11. Особенности проектирования фундаментов под оборудование

Основные требования к фундаментам:

1. удобство размещения, возможности сборки и надежного крепления на нем машины; выполнение требования обеспечивается на заводе-изготовителе;

2. прочность, устойчивость и выносливость всех его элементов; требование выполняется при проектировании фундамента путем расчета всех его железобетонных элементов;

3. исключение недопустимых осадок и деформаций, нарушающих нормальную эксплуатацию машины; должно быть удовлетворено в соответствия со СНиПом;

4. исключение недопустимых вибраций, мешающих работе машины и обслуживающего персонала, и других помех. Выполнение четвертого требования обеспечивается расчетом фундамента на динамические воздействия, развивающиеся при работе машины.

5. уменьшение колебаний, передаваемых на грунты основания, если они могут отразиться на условиях нормальной эксплуатации здания, в котором размещена машина, и соседних зданий и сооружений. Пятое требование обычно рассматривается либо при недопустимости передачи даже сравнительно небольших колебаний на конструкции сооружений, либо при проектировании фундаментов, передающих большие динамические нагрузки.

Воздействие машин и механизмов можно разделить на следующие виды:

1. Машины и механизмы с уравновешивающим воздействием. (Обычно вращательного типа: эл. моторы, центробежные насосы и т. п. – динамические воздействия возникают в пусковой период или из-за износа отдельных частей).

2. Машины и механизмы с не уравновешивающим воздействием. (Поступательно-вращательное движение – поршневые насосы, пилорамы, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания). Наиболее опасно – совпадение частот колебаний с собственными частотами сооружений (резонансные явления) допустимая амплитуда А=0,1-0,3мм.

3. Ударного действия. (Молоты, быстродействующие прессы, копры и т. д., допустимая амплитуда А=1,2-1,3мм).

4. Прочие. (Станы, станки и т. д.).

Существует несколько способов уменьшения динамических воздействий на сооружение. Во-первых, можно провести ряд мероприятий по демпфированию (гашению) колебаний на самом источнике колебаний путем улучшения конструкции подвески, применения специальных конструктивных виброгасителей и виброопор, уменьшения неуравновешенных масс в конструкции самого механизма, устройства виброизоляции фундамента. Во-вторых, можно выполнить некоторые мероприятия в грунтах, по которым распространяются колебания. Например, осушить территорию, устроить специальные экраны в виде траншей, заполненных шлаком или другим подобным материалом. В-третьих, возможно применение мер непосредственно к сооружению, Так, устраивают свайные фундаменты, которые менее восприимчивы к колебаниям.

Фундаменты проектируются из условия ограничения амплитуды колебаний системы: машина + фундамент. А  А_доп

А_доп = 0,1…0,3 мм – предельно допустимые амплитуды колебаний, назначаются в зависимости от вида машины, её обслуживания, возможности без опасной работы человека.

В первом приближении, при условии совмещения ц.т. фундамента и машины, данную систему можно принять за 1 материальную точку. Тогда, в плоской постановке данная система будет иметь 3 вида колебаний:

- вертикальное; горизонтальное и вращательное.

а ). Если определяющими являются вертикальные колебания, то дифференциальное уравнение колебаний может быть записано следующим образом:

При решении данного уравнения получим амплитуду вертикальных колебаний

где Р_z – вертикальная составляющая возмущающих сил;

К_z – коэффициент жёсткости основания при упругом равномерном сжатии [т/м]; К_z = С_z x F

C_z – коэффициент упругого равномерного сжатия [т/м³] (табл. СНиП);

m – масса фундамента и машины;

 - угловая скорость (частота) [рад./сек].

б). При горизонтальной возмущающейся силе (в случае распластанного фундамента, L/h > 3), будем иметь:

К_x = C_x x F - коэффициент жёсткости основания при сдвиге фундамента по подошве;

С_x = 0,7 С_z – коэффициент упругого равномерного сдвига.

в). При горизонтальной возмущающейся силе (в случае высокого фундамента L/h < 2), будем иметь:

K_ - коэф. жёсткости основания при упругом повороте; I – момент инерции подошвы фундамента; Q – момент инерции массы фундамента и машины; М – возмущающий момент относительно ц.т.; А_z, А_x, А_ - амплитуды, соответственно вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний (поворота).