Исходные данные:

Максимальная грузоподъемность площадки – 5т, габарит 6269х1780х1020 мм, вес общий – 74200 Н, в том числе подвижных частей Q_пч= 62780 Н, мощность привода – 28 кВт, частота вращения (вибрирования)

f = 50 Гц; максимальный кинетический момент дебалансов Мк = 2900 Н·см.

— Фундамент устанавливают на суглинок средней пористости с допустимым нормативным давлением R = 3·10⁵ Па.

— Виброплощадка двухвальная, нормативная возмущающая сила действует в вертикальном направлении. Виброизоляция выполнена в виде 8 цилиндрических стальных пружин.

Решение:

1 Определяем динамическую нагрузку N, возбуждаемую дебалансными валами виброплощадки, для чего находим

Предполагаем, что виброплощадка опирается на фундамент через стальные пружинные амортизаторы, дающие под действием подвижных (подрессорных) частей установки статическую осадку λ_ст = 0,5 см = 0,005 м.

Схема установки виброплощадки на фундамент показана на рисунке 3

Рисунок 3 – Схема виброгасящего фундамента:

1 – виброплощадка; 2 – виброгасящий фундамент; 3 – акустический шов;

O₁, O₃ – центры масс виброплощадки и фундамента;

O₂ – центр жесткости пружин.

Суммарная жесткость всех амортизаторов

Рассчитываем собственную круговую частоту вертикальных колебаний подрессорных частей виброплощадки w0 и массу подвижных частей виброплощадки mпч

m_пч = Q_пч / g = 6278 кг

Определяем динамическую нагрузку, передающуюся на фундамент

Исходя из известного опыта проектирования фундаментов под машины с динамическими нагрузками, конструктивно принимаем площадь Fф и высоту фундамента так, чтобы вес фундамента примерно в 2 раза был больше общего веса виброплощадки:

Вес фундамента: Qф = 140000Н;

Площадь фундамента: Fф = 6,4·1,8 = 11,52м².

Масса фундамента

Рассчитываем коэффициент жесткости естественного основания при ранее выбранном грунте: суглинке средней пористости с допустимым нормативным давлением R = 3·10⁵ Па, С_z = 5·10³ тс/м³ (таблица 4)

K_z = F_фC_z = 11,52·5·10³ = 57600 тс/м.

Определяем круговую частоту собственных вертикальных колебаний фундамента

Рассчитываем амплитуду перемещения фундамента под действием динамической силы

0,0004 мм < [a_доп] = 0,009 мм (ГОСТ 12.1.012-90).

Таким образом, при работе виброплощадки амплитуда виброперемещения фундамента не превышает допускаемой величины.

Библиографический список

1 ГОСТ 12.1.012-2004 ССБТ «Вибрационная безопасность. Общие требования».

2 СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».

3 Безопасность труда в строительстве. (Инженерные расчеты по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности») [Текст] : учебное пособие / Д. В. Коптев [и др.] ; ред. Д. В. Коптев. — М. : АСВ, 2007. — 352 с.

4 Безопасность жизнедеятельности и охрана труда в строительстве [Текст] : учебное пособие / А. В. Фролов [и др.]. — Ростов н/Д : Феникс, 2010. — 704 с.

5 Производственная санитария и гигиена труда [Текст] : учебное пособие / Е. В. Глебова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 2007. — 382 с. : ил. — Библиогр.: с. 380-381.

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

poisk-ru.ru

Расчет виброгасящих оснований

При работе большинства машин возникают динамические нагрузки, обусловленные неуравновешенными силами инерции. Эти силы могут вызвать недопустимые колебания строительных конструкций и оказать вредное действие на организм человека. Допускаемые амплитуды виброперемещения по ГОСТ 12.1.12 – 78 [3] приведены в табл.7.2.

Таблица 7.2. Допускаемые значения амплитуды виброперемещения

Для уменьшения колебаний строительных конструкций и расположенных на них рабочих мест машины, возбуждающие динамические нагрузки, устанавливают на массивные фундаменты.

Массу фундамента подбирают таким образом, чтобы колебания подошвы фундамента не превышали (по виброперемещению) установленных для заданной частоты величин.

Расчет фундамента под виброплощадки сводится:

· К проверке амплитуд виброперемещения вынужденных колебаний фундамента;

· К определению давлений, передаваемых фундаментом на грунт (табл.7.3., табл.7.4.)

Таблица 7.3. Основные характеристики грунтов

Таблица 7.4. Основные характеристики грунтов

· к проверке собственной частоты колебаний фундамента (собственная частота колебаний фундамента должна отличаться от частоты вынужденных колебаний  не менее чем в 1,5 раза).

Нормативная динамическая нагрузка N от виброплощадки, возбуждаемая механическими вибраторами с вращающимися эксцентричными массами (дебалансами), определяется как центробежная сила

m – масса вращающейся части машины (дебаланса), кг;

r – экцентриситет вращающихся масс, см;

w — круговая частота вала машины, с^—1.

При использовании дебалансных вибраторов нормативную динамическую нагрузку определяют по формуле

М_к=m*r – кинетический момент одного вибратора, Н*см;

g – ускорение свободного падения, см/с².

Рассчитаем динамическую нагрузку N при следующих условиях:

· Максимальная грузоподъемность площадки 5 т

· Габарит 6269*1780*1020 мм

· Вес общий 74200 Н, в том числе подвижных частей Q_пч=62780Н

· Мощность привода 28 кВт

· Частота вращения 3000 мин^—1

· Максимальный кинетический момент дебалансов М=2900Н*см

· Амплитуда виброперемещения стола 0,4 мм

· Частота вибрирования f=50Гц

Фундамент устанавливают на суглинок средней пористости с допускаемым нормативным давлением R=3*10⁵ Па

Виброплощадка двухвальная, нормативная возмущающая сила действует в вертикальном направлении. Виброизоляция выполнена в виде 8 цилиндрических стальных пружин.

w=2*p*f=314 с^—1

N=M_k*w²/g=2900*314²/980=291760 Н

Предполагаем, что виброплощадка опирается на фундамент через стальные пружинные амортизаторы, дающие под действием подвижных (подрессоренных) частей установки статическую осадку l_ст=0,5см.

Суммарная жесткость всех амортизаторов

К=Q_пч/l_ст=62780/980=125560 Н/см

Рассчитываем собственную круговую частоту вертикальных колебаний подрессоренных частей виброплощадки w₀ и массу подвижных частей вибро площадки m_пч

Определяем нормальную динамическую нагрузку, передающуюся на фундамент

исходя из известного опыта проектирования фундаментов под машины с динамическими нагрузками конструктивно принимаем площадь F

Q_ф=140000 Н;

F_ф=640*180=115200 см²

Масса фундамента

m_ф= Q_ф/g=140000/980=142 Н*с²/см=142 кг

Рассчитываем коэффициент жесткости естественного основания при ранее выбранном грунте:

суглинок средней пористости с допускаемым нормативным давлением R=3*10⁵ Па, c_z=50 Н/см²

K_z=F_ф*c_z=115200*50=576*10⁸ Па

Определяем круговую частоту собственных вертикальных колебаний фундамента

Рассчитываем амплитуду перемещения фундамента под действием динамической силы

0,007<a_доп=0,009 мм (см. ГОСТ12.1.12-78)

Таким образом, при работе виброплощадки амплитуда виброперемещения фундамента не превышает допускаемой величины.

Для уменьшения вибрации на рабочем месте оператора используем резиновые виброизоляторы с коэффициентом передачи m=(1/5)…(1/12). Измеренная виброскорость на рабочем месте составляет 8…10 мм/с на частотах 16; 31,5 и 63 Гц, что выше нормы в 4…5 раз.

Пост управления оператора с весом Р_пульта=200 Н расположен на стальной плите габаритом 1200*1200*10 мм.

Масса плиты

m_плиты=V_p ,

V – объем, см³,

r=7,8 г/см³, плотность стали,

m_плиты=(120*120*1)*7,8=112,3 кг

Вес плиты

Р_плиты=1123 Н

Частоты вынужденных колебаний перекрытия принимаем равным 16, 31, 63 Гц.

Для изготовления виброизоляторов используем резину на каучуковой основе №3311 с твердостью по ГОСТ 263-75 [6] равной 3*10⁵ Па и динамическим модулем упругости равным 25*10⁵ Па или 250 Н/см².

Основные характеристики распространенных резин приведены в табл.7.4.

Таблица 7.5. Основные характеристики резины

Определим площадь поперечного сечения всех виброизоляторов, S, см², и рабочую высоту каждого виброизолятора Н_р, см:

S=P/s;

Н_р=Е_д*S/K.

Р – общий вес виброизолированной установки, Н

s — расчетное статическое напряжение в резине, Па

Е_д – динамический модуль упругости резины, Па

К – требуемая суммарная жесткость виброизоляторов, Н/см

Требуемая суммарная жесткость всех виброизоляторов в вертикальном направлении

К=4*p²*f²_0доп*Р/g

              g– ускорение свободного падения, 980 см/см²

             f²_0доп – допустимая частота собственных вертикальных колебаний

Для вычисления f_0доп необходимо предварительно вычислить акустическую эффективность виброизоляции

DL=20lg(1/m)

Виброизоляция для механического оборудования должна обеспечить получение DL не менее величин, приведенных ниже в табл.7.5.

Таблица 7.6.

При выполнении этих требований использование виброизоляции обеспечивает удовлетворительные акустические условия в смежных помещениях.

В нашем случае по условиям виброзащиты рабочего места достаточная вибрация с m=1/10. тогда DL=20 дБ. Зная DL и наибольшую частоту вынужденных колебаний f=63 Гц по графику (Рис.7.1.) определяем допустимую частоту собственных вертикальных колебаний f_0доп=8 Гц.

Общий вес виброизолированной установки

Р=Р_плиты+Р_пульта+Р_чел=1123+200+800=2123 Н.

Тогда

К=4*3,14²*8²*2123/980=5220 Н/см.

Определяем площадь всех виброизоляторов и рабочую высоту резинового виброизолятора, приняв s=3*10⁵ Па=30 Н/см².

S=2123/30=70,6 см²;

Н_р=250*70,6/5220=3,38 см.

Определяем площадь поперечного сечения одного виброизолятора, принимая 4 виброизолятора S’=70,6/4=17,65 см². принимаем сечение виброизолятора квадрат со стороной 4,5 см, S’=20,25 см². резиновые виброизоляторы сохраняют устойчивость при выполнении условий

Н_р<d<1,5Н_р,

d – диаметр или сторона квадрата сечения,

3,38<4,5<5,07

Таким образом выбранные виброизоляторы сохраняют устойчивость от опрокидывания в процессе эксплуатации.

Определяем полную высоту

Н=Н_р+(d/8)=3,38+(4,5/8)=4 см

Теперь определим фактическую виброизолирующую способность резиновых виброизоляторов принятых геометрических размеров на различных частотах вынужденных колебаний.

Вычислим коэффициент передачи для f=16; 31; 63 Гц.

К=Е_д*S/Н_р=250*70,6/3,38=5222 Н/см

f₀=(1/2*p)*=7,8 Гц

Определяем коэффициент передачи для различных частот вынужденных колебаний:

При f=16 Гц

При f=20 Гц

При f=31 Гц

При f=63 Гц

Спроектированная система виброизоляции, выполненная на четырех резиновых виброизоляторах высотой 4 и шириной 4,5 см дает уменьшение виброскорости, передаваемой на рабочее место оператора, от 3 до 63 раз. Вибрация на рабочем месте оператора на частотах 16 и 20 Гц не превысит гигиеническую норму, а на частотах 31 и 63 Гц будет значительно ниже нормы.

<< К оглавлению  Дальше>>

sersalaev.narod.ru

9.5. Примеры расчета колебаний фундаментов машин с динамическими нагрузками ч.1

Ниже приведены примеры расчетов массивных фундаментов на периодическую (гармоническую) и ударную нагрузки и пример расчета рамного фундамента на гармоническую нагрузку. Примеры расчетов фундаментов под машины можно найти в «Руководстве по проектированию фундаментов машин с динамическими нагрузками» [6].

Пример 9.1. Рассчитать фундамент лесопильной рамы. Расчет фундаментов лесопильных рам производится как для машин с кривошипно-шатунными механизмами по главе СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками». Целью расчета является определение размеров фундамента, соответствующих требованиям экономичности и обеспечивающих допустимый уровень колебаний.

Исходные данные: марка машины РД 76/6; масса машины 15 т; масса приводного электродвигателя 2 т; мощность приводного электродвигателя 90 кВт; частота вращения электродвигателя 720 мин^–1; частота вращения главного вала n_r = 320 мин^–1. Расчетные динамические нагрузки, координаты точек их приложения, координаты центра тяжести машины, размеры верхней части фундамента, диаметр, конструкция и привязка анкерных болтов и другие исходные данные для проектирования заданы в строительном задании завода — изготовителя машины на устройство фундамента. Схема нагрузок, действующих на фундамент, приведена на рис. 9.1. Допускаемые амплитуды горизонтальных и вертикальных колебаний фундамента для I гармоники должны быть не более 0,19 мм.

Решение. Конструкцию фундамента пилорамы принимаем массивной из монолитного железобетона. Фундамент состоит из нижней прямоугольной плиты размером 6×7,5 м и высотой 2 м, принятыми из условий расположения приводного электродвигателя, требований симметрии и оптимальной массы фундамента, и верхней скошенной части, принятой по технологическим условиям. Отметка засыпки грунта находится на уровне верха прямоугольной плиты. Материал фундамента — бетон марки М200, арматура — горячекатаная, круглая и периодического профиля, соответственно классов A-I и А-II.

Схема масс элементарных объемов фундамента и машины с привязкой их к осям фундамента, проходящим через центр тяжести подошвы фундамента, приведена на рис. 9.1. Масса пилорамы m₁ = 15 т; масса скошенной части фундамента m² = 22,25 т; масса прямоугольной части фундамента m₃ = 216 т; масса электродвигателя с подбеточкой m₄ = 2+18 = 20 т.

Полная масса фундамента

m_f = 22,25 + 216 + 18 = 256,25 т.

Масса пилорамы и электродвигателя привода

m_m = 15 + 2 = 17 т.

Масса всей установки

m = m_f + m_m = 256,25 + 17 = 273,25 т.

Находим координаты центра тяжести установки по оси Z. Статические моменты масс элементов установки относительно оси, проходящей через подошву фундамента, будут:

S₁ = 15·5,95 = 89,25 т·м; S₂ = 22,25·2,65 = 58,96 т·м;

S₃ = 216·1 = 216 т·м; S₄ = 20·2,5 = 50 т·м;

т·м.

Расстояние от центра тяжести установки до подошвы фундамента

м.

Рис. 9.1. Фундамент лесопильной рамы РД-75/6

Находим координаты по оси X. Расстояние до центра тяжести установки по оси X‘

м.

Координату центра тяжести установки по оси Y не определяем, так как эксцентриситет до оси Y весьма мал (<< 3 % стороны фундамента), а расчет фундамента па колебания должен производиться только в направлении оси X (по направлению действия динамических сил).

В основании фундамента залегают пески средней крупности, средней плотности маловлажные с расчетным сопротивлением R = 350 кПа и модулем деформации E = 3·10⁴ кПа. Проверяем условие (9.1) при γ_c0 = 1 и γ_c1 = 1. Среднее давление p =  Q/A, где Q = mg, тогда

кПа  < 1·1·350 = 350 кПа.

Расчет прочности массивного железобетонного фундамента не требуется. Армирование фундамента выполняется конструктивно.

Расчет колебаний фундамента пилорамы производится в следующем порядке.

Определяем упругие характеристики песчаного грунта основания по формулам (9.6) и (9.7):

кН/м³;

C_φ = 2·44 140 = 88 280 кН/м³;

C_x = 0,7·44 140 = 30 900 кН/м³.

Коэффициенты жесткости для естественного основания находим по формулам (9.8), (9.9) в (9.10), где I_φ = 6·7,5³/12 = 210,94 м⁴

k_z = 44 140·6·7,5 = 1 986 400 кН/м;

k_x = 30 900·6·7,5 = 1 390 000 кН/м;

k_φ = 88 280·210,94 = 18 623 000 кН/м.

Значения коэффициентов относительного демпфирования определяем по формулам (9.13) и (9.15):

; .

Расчетные динамические нагрузки (для первой гармоники возмущающих сил и моментов) определяем следующим образом:

M = F_ve + F_he₁,

тогда при F_v = 208 кН, F_h = 39 кН, e = 0,173 – 0,08 = 0,093 м и e₁ = 5,95 – 1,516 = 4,434 м

M = 208·0,093 + 39·4,434 = 19,4 + 173 = 192,4 кН·м.

Амплитуды горизонтально-вращательных и вертикальных колебаний фундамента определяются по формулам:

;

;

;

.

Для вычисления по этим формулам амплитуд следует определить входящие в них дополнительные параметры:

с^–1;

;

здесь значение θ = 1614,4 т·м² получено путем разбивки фундамента и машины на элементарные тела, вычисления для них собственных моментов инерции и добавления переносных моментов инерции, равных произведению масс элементарных тел на квадраты расстояний от их собственных центров тяжести до общего центра тяжести установки;

;

с^–1;

кН·м ;

т·м² ;

с^–1;

с^–1;

;

;

;

;

.

; ;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Подставляя найденные параметры в соответствующие формулы находим:

= 0,111 мм < A_adm = 0,19 мм;

= 1,2·10^–4 м = 0,12 мм;

A_v = 0,12 + 0,0082 = 0,128 мм < A_adm = 0,19 мм.

Следовательно, параметры фундамента выбраны правильно.

Руководство по проектированию фундаментов машин с динамическими нагрузками

xn--h1aleim.xn--p1ai

3.4 Расчет центрально загруженного фундамента под колонну

3.4.1 Определение размера стороны подошвы фундамента

Исходные данные:

1. Бетон класса В25

2. Арматура класса АIII

3. Условное расчетное сопротивление грунта R₀=0,25МПа

4. R_s=365МПа

5. R_bt=1,05МПа

6. γ_b2 =0,9МПа

7. Вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его обрезах γ=20кН/м³

Расчет производим для монолитного центрально-нагруженного фундамента.

Усилие колонны у заделки в фундамент N= 2976,4 кН

γ_f– средний коэффициент надежности по нагрузке.

Нормативное усилие: кН.

Высота фундамента предварительно принимается равной Н = 90 см,

глубина заложения фундаментов H₁=105см.

Площадь подошвы предварительно определяем по формуле:

R_o — условное расчетное давление на грунт,

γ_m — средний вес единицы объема бетона фундамента и грунта на его

обрезах.

А_f=2480300/0,25х10⁶-(20*1,05)х10³=10,38м²

a_f = b_f = = √10,38 = 3,3 м.

Давление на грунт от расчетной нагрузки:

Р=N/А_f=2480,3/3,3х3,3=242,2 кН/м²

Рабочая высота фундамента из условия продавливания:

h₀=((-0,4+0,4)/4)+0,5х(√2480,3/0,75х1,05х10³+242,2))=0,58м

Полная высота фундамента устанавливается из условий:

продавливание Н = 0,58 + 0,05 = 0,63 м

заделка колонны в фундаменте Н = l,5хh_c +25 = 1,5х40 + 25 = 85 см

анкеровки сжатой арматуры колонны Н = 24хd + 25 = 24х2,5 + 25 ==85 см

Окончательно принимаем фундамент высотой Н = 900 мм, h₀₃ = 850 мм.

Толщина дна стакана 200 + 50 =250 мм.

Количество ступеней – 3

Проверим, отвечает ли рабочая высота нижней ступени фундамента h₀₂= 300 — 50 = 250 мм условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающимся в сечении III — III.

Q = 0,5х(a — h_c — 2хh₀)хP

Q = 0,5х(3,3 — 0,4 – 2х0,85)х242,2 = 145,3 кН

Q = 145,3 кН < 0,6хγ_b2хR_btхh_o2 = 0,6х0,9х1,05х25х100х100 =147,5 кН

Условие прочности на продавливание удовлетворяется.

Расчетные изгибающие моменты в сечениях I-I и II-II:

M₁= 0,l25хPх(a — h_c)²хb

М₁ = 0,125х242,2х(3,3 — 0,4)²х3,3 =840 кН м

М₂ = 0,125хPх(a – a₁)²хb

М₂ = 0,125х242,2х(3,3 – 0,9)²х3,3 =575,5 кН м

3.4.2 Подбор арматуры

Площадь сечения продольной арматуры:

А_s1=М₁/0,9хh₀хR_s;

А_s1=840х10⁵/0,9х85х365х100=30 см².

А_s2=575,5х10⁵/0,9х85х365х100=21 см².

Принимаю нестандартную сварную сетку С-1 с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой и стержней 22Ø18АIII (А400),A_s=55,99 ([1] приложение 6) с шагом s=150мм

4. Литература

1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс:Учеб. Для вузов.-5-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1991.-767 с.:ил.

2. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций

из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к

СП 52-101-2003). Москва 2005г.

3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без

предварительного напряжения.

4. Руководство по проектированию каменных и армокаменных конструкций. — М.: Стройиздат, 1974.

40

studfiles.net

оценка пучинистости грунта, расчет нагрузок, ширины фундамента, подушки

1. Основные сведения о грунтах

2. Установление степени морозной пучинистости грунтов

2.1 Определение степени пучинистости грунтов по их физическим характеристикам

2.2 Ориентировочная оценка пучинистости грунтов

Оценка степени пучинистости грунтов по рельефу местности

3. Расчет фундаментов на пучинистых грунтах

3.1 Определение нагрузок на фундаменты

Конструктивная схема здания

Указать свои значения нагрузок (будут учитываться только они)

Результаты

1. Основные сведения о грунтах

Грунт:

2. Установление степени морозной пучинистости грунтов

2.1 Определение степени пучинистости грунтов по их физическим характеристикам

Показатель Z:

Показатель JL:

Степень пучинистости грунта:

2.2 Ориентировочная оценка пучинистости грунтов

Показатель Z:

Влажностное состояние:

Степень пучинистости грунта:

Оценка степени пучинистости грунтов по рельефу местности

Степень пучинистости грунта:

3. Расчет фундаментов на пучинистых грунтах

3.1 Определение нагрузок на фундаменты

Конструктивная схема здания:

g1, т/м:

g2, т/м:

g3, т/м:

3.2 Расчет ширины подошвы фундаментов и толщины песчанных подушек

Расчет для фундамента с глубиной заложения d=0.3

R, т/м2:

Определяем толщину подошвы фундамента

b1 (наружняя стена), м:

b2 (наружняя стена), м:

b3 (внутренняя стена), м:

b (общая), м:

Определяем толщину подушки из условия прочности подстилающего ее грунта

t1, м:

t2, м:

t3, м:

t (общая), м:

Определяем толщину противопучинистой подушки

Коэффициенты подобраны для фундаментов с глубиной заложения 0,3м

А:

D:

C:

tp1, м:

tp2, м:

tp3, м:

tp (общая), м:

Выбираем наибольшею толщину подушки

Толщина подушки, м:

www.gvozdem.ru

Расчет ленточного фундамента: пример проведения

В самостоятельном строительстве дома важно получить действительно прочное основание, и одним из вариантов выполнения расчета ленточного фундамента послужит пример здания периметром 6 × 8 м из газобетона с мансардным 2 этажом без подвальных (цокольных) помещений. Такой тип опоры является наиболее универсальным решением в большинстве случаев индивидуального строительства капитального жилого дома. Тщательно проведенный расчет на стадии проектирования станет одним из условий долговременной эксплуатации постройки.

Порядок расчетных операций

Последовательность расчета ленточного монолитного фундамента будет состоять из 2 главных этапов, которые определят исходные данные для определения размеров конструкции. Для каждого конкретного участка строительства нужно:

• определить действующие нагрузки;
• узнать несущую способность залегающего грунта.

Соотношение действующей весовой нагрузки всех элементов здания, включая фундамент, к величине несущей способности грунтовой основы позволит узнать оптимальное значение ширины ленточной опоры.

Определяющее значение имеет площадь опирающейся подошвы. Ширина самой ленты может меняться в зависимости от суммарных размеров несущих стен (блок + утеплитель + облицовка).  показаны на чертежах:

У ленточной конструкции прямоугольного сечения значения ширины по всей вертикали равны. Выбор Т-образной формы, у которой площадь подошвы фундамента больше, чем цоколь, происходит в случае строительства массивного здания (2 и более этажей) из керамзитобетонных блоков или кирпича. Для каркасных домов, построек из бруса, срубов обычно будет достаточно прямоугольного сечения.

Расчеты площади подошвы опорной части для монолитных и сборных видов фундамента ничем не отличаются.

Подробно все требования к определению расчетных величин и принимаемых коэффициентов изложены в таких нормативных документах:

• СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. Госстрой СССР, 1995 г.
• СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. Госстрой СССР, 1989 г.
• СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. Госстрой России, 2003 г.
• СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР, 1986 г.

Рациональность выбора определенного типа конструкции основания прямо зависит от инженерно-геологических условий данного участка, условий работы в комплексе всех элементов здания в реальных условиях.

Ошибки проектирования, нарушения технологии закладки фундамента, не оправданная вычислениями экономия на работах и материалах могут привести к необходимости принятия дополнительных мер, себестоимость которых в несколько раз превысит первоначальные затраты на устройство основания.

Сбор нагрузок

Проектирование основания начинают после того, как определены параметры устанавливаемого на него здания.

Для этого нужно сделать следующие операции:

1. вычертить в масштабе план дома с разметкой каждого простенка;
2. задать высоту цокольного возвышения, назначить используемые для него материалы;
3. определить виды и толщину материалов, используемых для теплоизоляции, гидроизоляции, ветровой защиты, отделки горизонтальных и вертикальных поверхностей внутри и снаружи помещений.

Найти в справочных таблицах удельный вес каждой составляющей. Пример такой таблицы:

В рассматриваемый пример расчета фундамента нужно выбрать:

• стены 1 этажа из газоблока толщиной 0, 4 м, высотой 3 м, периметром 28 м – 20160 кг;
• стены мансарды 1, 2 м высота, толщина 0,25 м, длина та же, бревенчатые – 5150 кг;
• перегородки каркасные, длиной 17 м при высоте 2,7 м, 16 м – 1,2 м, всего весят 19530 кг;
• перекрытие дощатое по деревянным балкам с плотностью утеплителя 200 кг/м³ — 14400 кг (полы 1 и 2 этажа), с коэффициентом 1,2 = 17280 кг;
• крыша из ондулина двускатная площадью 58 м² — 1740 кг, с коэфф. 1,1 = 1914 кг;
• полезная нагрузка составляет 200 кг/м², (коэффициент надежности 1,2) – 11520 кг.

Всего вес основных надземных конструкций получим 75554 кг.

Если частный дом не имеет малой площади основания при значительной высоте, то влиянием ветровой нагрузки именно на фундамент можно пренебречь.

Снеговую нагрузку лучше взять по максимальному значению для данной зоны (100 кг/м²). С коэффициентом надежности 1,4 на крышу придется 8120 кг.

Всего расчетный вес дома без фундамента составит 83674 кг

Для небольших частных зданий обычно пренебрегают разделением нагрузок и просто суммируют их без применения в расчете понижающих коэффициентов сочетания.

Высота фундамента

При назначении проектного задания необходимо определить значениями габаритов ленточного основания. Для определения нагрузки от фундамента нужно задать глубину его заложения.

Сезонные показатели приводятся на картах:

Для более подробного расчета это значение берут из таблицы:

Нормативное требование к расположению подошвы заглубленного основания на 0,2-0,3 м ниже отметки промерзания в данной климатической зоне.

Согласно СНиП 2.02.01-83 рекомендуется соблюдать такие отметки заложения при УГВ:

• ниже глубины промерзания для глины и суглинка отметку берут равной 0,5 ГП, для остальных типов грунта зависимости нет;
• выше ГП — не ниже ГП (кроме гравелистых, скалистых песков).

Для легких зданий (деревянных, пенобетонных, малых кирпичных) на слабопучинистых грунтах она составит 0,5 — 0,7 м. В проектном расчете применяют коэффициент 1,1. Соответственно, для строящегося в примере дома следует выбрать глубину 0,6 м и высоту цоколя 0,4 м.

Вес ленты

К рассчитанной нагрузке дома нужно добавить собственный вес опоры. Можно строить из фундаментных блоков и взять значения из таблицы:

При укладке ФБС 24.4.6 в 1 ряд до уровня земли вес без надстройки цоколя кирпичом составит 15167 кг. Цоколь из полнотелого кирпича 0,4 × 0,4 м будет весить 8064 кг. Всего вес такого фундамента будет 23231 кг при площади опоры 0,4 м × 28 м = 11,2 м². Теперь следует посчитать легкий наливной фундамент с уширением подошвы.

Для этого надо посчитать нагрузку от вертикального подъема стены, расширяющейся подошвы, и добавить вес грунта, который ляжет обратной засыпкой на поверхность расширения сверху.

Высота подземной части ленты из монолитного бетона составит 0,6 м, цоколя 0,4 м, толщина равна стене из блоков 0,4 м. Неармированный бетон имеет объемный вес 2400 кг/м³, коэффициент надежности по нагрузке = 1,1. Тогда нагрузка будет: 1 м × 0,4 м × 2400 кг/м³ × 1,1 = 1056 кг/м.

Ширину фундаментной подошвы надлежит взять 0,6 м. Если из нее вычесть учтенный ранее размер ленты 0,4 м, то можно получить суммарные выступы 0,2 м.

Вес армированного бетона подошвы при 0,3 м составляет 2500 кг/м³, в нашем случае получится 0,3 м × 0,6 м × 2500 кг/м³ × 1,1 = 495 кг/м.

Грунт для обратной засыпки с плотностью 1650 кг/м³, коэффициент 1,15. В результате получится 0,2м × 1650кг/м³ × 0,3 м × 1,15 = 113,85 кг/м.

Складываем полученные значения нагрузок 1664,85 кг/м или 46615,8 кг. Площадь подошвы для этого варианта 0,6 м × 28 м = 16,8 м²

Выполняем аналогичный расчет для бетонного монолита прямоугольной формы шириной 0,3 м (с западающим цоколем): 1 м × 0,3 м × 2400 кг/м³ × 1,1 = 792 кг/м. Масса всей ленты составит 22176 кг, площадь опоры – 8,4 м².

Несущая способность основы

Для проведения точного расчёта несущей способности залегающего на участке грунта потребуются его физико — механические характеристики, полученные в результате инженерно-геологических изысканий. Затраты на заказ ИГЭ отчёта в перспективе могут окупиться сторицей, если площадка располагается в сложных неблагоприятных условиях.

Упрощенно можно воспользоваться справочными таблицами, которые содержат приведенные значения этого показателя для типичных видов грунта, например, такой таблицей:

Важным условием является однородность подстилающего слоя без образования так называемых «линз». Для уточнения всех особенностей и нужны практические исследования геологии участка и выполнение камеральных расчетов на основании максимально точных данных.

Соотношение несущих показателей

Создавать выбранный вариант фундамента можно, если общая нагрузка от постройки будет меньше (в крайнем случае, равна) несущей способности грунта. Считаем полученные варианты ленточного основания:

1. Блоки ФБС 24.4.6 с кирпичным цоколем (83674 кг + 23231 кг)/11,2 м² = 9545 кг/м² или 1 кг/см².
2. Монолитный бетон с расширенной подошвой (83674 кг + 46615,8 кг)/16,8 м² = 7754 кг/м² или 0,8 кг/см².
3. Ленточный монолит шириной 0,3 м будет иметь такое значение: (83674 кг + 22176 кг)/8,4 м² = 12601 кг/м² или 1,3 кг/см².

Из сравнения видно, что с минимальными затратами построить здание весом 106 т можно на ленточном наливном фундаменте шириной 0,3 м.

Советы специалиста, как самостоятельно рассчитать опорную площадь фундаментов при строительстве собственного дома, представлены на этом видео:

Продвинутые строители всегда могут воспользоваться бесплатными программами для расчета, которые можно скачать (или работать онлайн) в Интернете.

Пример такой программы показан на фото:

Однако существуют сомнения в точности расчетов сложных случаев на этих калькуляторах, так как работа их формул наглядно не контролируется пользователем (применяемые округления и полнота расчета).

Уверенный результат получают по методикам, приведенным в строительных нормах и специальной справочной литературе. Программы — калькуляторы целесообразно применять для более простого подсчета нужного количества расходных материалов.

kakfundament.ru

Расчет на опрокидывание фундамента: устойчивость

Представить себе опрокинутый фундамент частного дома достаточно сложно. Естественной причиной, по которой возможно опрокидывание небольшого дома, является ветер огромной силы, способный за счет парусности строения опрокинуть его набок. Например, как одиноко стоящую сосну, у которой нет фундамента, но вместо него есть корни.

Рис. 1. Варианты возможных поворотов и смещений фундамента: а — осадка с поворотом, б — осадка с поворотом и смещением, в — сдвиг по подошве.

Какой расчет необходим для основания дома?

Исходя из прямого назначения, которое состоит в равномерной передаче нагрузки сооружения на грунт, необходимо выполнить расчет ширины его опорной части и ее прочность.

Для этого необходимо определить вес сооружения, включая и собственный вес основания.

В расчет на прочность фундамента должны войти и снеговые нагрузки, передающиеся на него от кровли в зимнее время, и вес всего, что будет смонтировано и внесено внутрь помещения (отопительная система, водоснабжение, канализация, мебель и т. п.).

Ветровые нагрузки на невысокое здание в расчет фундамента на прочность не включают. Эти нагрузки учитывают, когда выполняют расчет на прочность такого элемента кровли, как мауэрлат, с помощью которого через стены они передаются на основание дома.

На рис. 1 показаны варианты возможных поворотов и смещений фундамента: а) осадка с поворотом, б) осадка с поворотом и смещением, в) сдвиг по подошве.

Рис. 2. Неправильный расчет прочности фундамента может привести к опрокидыванию всего сооружения.

На мелкозаглубленное основание в зимний период действуют выталкивающие силы, возникающие в результате пучения грунта. Неравномерное распределение этих сил и может привести к потере устойчивости фундамента, показанное на изображении, особенно в том случае, если по каким-либо причинам на основание не было возведено строение. Чтобы в этом случае исключить потерю устойчивости, грунт необходимо защитить от промерзания.

Если произошла потеря устойчивости, когда строительство дома было закончено, следует искать ошибки при расчете требуемой прочности. Но это все же не должно было привести к опрокидыванию всего сооружения, как это показано на рис. 2. Изображен небольшой дом, опрокидывание которого произошло не потому, что не был выполнен соответствующий расчет фундамента. При определении размеров основания и его заглубления, не были учтены физические свойства грунта (на изображении видно, что это песчаный грунт).

Вернуться к оглавлению

Нужен ли расчет основания частного дома на устойчивость?

Фундамент, который под действием внешних сил не опрокинется, не сдвинется в горизонтальной плоскости вместе с грунтом, считают устойчивым. На устойчивость рассчитывают фундаменты таких ответственных элементов, как опоры мостов, заводских труб и т. п.

В отличие от заводских труб расчет фундамента частных домов на опрокидывание можно не выполнять. И причина в том, что эти дома имеют сравнительно небольшую высоту. Если у заводской трубы центр тяжести и равнодействующая силы ветра находятся на значительной высоте от фундамента, в результате чего может образоваться момент достаточный для нарушения устойчивости, то для низкого строения, расчет по этому фактору просто не нужен.

В частном секторе в настоящее время также появляются отдельные строения, которые требуют расчетов их оснований на такое воздействие. Например, ветровые генераторы. На рис. 3 представлен 1 из вариантов основания для такого генератора. Следует обратить внимание на глубину заложения основания. Она явно превышает глубину промерзания грунта. Остальные же размеры на изображении 3 могут служить только для ориентирования и могут отличаться от фактических размеров. Высота вышки — Н_В, для надежной работы генератора, зависит от местности, но в среднем ее можно считать равной 20 м.

Вернуться к оглавлению

Определение опрокидывающего момента

Рис. 3. Схема основания ветрового генератора.

На рис. 4 приведена расчетная схема с указанием сил, действующих на фундамент. Основным фактором, создающим опрокидывание, является момент M_U, а основным препятствием этому является сила F_U. Именно эта составляющая препятствует потере устойчивости.

Равномерно распределенная нагрузка Р представляет собой реакцию грунта на действие силы F_U. Сила Q_r оказывает влияние на сдвиг в горизонтальной плоскости. При расчете на сдвиг большое значение имеет коэффициент трения кладки по грунту. Для расчета на опрокидывание эту силу не учитывают

Для определения опрокидывающего момента M_U необходимо знать скорость ветра и площадь сооружения, на которую он воздействует (парусность). Чтобы обеспечить работу ветрового генератора, необходима минимальная скорость, равная примерно 6-8 м/с. Однако, необходимо учесть, что скорости ветра могут быть значительно больше, поэтому следует рассчитывать на максимально возможную в данном районе скорость. Например, при скорости ветра 10 м/с давление составляет 60 Н/м², а при скорости 50 м/с это давление составит 1500 Н/м². В таблице № 1 приведены значения, по которым, зная максимальные скорости ветра, можно определить его давление.

Таблица № 1.

Зная скорость ветра V и площадь лопастей S_Л, по таблице 1 определяем соответствующее давление и по этой площади вычисляем силу Р_Л, приложенную к краю вышки, то есть на расстоянии Н_В от поверхности земли. С учетом глубины h, на которой расположена подошва основания, плечо составит:

Н= Н_В+h

Ветер будет действовать и на вышку по всей ее длине. Для определения площади, вначале определим среднее значение ширины вышки, L_СР

Рис. 4. Схема сил, действующих на фундамент.

L_СР= (L_В+L_Н)/2, где

L_В-ширина вышки в верхней ее части;
L_Н — ширина вышки у основания.

Определим площадь вышки, нормальную к направлению ветра:

S_В= Н_В× L_СР,

и теперь определим общую нагрузку Р_В как произведение площади S_В на значение давления из таблицы 1. Эта сила будет приложена посредине высоты вышки.

Теперь можно определить опрокидывающий момент.

М_U= Р_Л×H+ Р_В×( Н_В/2+h)

Вернуться к оглавлению

Определение противодействующего момента

Для определения этого момента необходимо знать вес вышки со всеми устройствами, вес фундамента и вес грунта на нем. Анализируя рис. 4 можно сделать вывод, что противодействовать будет и грунт, расположенный по бокам по направлению действия опрокидывающего момента. Это действительно так, но только после того, как грунт станет достаточно плотным. А для этого потребуется определенное время. Поэтому в процессе строительства этот противодействующий фактор учитывать нельзя.

Как видно на рис. 4, расстояние от силы F_U до точки О (проекция опорного ребра) равно а. Следовательно, условие устойчивости основания ветрового генератора будет:

М_U≤ k×a×F_U,

где k >1- коэффициент надежности.

Как предупреждение следует указать, что приведенный расчет не учитывает многих факторов, которые обязательно учитывают при строительстве высотных зданий, заводских труб, железнодорожных и автомобильных мостов. Поэтому имеет смысл привлечь специалиста даже для установки такого, на первый взгляд, не сложного сооружения, как вышка.

moifundament.ru