же осей;
[«/]> [vi ]. [cz ]—наибольшие значения амплитуды перемещения, скорости и ускорения соответственно из [а, ], [аг], [сг- ].
Если виброизолируемое оборудование содержит источник гармонических сил, то во время прохождения через резонанс при пуске и остановке амплитуды колебаний оборудования могут возрастать по сравнению с рабочим режимом. Максимальные амплитуды колебаний амакс при прохождении через резонанс могут быть приближенно определены по графику (рис. 28, б). При использовании демпферов вместо значения ув принимают сумму Ув+Тд. гДе уд— условный дополнительный коэффициент неупругого сопротивления с наличием демпферов;
_ 2D
— /1 — Z)2 ’
где D — относительный коэффициент затухания демпферов.
При ув+?д>0,2 Ямакс можно не определять.
2.	В зависимости от нормируемой характеристики колебаний задаются значением со2 исходя из следующих условий [14]:
(43)
или
<0 < U) z q
[vd
<*>9 Blq + [*>/]
75
или
(Cz]
+ fa]

где
Рис. 28. Резиновая, пружинная и комбинированная виброизоляции:
а — фундамент вальцетокарного станка на виброизоляторах; б — график для определения требуемой величины коэффициента неупругого сопротивления у , характеризующего затухание виброизоляции; е — скорость нарастания или убывания числа оборотов машины, Гц1сек\ f —частота собственных колебаний машины, Гц; амакС — максимальная амплитуда колебаний машины при ее пуске или остановке, см; a oz~ амплитуда вертикальных колебаний машины при рабочем режиме [7].
q — номер первой подлежащей гашению гармоники;
с х, су—линейные размеры виброизолируемого объекта в направлении осей XQ и Yq.
Если виброизоляцию проектируют с расчетом гашения не первой, а второй или последующих гармонических составляющих, то значение выбирают с учетом дополнительного условия [14] о>г =#	± 25%.	(44
3.	Конструктивные характеристики, число и расположение виброизоляторов определяют следующим образом.
Величины общих суммарных жесткостей всех виброизоляторов в зависимости от направлений колебаний [14]
Кх — т = т ; Kz = т ;	(45)
гл* _ /	2	. гл* __ Г 2
Лсрх —	— *Оу^ЧУ >
где
76
ах, ау> —круговые частоты собственных поступательных и — частоты вращательных колебаний.
Суммарные жесткости должны быть больше общей жесткости
Ку, К2 и общей угловой жесткости К?х, К?у, определенных по формулам:
п	п	п
кх = s = у *уб Kz = у К*, 1=1	i = l
п	п
= S КЛ + S KylZ20l ;	(46)
п.	п
У Kzix2ol, (=1	£=1
где Xoi, Yot, Zoi — координаты центра тяжести i-ro упругого элемента в системе координат Хо, Уо, %о, см. Если все упругие элементы одинаковы, требуемая жесткость каждого из них в вертикаль-д’’
ном направлении Kzt= —.
4.	Частоты собственных колебаний виброизолированной установки при расположении центра ее тяжести и центра жесткости виброизоляторов на одной вертикали определяются следующим образом.
При вертикальных колебаниях уточняют:
<47’
При колебаниях в плоскости X0Zq
ф = /д /Д*"- Ъ\х ,	(48)
где
.	\	1 + ьуХ + 4
ф « 1 / ---; А =---------—-----— ;
* V т	2
при колебаниях в плоскости Y0Z0
ф = ф? У В ^УВ2 — Ь2ху ,
(49)
где
77
/?=|/Л —, 7?v = l/ —— радиусы инерции установки относи-у т	т
тельно осей Хо и Уо, проходящих через центр ее тяжести, см;
10Х, 1оу—моменты инерции виброизолированной установки относительно осей Хо, У о, Zq, кг-см* сек2;
S — расстояние между центром тяжести виброизоляторов по вертикали; 11	п	п
Kx=£Kxi-, Ky=£Kyl-, Kt=^Kzi, (50) /=1	1=1
где Кх„ Kyi, Kzi — жесткости i-ro упругого элемента соответственно в‘направлении осей Xq, Yo, Zq, кгс!см.
5.	Амплитудные характеристики колебаний виброизолируемой установки (наибольшие значения) при гармонических колебаниях основания с круговой частотой со
CLi = CLi 4" Ci'll, а\ = V{axiy-Y(aylY + (a:zly ;
Vi = Ш a'l + O)e ац\	(51)
Ci —up at -|- а>оЯ/г;
= 4 + <pox; <Py = ъ 4- ?Oy, где ахь ayi, azt — наибольшие амплитуды поступательного перемещения f-й точки виброизолированного объекта в направлении осей координат, которое вызвано колебанием основания;
фх, Ф у— амплитуды угловых перемещений установки относительно соответствующих осей, обусловленные колебаниями основания;	_
ati—наибольшее значение из axi, ayi, azi наибольших амплитуд поступательного перемещения i-й точки установки в направлении осей координат, которое обусловлено действием неуравновешенных сил и моментов с частотой сэо, приложенных к объекту;
axi — I ciox | -j-1 уОу Z | + | yoz Yoi I;
О'у I	I C^Oy I 4“ I ?Oz Oi I ‘“Ь I <?ox Z>oi I ,
I &oz I 4“ I Tox Yoi I 4~ I Чоу Xoi I ♦ где Xoi, Yol, Zoi — координаты г-й точки в системе осей Хо, Уо, ZQ с началом в центре тяжести установки. Прямые скобки обозначают абсолютные величины.
Если виброизолированная установка колеблется в плоскости XqZq,
&xi = I &Ох I 4" I ^oi I >
&yi I &oy I 4~ I <¥oz ^Ol I > 78
то же в плоскости X0Z0:
&х1 I ^ох I 4“ I У oy Zoi I ’
^zi I ^Oz | 4“ | Toy Xol | , то же в плоскости YqZ$\
dyi — | aoy | + I Tox ^oi I»
^zi == I &OZ I 4" I Tox Yoi I *
Если вычисленные амплитуды колебаний окажутся больше допустимых, необходимо увеличить размеры фундаментного блока.
Амплитуды угловых перемещений установки фохи фоу, вызванных действием периодических сил и моментов с частотой со0, aZi = Az + | Xoi (b<?y + Ту) I 4- I YOi(P^x + Tx) I;
axi = | bx 4- Ax | + | Zoi (b^y + Ту) I ’
Д ___ Bzxbx, ^2X^y
/J -- -	----------
X	Ax
,n' __ ^1х^У	^2x ^x
Ту--------------
Ax
Ax = ^lx^3x ~~ ^2X » где
&ЗХ
X	x
-Ц- + -^--Я2;
m w3 a~. y
O)	O)	O)
^X ==	’	===	’ &z==	•
wx	шу	^z
Выражения для ayi, Ay, <pl иДу получают заменой индекса х на у и у на х в соответствующих формулах. При периодических колебаниях основания, если кроме первой учитываются и последующие гармоники, значения амплитуд axt, ayi, dzi, <рх и фу получают как суммы амплитуд соответствующих гармонических составляющих, а для определения v{ и ct используют выражения
= F(v'ti?2 + (T)',-)2 + (y2i)2 4- Шоац;	(52)
= И<,)2 + (<г)2 + к,)2 + «oaZi,	(53)
где
xi 5=8	^kij » ^kl = Clkij i
/=1 /=1 7 здесь п\ — номер наивысшей учитываемой гармоники.
79
6. В случае, если расчетные значения амплитуд at, vit ct, q>x , <P превысят соответствующие предельно допустимые амплитуды |«ib l^il’ |О|, I'f’xh 1?у Ь уменьшают жесткость виброизоляторов или увеличивают массу фундаментного блока.
Методика расчета виброизоляции при случайных вертикальных или горизонтальных колебаниях описана в соответствующем руководстве [14].
Вибрации, практически не вызывающие взаимного перемещения частей станка, безвредны. Отрицательное влияние вибрации возникает в тот момент, когда она вызывает недопустимое взаимное перемещение частей оборудования. Прецизионный станок представляет собой упругую систему, обладающую большим числом степеней свободы. Под действием колебаний отдельные части станка совершают колебательное движение с различными амплитудами. Станок будет работать надежно лишь в том случае, если разность перемещений между его частями не превзойдет некоторой допустимой величины.
Для пассивной виброизоляции станков применяют средства виброизоляции и виброизолирующие материалы, из которых укажем некоторые.
Виброизолирующие опоры. Резинометаллические опоры ОВ-ЗО-1 (диаметр 105, высота 43 мм, регулировочный болт М. 12) имеют характеристику, близкую к линейной, и могут обеспечить частоту собственных колебаний в вертикальном направлении [г> 104-4-11 Гц при нагрузках до 5000 кгс. Они применяются в тех случаях, когда нужно получить значения частот, отличные от получаемых с помощью равночастотных опор. Логарифмический декремент колебаний для опор ОВ-ЗО-1 6=0,4—0,6. Каждую опору подбирают так, чтобы при той нагрузке, которая действует на данную опору от веса станка, обеспечивалась заданная частота собственных колебаний станка на опорах. Нагрузка на них может быть определена приближенно, например из уравнений равновесия и деформации, если допустить, что станок — абсолютно жесткое тело.
Резинометаллические равночастотные опоры ОВ-31 и ОВ-33 (диаметр 142, высота без вкладыша 47 и с вкладышем 50 мм, регулирующий болт Ml6) имеют жесткость, примерно пропорциональную нагрузке, и поэтому частота собственных колебаний станка мало зависит от нагрузки на'опору (рис. 29, а). Применение вкладыша позволяет получить разные величины жесткости опоры в горизонтальной плоскости в разных направлениях.
Изменение веса детали или перемещения тяжелых узлов станка не вызывает перегрузки опор этой конструкции.
Опора ОВ-31 выпускается в нескольких вариантах. Для снижения частоты собственных колебаний при нагрузках на опору 200—300 кгс и для увеличения демпфирования в упругий момент вводится демпфер жидкостного трения; при этом 6=0,54-0,7 (без демпфера 6=0,4—0,6).
80
Частотные характеристики опор приведены на рис. 29, б. Опоры ОВ имеют устройство для выверки станка по уровню. Величина регулирования по высоте для опоры ОВ-ЗО-1 — 8 и для опоры ОВ-31 — 15 мм. Конструкция нижнего основания опор обеспечивает хорошее сцепление с поверхностью пола. Срок службы опор не менее 10 лет.
Применяются также упругожесткие опоры, позволяющие быстро перейти от упругой установки к жесткой без изменения базировки станка и виброизоляторы с автоматическим регулированием, которые обеспечивают: малую жесткость при колебательном динамическом возбуждении; нулевое статическое смещение; возврат изолируемого станка в исходное положение и т. п.
Резиновые виброизоляторы. В качестве резиновых виброизоляторов при небольших динамических воздействиях, обладающих высокой частотой, обычно используют рифленые коврики типа КВ-1 и КВ-2 (рис. 30), изготовляемые из маслостойких резин с малой ползучестью и логарифмическим декрементом <У= 0,5—0,8. Их устанавливают непосредственно под опорные поверхности машин или под фундаментные блоки. Установка станка регулируется по уровню с помощью клиновых башмаков или специальных
Рис. 29. Равночастотные резинометаллические опоры:
а — поперечный разрез; б — графики частотных характеристик [7]: 1 — ОВ-31 без демпфера; 2 — ОВ-31 с демпфером; 3, 4, 5 — OB-33.
ВИНТОВ.
С помощью ковриков можно получить частоты /^ = 9—И Гц в широком диапазоне нагрузок (рис. 31). При необходимости получения меньших значений f2 коврики укладывают в несколько слоев, при этом jz увеличивается в/л раз. Для равномерного распределения нагрузки по площади ковриков между слоями целесообразно прокладывать листы тонкого (0,3—0,5 мм) кровельного железа.
Долговечность фундаментов на ковриках составляет около 15 лет (гарантированный срок службы). Она зависит от усталостных характеристик старения упругого элемента. Резина как конструктивный материал имеет некоторые специфические особенности, например, большой коэффициент неупругого сопротивления (ур =0,034-0,25). Ее коэффициент Пуассона р=0,5. Поэтому продольная нагрузка вызывает большие поперечные
81
деформации резинового виброизолятора, которым препятствует трение на опорных поверхностях. Вследствие этого при сжатии резиновых элементов, у которых высота сравнима с поперечным размером или меньше его, приведенный модуль упругости на сжатие увеличивается по сравнению с модулем упругости на
КВ-2
блок на резиновом коврике; в —
Рис. 30. Резиновые коврики:
а — общий вид ковриков; б — фундаментный прокладки из ковриков под опорами станка.
82
растяжение образцов с большим отношением длины к поперечному размеру.
Другая особенность резиновых виброизоляторов состоит в том, что их жесткость при статической и динамической нагрузках различна. В качестве пассивной виброизоляции станков и других машин со значительными динамическими воздействиями приме-
Рис. 31. Частотные характеристики резиновых ковриков [7].
няют также резиновые виброизоляторы, имеющие форму прямоугольных параллелепипедов или сплошных и пустотелых круглых цилиндров.
Расчет таких виброизоляторов сводится к определению высоты Я, общей площади поперечного сечения А и количества п резиновых элементов. Суммарная жесткость Kzp резиновых элементов должна удовлетворять условию [14]
Kzp<Kz-	(54)
При заданных значениях веса виброизолируемого станка РСт, динамического модуля упругости Яд, напряжения в резине о и наименьшем количестве виброизоляторов, равном 4, нижняя граница частот собственных вертикальных колебаний f z станка определяется по формуле [7]
Л =	<55>
Пруэкинные виброизоляторы. Виброизоляторы из стальных спиральных пружин в большинстве случаев в комплекте с демпферами применяются для более тяжелых станков. Виброизоли-рованный фундамент на пружинах представляет собой фундаментный'блок, размещенный на пружинах внутри ограждающего короба. Чаще используется установка пружин под блоком, подошвой или специальными опорами-консолями. При очень низких частотах собственных колебаний станка фундаментный блок подвешивают на пружинах, закрепленных выше его подошвы. Иногда в одном коробе размещают несколько виброизолирован-ных блоков.
Фундаменты станков автоматических линий. Собранные в автоматические линии (комплексы) станки связаны транспортирую-
83
Таблица 21
Высота фундаментов агрегатных станков (отдельных и в автоматических линиях) [7]
Группы станков	Длина станка1 L, м	Высота Н фундамента, м, не менее	
		для станков I группы	для станков II группы
Вертикальные	<2 2-3 >3	0,8 1,0 0,б/£	1,0 1,2	_ 0,72/L
Горизонтальные	<5 5-8 >8	0,6 0,8 0,3/L	0,8 1,0 0,36/L
Электрошкафы, гидробаки, стойки и т. п.	—	0,25	0,25
Примечание. К станкам I группы относятся сверлильные, резьбонарезные и другие нормальной точности; к станкам II группы — фрезерные, расточные с жесткими шпинделями и для чистовых расточек.
щими устройствами и часто имеют технические этажи или подвалы, в которых размещаются все подводящие коммуникации. Станки устанавливают на общей плите цеха или на групповых фундаментах. На отдельных фундаментах размещают станки с
ческой линии с металлическим настилом U):
2 — габариты станков; 3 — подкладка для крепления оборудования.
интенсивными динамическими нагрузками и станки повышенной точности. Рекомендуемые высоты фундаментов приведены в табл. 21. Оборудование линий с синхронной транспортной системой ставят на общий групповой фундамент, высота которого равна максимальной из назначаемых для отдельных станков. '
Фундаменты линий отделяют швами от стен и колонн зданий. В фундаментах устраивают каналы для транспортирования стружки и подводящих коммуникаций, а в бетонной подливке станков — стоки для эмульсий. Фундамента под станки массой более 12 т армируются поверху и понизу сетками.
84
Для ускорения и упрощения монтажа агрегатные станки автоматических линий устанавливают на металлический балочный каркас, заделанный в общую бетонную плиту цеха или групповой фундамент (рис. 32).
Каркас-кондуктор сваривается из двутавровых стальных балок, укладываемых параллельно оси линии так, что в поперечном сечении полки двутавров наклонены под некоторым углом (2°) к оси линии. Станки крепят с помощью установочных болтов, опирающихся на стальные прокладки. Последние привариваются к балкам после установки и выверки станков в линии.
На строительстве Волжского автомобильного завода подтвердилась эффективность такого решения. Значительное сокращение сроков монтажа окупило перерасход металла и некоторое удорожание фундаментов.
Глава III
ФУНДАМЕНТЫ МАШИН
С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
ФУНДАМЕНТЫ МАШИН
С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ЧАСТЯМИ
Под более мощные машины сооружают, как правило, железобетонные рамные фундаменты, состоящие из ряда поперечных рам, опирающихся на нижнюю плиту и связанных поверху продольными балками или плитой. Под более легкое оборудование строят плитные фундаменты. Вентиляторы и центрифуги часто устанавливают на виброизолированные фундаменты.
Рамные конструкции (монолитные или сборно-монолитные) выполняют по наиболее простой схеме. Они должны удовлетворять следующим требованиям:
выдерживать симметрию фундамента относительно вертикальной плоскости, совпадающей с осью машины (как в отношении общей схемы, так и по форме элементов);
располагать верх фундамента без уступов по высоте на одном уровне для упрощения рамных узлов и обеспечения одинаковой высоты колонн;
принимать симметричное расположение ригелей поперечных рам по отношению к осям колонн.
Кроме того, по возможности необходимо избегать эксцентрического нагружения ригелей и балок; сводить к минимуму величину крутящих моментов относительно их осей; обеспечивать центральную по отношению к элементам нижнего ростверка передачу нагрузок на эти элементы. Не должно быть колонн, не связанных поперечными ригелями, вылеты всех консолей следует свести к минимуму, высоту опорного сечения консоли принимать
85
не менее 0,75 ее вылета. Количество выемок, гнезд и скосов должно быть минимальным.
Элементы рамных фундаментов обычно имеют прямоугольное или тавровое сечение. Пример решения рамного фундамента под турбокомпрессор приведен на рис. 33.
Стенчатые фундаменты проектируют преимущественно с поперечными стенами, имеющими проемы для пропуска коммуни-
Рис. 34. Групповой стенчатый фундамент под мотогенератор прокатного цеха.
Рис. 33. Рамный фундамент под турбокомпрессор кислородной станции.
каций и размещения вспомогательного оборудования. Стены располагают непосредственно под подшипниками машины и соединяют продольными балками. Пример решения стенчатого фундамента под мотогенератор приведен на рис. 34. Элементы верхнего строения облегченных фундаментов должны быть связаны между собой и нижней плитой или ростверком жесткими рамными узлами с соответствующим армированием. Толщина нижней фундаментной плиты должна быть не менее рабочей высоты сечения стоек поперечных рам (для фундаментов рамного типа) или не менее толщины стен (для стенчатых фундаментов).
На нижние плиты фундаментов машин опирают стойки обслуживающих площадок и перекрытий над подвалами. Рамные фундаменты иногда возводят непосредственно на фундаментной плите подвального помещения (например, на днище опускного колодца). Элементы верхнего строения не связывают с конструк
86
циями здания, за исключением шарнирных опираний вкладных (разрезных) участков перекрытий и площадок обслуживания.
Расчет основания фундамента производят по формуле (1), принимая коэффициент условий работы т равным 0,8 [19].
При расчете фундаментов на силовые воздействия, кроме обычных постоянных нагрузок, принимают временные нагрузки, соответствующие максимальному динамическому действию машины, а также специальные нагрузки: для турбоагрегатов — от момента короткого замыкания, тяги вакуума в конденсаторе; для электрических машин — от момента короткого замыкания. Нормативные динамические нагрузки (вертикальные Р” и горизонтальные Р”) [19]
Рв = Рг = н 1 Qz,	(56)
4 = 1
где Qi — вес каждого ротора, тс\
ц— коэффициент пропорциональности (табл. 22).
Таблица 22
Коэффициент пропорциональности р для различных машин [19]
Вид машины
Величина коэффициента Р-
Турбоагрегаты
Электрические машины с частотой вращения двигателя, об!мин:
>750
750—500
<500
Центрифуги
Центробежные насосы
Дымососы и вентиляторы
0,2
0,15
0,1
(* \2
об | £**
1000 /
0,15
[ поб V
0,8 ------- ,
\ 1000 )
но не менее 0,2
* nog — частота вращения, об1мин.
** d — диаметр ротора, м.
При вычислении временной (динамической) расчетной нагрузки Рд величину коэффициента перегрузки для всех машин принимают п=4. Величину коэффициента динамичности 1гл для рамных фундаментов подбирают по табл. 23.
Временные расчетные динамические нагрузки от машин, соответствующие максимальному динамическому воздействию машины на фундамент, можно считать сосредоточенными и приложенными к элементам, поддерживающим подшипники (ригелям, балкам) на уровне осей этих элементов. Для фундаментов тур-
87
Таблица 23
Коэффициент динамичности kK [19]
Частота вращения, об/мин	Нагрузки	
	вертикальные	горизонтальные
1500—500	10	2
>1500	6	2
<500	3	2
Примечания: 1. Для турбоагрегатов мощностью более 25 тыс. кет величина снижается в два раза. 2. Приведенные в таблице значения k учитывают знакопеременное действие нагрузок.
Таблица 24
Нормативные центробежные силы инерции Рд , тс [19]
Частота вращения, об/мин
Величина центре-^н бежных сил
750—500
>750
<500
0,20 Q
0,15 Q
0,10 Q
Примечание. Q —- вес вращающейся части машины
боагрегатов величину временной расчетной динамической нагрузки в продольном горизонтальном направлении принимают равной 0,5 величины той же нагрузки в поперечном горизонтальном направлении; для остальных машин с вращающимися частями величину продольной нагрузки принимают равной нулю.
Расчетные нагрузки фундаментов турбоагрегатов, соответствующие моменту короткого замыкания (MR), и тяги вакуума в конденсаторе (Рв) приравнивают к нормативным величинам, указанным в задании на проектирование, с коэффициентом перегрузки п=1,2. Коэффициент динамичности при расчете на действие момента короткого замыкания kA =2, а для тяги вакуума в конденсаторе Ад = 1. Расчетные усилия от тяги вакуума в конденсаторе Рв, тс, возникающие только при гибком присоединении конденсатора к турбине, определяются по формуле [19]
Рв=10а.	(57)
где а — площадь поперечного сечения соединительной горловины конденсатора с турбиной, м2;
10 — усилие тяги вакуума на 1 ;и2 сечения трубопровода, тс!м2.
При определении расчетных усилий в элементах фундаментов в каждое отдельное сочетание может быть включена только одна из нагрузок, соответствующих динамическому воздействию машины: вертикальная (действующая вниз) или горизонтальная. При расчетах фундаментов под турбоагрегат в любое из этих сочетаний следует вводить дополнительно тягу вакуума в конденсаторе. Сочетание, в которое входит момент короткого замыкания (Л4К), является особым.
Монтажную нормативную нагрузку на верхней плите фундамента принимают по заданию технологов, но не менее 2 тс/м2\ коэффициент перегрузки для нее п= 1,1, коэффициент динамичности Ад = 1,1.
В практике эксплуатации промышленных предприятий очень редко встречаются случаи возникновения сильных вибраций массивных фундаментов высокочастотных машин с вращающимися
88
частями, что объясняется высокой степенью уравновешенности таких машин и значительной разницей между низшими частотами собственных колебаний фундаментов и частотами возмущающих сил, что исключает возможность появления резонанса. Для фундаментов машин с вращающимися частями и числом оборотов больше 1000 в 1 мин рассчитывать колебания необязательно. Для фундаментов низкочастотных машин с 1000 оборотов в 1 мин и меньше рассчитывают амплитуду вынужденных горизонтальных поперечных колебаний; расчет амплитуд вертикальных колебаний производить необязательно. Расчет на колебания фундаментов низкочастотных машин сводится к определению максимальной амплитуды горизонтальных (поперечных) колебаний верхней плиты (для рамных фундаментов) или верхней грани фундамента (для массивных или стенчатых фундаментов) [19]. Расчет производят на действие нормативных центробежных сил инерции Рд (возмущающих сил), тс, величины которых принимают по табл. 24. Амплитуду горизонтальных колебаний рамных фундаментов А, м, определяют по формуле [19]
А я Ах -j- Ар /Макс>	(58)
где /макс —расстояние от центра тяжести верхней плиты до оси наиболее удаленного подшипника, м\
Ах — амплитуда горизонтальных колебаний центра тяжести верхней плиты, м,
Ар — амплитуда (угол поворота, рад) вращательных колебаний верхней плиты относительно вертикальной оси, проходящей через ее центр тяжести,
где (0=0,105 поб — угловая частота вращения машины, рад!сек\ Рн	рн/
Лет	д	.ст ^Д*макс
х = Sx ' и = —53  —перемещение, м, и угол поворота, рад, центра тяжести верхней плиты при статическом действии силы;
Sx и — коэффициенты жесткости конструкции фундамента соответственно в горизонтальном направлении, перпендикулярном к оси вала машины, и при повороте в горизонтальной плоскости;
п
89
где Кх и Лф — коэффициенты жесткости основания соответственно при упругом сдвиге и неравномерном сжатии, определяемые по формулам (6) — (8);
h — высота фундамента, м\ п
S — Si — сумма коэффициентов жесткости всех поперечных /= 1
рам фундамента в горизонтальном направлении, перпендикулярном к оси вала машин (п — число рам);
It— расстояние от плоскости поперечных рам до центра тяжести верхней плиты, м. Величины коэффициентов жесткости поперечных рам
_ 12Е/*.	1 +
h]	2 + ЗА7 ’
где
Е — модуль упругости железобетона;
lti и Ihi — моменты инерции площади поперечных сечений соответственно ригеля и стойки рамы, ж4;
hi и li — расчетная высота стойки и расчетный пролет ригеля ьй поперечной рамы. Расчетную высоту стоек допускается принимать равной расстоянию от верхней грани нижней плиты до оси ригеля (проходящей через центр тяжести площади его сечения), а расчетный пролет ригеля — равным 0,9 расстояния между осями стоек;
Кх и Хер — круговые частоты колебаний, padjceK,
где пгп— масса системы, включащая массу всей машины, верхней плиты, продольных балок и поперечных ригелей рам, примыкающих к верхней плите, и 30% массы всех стоек фундамента, т* сек? 1м;
0 — момент инерции массы тп относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести верхней плиты (горизонтальной рамы), т-м-сек2,
6 — 0,\тп1\ где I — длина верхней плиты, м.
Расчет колебаний массивных и стенчатых фундаментов ограничивается определением амплитуд вынужденных колебаний аналогично расчету колебаний фундаментов под машины с кривошипно-шатунными механизмами. При этом нормативные значения нагрузок принимают по табл. 24. Расчетные значения
90
амплитуд колебаний должны быть не более допускаемых, устанавливаемых в задании на проектирование.
Фундаменты под центрифуги. Эти машины характеризуются большой внешней неуравновешенностью и при работе вызывают вибрацию поддерживающих конструкций. По условиям технологических процессов центрифуги обычно устанавливают на высоте, перекрытиях зданий или специальных фундаментах. Центри
Рис. 35. Групповой фундамент под четыре центрифуги НТП-2к-800.
Рис. 36. Массивный фундамент под дымосос марки 7500-13-1.
фуги относятся к среднечастотным машинам с большой динамичностью. Амплитуда динамической нагрузки существенно изменяется во времени и зависит в основном от свойств обрабатываемого центрифугой материала и распределения осадка по окружности ротора.
Институтом Укрниихиммаш проведена большая работа по уточнению нагрузок, возникающих при работе центрифуг, и разработаны эффективные конструкции рамных фундаментов. Большинство центрифуг устанавливают на рамные фундаменты с устройством виброизоляции (рис. 35). Применяются разные системы виброизоляции, в том числе для центрифуг марок АГ, НТП и НАГШ — резиновые виброизоляторы типов А-14-А-4.
Фундаменты под тягодувные машины. Под мощные воздуходувки и дымососы сооружают массивные блочные или стенчатые фундаменты в монолитном железобетоне (рис. 36).
Большинство более легких агрегатов устанавливают на фундаменты или железобетонные перекрытия с устройством резиновой или пружинной виброизоляции. При этом под оборудование
91
устраивают железобетонные или стальные сварные опорные рамы. Вентиляторы с жесткими корпусами иногда устанавливают непосредственно на виброизоляторы. Характерные примеры виброизоляции указанных машин приведены на рис. 37.
Ленинградский Промстройпроект разработал типовые проекты пружинных виброизоляторов под наиболее часто при
меняемые типы вентиляторов. Под вентиляторы марок ЦЧ-70,
Ц9-57 и ЦЧ—Ц6 применяют резиновые виброизоляторы марок АР-1—АР-6.
Рис. 37. Виброизолированные фундаменты:
а — под тягодувные машины; б—под вентиляторы; / — стальная рама; 2 — пружинные виброизоляторы; 3 — демпферы.
ФУНДАМЕНТЫ МАШИН
С КРИВОШИПНО-ШАТУННЫМИ МЕХАНИЗМАМИ
Машины с кривошипно-шатунными и кривошипно-кулисными механизмами представляют собой агрегаты с конструктивно неуравновешенными движущимися частями. К ним относится промышленное оборудование, развивающее динамические нагрузки: двигатели внутреннего сгорания, локомобили, поршневые компрессоры, мотокомпрессоры, насосы и пр. Основными динамическими нагрузками, вызывающими вынужденные колебания фундамента, являются неуравновешенные силы и моменты сил инерции движущихся частей кривошипно-шатунного или кривошипно-кулисного механизмов, представляемые в виде суммы гармоник, первая из которых имеет частоту вращения главного вала, вторая — удвоенную частоту вращения главного вала, третья — утроенную частоту вращения главного вала и т. д. Эти силы и моменты называются динамическими нагрузками первого, второго и т. д. порядков. Амплитуды динамических нагрузок высокого порядка по сравнению с амплитудами динамических нагрузок первого и второго порядков малы. Поэтому амплитуды 92
вынужденных колебаний фундаментов обычно определяют только с учетом динамических нагрузок первого и второго порядков, пренебрегая влиянием динамических нагрузок более высокого
порядка.
Динамические нагрузки от машин с кривошипно-шатунным механизмом обусловливаются возвратно-поступательным движе-
нием поршня, а от машин с кривошипно-кулисным механизмом —
возвратно-поступательным движением ползуна и качательным движением кулисы.
Фундаменты машин с кривошипно-шатунными и кривошипно-кулисными механизмами проектируют массивными или стенчатыми, а в ряде случаев — для машин с вертикально расположенными или состоящими из нескольких взаимно уравновешивающих друг друга механизмов — рамной конструкции, отделяя от конструкций зданий (фундаментов, площадок, бетонной подготовки пола первого этажа и т. п.). На них опирают отдельные площадки и стойки, а также вкладные участки перекрытий (между смежными фундаментами), не соединенные с конструкциями зданий.
Массивные фундаменты выполняют в виде сплошного не-
Рис. 38. Фундамент под 6-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания мощностью 1000 кет, спаренный на
одном валу с генератором перемен-
ного тока:
армированного и конструктив- /, 2 - шанцы и тоннель, но-армированного бетонного
массива с необходимым количеством приямков, колодцев и отверстий для размещения частей машины, оборудования и коммуникаций (рис. 38).
Массивные фундаменты объемом 20 м3 и менее [19] армируют стержнями диаметром 8—12 мм через 150—250 мм по контуру отверстий и вырезов (при размерах отверстия или выреза более 600 мм) и в местах с отверстиями или вырезами, образующих тонкие стенки. При устройстве групповых фундаментов под несколько однотипных машин толщина общей фундаментной плиты должна быть не менее 600 мм\ плиту армируют поверху и
понизу.
Стенчатые фундаменты состоят из фундаментной плиты (подушки), установленных на нее продольных и поперечных стен и верхней горизонтальной железобетонной плиты, на которой раз-
93
мещают и крепят машину. Для фундаментов применяют моно-литные, сборно-монолитные и сборные железобетонные конструкции с жесткими узлами соединений элементов.
Размеры конструктивных элементов назначают с учетом табл. 25. Фундаментные плиты стенчатых фундаментов армируют верхней и нижней сетками с квадратными ячейками размерами 300—400 мм из стержней диаметрами 12—16 мм\ при этом сечение арматуры проверяется расчетом по прочности на нагрузку реактивного давления грунта.
Таблица 25
Размеры конструктивных элементов стенчатых фундаментов [19]
Элемент фундамента	Размер
Стены толщиной dCT
Фундаментная плита (подушка) толщиной б/Пл
Вылеты консольных участков фундаментных плит: нижней верхней
Верхняя горизонтальная плита толщиной
2>О,6 м ^^ст
^2,5 dnsi =<2 м
0,1 м
Стены армируют по вертикальным граням арматурными сетками с размерами ячеек 300—400 мм (вертикальные стержни диаметрами 12—18 и горизонтальные диаметрами 10—12 мм). В местах сопряжения стен с верхней горизонтальной плитой устанавливается дополнительная вертикальная арматура (50% основной). Сетки связывают между собой поперечными стержнями диаметрами 10—12 мм через 600—800 мм по высоте и длине стены. Вертикальные стержни арматуры стен заделывают в верхнюю и нижнюю плиты на глубину не менее глубины, принимаемой для растянутых стержней арматуры, причем 50% стержней, заделываемых в фундаментную плиту, доводят до подошвы фундамента.
Рамные фундаменты под машины с кривошипно-шатунными и кривошипно-кулисными механизмами проектируют аналогично рамным фундаментам машин с вращающимися частями. Фундаменты машин рассчитывают на статическое среднее давление на основание и соответствие амплитуды вынужденных колебаний фундамента и его элементов (для рамных фундаментов) допускаемым расчетным амплитудам колебаний фундаментов. Верхнее строение рамных фундаментов (ригели, колонны, плиты) рассчитывается на прочность. При проверке среднего давления на основание принимают [19]
Лр <
для фундаментов дробилок Рср< 0,8 /?0-
94
Элементы рамного фундамента рассчитывают на сочетание постоянных (собственный вес) и временных (динамических) нагрузок. Временную динамическую нагрузку Рд определяют по формуле [19]
= /г&дРн, тс,	(59)
где п — коэффициент перегрузки, равный 2 (п=1,3 для фундаментов дробилок);
&д— коэффициент динамичности для первой и второй гармоник возмущающих сил, равный 1 (£д =1,2 — для фундаментов дробилок) ;
Рп—нормативное значение динамической нагрузки, соответствующее наибольшей амплитуде первой и второй гармоник возмущающих нагрузок машины по заданию на проектирование. Если одна из двух гармоник возмущающих сил и моментов меньше на 20% другой, при расчете амплитуд вынужденных колебаний ее не учитывают, в противном случае амплитуду рассчитывают для каждой из первых двух гармоник возмущающих сил и моментов.
При определении амплитуды колебаний фундаментов горизонтальных машин амплитуды вычисляют только в направлении, параллельном скольжению поршней, и не учитывают влияния вертикальной составляющей возмущающих сил. Амплитуда колебаний верхней грани фундамента определяется по формуле [19]
А = Ах -j- A® hv	(60)
где Ах— абсолютное значение амплитуды горизонтальных колебаний центра тяжести установки (фундамента и машины), ж;
А? — абсолютное значение амплитуды вращательных колебаний фундаментов относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести установки перпендикулярно к плоскости колебаний, рад;
hi — расстояние от верхней грани фундаментов до центра тяжести установки, м.
Для первой гармоники возмущающих сил величины Ах и А? определяют по формулам:
_ (Kv +Khl-W)PKX + Kxh2M« .
х~	д
KxhJ>* +(Kx-mn^) Л4Н
где Кх и Л? — коэффициенты жесткости основания;
0 — момент инерции массы всей установки (фундаменты, засыпки и машины) относительно оси, проходящей через общий Центр тяжести перпендикулярно к плоскости колебаний, т-смХ Хсек2;
со— угловая частота вращения машины, рад!сек; w=0,105nQ(i;
95
h2— расстояние от общего центра тяжести установки до подошвы фундамента, м;
тп==0ф±0м __ масса всей установки, тс-сек21м; и QM --
вес фундамента с засыпкой грунта и вес машины, тс;
Рх — нормативная горизонтальная составляющая возмущающих сил машины, тс;
Мн — нормативный возмущающий момент, тс-м, равный сумме моментов от горизонтальных составляющих возмущающих сил при приведении их к оси, проходящей через центр тяжести установки перпендикулярно к плоскости колебаний и возмущающего момента машины;
А — коэффициент, равный
А = шп Осо4 - (Ку игп + Kxli2 mn + Кх 6) со2 + К ? Кх-
Амплитуды горизонтальных колебаний вертикальных машин вычисляют только для направления, перпендикулярного к главному валу машины. Амплитуды вертикальных колебаний вертикальных машин определяют только с учетом влияния вертикальной составляющей возмущающих сил по формуле [19]
Р» А =-----------,
— тп 0)2 где P*z — нормативная вертикальная составляющая возмущающих сил машины, тс;
Kz — коэффициент жесткости основания при упругом равномерном сжатии.
Фундаменты под поршневые компрессоры. Большинство компрессоров изготовляют с угловым или вертикальным расположением цилиндров, а также горизонтальным оппозитным, в которых неуравновешенные силы инерции ряда поршневых механизмов (с противоположным направлением движения поршней в каждой паре) в значительной степени уравновешиваются.
Большинство фундаментов под компрессоры проектируют монолитными железобетонными плитной или блочной формы. Иногда компрессорные строят с техническими этажами, в этом случае фундаменты под компрессоры должны иметь ступенчатую конструкцию и машины устанавливают на отметках 4-4,2 или +4,8 м (рис. 39).
Фундаменты под крупные оппозитные компрессоры могут быть облегченными рамными [9]. Такая конструкция фундамента улучшает условия обслуживания машины и ее компоновку благодаря размещению аппаратуры непосредственно под компрессором.
В случаях, когда требуется значительно понизить вибрации, передаваемые окружающей среде, например, при установке компрессоров вблизи зданий, имеющих чувствительные к колебаниям приборы и оборудование, а также при необходимости
96
устранения неблагоприятных воздействий колебаний на людей, Находящихся в расположенных поблизости жилых зданиях, производственных и служебных помещениях, под компрессоры- используют виброизолированные фундаменты.
Институтами ЦНИИпромзданий и ЦНИИСКом разработаны типовые проекты (рабочие чертежи) виброизолированных фундаментов под поршневые вертикальные компрессоры марок
КВ-100,9; 1КУ-65; 2Р-3/220 и др., выпускаемые Казанским компрессорным заводом (рис. 40).
Виброизолированный фундамент представляет собой железобетонный блок, который опирается на четыре пружинных виброизолятора,установленные на тумбы днища подфундаментного короба. Боковые проходы и зазоры между коробом и блоком перекрываются съемным металлическим настилом. Конструирование и расчет фундаментов под компрессоры на естественном основании с виброизоляцией проводятся в соответствии с рекомендациями, изложенными выше.
Фундаменты лесопильных рам. В лесопильной раме вращательное движение кривошипа преобразуется шатуном в неравномерное возвратно-поступательное движение пильной рамки с установленными в ней пилами. За один оборот
кривошипа пильная рамка совершает два перемещения: один вниз т—рабочий ход, при котором распиливается древесина, и другой вверх — холостой. При работе кривошипно-шатунного механизма рамы, звенья которого имеют большой вес, возникают силы инерции, по величине в несколько раз превышающие силы пиления и подачи, являющиеся основными силами, вызывающими колебания фундаментов.
При групповой установке фундаментов лесопильных рам в лесопильных цехах наблюдается взаимное влияние их колебаний. Амплитуды колебаний фундаментов при этом больше, чем фундаментов одиночных рам.
При работе нескольких лесопильных рам на «свои» колебания фундамента, возбуждаемые установленной на нем лесорамой,
4 6-2947
97
накладываются «приходящие» колебания, возбуждаемые волнами от колеблющихся фундаментов соседних лесорам. Частоты своих и всех приходящих колебаний неодинаковы, так как различны скорости лесорам из-за неравномерной технологической нагрузки при асинхронном приводе. Вследствие этого суммарные колебания имеют характер биений, при которых амплитуды по-
Рис. 40. Виброизолированный фундамент под поршневой вертикальный компрессор марки КД-8/5-220:
а — разрез фундамента; б — армирование фундаментного блока; в — пружинный виброизолятор.
стоянно изменяются от некоторой минимальной величины, равной разности амплитуд своих и приходящих колебаний, до максимальной, равной сумме амплитуд.
Фундаменты наряду с силовым подвергаются кинематическому возбуждению от колеблющегося с амплитудой Az и частотой со основания.
Амплитуда вертикальных колебаний фундаментов от колеблющегося основания [16]
А? - Л„ —J	- А„	(62)
|/ + +|ф’“)’
где коэффициент динамичности;
—частота собственных колебаний фундамента;
Ф — модуль затухания.
98
Амплитуда колебаний основания AZq зависит от амплитуды колебания фундамента — источника Аг, расстояния между осями фундаментов, свойств грунтового основания, параметров фундаментов и других малоизученных факторов и может быть представлена зависимостью
= лг/,	(63)
где f — некоторая обобщающая функция от свойств грунта и расстояния между фундаментами, характеризующая распространение колебаний по грунту.
Рекомендуются следующие коэффициенты увеличения амплитуды колебаний (табл. 26).
Таблица 26
Коэффициент f увеличения амплитуд колебаний фундаментов при работе нескольких лесопильных рам [16]
Грунт	Количество лесопильных рам в цехе			
	2	4	6	8
Пластичные глинистые грунты, пылеватый водонасыщенный песок	1,2	1,9	2,0	2,0
Мелкозернистый водонасыщенный песок	1,15	1,5	1,6	1,6
Пески слабовлажные и сухие, твердые глины	1,1	1,4	1,5	1,5
Щебенисто-галечные глины, крупнообломочные породы	1,05	1,2	1,25	1,25
Пример решения фундамента под лесопильную раму дан на рис. 41.
Фундаменты вибрационных и ударно-вибрационных машин. Вибрационная техника используется для формования железобетонных изделий (вибрационные и виброударные площадки на упругих опорах, кулачковые площадки со свободным падением движущихся частей, стационарные и скользящие виброштампы), для изготовления литейных форм, в насосах, для переработки и транспортировки материалов. Широко используются машины вибрационного прессования, работа которых основана на том, что к деформируемому изделию помимо постоянной статической нагрузки прилагается знакопеременная динамическая нагрузка.
Вибрационные площадки для формования железобетонных изделий должны иметь амплитуду и частоты колебаний, соответствующие удобоукладываемости бетонной смеси и размерам формуемого изделия. Частота колебаний для них устанавливается в зависимости от крупности заполнителя и находится в пределах 2000—6000 кол/мин.
Фундаменты более тяжелых вибрационных и ударно-вибра-Цпонных машин проектируют с устройством пружинно-резиновых
4*
99
виброизоляторов по типу виброизоляции фундаментов кузнечных молотов и более легких с устройством резиновой виброизоляции (рис. 42).
Между фундаментами вибрационных и ударно-вибрационных машин и смежными фундаментами строительных конструкций зданий или оборудования, а также бетонным полом устраивается сквозной зазор. Рабочие площадки не должны соединяться с
Рис. 41. Фундамент под лесопильную раму (II — II — схема армирования).
фундаментами машин, а рабочее место необходимо защищать от вибрации. Присоединение коммуникаций должно быть гибким. При проектировании фундаментов вибрационных машин, которые, как правило, изготовляют виброизолированными, следует совмещать по одной вертикали центр тяжести площади подошвы фундамента, центр жесткости упругих опор и линии действия равнодействующей возмущающих сил вибратора и направления ударов. Амплитуда вертикальных колебаний фундамента под машину на упругих опорах определяется по формуле (61), при этом Р*— нормативное значение возмущающей силы вибратора, тс, которое вычисляют по формуле [19]
р', —с’	<64’
где Qo9 —момент эксцентриков вибратора, т-см;
Q — нормативное значение веса подвижных частей машины вместе с изделием, тс, которое не учитывается при определении тп;
С — суммарный коэффициент жесткости опор, тс!м.
100
Для невиброизолированных фундаментов амплитуды колебаний А рассчитывают как для фундаментов кузнечных молотов, при этом коэффициент восстановления скорости удара принимают 8 = 0,5, а скорость удара вычисляют по формуле [19]
РН «г
(65)
Q а)
где со — угловая частота вр.ащения вибратора, рад)сек.
Расчетные значения амплитуд колебаний фундаментов вибрационных и ударно-вибрационных машин не должны превышать допускаемых, принимаемых в соответствии с требованиями СНиПов.
Для вибростендов, испытательных машин и других многочастотных вибромашин, имеющих большие диапазоны частот гармонических колебаний, практически невозможно подобрать размеры фундамента так, чтобы отсутствовало явление резонанса. Для них динамические расчеты производятся во всем диапазоне частот машины, а недопустимость резонанса проверяется только для зон, в которых работа машины наиболее продолжительна или наиболее вероятна.
Фундаменты под штамповальные машины и прессы. Машины этого типа служат для обработки давлением, оказывая своими рабочими частями преимущественно статическое действие на об-
101
рабатываемый материал. Однако при работе кривошипных и эксцентриковых конструкций этих машин возникают и динамические нагрузки. На фундаменты штамповальных машин действуют следующие динамические нагрузки:
момент от присоединения к маховику дополнительных масс (в пресс-автоматах этот момент невелик и возникает только при пуске машины);
Рис. 44. Рамные фундаменты под прессы.
момент от замедления вращения маховика при выполнении штамповочных операций (для пресс-автоматов это основная нагрузка) ;
момент, возникающий при торможении отключенного кривошипного или эксцентрикового вала (отсутствует в пресс-автоматах) ;
вертикальная и горизонтальная нагрузки, обусловленные движением неуравновешенных масс (основные нагрузки для пресс-автоматов) ;
момент и вертикальная нагрузка, возникающие при освобождении пуансона от реакции детали в конце штамповочной операции (для всех видов штамповальных машин эти нагрузки наиболее велики).
Конструкция фундаментов под штамповальные машины выбирается в зависимости от ее общего веса и величины динамического воздействия. Более легкие машины могут устанавливаться на междуэтажные перекрытия и плиты; при этом желательно применять активную резиновую виброизоляцию. Более тяжелые машины устанавливают на плитные и блочные фундаменты с пружинно-резиновой активной виброизоляцией. Фундаменты под пресс-машины рассчитывают, принимая п£д= 1,3.
Прессы, в особенности гидравлические, характеризуются большими статическими нагрузками (собственным весом) и крупными габаритами. Большинство фундаментов под них сооружают в виде заглубленных блочных конструкций (рис. 43) — под отдельно стоящие машины — и рамных с устройством технического подвала— при групповом расположении машины (рис. 44).
102
Основание фундаментов под прессы рассчитывают по формуле (1). Расчет строительных конструкций производят на статические нагрузки; при этом нагрузку от оборудования принимают с учетом произведения коэффициентов перегрузки и динамичности = 1,3.
Для большинства штамповальных машин и прессов предъявляются жесткие технологические требования к деформациям фундаментов, необходимые для обеспечения высокой точности работы оборудования. Одним из решений, удовлетворяющих этим требованиям, может служить применение в качестве группового фундамента монолитных железобетонных плит больших размеров без постоянных температурно-деформационных швов.
Например, на Волжском автомобильном заводе в г. Тольятти (проект Промстройпроекта) плита технического подвала цеха больших прессов имела габариты цеха и размеры 318X85, а плита подвала технического цеха средних прессов — 214X85 м. Для погашения дополнительных усилий в фундаментных плитах от усадки бетона и колебаний температуры в них были предусмотрены временные температурно-усадочные швы, которые бетонировались в законченном и отапливаемом здании спустя полтора года после бетонирования основного массива плит (после развития основной усадки). При таких условиях плиты не рассчитывались на температурно-усадочные воздействия в стадии эксплуатации. На фундаментной плите расположены монолитные железобетонные опоры под колонны цеха и сборные железобетонные опоры под оборудование, а также колонны сборного перекрытия над подвалом; по наружному контуру фундаментных плит расположены стены, работающие по консольной схеме, разрезанные швами через каждые 40 м (см. рис. 44). Плиты армировались армокаркасами из уголкового проката, позволявшими организовать движение бетоновозов по поверхности плиты и вести бетонирование с помощью лежневых эстакад, на которые въезжали автосамосвалы с бетоном, выгружая его непосредственно в тело плиты.
Фундаменты дробилок. Для дробления и измельчения, главным образом, горных пород применяют дробилки, которые по принципу действия разделяют на несколько типов. Наиболее распространенные из них — щековые. На их фундаменты передаются вертикальные и горизонтальные периодические нагрузки, вызванные периодическим движением дробящей щеки и звеньев механизма привода, а также горизонтальные импульсные нагрузки, возникающие при дроблении материалов.
В конусные (гирационные) дробилки передаются горизонтальные нагрузки от вращающихся масс (вала с корпусом, эксцентрика, противовеса); горизонтальные импульсные нагруЗки, вызванные мгновенным нагружением от движения дробильного конуса при измельчении материала; вертикальные импульсные нагрузки, возникающие при подъеме крышки и последующем ударе по корпусу дробилки, а также при попадании в нее недро-бимого тела.
В валковых дробилках импульсная нагрузка возникает • при попадании недробимого предмета, когда один валок отходит от другого и пропускает недробимый предмет, после чего под действием пружин возвращается в исходное положение.
103
Основными динамическими нагрузками молотковых дробилок являются инерционные силы и моменты инерционных сил дви-жущихся частей, имеющих частоту вращения ротора. Реактивные силы, возникающие при ударе молотков и передающиеся через точки подвеса молотков с частотой, равной числу оборотов ротора, умноженному на число рядов молотков, невелики и учет их не обязателен.
Рис. 45. Фундаменты под дробилки: а — под щековую дробилку Донковского билку ККД-1500 Анновского карьера
доломитного комбината; б — под конусную дро-
Фундаменты дробилок проектируют сборными и монолитными, часто рамными или состоящими из двух стен (рис. 45), между которыми пропускается транспортер. Сборные и сборно-монолитные групповые фундаменты под несколько дробилок изготовляют из унифицированных блоков или стен, опирающихся на монолитную нижнюю плиту и связанных поверху монолитными обвязками. Толщина нижней плиты рамных фундаментов должна быть не менее наименьшего размера сечения стоек рам, а толщина нижней плиты стенчатых фундаментов — не менее 0,7 толщины стен. Подошве отдельных фундаментов конусных дро-билок^рекомендуется придавать квадратную форму, а фундаментам дробилок всех остальных видов — прямоугольную, вытянутую в направлении действия динамических нагрузок. Фундаменты дробилок иногда сооружают на общей железобетонной плите — днище подземных сооружений, устраиваемых в опускных колодцах. Фундаменты дробилок, возводимые на скальных или крупнообломочных грунтах, соединяют с фундаментными конструкциями зданий.
Фундаменты дробилок, опирающиеся на естественное основание, рассчитывают на колебания, прочность конструкций и основания. Расчет колебаний сводится к определению наибольшей 104
амплитуды горизонтальных колебаний верхней грани фундамента, как для фундаментов машин с кривошипно-шатунными механизмами. Колебания фундаментов, имеющих прямоугольную форму подошвы, рассчитывают по плоскости, совпадающей с направлением меньшего размера подошвы.
Рамные и стенчатые фундаменты рассчитывают [19] по прочности на действие собственного веса всех элементов установки и временную горизонтальную силу Рд, заменяющую динамическое действие машины. При этом коэффициент перегрузки и=1,3, а коэффициент динамичности &д = 1,2. При определении давления грунта на стены транспортной галереи в сборно-монолитных фундаментах величину угла внутреннего трения грунта уменьшают на 20%.
При проверке среднего давления на основание фундаментов дробилок [19]
Лр < О,8/?о.	(66)
Заводы—изготовители машин совершенствуют дробильное оборудование, увеличивают его мощность и производительность, что влечет за собой повышение динамических нагрузок на фундаменты. В последние годы более мощные дробилки устанавливают на подвесную или опорную виброизоляцию, применение которой не снижает производительности дробилок и не ухудшает качество получаемого дробленого продукта. Использование виброизоляции позволяет устанавливать тяжелые дробилки на облегченные конструкции фундаментов, а при модернизации оборудования более мощные дробилки — на существующие фундаменты устаревших машин и отказываться от искусственного основания в условиях слабых грунтов.
Конусные и щековые дробилки — низкочастотные машины с преобладающими горизонтальными возмущающими силами. Трудности по устройству виброизоляции заключаются в необходимости получения очень низкой частоты собственных колебаний машины, установленной на виброизоляторах. Применение пружинных или резиновых виброизоляторов оказалось неэффективным. Установка конусных дробилок на пружинные виброизоляторы приводит к недопустимым амплитудам, вызванным вращательными колебаниями машин в вертикальной плоскости.
Виброизоляция под дробилки должна обладать большой вертикальной и малой горизонтальной жесткостью, обеспечивающей ограничение вращательных колебаний установки в вертикальной плоскости и получение изолирующего эффекта в горизонтальном направлении. Этим условиям удовлетворяют виброизоляторы, выполненные по схеме маятникового подвеса, или опорные — с гидравлическим шарниром. Оба типа достаточно эффективны, но обслуживание легче осуществляется при опорной конструкции виброизоляторов. Применение виброизоляции позволяет значительно уменьшить горизонтальные динамические нагрузки на
105
фундамент дробилок. Методика ее расчета приведена в соответ-ствующих руководствах [10, 14].
Фундаменты мельничных установок. Для помола материалов используются барабанные среднеходные, ударные, вибрационные и струйные мельницы.
Неравномерное групповое падение мелющих тел внутри вращающегося барабана создает динамические нагрузки на фунда-
Рис. 46. Фундамент под углеразмолочную мельницу:
1, 3 — железобетонные монолитные плиты (верхняя и нижняя); 2, 4 — стены из блоков и монолитные.
менты, которые, например у крупногабаритных мельниц, достигают значительных величин. Колебания фундаментов не совпадают с частотой вращающихся деталей мельничной установки, имеют случайный характер, основные колебания происходят с собственной частотой [15].
Среднеходные мельницы (шаровые, валковые, роликомаятниковые) и ударные создают сравнительно небольшие динамические нагрузки на фундаменты.
Фундаменты вибрационных мельниц проектируют аналогично фундаментам других вибрационных машин (см. выше). В струйных мельницах небольшие динамические нагрузки возникают от центробежных потоков сжатого воздуха или пара.
Фундаменты трубчатых мельниц проектируют в виде ряда поперечных (по отношению к оси мельницы) П-образных рам, опирающихся на отдельные железобетонные плиты, а фундаменты мельниц с короткими барабанами — в виде общих массивных плит с поперечными стенами для опирания частей машин (рис. 46). Двигатель и редуктор устанавливают на общем фун-106
даменте с мельницей. Фундаменты мельниц с короткими барабанами, устанавливаемых в зданиии тепловых электрических станций, иногда соединяют с фундаментами колонн бункерной эстакады.
Элементы конструкций фундаментов мельниц рассчитывают по прочности, принимая, что горизонтальная составляющая динамической нагрузки Рд, тс, прикладывается к данной опоре. Произведение коэффициентов перегрузки и динамичности принимается и^д = 1,3. Нормативное значение динамической нагрузки, соответствующее нормальному эксплуатационному режиму для трубчатых мельниц [19],
PH = 0,2QM, тс,	(67)
для мельниц с короткими барабанами
PH = O,1QM, тс,	(68)
где QM — часть веса мельницы (без мелющих тел и заполнителя), приходящаяся на данную опору. При определении среднего давления на основание фундаментов коэффициент условий работы т = 0,8.
ФУНДАМЕНТЫ ПОД ПРОКАТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Массивные фундаменты. Массивные монолитные бетонные или железобетонные фундаменты под прокатное оборудование, как правило, проектируют групповыми и применяют в ограниченном количестве при возведении отдельных участков фундаментов при реконструкции производства и под мощные станы. При таком конструктивном решении фундаментов рядом с ними сооружают заглубленные отдельно стоящие помещения подвалов и машинных залов (рис. 47). Большинство станов строят на облегченных фундаментах подвального типа с устройством в становых пролетах общих технических этажей или подвалов.
Рис. 47. Фундамент мелкосортного стана с массивными фундаментами под оборудование:
/ — машинный зал; 2 — фундаменты под оборудование; 3 — маслоподвал.
В технологии прокатного производтва гидроуборку окалины начали заменять механической уборкой транспортными конвейерами, применять несамотечную маслосмазку (без устройства маслоподвалов), негорючий электрокабель, укладываемый без
107
тоннелей и др. Эти усовершенствования значительно упрощают конструктивное решение устройства подземного хозяйства стана, и необходимость сооружения технических подвалов и технических этажей отпадает. Использование укороченных фундаментных болтов, закладываемых в пробуриваемые скважины, кроме того, позволяет групповые фундаменты под прокатное оборудование проектировать в виде относительно тонких (1—2 м) монолитных железобетонных плит.
Фундаментам по возможности придают наиболе простую конфигурацию. Для уменьшения расхода бетона в теле фундамента иногда создают замкнутые пустоты.
Основные размеры фундамента в плане определяются размерами опорных плит и расположением оборудования, а также размерами тоннелей и каналов в теле фундамента. Размеры и форму верхней плиты принимают в соответствии со строительным заданием на проектирование, соблюдая при этом следующие условия:
размеры фундаментов в плане должны быть кратными 0,1 м\ растояние от выступающих частей фундамента до габаритов машин принимают не менее 0,7 м;
расстояние от края станины до края фундамента или канала должно быть не менее 0,1 м.
Фундаменты, разделенные глубокими открытыми каналами (например, для смыва окалины), связывают поверху железобетонными распорками через 3—6 м. Тоннель гидросмыва окалины устраивается с наклонным днищем, при этом уклон его не должен превышать 0,02—0,04 в тех местах, где от этих уклонов зависит глубина фундаментов. Толщина днища тракта окалины в ^есте прохода его через фундамент должна быть не менее 0,5 и толщина коммуникационных тоннелей не менее 0,2 м; перепад отметок отдельных участков фундаментов принимают не менее 0,1, для крупногабаритных машин — 0,3 м. При возведении массивных фундаментов из монолитного бетона или железобетона используют (конструктивную) неизвлекаемую сборную железобетонную опалубку и иногда сборные бетонные блоки. Поверхности фундамента, подвергающиеся систематическим механическим ударным воздействиям, защищают специальными облицовками. Лотки гидросмыва окалины должны изготовляться из износостойких материалов: при транспортировке крупных и средних кусков окалины — из чугунных желобов, поставляемых заводом-изготовителем; при транспортировке средних и малых кусков окалины — с облицовкой лотков стальным листом или слоем металлоцемента.
Для предохранения коммуникационных труб (водопроводных, вентиляционных и др.) от повреждений в местах выхода их из фундамента в грунт, а также при проходе труб через температурные швы предусматривают следующие защитные мероприятия: для труб диаметром d до 150 мм закладывают гильзу длиной 4 d из труб большего диаметра; для труб диаметром более 150 мм
108
устраивают на глубину 2—3 d «компенсирующие» ниши с размерами сторон, равными d + 100 мм. Для труб разводки кабельных сетей снаружи фундамента устраивают железобетонные или кирпичные короба, места установки которых указываются в проекте.
Массивные фундаменты конструктивно армируют снизу и сверху, причем верхнюю арматуру укладывают только под станины оборудования с динамическими нагрузками. Боковую арматуру по наружным граням фундаментов не ставят. Армирование фундамента (нижние арматурные сетки) зависит от его размеров в плане. Если они не более 20 ж, арматура не ставится, при размерах от 20 до 30 м устанавливается рабочая арматура диаметром 16 мм, при размерах от 30 до 40 м — диаметром 20 мм. Шаг арматуры 200 мм, класс А-П.
В местах перепада подошвы фундамента вертикальные грани уступа фундамента не армируют. Нижняя арматура повышенной части фундамента заводится в массив на 30 диаметров за линию пересечения плоскости сеток верхнего уступа с плоскостью, проведенной под углом 60° к горизонту из угла нижнего уступа. Общая длина заделки принимается не более 70 диаметров рабочей арматуры. Участки фундаментов, ослабленные тоннелями, каналами, толщина которых менее 1 м, армируются конструктивно арматурой диаметром 12 мм с шагом 200 м с заделкой в массив на 15 диаметров. Нижняя арматура фундаментов выполняется из сварных сеток с рабочими стержнями в одном направлении. В рабочем направлении сварные сетки стыкуются внахлестку рабочим швом. В нерабочем направлении они укладываются без перепуска с расстоянием между крайними рабочими стержнями соседних сеток 200 мм.
В местах опирания станин укладывается рабочая арматура в двух направлениях с шагом 200 мм. Диаметр стержней арматуры принимают в зависимости от диаметра болтов, крепящих оборудование к фундаменту (табл. 27). В местах размещения станин,
Таблица 27
Диаметр стержней верхней арматуры массивных фундаментов, мм [13]
Диаметр болтов для крепления оборудования	Менее 42	42 ч-56	64 и более
Диаметр арматуры	12	16	20
передающих систематические ударные нагрузки, ставится по два-три ряда сеток из стержней диаметром 10—12 мм с шагом 100 мм в двух направлениях. При близком расположении станин, размещенных на разных уровнях, арматуру устанавливают внахлестку с перепуском стержней на 200 диаметров.
109
В местах воздействия лучистой энергии поверхности фундамен-та армируются сетками из стержней диаметром 12 мм класса А-П, с ячейками 200X200 мм. Участки фундаментов, ослабленные тоннелями, каналами и т. п.армируются по расчету. Минимальная площадь сечения арматуры массивных консольных участков принимается не менее 0,05% площади поперечного сечения консоли при расчете ее как бетонного элемента.
Предусматриваются специальные конструктивные меры, обеспечивающие проектное положение арматуры. При толщине плит 250—500 мм верхняя арматура укладывается на подставки из стержней, устанавливаемых в шахматном порядке. При большой толщине плит устанавливаются поддерживающие каркасы для верхней арматуры. В стенах толщиной более 300 мм устанавливаются в шахматном порядке шпильки диаметром 6—10 мм с шагом 600 мм. Балки-распорки в тоннеле гидроуборки окалины армируются по периметру сечения с замкнутыми хомутами. Площадь сечения рабочей арматуры принимается не менее 20% расчетной площади сечения балки.
Расчет массивных фундаментов под основное и вспомогательное оборудование сводится к проверке отдельных участков на прочность, а также к определению давлений, передаваемых на грунт. Расчет колебаний фундаментов не производится. Постоянные нагрузки от веса оборудования принимаются равномерно распределенными по фактической площади опирания оборудования.
При проверке среднего статического давления на основание фундаментов Рср по формуле (12) коэффициент условий работы принимают т — 1.
Отдельные элементы массивных фундаментов рассчитывают на прочность при невыгоднейшем сочетании нагрузок, в том числе и динамической, возникающей при работе оборудования; при этом принимают коэффициент динамичности £д = 2, коэффициент перегрузки п= 1,2.
Горизонтальные ударные нагрузки, передаваемые ла фундамент через механические упоры (амортизаторы) стационарного или подвижного типа, определяются по формуле [13]
Г=нЛ	(69)
где Т — сила, воспринимаемая бетонным или металлическим упором;
Р — сила удара;
ц — коэффициент усталости бетона, равный 0,3;
Р = ]/2C(£-f1), где С — жесткость пружины;
Е — энергия движущейся заготовки, равная
2g
где Q — вес заготовки, тс;
ПО
V — скорость движения заготовки, м/сек\ g — ускорение силы тяжести;
£*1 —энергия, теряемая в результате удара,
Ft = (l-fe2) GE , 1	G+Q
где k — коэффициент, зависящий от упругопластических свойств ударяющейся заготовки (для горячего металла £ = 0; для холодного — £ = 0,5).
Для восприятия горизонтальных сил, вызывающих сдвиг оборудования, на фундаментах устанавливают специальные железобетонные упоры или стальные рамы, необходимость в которых определяется из условия
Ф< 0,5(0+ 2 АГ),	(70)
где Ф — сдвигающая расчетная горизонтальная сила, тс;
G — вес машины, тс;
2Л^ = 0,2— сумма сил от предварительного натяжения фундаментных болтов, тс\
— расчетное сопротивление растяжению металла болта (1400 кгс/см2);
F — площадь сечения болта по резьбе, см2\
п — количество болтов;
0,2 — коэффициент, учитывающий величину предварительного натяжения болтов в процессе эксплуатации.
В расчете силы трения, возникающие от веса оборудования и затяжки фундаментных болтов, не учитываются. Горизонтальные силы от оборудования на бетон упора передаются через подливку, расчетное сопротивление которой на смятие определяется по формуле
7?см ~ O^Yj/^np,	(71)
где 0,5 — коэффициент условий работы, учитывающий неравномерность подливки;
У1 — безразмерный коэффициент, учитывающий схему приложения нагрузки, равный 1,2;
Rnp— призменная прочность бетона, кгс/см2.
Облегченные фундаменты мелко- и среднесортных прокатных станов. В нашей стране и за рубежом в последние годы строятся мелко- и среднесортные станы с плитно-стоечными и плитно-стен-чатыми фундаментами под оборудование с устройством технического подвала или этажа. Выбор технического этажа с поднятием линии прокатки или технического подвала в пределах всего станового пролета или его части производится на основе технико-экономического анализа разработанных вариантов. При этом выбор поднятия линии прокатки в значительной степени зависит от гидрогеологических и планировочных условий площадки (залегания на малой глубине скальных и полускальных грунтов, высокого уровня грунтовых вод и т. п.).
111
В зависимости от глубины заложения тракт уборки окалины располагается либо в пределах технического подвала (этажа), либо в отдельном тоннеле, ниже подошв фундаментов оборудования и полов технических подвалов.
В массивных фундаментах под не очень тяжелое прокатное оборудование в малой степени используется несущая способность бетона и железобетона, они имеют значительные излишки массы и характеризуются рядом недостатков.
Применение облегченных фундаментов вместо массивных позволяет уменьшить расход бетона на 30—35%, при этом содержание арматурной стали в 1 м3 бетона увеличивается, однако общее количество металла (арматуры, закладных частей и кондукторных устройств) на весь фундамент остается прежним. Возведение фундаментов можно осуществлять более индустриальными методами, применяя сборные и сборно-монолитные конструкции, унификацию узлов и т. п., что позволяет уменьшить трудозатраты до 40 и продолжительность строительства до 20%, снизить его стоимость на 15—20 и сократить объем проектной документации на 10—15%. Прокатное оборудование по характеру работы и воздействий на фундаменты разделяют на основное (агрегаты горизонтальных и вертикальных клетей) и вспомогательное (толкатели, выталкиватели, ножницы, моталки, холодильники, рольганги и т. п.). Агрегаты клетей, состоящие из отдельных механизмов рабочей и шестеренной клетей, редуктора и электродвигателя, устанавливают, как правило, на общем групповом фундаменте. Очень часто на одном групповом фундаменте размещают по несколько агрегатов основного и вспомогательного оборудования.
Облегченные фундаменты под прокатное оборудование проектируют подвального типа в виде верхней и нижней плит, соединенных колоннами или стенами, отделенными швами от рабочей площадки и здания.
Колонны и стены размещают с регулярным шагом 6 и 9 ж, соответствующим шагу колонн рабочей площадки. Тип несущих конструкций (колонн или стен) выбирается из условий работы сооружения на статические и динамические силовые воздействия; при этом учитывается возможность использования в качестве несущих конструкций внутренних стен, необходимых для разделения технологических помещений, размещаемых в теле фундамента. В более легких мелкосортных, проволочных и штрипсовых стенах нагрузки относительно невелики, опоры даже наиболее тяжелых .машин, таких как клети, можно размещать в пролетах верхней фундаментной плиты, поэтому разбивка сетки колонн не всегда увязывается с размещением оборудования. В среднесортных станах с большими нагрузками колонны и стены размещают непосредственно под опорами механизмов (клетей, редуктора и электродвигателя).
Фундаменты под вспомогательное оборудование проектируют 112
сборно-монолитными рамной или стенчатой конструкции и в виде набетонок, размещаемых непосредственно на сборных перекрытиях технических этажей или подвалов (рис. 48)Л Облегченные фундаменты отделяются швами от конструкций зданий. Фундаменты под легкое вспомогательное оборудование иногда выполняют из отдельных сборных бетонных или железобетонных
Рис. 48. Облегченные фундаменты под вспомогательное оборудование: а, б — фундаменты под холодильники станов 350 и 600 металлургических заводов им Дзержинского и Коммунарского; в, г — фундаменты под рольганги стана 250 Криворожского и 2000 Череповецкого металлургических заводов
блоков, устанавливаемых на специально подготовленное несжимаемое основание.
Облегченные фундаменты наиболее целесообразно проектировать таким образом, чтобы образующиеся в их теле полости
из
могли быть полностью использованы. Конструкции фундаментов могут выполняться в монолитном, сборно-монолитном и сборном железобетоне.
Примеры наиболее эффективных решений из практики проею тирования и строительства приведены ниже.
Ленинградским Промстройпроектом был разработан проект проволочного стана 250 с техническим этажом. Непрерывная линия фундаментов прокатного оборудования протяженностью 300 м, расположена в 36-метровом становом пролете. Линия прокатки поднята на 5,5 л/, а технический этаж занимает всю ширину пролета цеха (рис. 49). Фундаменты оборудования и колонн здания глубиной заложения 1,2 л/ опираются на основание, сложенное продуктами выветривания гнейса, несущая способность которого составляет 3 кгс!см2. Уровень грунтовых вод находится на глубине 5—6 м. Исходя из местных условий строительства, все конструкции были изготовлены в монолитном железобетоне. Ребристое перекрытие технического этажа опирается на регулярную сетку колонн с шагом 6 м. Перекрытие не связано с конструкциями здания и отделено деформационными швами от фундаментов основного оборудования. Вспомогательное прокатное оборудование установлено непосредственно на перекрытие, усиленное на этих участках. Временная технологическая нагрузка на свободных от оборудования площадях Дерекрытия равно-
Рис. 49. Фундамент проволочного стана 250 с техническим этажом:
а — фрагмент плана; б — г — групповой фундамент под промежуточные клети (попереч ный разрез, планы поверху и понизу).
мерно распределена, в пределах нагревательной печи составляет 8, до конца клетей 5 и на всех остальных участках 3 тс!м2. Статическая и динамическая нагрузки от оборудования были рассчитаны по строительному заданию. Колонны фундаментов под печь и толкателей, на которые действуют горизонтальные силы в 200 тс, соединены попарно крестовыми связями.
114
Групповые фундаменты под основное оборудование (шесть отдельных групп) имеют пространственную конструкцию: верхняя и нижняя плиты соединены вертикальными стенами, образующими в плане замкнутый контур (см. рис. 53, б). Толщина верхней достигает 1,5 м — из условий глубины заделки фундаментных болтов, крепления оборудования и глубины технологических приямков. При этом болты применялись укороченные, минимальной длины. В расчете сооружения учитывалась совместная работа двух плит, соединенных стенами, и основания. Пространство технического этажа использовалось полностью. Отдельные помещения отгораживались железобетонными и кирпичными стенками.
Пол технического этажа имел отметку — 0,5 м. Наиболее заглубленный участок тракта уборки окалины длиной 80 м размещен в тоннеле, проложенном ниже оснований фундаментов, и с ними жестко не соединен. Переход желоба мелкого заложения в тоннель скачкообразный. По сравнению с массивными фундаментами аналогичного стана других проектов в данном случае стоимость снизилась на 25, объем железобетона уменьшился на 57, расход арматуры — на 20, трудоемкость и продолжительность строительства сократились соответственно на 35 и 13%.
Строительные конструкции технического этажа (колонны, ригели, лотковый настил) могут быть выполнены в сборном железобетоне при сохранении монолитных фундаментов под основное оборудование. При таком решении стоимость строительства повысится до 10%, но на 35% повысится производительность труда на строительной площадке и на 15% сократятся сроки строительства.
Имеется опыт возведения фундаментов под оборудование стана 250 на подрабатываемых территориях из предварительно напряженного железобетона. Каждый участок этого фундамента между деформационными швами состоял из верхней предварительно напряженной плиты, опирающейся при помощи домкратов на три круглые в плане нижние фундаментные плиты. Домкраты обеспечивали перемещение в пределах, достаточных для выравнивания фундамента при ожидаемых осадках.
Институтом Укргипромез разработан проект среднесортного стана 550 с техническим подвалом металлургического завода им. Петровского. Технический подвал занимает всю ширину станового пролета и имеет единую сетку колонн как под перекрытием, так и под фундаментами основного оборудования, а также общую фундаментную плиту (рис. 50). Фундаментная плита отделена от свайных ростверков фундаментов колонн здания и утолщена на участках под агрегатами клетей. Колонны сборные со стаканным стыком с фундаментом. Перекрытие под агрегатами клетей сконструировано в виде толстой монолитной железобетонной плиты, отделенной деформационными швами от остального перекрытия подвала. Перекрытие над техническим подвалом сборно-монолитное: по колоннам уложены сборные ригели и по ним — коробчатые настилы, омоноличенные поверху слоем бетона. Вспомогательное оборудование установлено на монолитные подушки, жестко связанные с набетонкой перекрытия.
Донецким Промстройниипроектом разработан проект среднесортного стана 670/380 Донецкого металлургического завода. По условиям планировки строительной площадки стан запроектирован с техническим этажом на всю ширину станового пролета и линией прокатки, поднятой на 6,0 м. Технический этаж сооружен в сборном железобетоне с регулярной 6-метровой сеткой колонн (сборные колонны, ригели, лотковый настил). Фундаменты основного оборудования отделены швом от конструкций подвала и имеют вид монолит
115
ной железобетонной стенчатой конструкции, в поперечном направлении представляющей замкнутую раму (см. рис 50, б). Вспомогательное оборудование установлено на бетонные подушки на перекрытие технического этажа.
Проект железобетонных стенчатых фундаментов прокатного оборудования (г. Электросталь) мелкосортного стана 350/250 электрометаллургического завода «Электросталь» разработан институтом Укргипромез. Здание цеха размещено на площадке, по планировке которой требуется подсыпка 5,5 м. Фундаменты прокатного оборудования и колонн здания построены на обводненных песках,
Рис. 50. Фундаменты среднесортных станов:
а — 550 металлургического завода им. Петровского в Днепропетровске; б — 670/380 Донецкого металлургического завода.
залегающих на глубине 6,5 м от планировочной отметки. Уровень грунтовых вод находится на отметке 6 м.
Стан представляет собой технологическую линию последовательно установленных агрегатов общей длиной до 500 м, расположенных в становом пролете шириной 30 м. Участок фундаментов, начиная от обжимной клети до холодильников, длиной 276 м запроектирован в виде технического подвала (в пределах габаритов фундаментов под оборудование). Расположенное за холодильником вспомогательное оборудование имеет столбчатые фундаменты. Подвал полностью используется: в нем размещены тракт уборки окалины, тоннели электрокабельный и маслосмазки, а также маслоподвалы. Разделительные железобетонные стенки между этими помещениями формируют конструкции стенчатого фундамента (рис. 51). Такое решение позволило отказаться от строительства отдельно стоящих тоннелей электрокабельного и маслосмазки. Фундамент рассчитан по поперечникам как плоская замкнутая рама, лежащая на упругом основании, со статическими и динамическими нагрузками. Толщина конструктивных элементов составляет по расчету: верхней плиты—1, нижней — 0,6, стен — 0,4 м.
В облегченных фундаментах под оборудование все элементы конструкций расчетные. Фундамент и его отдельные элементы рассчитываются на невыгоднейшие сочетания нагрузок, которые могут возникнуть в условиях строительства и нормальной эксплуатации, а также при аварийных ситуациях. Методика расчета их приведена ниже. Для плитно-стоечных групповых фундаментов с размещением опор механизмов агрегата основного оборудования в пролетах важна проверка деформативности верхней
116
фундаментной плиты. Принято, что станины оборудования достаточно жесткие и не деформируются.
Динамические нагрузки, приведенные в строительном задании, учитываются для следующих типов вспомогательного оборудования. Фундаменты под толкатели и выталкиватели рассчитываются не только на прочность и устойчивость конструкций, но также на опрокидывание и сдвиг по подошве.
Рис. 51. Стенчатый фундамент среднесортного стана 350 завода «Электросталь» в г. Электросталь:
а — разрез; б — план поверху; в — план подвала; / — линия прокатки; 2 — 4 — оси шестеренной клети, редуктора и электродвигателя; 5 — электрокабельный тоннель;
6 — тоннель гидроуборки; 7 — тоннель маслопроводов; 8 — камеры обдувки электродвигателя; 9 — оси рабочей клети.
Нагрузки, передающиеся на фундаменты от ножниц для обрезки концов, аварийных и вращающихся двухбарабанных, имеют величины несколько меньшие, чем величины нагрузок от основного оборудования клетей. Ножницы устанавливают обычно на одном групповом фундаменте с клетью, сечения элементов которого принимают по расчету на нагрузки от клетей.
Фундаменты под моталки рассчитывают с учетом неуравновешенной центробежной силы вращающихся масс корзинки и бунтов.
Фундаменты под холодильники, рольганги и т. п. рассчитывают только на статические нагрузки, аварийные нагрузки на них отсутствуют, а динамические очень малы.
Облегченные фундаменты листопрокатных станов. Анализ опыта проектирования и эксплуатации облегченных фундаментов под основное оборудование мелко- и среднесортных станов подтвердил возможность применения конструкций стенчатых фундаментов под основное оборудование листопрокатных станов, статическая и динамическая нагрузки которых в десятки раз и более выше.
В монолитных облегченных фундаментах листопрокатных станов сечения элементов должны быть более мощными и под наиболее тяжелыми опорными частями оборудования, между верх
117
ней и нижней плитами вместо стен следует устраивать устои, в которые заделываются основные фундаментные болты.
В сочетании с техническими подвалами, имеющими регулярную сетку колонн, указанные конструктивные меры оказались очень эффективными: на каждом стане достигается экономия в несколько десятков тысяч кубометров железобетона. Построены
Рис. 52. Стенчатый фундамент листопрокатного стана 2000 Череповец-
кого металлургического завода:
/—линия прокатки; 2— 4 — оси шестеренной клети, редуктора и двигателя; 5 — технический подвал; 6 — фундамент под клеть; 7 — ось рабочей клети; 8 тракт уборки окалины
118
и эксплуатируются на облегченных фундаментах несколько тяжелых станов.
Стан 2500 холодной прокатки построен по проекту Гипромеза и эксплуатируется на Магнитогорском металлургическом комбинате. Технический подвал, занимающий 55% общей площади цеха, выполнен из сборных железобетонных элементов, плит лоткового настила по железобетонным балкам на
Рис. 53. Фундамент вертикальной клети стана 2000 Череповецкого металлургического завода:
а — горизонтальный и вертикальный разрезы; б, в — армирование нижней плиты и стены; 1, 5 — продольные и поперечные нижние сетки; 2 — армоблоки; 3, 4 — поперечные и продольные верхние сетки; 6 — вертикальные сетки.
участках с нагрузкой 10 тс/л/2 и стальным балкам на участках с нагрузкой 15 и 25 тс/м2, железобетонных колонн сечением соответственно 60X60 и 80X80 см. Вспомогательное оборудование и значительная часть основного расположены на перекрытиях. Наиболее тяжелые клети установлены на самостоятельные железобетонные фундаменты стенчато-рамной конструкции.
Помещения вспомогательного технологического оборудования размещены ‘в техническом подвале в непосредственной близости к основному, что дало возможность значительно сократить длину кабельной разводки в стальных трубах, а также трубопроводов других коммуникаций. Открытая прокладка коммуникаций улучшила условия наблюдений за ними и их ремонт. По сравнению с массивными фундаментами аналогичного стана применение указанных облегченных фундаментов позволило снизить стоимость строительства на 13,7% и на 2,5 месяца сократить сроки строительства.
Листопрокатный стан 2000 был построен по проекту Ленинградского Промстройпроекта и Харьковского Промстройниипроекта и эксплуатируется на Череповецком металлургическом заводе. Помещения подземного хозяйства запроектированы на облегченных фундаментах под прокатное оборудование с общим подвалом на всю ширину станового пролета с регулярной 6-метровой сеткой колонн. Фундаменты под основное прокатное оборудование и рольганги групповые стенчатой конструкции, как наиболее соответствующие тяжелым нагрузкам. Под агрегаты основного оборудования сооружены четыре групповых фундамента: два — под отдельно стоящие черновые клети (рис. 52), один — под три Промежуточные и один — под восемь чистовых клетей. Эти фундаменты отделены деформационными швами от перекрытий подвала, примыкающих фундаментов рольгангов и другого вспомогательного оборудования. Глубина заложения всех фундаментов под оборудование и колонны технического подвала рассчитана исходя из высоты технического подвала и составляет 10,7 м. Основание фундаментов — глинистые грунты. Для защиты подвала от грунтовых вод устроен пластовый дренаж.
Нижняя плита фундамента имеет прямоугольную форму в плане. Ее площадь и толщина (1,2 м) определены расчетом. Габариты верхней плиты по-
119
добраны в зависимости от размещения и размеров опорных частей оборудо. вания Она имеет сложную форму поверхности, аналогичную массивным фундаментам. Основные болты заделаны в пилоны и стены, укороченные болты заложены в верхнюю плиту. Это позволило уменьшить толщину последней соответственно до 1,0; 1,2 и 2 м. Шаг стен принят тот же, что и шаг колонн подвала. Минимальная толщина стен равна 0,6, устоев под опорными частями
Рис. 54. Фундамент под клеть кварто-стана 5000 Ижорского металлургического завода.
клетей и редукторов — 1,4—2,5 м. Схема армирования фундаментов клетей показана на рис. 53.
По сравнению с подземным хозяйством такого же стана 2000, построенного на Новолипецком металлургическом заводе, применение облегченных фундаментов под оборудование в сочетании с техническим подвалом позволило уменьшить расход железобетона до 30 и снизить на 20% стоимость капитальных затрат.
Фундаменты под оборудование листопрокатного стана 5000 ПО Ижорский завод построены по проекту Ленинградского Пром-стройпроекта. Глубина заложения 12 м, основание — суглинки. По габаритам и нагрузкам, передаваемым на фундамент, стан является очень мощным, уникальным. Однако выполненный расчет показал возможность и целесообразность применения для фундамента под основное оборудование стенчатой конструкции (рис. 54).
Стенчатые фундаменты под основное оборудование рассчитывают на прочность конструкций, проверяют давление на основание, определяют амплитуды колебаний фундаментов и их отдельных элементов [1, 13].
Расчет на прочность производится на невыгоднейшее сочета-
ние расчетных нагрузок постоянных, временных основных (систематически действующих) и временных особых (случайных). К постоянным относят: вес фундамента, вес оборудования и давление грунта (вертикальное и горизонтальное). К временным
относят динамические нагрузки, систематически возникающие при работе оборудования в рабочем режиме, и монтажные (вес складируемого материала, демонтированное или подготовленное к монтажу оборудование и пр.). К временным особым — технологические (динамические) нагрузки, возникающие случайно при работе оборудования или при авариях.
Облегченные фундаменты рассчитывают на следующие соче
120
тания нагрузок: основные, состоящие из постоянных и временных основных нагрузок, и особые, состоящие из постоянных и временных особых.
Технологические нагрузки от оборудования учитывают в расчете для станов с индивидуальным приводом (см. рис. 55, а) в соответствии с даными, приведенными в табл. 28. Дополнительно
Таблица 28
Технологические нагрузки, действующие на фундамент [13]
Виды нагрузок и элементы конструкций фундаментов	Чертеж
Несущие горизонтальную рабочую клеть: опрокидывающий момент;
силы, возникающие при растяжении (сжатии) и захвате прокатываемой полосы
Несущие вертикальную клеть:
неуравновешенные центробежные силы ротора электродвигателя;
силы, возникающие при растяжении (сжатии) и захвате прокатываемой полосы
Несущие шестеренную клеть-опрокидывающий момент
Несущие редуктор (комбинированный редуктор): опрокидывающий момент
Несущие статор электродвигателя:
опрокидывающий момент
Фундамент в целом:
горизонтальные составляющие неуравновешенных центробежных сил роторов электродвигателей
на фундамент действует импульсная горизонтальная нагрузка, возникающая при захвате заготовки в первую клеть. Нормативные, расчетные и аварийные нагрузки от оборудования определяются по формулам, приведенным в табл. 29, а исходные данные к ним представлены в табл. 30.
Нормативная величина горизонтальной силы, тс, возникающей при растяжении (сжатии) прокатываемой полосы, вычисляется по формуле
Г =1,2/4,	(72)
где F — максимальная площадь поперечного сечения прокатываемой полосы, ж2 (при прокатке в две полосы берется сечение одной);
от =2000 тс/м2 — предел текучести заготовки при прокатке-
121
Таблица 29
Формулы подсчета крутящего момента при нормальном и аварийном режимах работы для мелко-и среднесоргных, а также листовых станов *
Механизм	Момент	Возможная схема привода		
		4	/ т	1 5 4 ЖШ:	7/////У777		
Электродвигатель	МдВ	Нормальный режим N	N  0,975—; (1+v) — нормативный; 0,975—7 (A14-vMt) 1,2—расчетный		
Редуктор	Мред	Мдв G “Ь 1)	1	1
Шестеренная клеть	'Мщ.кл	1,2Л1дВ/	1,2МДВ	—
Рабочая клеть дуо или кварто (оба валка приводные)	^р.кл	0,2Л4дв(	0,2Л4дв	0,2Л4дв/
Комбинированный редуктор	^к.ред	1	—	|	тИдв(0,5/ +1)
Электродвигатель	Мдв	Аварийный режим „	N и	р	0,975 --	+ Э		
Редуктор	Мред	0,21£дав<Р (1 + у)	—	—
Шестеренная клеть	^ш. кл	0,315Ад ав а?		—
Рабочая клеть дуо или кварто (оба валка приводные)	^р.кл	0,1Нд^3 зв		—
Комбинированный редуктор	^к.ред	—	—	/	0,21, ^Д GB rf3!o,ll+—)
/гд = 2 (коэффициент динамичности); v = 0,5,	р,—1,5, pi = 2 — для мелкосортных сганов, v=l, |т = 2, щ = 1—для
среднесортных станов; v = 0,5, ц — 2, pi==l — для листовых станов.
Работа выполнена в лаборатории динамики промышленных сооружении Харьковскою Промстроишптроски кандндаимп тех паук В. Г Подольским, 14 М Балкарсем, инженерами Н М Ссряпиным, В В Заботиныл» Г // Конова твои
Таблица 30
Исходные данные для определения величин нагрузок
Нагрузка	Обозначение	Размерность
Номинальная мощность электродвигателя		кет
Диапазон скоростей вращения ротора электродвигателя	Ямин*^”^макс	об/мин
Нижняя граница регулирования оборотов возбуждения двигателя	п'	»
Вес электродвигателя	Q	Т
Передаточное число редуктора	i	•—
Наименьшие диаметры соединительных шпинделей	d	СМ
Временное сопротивление стали соединительных шпинделей	ав	кг/см2
Площадь поперечного сечения прокатываемой полосы	F	см2
Число одновременно прокатываемых полос	г	шт
Предел текучести материала при прокатке	О т	кг/см2
Кратность тока в якоре электродвигателя по отношению к номиналу, при которой мгновенно срабатывает защита двигателя	.V	—
Расчетная величина горизонтальной силы вычисляется путем умножения нормативной на коэффициент перегрузки ц (см. табл. 29).
Нормативная величина горизонтального импульса, возникающего при входе полосы в клеть черновой группы клетей листовых станов, вычисляется по формуле
/ = mpk,	(73)
где тр — масса рабочих валков;
k — коэффициент, учитывающий неравенство скоростей полосы п валков, который для первой клети принимают за 1, для остальных клетей — 0,5.
Расчетную величину горизонтального импульса вычисляют, умножая нормативную величину на коэффициент перегрузки п = = 1,5.
Нормативная величина неуравновешенной центробежной силы ротора электродвигателя -
0,20+ «g ’
где q — вес ротора электродвигателя, к,гс\
. по — наибольшая возможная скорость двигателя, об!сек,.
123
При расчете фундаментов на аварийные нагрузки рассматривают одновременное действие силы растяжения (сжатия) полосы и опрокидывающих моментов, возникающих при поломке слабого звена привода (прокатного валка, валопровода, шпинделя).
Максимально возможная горизонтальная сила, возникающая при растяжении (сжатии) прокатываемой полосы в клетях непрерывной группы,
H —	(75)
где от—для участка черновой группы клетей равен 6, для участка промежуточной группы клетей — 8 и для участка чистовой группы — 10 кг/мм2;
т — коэффициент, учитывающий мощность привода клети, равный 1,5 для клетей всех станов и 3 для черновой группы клетей мелкосортных станов.
Расчетные сочетания нагрузок для группового фундамента под отдельно стоящую клеть приведены в табл. 31 и 32; здесь 7ИМИН и ЛГакс — максимальные и минимальные опрокидывающие моменты от редукторов, вычисляемые в зависимости от количества шестеренных пар редуктора и заклинивания верхнего или нижнего валков рабочей клети. Знак « + » имеют моменты, направленные по часовой стрелке (со стороны клети). По оси прокатки прикладывается кратковременная горизонтальная сила S — импульс, возникающий при входе заготовки в клеть.
Групповой фундамент рассчитывают с учетом совместной работы верхней и нижней плит, лежащих на упругом основании и жестко соединенных между собой колоннами и стенками (рис. 55, б). Такая расчетная модель наиболее полно учитывает перераспределение усилий в поэтажно расположенных элементах.
Таблица 31
Расчетные сочетания опрокидывающих моментов для группового фундамента под одиночную клеть
Механизм	Сочетание опрокидывающих моментов			
	а	б	в	г
Электродвигатель			-м,	-м,
Редуктор	-Л4“акс	- Л4“кс	-|-Л4^ин	+ Л4£ин
Шестеренная клеть	+ Л4”акс	+ Л^ин	+ Л4да'<С	+ Л4д ИН
Рабочая клеть	• -Л44	+ М4	— м4	+ м4
124
Таблица 32
Расчетные сочетания нагрузок для группового фундамента под одиночную клеть
Нагрузки	Комбинации нагрузок						
	Монтажные		Эксплуатационные		Аварийные		
	•	1 11	III	IV	V	VI	VII
Собственный вес верхней плиты и стен		4-	-г	4-	+	+	+
Вес оборудования		4-	+	+		4-	+
Монтажные нагрузки на поверхности фундамента	+						
Технологические нагрузки на поверхности фундамента			+	+	+	+	4-
Горизонтальная сила от входа заготовки			+				
Опрокидывающие моменты: а б в г				+ +	+	4-	+
Учет совместной работы плит колонн (стен) и основания существенно уточняет напряженно-деформированное состояние облегченных фундаментов под прокатное оборудование. Повышение напряжений на верхней плите не влечет за собой повышения расхода арматуры, так как благодаря ее массивности величины усилий обычно оказываются малыми и требуется только конструктивное армирование. Снижение напряжений в нижней фундаментной плите позволяет значительно сократить расход арматуры.
Групповой стенчатый фундамент — пространственная конструкция для фундаментов под одиночную или спаренную клеть: его жесткость в продольном направлении значительно выше, чем в поперечном (направлении наибольших технологических воздействий). При расчете на прочность внутренние усилия в нем могут быть с достаточной точностью определены как сумма усилий в двух системах:
поперечной замкнутой раме, нагруженной вертикальными силами;
125
брусе ступенчато-переменного сечения, нагруженного опрокидывающими моментами и горизонтальной силой, направленной вдоль оси прокатки.
Ширина плоской рамы может быть принята как полная ширина фундамента для отдельно стоящей клети плюс расстояние между осями агрегатов при групповом расположении клетей.
Рис. 55. Фундаменты под одиночные клети:
а — схема опрокидывающих моментов; 1 — рабочая клеть; 2 — шестеренная клеть; 3— редуктор; 4 — электродвигатель; б — расчетная схема группового фундамента; Р\~ вес клети; Р2 — вес шестеренной клети, Рз — вес редуктора; Р< — вес двигателя, Mi, М2, М3, ЛЦ — соответственно опрокидывающие моменты от рабочей клети, шестеренной клети, редуктора и электродвигателя; Т (Н) — горизонтальная сила от входа полосы; q — временная технологическая нагрузка; в — схемы положения механизмов; 5, 6 — соответственно на неде-формированном и на деформированном фундаментах
Раму можно рассчитать, например, по программе комплексного расчета плоских ортогональных стержневых систем методом перемещений для ЭВМ «Минск-22» (карра-5). Брус рассчитывается по программе расчета как, например, для фундаментных конструкций типа систем пересекающихся балок с учетом неоднородности основания на ЭВМ «Минск-22» (шифр 154-126 Д. 14). При этом определяются углы поворота фундамента относительно оси клети и отпор основания.
Верхнюю фундаментную плиту, стены и устои рассчитывают на невыгоднейшие сочетания усилия Ммакс, VCootb и N макс» -^соотв» а также QMaKC, полученные из расчета рамы на вертикальные силы по комбинациям нагрузок I, II и III.
Нижнюю плиту рассчитывают на действие невыгоднейших сочетании уСИЛИИ -МмакС, Л/соотв» -^маке » -^соотв » & Также Qmskc > ПОЛу-ченных из расчета рамы на вертикальные силы по комбинациям IV—VII в сумме с максимальными моментами, найденными из расчета нижней плиты на действие максимального отпора, формируемого опрокидывающими моментами одной из этих же комбинаций, или от опрокидывающего момента максимальной горизонтальной силы.
Наибольшее давление на грунт у края фундамента вычисляется как сумма среднего давления от вертикальных сил и макси-
126
мального отпора от опрокидывающего момента, образованного горизонтальной силой при нормативных значениях (см. табл. 32 комбинация III).
Амплитуды колебаний фундамента, возникающие при работе агрегата, ограничиваются условиями эксплуатации и требованиями санитарных норм. Условия надежности эксплуатации прокатного стана предъявляют жесткие требования к деформациям соединений его валов. Допускаемые дополнительные смещения (а доп) и перекосы (фдОп) валов (у зубчатых муфт),'вызванные деформациями фундаментов, не должны превышать 50% допуска на монтаж того типа муфт, который установлен на данном приводе. Например, допускаемые смещения и перекосы для стана 2000 «доп = 0,1, фдоп =0,15 мм. Вал агрегата может иметь несколько муфтовых соединений. Расчет целесообразно производить (обычно наибольшие деформации) по муфте, расположенной между двигателем и редуктором. В муфтах, имеющих промежуточный вал (например, между редуктором и шестеренной клетью), соединение более гибкое и допускает большие деформации. Расчетные величины радиальных смещений и перекосов определяют с учетом искривления оси фундамента в горизонтальном и вертикальном направлениях от действия нормативных опрокидывающих моментов и нормативной горизонтальной импульсной силы.
Амплитуда колебаний фундамента в зоне действия электродвигателя
А = а-^—,	(76)
1—ч
где а — полное перемещение, вызванное в данной точке системой нормативных моментов
v — коэффициент, определяемый по табл. 29.
Расчетные величины смещений п перекосов определяют по формулам:
и = (х[ — Х1)	— (х'2— х2) —2. — (х2 — Х1);	(77)
at	а2
Х-. - Х1	Х9 - Х1
Ф= —------- + —-----L ,
а.	а2
где xt, равное Яф4-,— горизонтальное смещение.
Условные обозначения приведены на рис. 55, в.
Фундаменты под установки непрерывной разливки стали. Раньше основное оборудование под установки непрерывной разливки стали (УНРС) размещалось вертикально, что требовало возведения для них помещений, заглубленных ниже уровня пола цеха на 25—30 м. Новые системы с радиальной разливкой металла предусматривают поворот по глубине тракта формования
127
слитка, при этом заглубление помещений не превышает 10-^ 15 м.
Применение радиальной разливки стали позволило возводить подпорные стены заглубленной части открытым способом в котловане с наклонными откосами. Освоение метода «стена в грунте» в строительстве подземных сооружений позволило использовать
Рис. 56. Групповой фундамент под УНРС завода «Азовсталь» в г. Жданове.
его для УНРС, при этом стены могут быть выполнены из плоских сборных панелей, погружаемых в траншею, наполненную глинистым раствором.
Характер нагрузок и воздействий оборудования УНРС на фундаменты подобен нагрузкам на фундаменты от прокатного оборудования. Поэтому и конструктивные решения фундаментов принимаются аналогично — в виде облегченных конструкций стенчатого или рамного типа. Участки фундамента непосредственно под основным оборудованием, имеющего в этом месте высоту до 20—25 м, сооружают многоэтажными. В рамных конструкциях применяют сборные железобетонные колонны, а также сборную железобетонную опалубку и отдельные участки перекрытий. На рис. 56 показан фрагмент участка фундамента УНРС металлургического завода «Азовсталь», разработанный Укрги-128
промезом. В проекте принята регулярная сетка колонн с шагом 4,5 и 6 м. Колонны сборные сечением 0,6 X 0,8 ж, перекрытия сборные и сборно-монолитные. Многоэтажная конструкция фундамента рассчитывалась как плоская рама на приведенные статические нагрузки. Весь тракт расплавленного металла размещен в отдельном помещении, поэтому исключено воздействие высоких технологических температур на строительные конструкции, и расчет их на температурные воздействия не производился.
ФУНДАМЕНТЫ ПОД МАШИНЫ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
Фундаменты кузнечных молотов. Удары падающих частей молотов при изготовлении изделий, деформируя нагретую металлическую поковку, уложенную на штамп поверх шабота на фундамент, вызывают колебания окружающего грунта. Не учтенные при проектировании сотрясения, возникающие при работе тяже
лых молотов, могут нарушать технологические процессы соседних производств, работу вблизи расположенных точных станков и измерительной аппаратуры, условия эксплуатации окружающих сооружений и иногда приводят к разрушению отдельных кон-
струкций.
Фундаменты под молоты проектируют массивные (рис. 57) и при необходимости снижения амплитуды колебаний грунта с применением активной резинометаллической и другой виброизоляции (рис. 58).
На уровне днища подшаботной выемки обычно устраивают шов j бетонирования, который перекрывают вертикально установленными арматурными выпусками из стержней диаметром 12 мм А-1 с шагом 0,35 м. В фундаментах глубиной более 2,5—3 м во избежа-
-п-
▼
ние разрыхления прилегающего грунта, возникающего при работе молота, котлован под нижнюю ступень роют без откосов с устройством шпунтового ограждения.
Для нескольких рядом расположенных молотов с весом падаю-
Рис. 57. Массивный фундамент (5) под кузнечный молот с весом падающих частей 5 т:
/ — шпунтовое ограждение котлована; 2 — колодцы и карманы для съемных фундаментных болтов; 4 — шабот; 5 — подшаботная прокладка; 6 — шов бетонирования; 7 — выпуски арматуры.
щих частей менее 1 тс устраивают
групповые фундаменты в виде одной общей железобетонной фундаментной плиты.
Молот к фундаменту крепят съемными фундаментными болтами, для установки которых в фундаменте устраиваются колодцы
и карманы.
5У4 6-2947
129
Толщину подшаботной части фундамента принимают не меньше указанных в табл. 33 величин.
Верхнюю часть фундамента, примыкающую к подшаботной прокладке, армируют горизонтальными сетками с квадратными ячейками размером 100 мм из стержней диаметром 10—12 мм, сетки располагают рядами (по высоте) в количестве, указанном
Рис. 58. Виброизолированный фундамент (а) под кузнечный молот с весом падающих частей 0,15 тс.
б — армирование фундаментного блока:
/ — распорка; 2 — фундаментный блок; 3 — подшаботная прокладка; 4 — подфундаментный короб; 5 — пружинный вибронзолятор; 6 — резиновый виброизолятор; 7 — ходовые скобы.
а
Таблица 33
Толщина прокладки и подшаботной части фундамента, м, и количество арматурных сеток, укладываемых в верхней части фундамента (для фундаментов кузнечных молотов на естественном основании) [19]
Нормативное значение веса Qo падающих частей молота, тс	Минимальная толщина прокладки, м	Толщина подшаботной части фундамента, м, не менее	Количество арматурных сеток в верхней части фундамента
	0,2—0,4	1,00	2
1«?о<2	0,5	1,25	3
2<Q0<4	0,6	1,75	3
4<Qo<6	0,7	2,25	4
6<Q0< 10	0,8	2,60	5
Qo> Ю	1,8—1,4	Более 3	Более 5
в табл. 33, и в зависимости от веса падающей части молота Qo-Верхнюю сетку укладывают на расстоянии 30 мм от поверхности фундамента, примыкающей к подшаботной прокладке; расстояние (по вертикали) между сетками принимают 100—120 мм. При заготовке арматуры сетки соединяют в объемные арматурные каркасы, которые устанавливают на месте перед бетонированием фундамента. У подошвы фундамента укладывают горизонтальные арматурные сетки из стержней диаметром 16—20 мм с квадратными ячейками размером 150 мм. Часть фундамента, расположенную под подошвой станины молота, армируют горизон
130
тальными сетками из стержней диаметром 12—16 мм с квадратными ячейками размером 200—250 мм. Такие же сетки устанавливаются у граней выемки для шабота, причем вертикальные стержни этих сеток доводятся до подошвы фундамента.
Под шаботом устраивают прокладку из деревянных брусьев, уложенных плашмя в один или несколько щитов. Толщину каждого щита принимают в зависимости от мощности молота, но не менее 100 мм. Деревянные прокладки изготовляют из дубовых брусьев (пиломатериалы 1-го сорта по ГОСТ 2695—71). Для молотов с весом падающих частей до 1 тс подшаботную прокладку допускается изготовлять из лиственницы или сосны (ГОСТ 8486—66). При устройстве прокладки из нескольких щитов брусья укладывают крест-накрест. Болты, стягивающие брусья подшаботной прокладки, следует располагать в щите через 0,5— 1,0 м. Между шаботом и железобетонной стенкой укладывают деревянные брусья.
Параметры фундаментов определяют на основании следующих расчетов:
проверки среднего статического давления на основание;
определения амплитуды колебаний фундаментов или отдельных их элементов (при использовании виброизоляции);
расчета отдельных элементов конструкций фундаментов на прочность.
Молот вместе с фундаментом представляет собой систему, состоящую из большого количества тел (станины, падающих частей, поковки, шабота, упругой прокладки), фундамента и массива грунта, а в некоторых случаях еще и виброизоляции и подфундаментного короба.
В практике проектирования принимают приближенную методику динамического расчета фундаментов под молоты с использованием приемлемых допущений. Фундамент рассчитывается как система с одной степенью свободы, подвергающейся действию мгновенного импульса. Рассматриваются раздельно колебания фундамента с молотом (а также другими, связанными с ним элементами) как одного общего твердого тела, опирающегося на упругое основание, и колебания шабота на упругой прокладке, считая, что фундамент неподвижен.
Массивные фундаменты кузнечных молотов на естественном основании рассчитывают следующим образом [19].
Вес фундамента и площадь его подошвы подбирают из условий:
1. Среднее статическое давление на основание фундамента /?ср < О,4/?о,	(78)
где Ro— условное расчетное давление на основание.
В качестве нормативных статических нагрузок принимают вес фундамента и грунта на его обрезах, станины, падающей части, шабота и подшаботной прокладки.
б'/г+’А 6-2947
131
2. Допустимая амплитуда собственных колебаний фундамента принимается Ал = 1,2, а при возведении фундаментов на водонасыщенных песках = 0,8 мм.
Ориентировочные величины площади подошвы F^, м2, и веса фундамента фф, тс, определяются по формулам:
Р >> 20 (1	е) 1 лхл	/7СЛ
Гф>-----------VQ0,	(79)
Ко
<2ф=8(1+8) l/Qo-Qx,
где Qo — нормативное значение веса падающих частей молота, тс; Qi — вес шабота и станины, тс;
8— коэффициент восстановления скорости удара, значение которого принимают: е = 0,5 — для штамповочных молотов (стальных изделий); 8 = 0 — при штамповке изделий из цветного металла; для ковочных молотов 8 = 0,25;
<2ф— нормативное значение веса фундамента, включая вес грунта, лежащего на обрезах, тс;
V —скорость падающей части молота в начале удара, тс/сек, определяемая:
для молотов, свободно падающих (фрикционных и одностороннего действия), по формуле _______
V = 0,9 V2gh\
для молотов двойного действия
V = 0,65 |/ 2g h,
где h — рабочая высота падения падающих частей молота, м;
f — площадь поршня в цилиндре, м2;
р — среднее давление пара и воздуха в цилиндре, тс/м2;
g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2.
Амплитуды вертикальных колебаний фундамента А2, м, определяют по формуле
л 0.2 (1 + eJ2Qo ,	(80)
V KzQ
где — коэффициент жесткости основания;
Q — нормативное значение общего веса фундамента, грунта лежащего на его уступах, молота и шабота.
При устройстве общей плиты под несколько молотов плиту условно разделяют на участки, приходящиеся на отдельные молоты, и колебания рассчитывают, предполагая, что каждый фундамент установлен отдельно; при этом значение допускаемой расчетной амплитуды колебаний принимают на 30% больше, чем для отдельно возводимых фундаментов.
Динамическое давление на деревянную подшаботную прокладку о, тс/м2, вычисленное по формуле
«-O.SQoiq/ -jprr,	(81)
132
не должно превышать величин напряжений древесины при сжатии поперек волокон: для дубовых прокладок — 360; для про-кладок из лиственницы — 216 и для прокладок из сосны — 180 тс!м2. Здесь Qi — нормативное значение общего веса шабота и станины для штамповочных молотов и веса шабота для ковочных молотов, тс\
Fr — опорная площадь шабота, ж2;
b — толщина прокладки, ж;
Е — модуль упругости подшаботной прокладки, принимаемый: для прокладки из дуба Е = 50000; для прокладки из сосны п лиственницы £ = 30000 т/ж2.
Установка массивных фундаментов под молоты на активные виброизоляторы практически устраняет передачу грунту и окружающим строениям колебаний, вызываемых работой кузнечных молотов, а при наличии слабых грунтов в ряде случаев позволяет избежать необходимости устраивать свайное основание.
Опыт эксплуатации виброизолированных фундаментов подтвердил, что при установке фундаментного блока на упругие опоры большая часть энергии удара молота гасится виброизоляторами, а оставшаяся часть вызывает колебания грунта, которые в два-три раза меньше колебаний, вызываемых работой молотов, установленных без виброизоляции на жесткое основание.
Эффективность виброизоляции обратно пропорциональна частоте собственных колебаний изолированного фундамента. Поэтому при наличии вблизи молота помещений с точной аппаратурой выбирают более низкие частоты собственных колебаний (3—4 Гц). Если фундамент- устанавливают на виброизоляторы для устранения вредного динамического давления на грунт, подбирают более высокие частоты (до 6 Гц). Чтобы получить наибольший эффект виброизоляции для молотов большой мощности, при расчете фундаментов следует принимать величину амплитуды до 10 жж и более низкую частоту (до 3 Гц).
Изолируемый фундамент помещают в железобетонный подфундаментный короб (корыто).
По конструктивному исполнению системы виброизоляции фундаменты молотов разделяются на опорные, если виброизоляторы располагаются под фундаментным блоком, и подвесные, если фундаментный блок подвешивается при помощи стержней на виброизоляторах. Предпочтение отдается опорной конструкции, так как она проще в изготовлении, исключает перекос блока, требует меньшего ухода за виброизоляцией.
При опорном варианте необходимо предусматривать возможность свободного доступа к виброизоляторам, для чего следует оставлять проходы между боковыми гранями фундамента и бортами короба шириной не менее 50 см для молотов с номинальным весом падающих частей до 10 тс и не менее 80 см для молотов с номинальным весом падающих частей более 10 тс. Если виброизоляторы в опорном варианте располагаются не по периметру 5V2+V4*	133
подошвы фундамента, а на железобетонных лентах, устроенных на дне короба, то помимо проходов между стенами подфундаментного короба и боковыми гранями фундаментного блока должен быть предусмотрен зазор между дном короба и подошвой фундаментного блока не менее 80 см для молотов с номинальным весом падающих частей до 10 тс и не менее 100 см для молотов с большим весом. При этом боковые проходы могут быть только у двух противоположных граней фундаментного блока, а расстояние между двумя другими гранями и стенами подфундаментного короба уменьшают до 10 см. При подвесном варианте расстояние между боковыми гранями фундаментного блока и пилястрами стен подфундаментного короба, поддерживающего балки с виброизоляторами, принимается не менее 10 см. Подфундаментный короб перекрывается стальными плитами, опирающимися на стальные балки и стенки коробов, конструкция которых позволяет шаботу и блоку производить свободные колебания.
Для прохода в короб в перекрытии устраивают люк, перекрываемый съемной крышкой, и устанавливают скобы или лестницы.
Для удаления воды и масел, накапливающихся на дне подфундаментного короба, в нем устраивают приямок и напольные канавки для стока и удаления жидкости.
Подводка трубопроводов для воздушных и паровых молотов должна быть гибкой.
Фундаментный блок с установленным на нем молотом свободно опирается на виброизоляторы.
Толщина подшаботной части фундамента, устанавливаемой на виброизоляторы, принимается по табл. 34.
Таблица 34
Минимальная толщина подшаботной части фундаментного блока [14]
Нормативное значение веса Qo падающих частей, тс	До 1	2	4	6	10	Boiee 10
Минимальная толщина подшаботной части фундаментного блока, м	1	1,25	1,75	2,5	3,2	4
В узких зазорах между блоком и стенками короба (с двух или трех сторон) обычно устанавливают распорки, конструкция которых не препятствует вертикальным перемещениям блока (рис. 59, а). Распорка устанавливается на короб на болтах через резиновую прокладку толщиной 5—6 мм. Распорка к блоку прижимается с помощью болта. Ось ролика смазывают консистентной смазкой.
В практике проектирования фундаментов под молоты широко применяются комбинированные виброизоляционные устрой
134
ства. В качестве виброизоляторов используются пружины, в качестве виброгасителей — резина. Параллельным присоединением демпфирования достигается не только лучшее затухание, но и уменьшение амплитуды колебаний фундаментного блока. Пружинный виброизолятор (рис. 59, б) состоит из верхней и нижней металлических крышек, между которыми устанавливают одну —
Рис. 59. Детали виброизоляции фундамента под кузнечный молот:
а — распорка; б — пружинный ив — резиновый виброизоляторы; 1 — стенка подфундаментного короба; 2 — закладная пластинка; 3 — резиновая прокладка; 4 — распорка; 5 — фундаментный блок; 6 — верхняя и нижняя крышки; 7 — пружины; 8 — резиновый амортизатор.
три пары цилиндрических витых стальных пружин. Болтовое соединение крышек обеспечивает свободную вертикальную деформацию виброизолятора.
Резиновый виброизолятор (рис. 59, в) состоит из нижней металлической крышки, которая болтами плотно прижимает резиновые амортизаторы к низу фундаментного блока. Резиновые амортизаторы устанавливаются на шпильках.
Резиновые виброизоляторы применяют следующих типов в зависимости от веса падающих частей молота:
при Qo< 1 тс — ВР-1, ВР-2, ВР-3; при Qo> 10 тс — ВР-4; при 16< <Qo<25 тс — ВР-6.
Расчет фундаментного блока и подфундаментного короба производится в следующей последовательности [14]:
проверяется условие размещения на одной вертикали центра тяжести системы, состоящей из фундаментного блока, шабота и молота, центра тяжести падающих частей молота и центра тяжести жесткости виброизоляторов;
задают величину коэффициента неупругого сопротивления ув, характеризующего затухание в виброизоляторах, которая должна быть не менее 0,1; с увеличением ув требуемый по расчету вес фундаментного блока уменьшается;
135
выбирают частоту f2 собственных вертикальных колебаний фундаментного блока (вместе с установленным на него шаботом и молотом) в пределах до 6 Гц; с увеличением значения fz требуемый по расчету вес фундаментного блока уменьшается.
Для более мощных молотов (с нормативным значением веса падающих частей 16—25 тс) или при наличии вблизи молота помещений с точной аппаратурой, нормальная эксплуатация которой требует существенного ограничения уровня вибрации поддерживающих конструкций, выбирают более низкие частоты собственных колебаний (около 3 Гц и менее).
Для молотов с количеством ударов N в 1 мин постоянным и более 100 частота собственных колебаний фундаментного блока должна быть выбрана заранее с таким расчетом, чтобы последующий удар молота не усиливал колебаний, вызванных предшествующим ударом. Поэтому частота собственных колебаний фундаментного блока fz должна определяться соотношением [14]
Л = ^- (у + 0,5),	(82)
где /—0, 1, 2, 3....
Вес фундаментного блока <Эф определяют по формуле
<?Ф = 11+_±2+ р _ Qlt	(83)
Дф &Z
где значения в, Qo, и Qi приняты такие же, как и в формуле (79);
Яф—допускаемая амплитуда колебаний фундаментного блока, которую можно принимать при Qo=5 тс =3 мм; при Qo= Ю тс йф=5 мм; при Qo=16 тс а$=7 мм; при Q0=25 тс аф =8 мм; для штамповочных молотов при Qo<5 тс a$ =4 мм;
(dz—круговая частота собственных вертикальных колебаний фундаментного блока (вместе с установленными на нем шаботом и молотом);
Р — безразмерный коэффициент, зависящий от ув, принимаемый по табл. 35; Р = род ~ Для молотов с постоянной частотой ударов и р = Рраз — с непостоянной частотой ударов;
.	.60
п — ближайшее целое число, большее --- , где
N макс
Л/макс— максимально возможное число ударов молота в 1 мин.
Железобетонный блок рассчитывают на прочность от воздействия нагрузок сверху — динамического давления шабота — и снизу — реакций виброизоляторов. При Q0>3 тс блок дополнительно армируют пространственной арматурой из стержней d=16—20 мм с шагом 60 см; применяют также арматуру с предварительным натяжением в трех направлениях. Вертикальную 136
Таблица 35
Коэффициенты род и ррез [14]
'в	^рез							{3реэ	^од
	пк							"к	
	I	2	3	4	5	6 1	1 7	>8	
0,1	3,42	1,97	1,51	1,29	1,16	1,09	1,03	0,92	
0,14	2,5	1,52	1,21	1,07	1	0,96	0,93	0,89	
0,18	1,99	1,27	1,05	0,96	0,91	0,89	0,87	0,86	
0,22	1,66	1,1	0,95	0,88	0,85	0,84	0,83	0,83	
0,26	1,42	0,99	0,87	0,83	0,81	0,8	0,79	0,79	
0,3	1,25	0,9	0,81	0,78	0,77	0,77	0’76	0,76	
0,34	1,12	0,83	0,76	0,74	0,74	0,73	0,73	0,72	
0,38	1,01	0,77	0,72	0,71	0,71	0,7	0,7	0,7	
арматуру, выступающую за подшаботную выемку, рассчитывают на действие отрывающей силы, направленной вверх и равной весу выступающей части, умноженному на коэффициент
,/ZKSr-!,	(84)
«Ф V f>Q,g	' '
где Е][ и b — модуль упругости подшаботной прокладки и ее толщина.
Подфундаментный короб рассчитывают в следующей последовательности:
площадь подошвы короба FK, м2, определяют, исходя из размеров блока, проходов и толщины стен;
амплитуду колебаний подфундаментного короба ак, мм, вычисляют по формуле
ак = (i+.y)Qo_^ ? а	(85)
7. FKczg
где агр—допускаемая амплитуда колебаний грунта под вибро-изолируемой установкой, мм-, при Qo< 10 тс принимают йГр-
= 0,15-4-0,25; при Qo>Ю тс fz=4 Гц, агр=0,25; при fz < 3 Гц а гр=0,4 мм;
и — коэффициент, учитывающий увеличение жесткости грунта под фундаментом; при Qo< 10 тс принимают >с—1,7; при- Qo> >10 тс х=1,1.
Стены подфундаментных коробов тяжелых молотов проектируют в виде прямоугольных опускных колодцев. Их прочность рассчитывается на горизонтальное давление грунта с учетом пригрузки поверхности.
Днище подфундаментного короба рассчитывают на прочность как плиту на упругом основании.
Виброизоляция фундаментного блока кузнечного молота рассчитывается в следующей последовательности-
137
эффективность активной виброизоляции оценивается коэффициентом передачи
(86)
Рк 1
*=— = где — амплитуда динамической силы, передающейся через виброизоляторы на днище подфундаментного короба;
Р — амплитуда возмущающей силы, действующей на изолируе-мую установку; az= — > 4 — отношение круговой частоты вы-нужденных колебаний (круговой частоты возмущающей силы) coo к круговой частоте собственных вертикальных колебаний gl, установки.
Значение а определяется при заданной величине ц. Упругие свойства виброизоляции характеризуются коэффициентом жесткости Kz (в вертикальном направлении)
— пг u)g,
где	—масса всей установки, кг-сек2-см~1;
< g
g— ускорение силы тяжести, равное 981 см!сек,2\ = 2^;
fz—частота собственных вертикальных колебаний виброизо-лированнои установки, равная------числу ударов молота в ми-
60
(87)
нуту.
При расчете комбинированного пружинно-резинового виброизолятора жесткости в вертикальном направлении всех параллельно соединенных пружинных ( Д2П) и резиновых ) виброизоляторов, соответствующие требуемому коэффициенту неупругого сопротивления ув, определяют по формулам (14):
^п=Кг-^р;
is __ TS 7в 7п
7р —7п
где ув — коэффициент неупругого сопротивления комбинированных виброизоляторов, который должен быть в пределах 0,1 4
_____ ^zn 7п 4- Kz$ Тв
К2
где уп — коэффициент неупругого сопротивления для стальных
пружин, принимаемый уп = — =0,01, где 6 — логарифмический
7С
декремент колебаний;
138
Yp— коэффициент неупругого сопротивления, характеризующий демпфирующие свойства резиновых виброизоляторов, зависит от сорта применяемой резины (табл. 36).
Таблица 36
Характеристика резины [14]
Марка	Динамический модуль упругости Е , кгс/см2	Ста гический модуль упругости £ , кгс/см2	Коэффициент неупругого сопротивления	Марка	Динамический модуль упругости Е , кгс/см2	Статический модуль упругости £ст, 'кгс/см2	Коэффициент неупругого сопротивления ip
3311	25	16	0,038	ИРП-1347	54	33	0,09
7-120с	112	66	0,08	2566	38	24	0,11
2959	63	30	0,14	СУ-363	153	51	0,15
56	72	37	0,16	8508	126	31	0,15
112А	60	44	0,16	4326	226	60	0,16
194	46	24	0,17	Н068	166	39	0,17
93	200	61	0,19	199	196	40	0,208
1992	100	37	0,19	122	206	73	0,21
КР-407	100	42	0,21	9831	166	36	0,25
135	125	37	0,22	3826	236	46	0,30
2462	170	52	0,31	2542Н	314	56,5	0,32
ИРП-1346	39	31	0,035				
Для комбинированных пружинно-резиновых виброизоляторов фундаментных блоков кузнечных молотов применяют стальные витые пружины, изготовляемые для использования в различных отраслях промышленности. Под фундаментные блоки малых молотов обычно используют спаренные пружины товарных четырехосных вагонов (ГОСТ 1452—69*); под фундаментные блоки тяжелых молотов — строенные цилиндрические пружины вагонов электропоездов серии ЭР-1 (ГОСТ 1452—69*). Вертикальная жесткость одной пружины 7Gn подбирается по «Каталогу пружинных виброизоляторов и пружин для виброизоляторов».
Отношение высоты 7/0 ненагруженной пружины, работающей на сжатие, к ее диаметру D должно удовлетворять условию Hq[D^ 2. Количество пружинных виброизоляторов.
Qi + Оф	Qi + <?ф
Иг. -----7--- = ---7------------ ,	(оо)
г	^ст.п	Рп~Ь5афК,п
где Рп — максимальная рабочая нагрузка на пружину, кгс.
В комбинированном виброизоляторе статическая осадка резиновых элементов при их параллельном соединении со стальными пружинами должна быть больше максимальной амплитуды колебаний изолируемого объекта. Для этого величина статической нагрузки, передаваемой на резиновые элементы, должна удовлетворять условию
QP > афКгр.	(89)
139
Нагрузка Qn, передаваемая на пружинные виброизоляторы
Qn =* Qj + <2ф - QP.	(90)
Статическая осадка пружинных виброизоляторов
+т.п==~—- .	(91)
Площадь полученного сечения Fp всех резиновых элементов выбирается по условиям прочности:
.	(92)
а
где о — расчетное статическое нормальное напряжение, отнесенное к площади поперечного сечения недеформированного резинового элемента; 0 = 24-4 к,гс1см2 для мягких и средних и ог= = 5 кгс!см2 для твердых резин.
При определении высоты резинового элемента учитывается, что трение на его опорных поверхностях (торцах) препятствует поперечной деформации, вследствие чего часть резины, прилегающая к торцам, практически не участвует в образовании осадки резинового элемента. Поэтому в расчет вводится рабочая высота элемента /71р, которая меньше полной высоты Яр:
Яр = Я1р +0,1254,	(93)
где
Ед—динамический модуль упругости резины при сжатии с сухими поверхностями или привулканизованными к металлу торцами, принимаемый по табл. 36;
А — поперечный размер виброизолятора (диаметр или сторо-на квадрата); при этом должно быть выполнено условие < <1,1.
Количество резиновых элементов пр, которое должно быть не менее 4, устанавливают из условия
К гр < —;— ; р кг₽
при этом должно быть соблюдено условие прочности
Qi + <?ф п>—Q'------’
чр
где Qp — статическая нагрузка на один элемент.
Статическая осадка резиновых элементов л ______________________ QpHip
ст’р— ЕрЕст
(94)
(95)
(96)
140
В качестве виброизоляторов фундаментных блоков кузнечных молотов, кроме наиболее распространенных пружинно-резиновых виброизоляторов, применяют также, комбинированные параллельно соединенные системы из пружинно-пластмассовых и пружинно-рессорных виброизоляторов, а также виброизоляторов с гидравлическими демпферами.”
Фундаменты формовочных машин литейного производства. На фундаменты формовочных (встряхивающих) машин, как на фундаменты кузнечных молотов, действуют вертикально направленные ударные нагрузки, вызываемые падением встряхивающих (падающих) частей машин. Наиболее тяжелые машины — прессовые с комбинированным процессом уплотнения. На основании, сложенном мелкими и пылеватыми водонасыщенными песками, для машин грузоподъемностью более 10, а также грузоподъемностью более 5 тс при групповой установке рекомендуется устраивать виброизолированный фундамент или свайное основание. Глубина заложения подошв фундаментов зависит от глубины тоннелей и выемок в теле фунданментов, глубины заделки анкерных болтов, а также от грунтовых условий с учетом размеров, приведенных в табл. 37.
Таблица 37
Размеры фундаментов формовочных машин, м [19]
Грузоподъемность машины, тс	Высота фундамента, м	Расстояние от дна каналов, тоннелей и выемок до подошвы фундамента, м
Qo^l,5	1,0	0,2
1,5 <С Qo 2,5	1,25	0,3
2,5<Qo<5	1,5	0,4
. 5<Qo<IO	1,8	0,5
10<Q0^20	2,0	0,7
Qo>2O	2,25	0,9
Фундаменты проектируются монолитные железобетонные, под группы более легких машин (например, формовочных автоматов на поточных линиях) — групповые, под более тяжелые и отдельно стоящие — в виде массивов с необходимыми приямками
6 6-2947
141
1 ~1
Рис. 60. Фундамент формовочной машины литейного производства: / — надфундаментная прокладка; 2 — анкерный болт
(рис. 60). Применяется бетон проектной марки по прочности на сжатие не ниже 150.
Армируют фундаменты стержнями из стали класса A-I или А-П. Верхняя часть фундамента, непосредственно под станиной встряхивающего механизма, армируется горизонтальными сетками с квадратными ячейками размером 100 мм. У подошвы укладывается сетка с квадратными ячейками размером 200 мм (табл. 38).
Толщина защитного слоя над верхней сеткой — 25—35, расстояние между сетками — 100— 150 мм. Сетки рекомендуется соединять между собой в каркасы. Наружные ограждающие стенки армируют сетками из стержней диаметром 12—16 мм при грузоподъемности машин до 15 т и диаметром 16—20 мм при большей грузоподъемности. В качестве продольной арматуры применяют стержни диаметром 10—12 мм с шагом 300—400 мм. Сетки связывают между собой поперечными стержнями диаметром 10— 12 мм через 600—800 мм в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Наружные боковые грани фундамента армируют сетками: при объеме бетона до 80 м3 из вертикальных стержней диаметром 10—14 мм с шагом 200 мм и при большем объеме бетона из вертикальных стержней диаметром 14—20 мм с тем же шагом.
Таблица 38
Количество сеток и диаметр стержней арматуры [19]
Грузоподъемность машины, т	Верхние сетки		Нижние сетки
	Количество	Диаметр стержней, мм	Диаметр стеожней, мм
До 5	1—2	10	12—14
5—15	2—3	10—12	14—18
Свыше 15	3—4	12	18—22
По контуру отверстий, выемок, вырезов, тоннелей и каналов устанавливают сетки из стержней диаметром 12—16 мм с шагом 200 мм. Вертикальные стержни этих сеток (через пять-шесть стержней) следует доводить до подошвы фундамента. Между станиной машины и фундаментом укладывают надфундаментную упругую прокладку из дубовых брусьев. Для машин грузо-
142
подъемностыо менее 5 т допускается применять брусья из лиственницы или сосны, а для более легких — резиновые прокладки. В прокладках предусматривают отверстие в центре для цилиндра встряхивающего механизма. Размеры прокладки в плане должны быть с каждой стороны на 50 мм больше опоры станины машины. Надфундаментные прокладки и щиты для них устраивают аналогично прокладке под шабот кузнечных молотов, при этом ее толщина для машин грузоподъемностью до 2,5 т составляет 200, машин грузоподъемностью 10 т — 300, машин грузоподъемностью до 20 т — 400 и для машин грузоподъемностью свыше 20 т — 600 мм. Толщина резиновых прокладок принимается 10— 20 мм.
В верхней части фундамента необходимо предусматривать крепления для опорной рамы настила пола машины.
Фундаменты под формовочные машины следует отделять от строительных конструкций зданий, фундаментов другого оборудования, коммуникаций, полов и т. п.; опирание конструкций зданий на фундаменты формовочных машин не допускается.
Фундаменты рассчитывают аналогично фундаментам под кузнечные молоты на естественном основании с учетом следующих условий:
среднее статическое давление на основание
Рср < О,5/?о;	(97)
амплитуда вертикальных собственных колебаний фундамента допускается 0,5 мм;
при расчете вертикальных колебаний фундаментов коэффициент восстановления скорости 8=0; скорость падающих частей формовочной машины определяется, как для свободно падающих молотов, с учетом рабочей высоты падения h встряхивающих частей машины, м;
Qo — нормативное значение суммарного веса падающих частей, включая вес полезной нагрузки, тс; Q — нормативное значение общего веса фундамента, неподвижных частей машины и грунта над обрезами фундамента, тс.
Деревянная надфундаментная прокладка рассчитывается как прокладка фундамента молота, при этом в качестве величины Q; принимается нормативное значение веса станины встряхивающего механизма.
Фундаменты копровых бойных площадок. Копровые установки представляют собой комплекс механизмов и строительных конструкций для подъема.и сбрасывания стальной бабы, подачи на бойную площадку лома и его уборки, а также крепления ограждения для защиты обслуживающего персонала от разлетающихся осколков металла. Конструкции бойных площадок подбирают в зависимости от величины расчетного давления на грунт и энергии ударной части копра. В грунтах с расчетным давлением 7?о>2 кгс/см2 и при энергии ударной части копра до
6*
143
50 тс-м бойные площадки выполняют из бойных плит (шабота), укладываемых по слою чугунной стружки и мелкого скрапа на мартеновские козлы или бракованные слябы, которые ударами бабы втрамбовываются в песчаное основание (рис. 61, а).
Шабот бойной площадки устанавливают из стальных плит толщиной не менее 0,5 м. Вес шабота Qm, тс, должен быть не менее
(98)
Рис. 61. Фундаменты копровых бойных площадок:
а — с основанием из мартеновских козлов или бракованных слябов (/); б —• с полым железобетонным цилиндром (5); в — с массивным железобетонным фундаментом (9); 2 — бойные плиты по чугунной стружке; 3 — чугунная стружка с мелким скрапом; 4 — песок с гравием; 6 — футеровочные стальные плиты; 7 — стальные блумсы; 8 — дубовые брусья; 10 — чугунная стружка с прокладками из стальных листов
где Qo и Н — соответственно нормативное значение веса, тс, и высота падения бабы, м. Слой козлов или слябов должен иметь толщину не менее 1, а котлован — общую глубину не менее 2 м. Бойные площадки такой конструкции работают удовлетворительно при малых копрах. На копрах с более тяжелыми бабами и большой высотой падения в начале эксплуатации происходят интенсивные осадки основания, так как при ударах местная динамическая нагрузка обычно значительно превышает несущую способность грунта. При неравномерной осадке основания наблюдаются перекосы шабота, что снижает производительность установки. Поэтому вновь монтируют шабот, заполняют образовавшиеся под ним впадины мелким скрапом и укладывают дополнительные козлы или слябы. Это приводит к постепенному увеличению приведеной массы шабота. Образующееся под шаботом после вдавливания в грунт дополнительных слоев скрапа и
144
козлов уплотненное ядро распределяет давление на большую поверхность. После эксплуатации в течение ряда лет достигаются величины приведенной массы и эффективной поверхности опирания шабота, обеспечивающие по осадкам условия нормальной работы установки.
В грунтах с расчетным давлением /?о^2,О кгс!м2 и при энергии ударной части копра более 50 тс-м бойные площадки устраивают с ограждением основания шабота полым железобетонным цилиндром (рис. 61,6), слой козлов или слябов внутри которого должен быть не менее 1,5, а подстилающий слой песка в основании— не менее 1 м. Внутренний диаметр цилиндра определяется габаритами бойной площадки и обычно принимается от 5 до 8 м\ его высота зависит от местных условий, должна быть не больше диаметра и составлять от 3 до 6 м. Толщина стенки цилиндра принимается 0,5—0,8 м. Ее армируют наружной и внутренней кольцевыми сетками из расчета, чтобы общее содержание арматуры было не менее 1,5% площади сечения стенки. Железобетонная обойма предотвращает развитие поперечных деформаций подшаботного слоя, но почти не препятствует вдавливанию его вниз.
При большой энергии удара происходят значительные осадки и перекосы шабота. Применение ограждения основания шабота позволяет несколько уменьшить общие и местные осадки бойного места в начальный период эксплуатации (конструкция рекомендуется для средних копровых установок).
В грунтах с расчетным давлением Rq<2 кгс/см2, а также для мощных копров при	кгс)см2 фундаменты бойного места
рекомендуется выполнять в виде железобетонных корытообразных прямоугольных или круглых в плане конструкций, внутри которых на амортизирующей подушке укладывают шабот (рис. 61, в). Для защиты от разбрасывания осколков при разбивке лома высота боковых железобетонных стенок ограждений над шаботом должна быть не менее половины наибольшего размера в плане (2—3 м). Наклон ограждений внутрь составляет 7—10°, их поверхности изнутри и поверху защищают футеровочными стальными плитами толщиной не менее 50 мм, уложенными на деревянные брусья сечением не менее 150X150 мм. Футеровка доводится до днища. Бойная площадка делается из одной или нескольких стальных плит шаботов, кованных из мягкой стали, круглых или квадратных в плане. При соответствующем технико-экономическом обосновании они могут быть прямоугольной формы в плане с отношением сторон не более 1 : 1,5. Шаботы укладывают враспор с футеровочными плитами во избежание боковых смещений при эксплуатации. Отклонения от горизонтали поверхности шабота не должны превышать 3° при установке и 7° при эксплуатации.
Подшаботная прокладка состоит из трех слоев. Защитный слой предназначен для предохранения от разрушения бетона днища.
145
Он выполняется в виде нескольких щитов из дубовых брусьев общей толщиной 40—80 см, укладываемых непосредственно на железобетонное днище. Амортизирующий слой, расположенный поверх защитного, состоит из чередующихся слоев чугунной стружки, разделенных металлическими листами. Толщина каждого слоя стружки не должна превышать 10 см, толщина каждого металлического листа равна 20 мм. На амортизирующий слой укладывают броневые плиты толщиной 80—100 мм, на которых размещают стальные блумсы, предназначенные для увеличения приведенной массы шабота. Для улучшения контакта нижней поверхности шаботов с верхним слоем блумсов между ними помещают тонкую прослойку чугунной стружки, смешанной с битумом. Такой фундамент обеспечивает надежную и высокопроизводительную работу копровой установки сразу после сооружения. Поэтому единовременные затраты (5—7% общей стоимости эстакадного копра) на устройство железобетонной части фундамента окупаются быстро.
Расчет прочности шабота. Наиболее невыгодное загружение — удар бабы непосредственно по шаботу. Импульс силы Р определяется по формуле [8]
Р = (?0Г0/г(1 -е) тс . сек g(n+l) ’
где Qo — вес бабы, тс;
g — 9,81 м/сек2',	___
Vo — скорость падения; Vo= V%gH', Н — высота падения бабы, м\ е — коэффициент восстановления удара, е=0,3;
п= — ; Qm—вес шабота, тс.
Qo
Длительность т соударения бабы с шаботом определяется по формуле	_____________
т = 4,3 • 10-3 1/"-----—-------,	(100)
V R6V0(l+n)2
где tn — масса бабы, тс-сек2/м',
Rq—радиус кривизны рабочей поверхности бабы.
Наибольшее динамическое напряжение RT в центре шабота должно быть меньше предела текучести примененной марки стали:
Ят = 2,1 • 10-з~ р^х , кгс/см2,	(101)
где I — длина шабота, ж;
1Х определяется по графику (рис. 62) в зависимости от отно-ъ Ь шения толщины и ширины шабота к длине: — ; т]= —;
е2 определяется по табл. 39.
146
Расчет железобетонной части фундамента. Размеры железобетонной части фундамента назначаются в зависимости от габаритов бойного места и ряда условий [8]. Ее вес Q должен быть не менее величины
Таблица 39
Коэффициенты а и е2
а	0,4	0,6	0,8	1	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,5
£2	0,858	0,705	0,552	0,433	0,344	0,277	0,227	0,192	0,167	0,125
Примечание, а— ~ ; coi принимается по графику на рис. 62.
При этом площадь подошвы фундамента должна быть не меньше
20Qo^o , ж2)
'Чдоп^о
(103)
где — условное расчетное давление на грунт, tc/jh2;
Aon — допускаемая амплитуда колебаний фундамента на грунте при ударе, равная для связных сухих грунтов 2—2,5, для несвязных 1,2—2, для водонасыщенных 0,8—1,2 мм.
147
Действительное значение амплитуды колебаний фундамента на грунте
А __ 200фоУо .	/]
Q ^доп,	(1^4)
где Кг— коэффициент жесткости основания;
G — общий вес фундамента, тс.
Амплитуда смещения шабота
А ш = —, мм.	(105)
V QuiEFuiS
Величина динамической нагрузки, передаваемой на железобетонный фундамент при ударе по шаботу, зависит от толщины слоев чугунной стружки
fl = . 2QOHEC , м	(Ю6)
QuiFiuRji
где Ес— модуль упругости чугунной стружки, равный 2500 тс/м2;
Qm—приведенный вес шабота, равный сумме веса шабота и веса расположенных под ним блумсов, стружки и дубовых брусьев, тс;
Рш — площадь шабота, ж2;
— расчетное сопротивление сжатию поперек волокон дубовых брусьев, равное 400 тс/ж2.
Вертикальная нагрузка от удара бабы на днище
Руд= 1,3	, тс,	(107)
где — площадь, по которой распределяется давление от шабота при ударе на дубовые брусья. Принимается, что сила Руд равномерно распределяется по площадке F\.
После удара происходит смещение фундамента на грунте вниз от положения статического равновесия. При этом на днище железобетонной части действует динамический отпор грунта Р направленный вверх. Отпор допускается считать равномерно распределенным по днищу:
р	0,26QqVq У к2	(108)
д	G
После отскока бабы от шабота возможен удар ею по футеровочным плитам боковых стен. Железобетонный фундамент должен изготовляться из тяжелого бетона плотной структуры проектной марки по прочности на сжатие не ниже 200. Нижнюю плиту следует армировать горячекатаной сталью классов A-I и А-П поверху тремя—шестью сетками с ячейками размером 200— 350 жж из стержней диаметром 12—16 жж, а также понизу двумя-тремя сетками с ячейками размерами 300—400 жж из стержней диаметром 15—20 жж.
Боковые стенки армируются симметричной наружной и внутренней арматурой из горячекатаной стали классов A-I и А-П;
148
при этом минимальное содержание арматуры должно быть не менее 1,5% площади сечения стенки.
Допускаемые расстояния от копров до окружающих сооружений. Удар падающей бабы вызывает сильные сотрясения самого копра и прилегающего грунтового массива. Фундаменты бойных площадок являются мощными источниками сейсмических волн, концентрически распространяющихся в грунте на значительные расстояния. В результате возникающей при ударе вибрации грунтов происходят неравномерные осадки фундаментов окружающих сооружений и близлежащих зданий, оказывается вредное воздействие на людей, на работу точных приборов прецизионного оборудования и т. д. Под влиянием сейсмических волн повреждаются соединения' элементов конструкций, крановых путей, ограждающих конструкций. Поэтому копры следует располагать по возможности дальше от промышленных и иных зданий и сооружений. Минимальные расстояния от копров до таких объектов рекомендуется принимать по табл. 40.
Таблица 40
Расстояния от копровых бойных устройств до строительных конструкций зданий и сооружений [19]
.Грунты	Расстояния до строительных конструкций, м, не более, при весе ударной части копра, тс		
	Qo<3	3< Qo<5	
Скальные	15	20	30
Крупнообломочные; песчаные сухие; глинистые твердые с показателем консистенции /^<0 (в том числе лессовидные)	30	40	60
Песчаные влажные; глинистые с показателем консистенции 0</l< 1	40	60	60
Песчаные водонасыщенные; глинистые текучие с показателем консистенции 1L> 1	50	80	100
Примечание. При возведении копровых установок на водонасыщенных песчаных и текучих глинистых грунтах следует искусственно укреплять основания фундаментов строительных конструкций копровых цехов и скрапоразделочных баз, находящихся на расстояниях, меньших указанных в табл 40, например уплотнять тяжелыми трамбовками, вибрацией и т. п или устраивать свайные фундаменты (из забивных свай).
Глава IV
ОСОБЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ПЕРЕКРЫТИЯ, НЕСУЩИЕ ОБОРУДОВАНИЕ
На площадках и перекрытиях устанавливают оборудование со статическими и не очень большими динамическими нагрузками: металлорежущие станки весом до 10 т, небольшие молоты, штампы и прессы, типографские машины, ткацкие станки, масло-
149
изготовители молочной промышленности и т. п. Под тяжелое оборудование устраивают местные усиления перекрытий. Машины с динамическими нагрузками располагают возможно дальше от приборов I и II классов чувствительности к колебаниям, например в противоположных крыльях здания и на различных этажах.
Конструкции зданий и сооружений, в которых устанавливают машины с динамическими нагрузками, обычно выполняют из железобетона. Жесткость перекрытий влияет на уровень колебаний оборудования, поэтому для машин, механизмов и приборов I и II классов чувствительности к колебаниям, а также когда по условиям производства можно допустить лишь колебания с очень малыми амплитудами, применяются более жесткие монолитные и сборно-монолитные железобетонные перекрытия. Конструкции перекрытий должны обеспечивать достаточную жесткость в своей плоскости и распределять горизонтальные динамические нагрузки на рамы каркаса и стены здания. В сборных железобетонных перекрытиях предусматриваются конструктивные мероприятия, обеспечивающие связь плит друг с другом. Жесткость каркаса здания или сооружения обеспечивается диафрагмами, связанными с каркасом в виде железобетонных перегородок и рам, либо стальными крестовыми или портальными связями, а в продольном направлении — путем образования продольных рам с жесткими узлами. Жесткость каркасно-панельных зданий может быть повышена посредством соответствующей раскладки стеновых панелей. Для уменьшения горизонтальных колебаний оборудование располагают так, чтобы разность смещений опор вследствие вертикальных колебаний была минимальной.
Машйны и оборудование устанавливают на перекрытие с жесткой связью при непосредственном креплении анкерными болтами или опирании без крепления, а также с гибкой связью при устройстве между перекрытием и оборудованием податливой вставки — виброизоляции (рис. 63). Применяют активную виброизоляцию для уменьшения динамического воздействия на конструкцию и пассивную для отделения машины или прибора от колеблющейся конструкции. При этом возможны следующие способы установки оборудования:
непосредственно на перекрытие или виброизоляторы;
на бетонную или железобетоную подушку, металлическую раму и т. п., опирающиеся и связанные с перекрытием.
При расчете перекрытий нагрузку от веса оборудования распределяют согласно схеме его размещения, а также условиям монтажа и в зависимости от складируемых материалов, указываемых в задании на проектирование. Желательно учитывать возможность перспективной перестановки оборудования и увеличения его веса при эксплуатации и реконструкции. Фактические нагрузки от не очень тяжелого оборудования иногда заменяют эквивалентными равномерно распределенными нагрузками. Нор-150
мативная равномерно распределенная нагрузка на перекрытиях принимается: на участках установки стационарного оборудования не менее 300, в местах складирования и хранения материалов и изделий не менее 400 и на участках обслуживания и ремонта оборудования не менее150 кгс!м2.
Динамические нагрузки от машин определяют, принимая [5] значения коэффициента динамичности для машин с конструктив
Рис. 63. Способы установки оборудования на монолитные железобетонные перекрытия:
а — на бетонный цоколь (/), жестко связанный с перекрытием при помощи выпусков арматуры (2); б — на железобетонную плиту (3), лежащую на резиновом коврике (4); в — на металлическую опорную раму (5), лежащую на виброизоляторах (6)
Рис. 64. Определение коэффициента синфазности для машин и установок: а — с асинхронными двигателями; б — с синхронными двигателями; 1 — при попадании номинальной частоты возмущающей нагрузки в одну из резонансных зон; 2 — то же, при непопадании в одну из резонансных зон; п — среднее число включений в сутки.
но-неуравновешенными движущимися частями— 1,3; для машин с номинально уравновешенными, а фактически неуравновешенными движущимися частями — 4; для виброинерционных грохотов и ковшовых элеваторов — 2; для машин ударного и импульсного действия— 1. Категория машин по динамичности определяется на основании данных, приведенных в соответствующей инструкции [5].
Величину эквивалентного мгновенного импульса для основного типа конструкции находят, умножая нормативную величину импульса на коэффициент е, определяемый в зависимости от отношения его продолжительности т к периоду основного тона Т конструкции [6]. При периодической нагрузке в качестве вели
151
чины нормативной нагрузки принимается наибольшая из амплитуд гармоник.
При одновременной работе нескольких машин, перегрузки которых обусловлены экстренными режимами, расчетная нагрузка определяется следующим образом. Если т — общее число машин, расчет ведется на нормативную нагрузку от т—пц машин и на расчетную от mi машин, где mi = l при m=l~10; mi = 2 при т= 114-20 и т. д. При этом коэффициент перегрузки вводится для тех машин, которые расположены невыгоднейшим образом или имеют наибольшие нормативные динамические нагрузки.
При определении суммарного воздействия нескольких машин или установок одного типа, создающих периодические нагрузки с одинаковой или близкими частотами, равнодействующая (суммарная амплитуда) всех нагрузок умножается на коэффициент синфазности %, учитывающий сдвиг фаз между отдельными нагрузками. Коэффициент % определяетя по графикам (рис. 64). Если колебания перекрытия вызваны одновременным действием нескольких гармонических нагрузок с разными частотами, перемещения проверяют раздельно для частот, отличающихся более чем вдвое. Если отношение частот различных колебаний менее 2, при гармоническом возбуждении в качестве амплитуды перемещений принимается суммарная амплитуда всех составляющих колебаний, а средняя круговая частота [5]
1	9
гА со, 4- zi (i>2 4- . . .	_
<оСр = —Ц2—---------------- при О) > 20те;	(109)
го + ’о + • • •
«>ср= 1/ -----~i~—2-------- при ю < 20>ч
’ 2о > го   •
где со = <вп— круговая частота колебания, для которого величина 2о % или Zo «о имеет наибольшее значение.
При периодической нагрузке перемещения проверяются как для гармонических колебаний, при этом в качестве амплитуды принимается наибольшее перемещение. При импульсном возбуждении колебаний перекрытий с разными собственными частотами Pi и Р2 (при частотах, отличающихся менее чем вдвое) в качестве средней амплитуды перемещений принимают величину
z0 =

при Р 20к;
(НО)
при Р < 20л,
где 2\ — наибольшее перемещение, соответствующее форме коле баний с круговой частотой Р\,
22 — то же, с Pz',
Р — круговая частота того колебания, для которого величина znPn или znP2n наибольшая, а в качестве круговой частоты принимается величина Р.
При совместном действии гармонической и импульсной нагрузок величина наибольшего перемещения определяется как сумма амплитуды гармонического колебания z и наибольшего перемещения Zq , вызванного импульсной нагрузкой. При пространственных колебаниях элементов перекрытий амплитуда перемещений
+ (111)
где zx, zyt zz — составляющие амплитуды перемещений в направлении осей координат.
Возмущающие нагрузки, передающиеся на перекрытие виброизолированной машиной, определяются при рабочем режиме машины и при прохождении через резонанс виброизолированной установки во время пуска или остановки машины. При рабочем режиме возмущающая гармоническая нагрузка представляет собой совокупность сил, передающихся через все виброизоляторы. Составляющие амплитуды возмущающей силы Рг-, передающейся через f-й виброизолятор [5],
Pxl = axl^xb
Pyi = ayiKyi;	(112)
Pzl
где axi> ayl, azi и Kxi, Kyii Kzi— соответственно амплитуды вьь нужденных колебаний и жесткость r-го виброизолятора в направлении осей XQ, Ур, Zo. В случае периодической нагрузки Pt- axi и т. д. обозначают соответственно амплитуды возмущающей силы и амплитуды колебаний i-ro виброизолятора по каждой из учитываемых гармоник. Если расстояние между крайними виброизоляторами составляет менее 1/5 пролета несущей конструкции, на которую опирается виброизолированная машина, совокупность возмущающих сил, передающихся через виброизоляторы, приближенно заменяется сосредоточенной силой Р и возмущающим моментом М, приложенными в точке конструкции, соответствующей центру жесткости виброизоляторов. Составляющие в направлении осей координат сосредоточенной возмущающей силы Р и возмущающего момента М определяются по формулам:
Ру = ау/(у; Рг = а,к2;	(113)
мх= УохК'Чх; му= ’РоуКчу; Mz — <fOzK<fz,	(114)
где ах, а , az — амплитуды колебаний центра жесткости виброизолированной машины в направлении осей координат X, Y, Z;
153
фох, фоу, фог—амплитуды вращательных колебаний установки относительно тех же координатных осей;
Кех, Key, Kez— угловые жесткости всех виброизоляторов относительно тех же осей.
Если при этом виброизолируемая установка возбуждает только вертикальные колебания, амплитуду гармонической нагрузки (или отдельной гармоники в случае периодической нагрузки), передающейся на конструкцию, рекомендуется определять по формуле [5]
(115)
где Р — амплитуда гармонической силы (или отдельной гармоники), передающейся через виброизоляторы на перекрытие;
R— амплитуда гармонической силы (или отдельной гармоники), развиваемой машиной и действующей на виброизолируемую установку;
a = -----отношение круговой частоты вынужденных колеба-
су
ний (возмущающей нагрузки) к круговой частоте собственных колебаний виброизолируемой установки.
Если основная гармоника периодической нагрузки, действующей на виброизолируемую установку, является преобладающей, высшие гармоники можно не учитывать, считая, что через виброизоляторы передается только гармоническая нагрузка с частотой и амплитудой основной гармоники.
Расчет на прочность при прохождении через резонанс конструкций перекрытия во время пуска и остановки машины производится, если частота гармонического воздействия со больше частоты, соответствующей верхней границе первой частоты зоны перекрытия. Иногда для обеспечения нормальной работы технологического оборудования, чувствительного к вибрации, проверяют динамические перемещения при переходе через резонанс. Воздействие колебаний на людей при переходе через резонанс не проверяют, а расчет на выносливость выполняют только для машин, имеющих более пяти пусков и остановок в сутки. Расчет производится на тот режим, при котором скорость прохождения через резонанс меньше. При близких скоростях расчетным считается остановочный режим.
Расчет конструкций при переходе через собственный резонанс по приближенным расчетным схемам производится на гармоническое воздействие с круговой частотой Рп где Рг — высшая из проходимых собственных частот, имеющая амплитуду
Р2 -
p =	(Иб)
во2
где R—амплитуда гармонической нагрузки в рабочем режиме; 154
co — круговая частота вынужденных колебаний в рабочем режиме;
ц — коэффициент передачи, определяемый по графикам (рис. 65).
Если амплитуда R инерционной силы машины или установки не зависит от частоты вынужденных колебаний и не изменяется при пуске и остановке, расчет конструкций при переходе через
Рис. 65. Определение коэффициента передачи при переходе через резонанс: а — пусковой; б — остановочный режимы.
резонанс выполняется на гармоническую нагрузку с амплитудой P = liRy и круговой частотой Рг.
При пуске или остановке виброизолированной машины, развивающей в рабочем режиме гармоническую нагрузку во время прохождения через резонанс, нагрузка на перекрытие может передаваться увеличенной по сравнению с нагрузкой в рабочем режиме. Нагрузку при переходе через резонанс принимают гармонической с амплитудой
(117)
О)2
и с круговой частотой
где R, со — амплитуда и круговая частота нагрузки в рабочем ре
жиме;
155
Ру — круговая частота собственных колебаний установки;
ув— коэффициент неупругого сопротивления виброизоляторов;
е — абсолютная величина постоянного углового ускорения, рад!сек2\
ц— коэффициент передачи, определяемый по графикам (рис. 65).
Формула (118) используется в расчетах для машин и установок, инерционные силы которых создаются в результате движения неуравновешенных масс. Если амплитуда динамической нагрузки R остается постоянной при пуске и остановке, амплитуда передающейся при переходе через резонанс нагрузки
P = ?R.	(119)
Виброизолированные машины и установки с периодическими нагрузками рассчитывают на переход через резонанс по преобладающей гармонике. Переход к динамическим нагрузкам, передающимся на опоры от динамических нагрузок, возникающих в машине и заданных амплитудами главного вектора и главного момента, выполняется следующим образом. При сосредоточенном опирании машины на перекрытие считается, что динамические силы приложены сосредоточенно в точках опирания согласно схемам, приведенным в табл. 41, при этом если отношение расстояния а между опорами машины по длине элемента перекрытия к длине / меньше 0,2, сосредоточенные в местах опирания машины силы могут быть заменены силой и моментом, приложенными в точке, являющейся проекцией точки приложения инерционной силы R на плоскость перекрытия.
При сплошном опирании машины на перекрытия, а также при любом ее опирании на постамент динамические силы и моменты считаются приложенными к перекрытию и сосредоточенными в одной точке, являющейся проекцией точки приложения инерционной силы R [5].
Для виброизолированных машин динамические силы прикладывают к перекрытию по тем же схемам, принимая в качестве опор виброизоляторы. При этом на него передается лишь некоторая доля динамических сил, возникающих в машине, а остальная часть уравновешивается силами инерции, возникающими при колебаниях виброизолированной установки. Составляющие амплитуды динамической силы, передающейся в каждой опоре на перекрытие, равны произведениям амплитуд колебаний станины, определенных в месте расположения этой опоры и жесткостей виброизоляторов, взятых в соответствущих направлениях. При малых значениях динамических нагрузок они могут не учитываться при проверке несущей способности перекрытия, например, от машин и установок I категории динамичности, от машин и установок II категории, устанавливаемых на виброизоляторы. Можно не рассчитывать на прочность и выносливость элементы
156
Таблица 41
Схемы действия на конструкцию инерционных сил машин [5]
Схемы и показатели
Изображение инерционных сил
Кинематические схемы машин
Направление и точка приложения инерционной силы
Схема действующих на конструкцию усилий при опирании машины в двух точках
Схема действующих на конструкцию усилий при сплошном опирании ма-а
шины или при — <0,2
Л /
(/ — пролет)
4 /Л 6
конструкций, наибольшее перемещение которых, за вычетом перемещений опор, составляет не более 1/50 000 пролета.
Частоты свободных колебаний перекрытий определяют исходя из следующих условий. Допускается, что плиты в монолитных перекрытиях защемлены в балках, и последующие рассматриваются как разрезные или неразрезные без учета сопротивления колонн изгибу или балок кручению. Для сборных элементов условия заделки плит и балок принимают в зависимости от степени и надежности замоноличивания и условий эксплуатации.
Междуэтажные перекрытия, на которых устанавливаются машины с динамическими нагрузками, проверяются динамическим расчетом на уровень колебаний с учетом требований, предъявляемых к прочности, выносливости, в отдельных случаях динамической устойчивости конструкций; допустимым вибрациям, с
157
точки зрения их влияния на людей; допустимости вибраций для нормального хода технологического процесса, работы измерительных приборов и т. п.; динамической жесткости конструкций, определяемой предельно допустимой амплитудой колебаний при данной частоте. Обычно технологические требования и санитарно-гигиенические нормы более жестко ограничивают уровень колебаний, чем расчеты по прочности. Если технологические или санитарно-гигиенические требования не удовлетворяются, необходимы специальные мероприятия по снижению уровня вибрации (применение виброизоляции, изменение расположения машин, балансировка и т. п.); если же не выполняются требования к прочности, нужны меры либо по уменьшению динамических усилий, возникающих в конструкциях, либо по их усилению. Ампли-* туды колебаний площадок и других конструкций, на которых люди могут находиться лишь очень непродолжительное время, не должны превышать пиковых значений, предусматриваемых СН-245-71.
Несущая способность перекрытия рассчитывается на совместное действие статической и динамической нагрузок.
Динамический расчет перекрытий проводится в следующей последовательности:
определяют динамические нагрузки и классифицируют их по частотности и динамичности;
вычисляют амплитуды динамических перемещений и проверяют выполнение физиологических и технологических требований по ограничению уровня колебаний;
определяют необходимость расчета на прочность;
вычисляют амплитуды внутренних усилий в конструкциях (изгибающих моментов, поперечных сил) и выполняют расчет на прочность и выносливость.
Колебания конструкций могут возбуждаться как при нормальном режиме работы оборудования, так и при его пуске, остановке или аварии. Уровень возбуждаемых колебаний зависит от характера передаваемого на конструкцию динамического воздействия (силы, момента) и закона изменения его во времени; расположения машин и способа их крепления к несущим конструкциям; направления передаваемых динамических воздействий; количества машин, работающих одновременно, и соотношений между характеристиками развиваемых ими нагрузок; статической схемы конструкций и распределения масс; динамических свойств материалов.
Нагрузки, возникающие при пуске и остановке машины во время перехода через резонанс, и кратковременные перегрузки в аварийных режимах являются эпизодическими. Систематические воздействия динамических нагрузок регулярно работающей машины учитываются расчетом на выносливость.
Динамические расчеты междуэтажных перекрытий зданий и сооружений обычного назначения производят по приближенным
158
Таблица 42
Типовые расчетные схемы для динамического расчета перекрытий на вертикальные колебания [5]
Типы конструкций	Элементы, для которых определяются частоты	Расчетные схемы	л к К н S И о ® о п 3 <4 р 2 с < о со и а о ° о с я CQ с о а-
Плиты и настилы по балкам железобетонным, стальным и деревянным Железобетонные ребристые перекрытия Железобетонные крупнопанельные плиты по стальным или железобетонным ригелям Безбалочные перекрытия	Главные и вспомогательные балки. Плиты с пролетом более 1,5 м Главные и вспомогательные балки. Плиты с пролетом более 2 м Прогоны, плиты Безбалочная плита	Однопролетные или неразрезные многопролетные балки. Однопролетные или неразрезные балочные плиты (в зависимости от фактических условий) Неразрезные многопролетные балки, или рамы с несмещающимися узлами. Неразрезные балочные плиты Неразрезные многопролетные балки или рамы с несмещающимися узлами. Неразрезные многопролетные плиты по перекрестным балкам. Однопролетные плиты Плита, опертая в точках, с учетом жесткости колонн и капителей	0,25 0,30 0,35 0,35
Таблица 43
Типовые расчетные схемы для расчета зданий на горизонтальные колебания [5]
Типы зданий	Расчетные схемы	Возможная погрешность определения 1 частот^
Каркасные здания с нежестким стеновым заполнением (например, со сплошным остеклением стен), без внутренних несущих стен. Каркасные площадки под машины Каркасные здания с тяжелым стеновым заполнителем и внутренними стенами. Здания с несущими стенами и монолитными перекрытиями	Этажерка с неподвижным основанием и недеформируемыми перекрытиями, с которыми жестко связаны вертикальные стойки. Перекрытия могут поступательно перемещаться в своей (горизонтальной) плоскости. Принимают, что стойки работают на поперечный изгиб и кручение Коробка с недеформируемыми перекрытиями, с которыми жестко связаны вертикальные стойки. Перекрытия могут поступательно перемещаться в своей (горизонтальной) плоскости Принимают, что стойки работают на поперечный изгиб, а наружные и внутренние стены — на сдвиг в своей плоскости	0,25 0,30
159
расчетным схемам (табл. 42, 43). Последние расчленяют на отдельные элементы (плиты, балки, рамы и т. д.); динамические нагрузки распределяют по элементам согласно законам статики или загружению динамическими реакциями; влияние второстепенных факторов не учитывается; вертикальные и горизонтальные колебания рассматриваются отдельно.
Динамические расчеты ответственных сооружений выполняют по уточненным расчетным схемам с использованием ЭВМ.
При определении частот собственных колебаний обязательно учитывается положение и величина полезной нагрузки.
Частоты собственных вертикальных колебаний конструкций промышленных зданий находятся обычно в диапазоне 8—20 Гц, т. е. 480—1200 цик,л1мин. Низкочастотные машины в этих случаях не вызывают резонансных колебаний, и их воздействие будет близко к статическому. Наибольшую опасность представляют среднечастотные машины.
Для горизонтальных колебаний зданий, низшие собственные частоты которых обычно не превышают 2—3 Гц, наиболее опасны низкочастотные машины.
Изгибаемые элементы перекрытий рассчитывают на прочность по формуле [5]
Л4Р + Л4р < ТИР ; Qp + Qp < Qp ,	(120)
где Мс и Qc — изгибающий момент и поперечная сила от расчетной статической нагрузки;
ТИд и <2д —- изгибающий момент и поперечная сила от расчетной динамической нагрузки;
Мр и QP— предельный изгибающий момент и предельная поперечная сила, воспринимаемые сечением при статическом действии нагрузки.
Изгибаемые элементы рассчитывают на прочность с учетом выносливости по формуле
Л4с + Л4д < 7ИВЫН,	(121)
где УЧ” — изгибающий момент от нормативной статической нагрузки;
Л4д— изгибающий момент от расчетной динамической нагрузки;
МВын—предельный изгибающий момент при расчете на выносливость железобетонного элемента перекрытия.
Прочность и выносливость перекрытий под невиброизолирован-ными и виброизолированными машинами при переходе через резонанс не проверяют, если режим машины является резонансным для перекрытия, т. е. если частота вынужденных колебаний в рабочем режиме попадает в одну из частот зон ^конструкции при отношении ^->0,5 (без виброизоляции) и >0,5 (с вибро-
Рг	Ру
изоляцией).
160
Частоты и формы собственных колебаний конструкций определяют для выяснения возможности резонанса, вычисления резонансных перемещений и усилий и разработки необходимых мер для снижения уровня колебаний. При определении масс элементов в расчетной схеме помимо собственной массы элементов перекрытия учитывают также массы оборудования и материалов, жестко соединенных с несущими конструкциями. Случайные и кратковременные действующие статические нагрузки, а также виброизолированные машины при определении масс не учитываются.
При расчете на периодические нагрузки определяют частоту основного тона и некоторые числа высших частот; при этом следует учитывать, насколько близки частоты свободных колебаний к частоте вынужденных. В практических расчетах определяют следующее количество частот и форм собственных вертикальных колебаний элементов перекрытий: для однопролетных балок — 2; для однопролетных плит — 4; для неразрезных балок — 2 N; для неразрезных плит — 4 N (N — число пролетов). В практических расчетах не определяют собственных частот, превышающих полторы частоты динамических нагрузок, и соответствующие формы собственных колебаний. При этом минимальное число частот должно быть не менее 2. Нахождение частот свободных колебаний непременно связано с погрешностями, возникающими вследствие того, что расчетная схема всегда достаточно приблизительна; значения параметров, от которых зависят жесткости, задаются неточно; свойства конструкций существенно изменяются в процессе эксплуатации из-за раскрытия трещин в железобетоне и т. п. Эти отклонения могут привести к неблагоприятным последствиям, в особенности в тех случаях, когда одна или несколько частот свободных колебаний близки к частоте вынужденных колебаний. Эти погрешности учитываются введением частотных зон, границы которых определяются по формулам:
р;=:(1_е0)Р?; Л=(1 +е0)Р?;	(122)
«; = (!—e0)n?; n"r = (1 + е0)	,
где Р°г, п°г— r-я частота собственных колебаний элемента (круто-вая и в герцах), определенная в результате расчета;
Рг, Пг — левая граница частотной зоны;
Р", пг — правая граница частотной зоны;
во — погрешности в определении частот (см. табл. 42, 43).
При расчете на гармонические нагрузки предполагается, что частоты собственных колебаний конструкций могут иметь любое значение в пределах расширенных частотных зон, полученных с учетом возможной погрешности в определении частот.
Частоты свободных колебаний плит и балок определяют при помощи таблиц, приведенных в справочниках [5, 6].
161
Если в результате динамического расчета выяснится, что колебания конструкций перекрытия не удовлетворяют требованиям, обеспечивающим их несущую способность, физиологическим или технологическим требованиям по ограничению уровня вибраций, рекомендуются следующие способы уменьшения колебаний несущих конструкций:
изменение соотношения между частотой вынужденных и частотами собственных колебаний перекрытий (отстройки) путем изменения жесткости, массы или схемы конструкции, а также частоты вынужденных колебаний;
изменение расположения и способа крепления машин и установок на перекрытия, передача динамических нагрузок на отдельные фундаменты, колонны, разгрузочные балки и т. п.;
устройство эффективной виброизоляции;
применение динамических и ударных гасителей колебаний, увеличение демпфирования колебаний, устройство жестких и нежестких ограничений;
уравновешивание и балансировка машин, создание эксплуатационных условий, препятствующих разбалансировке, применение устройств, обеспечивающих работу нескольких машин попарно в противофазе.
После внесения в проект изменений, улучшающих динамическую работу перекрытия, выполняется повторный динамический расчет конструкций, т. е. определяются амплитуды перемещений и внутренних усилий в новых условиях.
Этажерки и перекрытия технических этажей. На этажерках устанавливают оборудование преимущественно со статическими и малыми динамическими нагрузками. Этажерки размещают как внутри здания, так и снаружи и проектируют с сетками колонн сечением 6X6, 9x6 и высотой этажей, кратной 1,2 м (но не менее 4,8 м). Отметки площадок принимают кратными 0,6 м. Перекрытия этажерок выполняют в сборном железобетоне, а при наличии отверстий — монолитными. Каркасы в основном проёк-тируют .в сборном железобетоне (рис. 66). Металлические каркасы применяют по технологическим условиям, в том числе для опытных производств, когда изменение технологического процесса может потребовать их реконструкции. При расчетах бетон в стальных этажерках, используемый в качестве противопожарной защиты, учитывается как совместно работающий с каркасом.
Этажерки проектируют по связевой схеме, применяя в поперечном направлении полураскосные связи, а в продольных плоскостях крестовые. Если по условиям эксплуатации связи установить нельзя, используют рамные схемы с жесткими узлами.
Этажерки под оборудование со значительными динамическими и статическими нагрузками отделяют швами от каркаса здания. Оборудование, вызывающее вибрацию конструкций этажерки, устанавливают на виброизоляцию.
Этажерки рассчитывают на прочность и устойчивость при дей
162
ствии статических и динамических нагрузок как пространственные рамные конструкции по имеющимся программам на ЭВМ.
Под колонны этажерок устанавливают столбчатые или плитные фундаменты и рассчитывают их на статическую нагрузку. Устройство технических этажей и подвалов широко используется при проектировании крупных цехов с поточным производством. Более легкое оборудование располагают на перекрытиях, связанных с
Рис. 66. Железобетонные этажерки групповых фундаментов: а — под виброизолированные дробилки; б — под дробилки и грохоты
конструкциями здания, или отсеках этажей, не связанных со зданием, но имеющих ту же регулярную сетку колонн. Более тяжелое оборудование устанавливают на индивидуальные или групповые облегченные фундаменты подвального типа, которые прорезают перекрытие и отделяют от конструкций зданий. (Тип конструкций облегченных фундаментов подвального типа описан в главе о фундаментах под прокатное оборудование).
Участки перекрытий технических этажей, на которых не устанавливается оборудование, рассчитывают на статические нагрузки от оборудования, деталей, вспомогательных материалов и т. п., которые могут временно находиться на полу в периоды монтажа и ремонта оборудования или эксплуатации. При этом учитывается вероятность одновременного размещения на перекрытии данных нагрузок. Расчет перекрытий производится по типовым программам на ЭВМ.
Установка оборудования машинно-вычислительных станций. Электронновычислительные машины составляют основное оборудование машинно-вычислительных станций. Они предъявляют повышенные требования к жесткости и защите основания от колебаний. Точность их установки на полу и способы проверки указываются в соответствующих руководствах. Полы станций должны обеспечивать возможность укладки электрических разводок, трубопроводов кондиционированного воздуха и других коммуникаций в подпольном пространстве. Наиболее рациональным решением данной конструкции являются разработанные институтом
163
Промстройпроект (г. Москва) алюминиевые полы на домкратах серии 3200 (рис. 67).
Алюминиевые полы на домкратах рассчитаны на нагрузку 1,5 тс/м2. Они состоят из плит, домкратов, плинтусов и присосок. Алюминиевая плита представляет собой ребристую панель размером 500X500, окантованную полихлоридной лентой с наклеен-
Рнс. 67. Алюминиевый пол на домкратах:
/ — линолеум; 2 — алюминиевая плита;
3 — поролоновая прокладка; 4,	5 —
верхняя и нижняя опоры домкрата;
6 — конструкция пола; / — железобетонная панель перекрытия.
ным по наружной поверхности полихлоридным линолеумом. Пол монтируется в следующем порядке:
размечается сетка домкратов на перекрытии (с учетом колонн здания);
устанавливаются и приклеиваются на готовую поверхность нижние опоры домкратов, которые регулируются на необходимую высоту;
устанавливаются плиты на верхнюю опору домкратов на поролоновых прокладках; в необходимых местах (у колонн и стен) плиты обрезаются.
СИЛОВЫЕ ПОЛЫ
И ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТЕНДЫ
Конструкции силовых полов н испытательных стендов должны обеспечивать частую и легкую смену устанавливаемого на них оборудования. Поэтому устанавливаемое на них крепление оборудования должно быть съемным: например, анкерные болты с массивной головкой, вставляемые в пазы стальных сварных рам (рис. 68) или стальных литых плит (рис. 69), которые жестко закрепляются в бетоне фундамента и др.
Конструкцию фундаментов испытательных стендов проектируют в зависимости от мощности и класса машин. Оборудование с небольшими динамическими нагрузками устанавливают на силовые полы, которые представляют собой железобетонную плиту толщиной 20—50 см, армированную поверху и понизу сеткой из стержней диаметром 10—16 мм с ячейками 200X200 мм. Полы устраивают также из сборных железобетонных элементов тавро-
164
вого сечения с омоноличиванием продольных стыков. Под оборудование с более тяжелыми динамическими нагрузками устанавливают индивидуальные фундаменты, а также применяют активную виброизоляцию с устройством фундаментного блока и наружного короба. В полах и фундаментах устраивают каналы и тоннели для коммуникаций разводок, подключаемых к испытываемым машинам, а также специальные устройства для измерительной аппаратуры. Фундаменты проектируют и рассчитывают
а
Рис. 68. Силовые полы.
а, б — под легкое и тяжелое оборудование; 1 — поворотный болт с моло'гко-вой головкой; 2 — швеллеры для оборудования пазов; 3 — закладная рама из швеллеров; 4 — фундаментный болт
Рис. 69. Фундамент испытательного стенда турбогенераторов мощностью до 1 млн. кет:
1 — стальные плиты; 2 — коммуникационный тоннель; 3— пазы для крепления оборудования; 4 — анкерные болты М 56, 5 — цементный раствор
165
в соответствии с требованиями к фундаментам класса машин, которые будут испытываться на них. При этом в расчетах на прочность принимают повышенные (до 10 раз) перегрузки динамических воздействий оборудования.
На рис. 69 показан фундамент испытательного стенда для турбогенераторов мощностью до 1 млн. кет электромашиностроительного завода «Электросила» в Ленинграде, запроектированный Проектным институтом № 1. Фундамент монолитный железобетонный. Бетон М. 200. Съемные болты оборудования заложены в пазы ребристых плит, отлитых из стали марки 25л. Размеры плит в плане 3X1,5 м\ высота 0,3 м\ вес 4,5 т. Количество плит 336 Каждая плита закреплена в фундаменте шестью анкерными болтами М 56. Плиты залиты цементным раствором М100. Стыки плит поверху проварены для создания заземления контура.
Фундамент под испытательный стенд турбогенератора запроектирован с учетом требований к фундаментам машин с вращающимися частями на шестикратные перегрузки.
УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
Реконструкция фундаментов и усилие оснований производятся при увеличении нагрузок на фундаменты в результате замены или модернизации оборудования с целью расширения и изменения технологического производства, при разрушении фундаментов вследствие некачественного производства строительных работ; бетон разрушается под воздействием агрессивных грунтовых вод, кислот, масел и т. п., а также при строительстве фундаментов соседних сооружений на глубине ниже существующего фундамента под оборудование. Необходимость усиления фундаментов и оснований может быть обусловлена также изменением деформативных и прочностных свойств грунтов в результате подъема или понижения уровня грунтовых вод, вибрации грунтов, а также в связи с ошибками при инженерно-геологических изысканиях и проектировании.
В плохо уравновешенных машинах с динамическими нагрузками могут возникать сильные вибрации фундаментов и конструкций зданий, вызывающие разрушение и расслоение бетона по плоскостям укладки, а также мешающие нормальной эксплуатации цеха. Недопустимые вибрации сложных фундаментов могут возникать вследствие несовершенства примененной методики динамического расчета фундаментов или неточности исходных расчетных данных. При замене устаревшего оборудования новым, более мощным с иной разбивкой анкерного крепления и новой планировкой каналов для подводящих коммуникаций обычно устраивают монолитную железобетонную обойму в форме колокола (рис. 70, в) или кольца (рис. 70, б); при этом верхнюю часть фундамента, часто поврежденную масляной и другой коррозией, разбирают, а по его наружной поверхности проводят насечки. Анкерные болты устанавливают при помощи эпоксидного клея в пробуренные скважины. Отдельно стоящие фунда
166
менты под однородное оборудование могут быть объединены общей обоймой в групповой (рис. 70, в).
Размеры группового фундамента ограничиваются максимально допустимыми для данных условий расстояниями между температурными швами.
Пример устройства обоймы в форме колокола фундамента доменной печи показан на рис. 71. Грунты в основании — плотные
Рис. 70. Способы усиления оснований и фундаментов под оборудование: а — в — при помощи обойм, г — односторонней добетонкой; д — силикатизацией основания; е — выносными буронабивными сваями (6); ж — опускным колодцем; 1 — существующий фундамент, 2— добетонируемая обойма; 3 — анкерные болты, 4 — инъекторы; 5 — укрепленная зона от одной захватки
Рис 71. Усиление фундамента доменной печи № 2 Макеевского металлургического завода:
а, б — фундамент до и после усиления; 1 — разбираемая часть фундамента, 2 — железобетонная обойма.
глины. Усиление проводилось во время капитального ремонта агрегата в связи со значительным увеличением веса печи (увеличением объема от 980 до 1600 ж3).
167
Иногда устраивают односторонние обоймы. При этом совместная работа старого и нового бетона обеспечивается устройством шпонок путем вырубки в существующем фундаменте соответствующих пазов, установки в пробуренные скважины выпусков арматуры или приварки выпусков к существующей арматуре. Сечения шпонок и выпусков арматуры подбираются при расчете на сдвигающие усилия, возникающие на контактной поверхности.
Например, на Новолипецком металлургическом заводе был усилен плитный фундамент конвертора весом ПО т перед установкой на нем более тяжелого конвертора весом 160 т. Усиление (рис. 70 г) было осуществлено следующим образом: со стороны троллейного тоннеля по всей ширине фундамента был вырублен паз глубиной 300 мм, по всей ширине и высоте фундамента с шагом 500 мм были просверлены отверстия диаметром 40 мм, в которые на расширяющемся цементе были установлены штыри диаметром 20 мм из арматуры периодического профиля стали класса А-П. Перед добетонйрованием обоймы поверхность старого бетона была очищена от грязи, насечена и промыта струей воды. Для крепления опоры конвертора в добетонированную часть установили три анкерных болта М 42. Для крепления опоры нового конвертора на противоположной стороне три анкерных болта М 42 были установлены при помощи эпоксидного клея в скважины, пробуренные в существующем фундаменте. Усиление фундамента было рассчитано на действие нагрузок конвертора: вертикальной — 930 (на весь фундамент) и горизонтальной—±100 тс.
В случаях, когда требуется более глубокое заложение подошвы фундаментов, применяют иные способы усиления.
Применяют буронабивные сваи (рис. 70, е), которые погружают рядом с нижней плитой по периметру фундамента, при этом нижняя плита охватывается бандажом, который и связывает сваи с фундаментом.
Грунт укрепляют посредством цементации, силикатизации (рис. 70, д) или с помощью карбамидных смол в случаях, когда фундамент основан на песчаном грунте. Основное достоинство этого способа состоит в том, что его применение не требует длительной остановки машины (до пяти—семи дней). В большинстве случаев достаточно закрепить грунт не под всей подошвой фундамента, а только по ее краям — полосой, ширина которой в зависимости от размеров фундаментов может назначаться в пределах от 2 до 4 м. Глубина зоны укрепления определяется по расчету и должна быть не менее 1 м.
Для лессовидных грунтов иногда применяют термическое укрепление (обжиг).
Усиление основания фундамента может выполняться также с помощью опускного колодца (рис. 70, ж), внутренние размеры которого должны быть на 15—20 см шире подошвы фундамента. Такой колодец изготовляют на поверхности из сборного или монолитного железобетона с заостренным ножом, имеющим металлический наконечник, и погружают по мере выемки грунта снаружи стен; при этом основание фундамента внутри колодца сохраняется ненарушенным и заключается в обойму. Колодец может пригружаться статическими грузами, вибраторами и домкратами.
168
Возникающее при реконструкции увеличение статических и динамических нагрузок не всегда требует увеличения размеров фундаментов в плане их усиления. В процессе длительного загруже-ния, а также вибраций, обусловленных работой оборудования, в основании происходят физико-химические процессы, протекающие на контактах твердой фазы, в результате грунт упрочняется и значительно возрастает его модуль деформации. Для крупногабаритных сооружений (например, при реконструкции доменных печей) допустимое увеличение нагрузки на основание определяется по результатам испытания грунтов основания фундамента. Для предварительных расчетов расчетное давление на грунт принимают равным R &г.э, где kr,3 определяется по табл. 44.
Таблица 44
Повышение давления на грунт основания, длительно обжатого весом сооружения
Грунт	Влажность IV7, %	Расчетное дав-I ленне на грунт под существующим зданием, кгс!см2	Значения kr3 при сроке эксплуатации, годы		
			до 5	5-15	25
Суглинки лессовидные Супеси Суглинки Глины Пески крупные, плотные, средней крупности и плотности, мелкие и рыхлые	5—10 10—15 15—20 10—15 15—20 20—25 Независимо от влажности	3-2,5 2,5-2 1,5-1 2-1,5 2—1,5 2—1,5 4—3 3-2 1,5—1	1 1 1 1,1-1,2 1 1 1,1—1,2 1,2-1,3 1,3-1,4	1 1 1,2—1,25 1.3—1,4 1,2—1,3 1,1-1.2 1.2-1,3 1,3—1,4 1,4—1,5	1—А к-* 1—А Н-А А 4^ Со ND ND СО 4^- СО •-* 1 1 1 1 1 1 1 1 >—» >—* Н-* •—1	1—1 сл 4^ СО Со 4^ Сл 4^ ND
Для уменьшения вредного влияния чрезмерных колебаний фундаментов под машины с динамическими! нагрузками принимают следующие меры.
Если вблизи расположено небольшое количество чувствительных к сотрясению точных станков и приборов, целесообразно это оборудование перенести на новое место, где сильных колебаний не отмечается, или установить на пассивную виброизоляцию.
При наличии большого количества точных станков и приборов, расположенных вблизи неуравновешенной машины, или если ее работа мешает нормальным условиям жизни в соседних жилых домах, их рекомендуется перенести на другой участок, достаточно удаленный от объектов, чувствительных к сотрясению.
Если позволяют условия, заменяют неуравновешенную машину более уравновешенной или применяют разные способы урав
169
новешивания машин — путем устройства противовесов или контргрузов, присоединения антивибраторов и т. п.
Устанавливают неуравновешенное оборудование на виброизо-лированное основание или применяют другие меры по гашению больших вибраций фундаментов.
Чрезмерные колебания фундаментов могут быть частично погашены при:
увеличении жесткости основания фундамента путем уширения его подошвы, пересадки на сваи или химического укрепления грунта;
повышении жесткости фундамента при действии горизонтальных сил путем присоединения к колеблющемуся фундаменту бетонной плиты, уложенной на верхнем слое грунта (способ Павлюка — Кондина);
изменении массы или жесткости отдельных элементов фундамента, совершающих сильные колебания (частичное переустройство конструкции фундамента).
Иногда оказывается полезным соединять сильно вибрирующие фундаменты под машины малых и средних мощностей со смежными фундаментами или другими подземными сооружениями, если это не нарушает условий их нормальной работы.
Опыт эксплуатации в большинстве случаев подтверждает достаточную эффективность применения активной виброизоляции. В отдельных случаях наблюдаются нарушения ее работы, вызываемые эксплуатационными и конструктивными дефектами: созданием жестких опорных мостиков в результате затяжки пружин или появления каких-либо случайных опорных элементов, фактически ликвидирующих расчетную основу виброцзоляции, или появления жестких дополнительных связей в местах примыкания к машине трубопроводов из-за неудачной конструкции гибких вставок или увеличения их жесткости в процессе эксплуатации.
При устройстве виброизоляции следует регулярно осматривать и своевременно ликвидировать дефекты (с заменой отдельных поврежденных виброизоляторов). На участках приложения больших динамических нагрузок под пружинными виброизоляторами (фундаменты под молоты) наблюдались случаи местного разрушения примыкающих слоев бетона в бетонном блоке. В этих случаях производят соответствующее усиление железобетонных конструкций с дополнительной установкой над пружинами распределяющей металлической пластины.
При устройстве виброизоляции следует регулярно проводить ее осмотр и ликвидировать дефекты (с заменой отдельных поврежденных виброизоляторов).
ЛИТЕРАТУРА
1.	Байцур А. И., Малый Э. Ю., Лучковский И. Я., Молчанов Л. Г., Пер-цель Ю. К. Облегченные фундаменты прокатного оборудования прокатных станов.— «Промышленное строительство», 1973, № 7.
2.	Баркан Д. Д. Динамика оснований и фундаментов. М., Стройвоенмор-издат, 1948.
3.	Инструкция по креплению технологического оборудования фундаментными болтами. CH-471-75. М, Стройиздат, 1976.
4.	Инструкция по проектированию фундаментов доменных печей М, Стройиздат, 1972.
5.	Инструкция по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки. М., Стройиздат, 1970.
6.	Инструкция по расчету перекрытий на импульсные нагрузки. М., Стройиздат, 1966.
7.	Каминская В. В., Решетов Д. И. Фундаменты и установка металлорежущих станков. М., «Машиностроение», 1975.
8.	Левин Г. Е., Смирнов Л. В., Максимов А. К. Рациональная конструктивная схема фундаментов бойных копров.— В сб : «Заготовка и переработка металлолома». М., «Металлургиздат», 1966.
9.	Мельников Г. И., Трифанов В. П. Конструктивные решения фундаментов под горизонтальные компрессоры на оппозитных базах.— «Промышленное строительство и инженерные сооружения», 1966, № 5.
10.	Пособие по проектированию облегченных фундаментов под щековые и конусные дробилки. Изд. Харьковск. Промстройниипроекта. Харьков, 1972.
11.	Рекомендации по проектированию опор вращающихся печей. Изд Ле-нинградск. Промстройпроекта и Харьковск. Промстройниипроекта. Харьков, 1971.
12.	Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, подверженных воздействию повышенных и высоких температур. М, Стройиздат, 1977.
13.	Руководство по проектированию фундаментов оборудования прокатных и трубных цехов. М., Стройиздат, 1973.
14.	Руководство по проектированию виброизоляции машин и оборудования. М., Стройиздат, 1972.
15.	Савинов О. А. Современные конструкции фундаментов под машины и их расчет. М., Стройиздат, 1964.
16.	Санников А. А. О взаимном влиянии вертикальных колебаний фундаментов лесопильных рам.— «Тр. Уральск, лесотехнич. ин-та». Вып. 21. Свердловск, Уральское кн. изд-во, 1970.
17.	СНиП П-21—75. Бетонные и железобетонные конструкции. М., Стройиздат, 1976.
18.	СНиП П-15—74 Основания зданий и сооружений М, Стройиздат, 1975.
19.	СНиП П-Б. 7—70 Фундаменты машин с динамическими нагрузками. М., Стройиздат, 1971.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ...................................................
Исходные данные для проектирования фундаментов под оборудование Компоновка оборудования в здании. Требования к проектированию фундаментов .......................................................
Глава 1. Основные сведения по проектированию фундаментов под оборудование ...................................................
Материалы фундаментов .	.	..............................
Фундаментные болты и закладные детали...........................
Основания фундаментов..........................'................
Расчет фундаментов под оборудование.............................
Состав и оформление рабочих чертежей............................
Глава II. Фундаменты под оборудование со статическими, малыми динамическими нагрузками и тепловыделениями.......................
Фундаменты под тяжелое оборудование .	.	.................
Фундаменты тепловых агрегатов...................................
Фундаменты станков..............................................
Глава III. Фундаменты машин с динамическими нагрузками Фундаменты машин с вращающимися частями.........................
Фундаменты машин с кривошипно-шатунными механизмами Фундаменты под прокатное оборудование ..........................
Фундаменты под машины ударного действия..........................
Глава IV. Особые конструкции..................................
Перекрытия, несущие оборудование................................
Силовые полы и испытательные стенды.............................
Усиление фундаментов............................................
Литература......................................................
3
3
6
10
10
15
23
31
38
40
40
45
62
92
107
129
149
149
164
166
171
Автоном Иосифович Байцур, Леонид Георгиевич Молчанов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
ПОД ОБОРУДОВАНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Редактор Г. С. Шандро
Обложка художника Т. П. Скибьщкой Художественный редактор Л. В. Хохлова Технический редактор О. Г. Шульженко Корректор Н. А. Сухаренко
ИВ № 222
БФ 09745. Сдано в набор 7 X. 1976 г. Подписано к печати 25. IV. 1977 г Формат бумаги 60X90716. Бумага типографская № 3. Объем: 10,75 физ. печ. л , 10,75 усл печ. л , 10,85 уч.-изд. л. Тираж 16 000. Зак. 6—2947. Цена 60 коп.
Издательство «Буд1вельник», Киев, Владимирская, 24.
Киевская фабрика печатной рекламы, Киев, Выборгская, 84.