11. Общие принципы расчета фундаментов мелкого заложения.

При проектировании фундаментов мелкого заложения под стены здания осуществляют сбор нагрузок в уровне верхнего обреза фундамента.

Определение площади подошвы фундамента ведется из условий, что давление под подошвой не должно превышать расчетного сопротивления грунта, где –расчетная нагрузка с коэффициентом перегрузки =1. Если выполняется указанное условие, то работа основания весьма надежна и имеются значительные запасы по прочности. В отличии от ленточных фундаментов под стены на фундамент под колонны действуют вертикальные, горизонтальные нагрузки, изгибающий момент. Подбор площади подошвы фундамента ведется из условия ограничения краевых давлений под подошвой фундамента.

Краевые давления определяются по формуле: ,где и

Должно выполняться следующее условие: P_max < 1,2R и P_min > 0. При проектировании принимают фундаменты с соотношением сторон l/b=1,1-1,3. Расчет ведется методом последовательного приближения. В большинстве случаев при расчете фундаментов мелкого заложения ограничиваются определением осадок, т.е. расчет ведется по второй группе предельных состояний- по деформациям. В этом случае давление под подошвой ограничивается расчетным сопротивлением грунта. В четырех других случаях необходимо выполнить расчет по первой группе предельных состояний- по несущей способности: 1)основание сложено слабыми глинистыми водонасыщенными грунтами, с углом внутреннего трения <10 градусов, удельным сцеплением < 10кПа, модулем деформации <7 МПа; 2) основание сложено скальными грунтами, деформации отсутствуют и разрушение происходит за счет потери прочности; 3) когда на фундамент действуют значительные горизонтальные нагрузки с соотношением Q/N>0,3; 4) здание располагается вблизи откосов или выемок грунта и следует проверить устойчивость массива.

17. Фундаменты под машины. Виды фундаментов и общие принципы расчета.

При устройстве фундаментов под машины и оборудование в промышленных зданиях в соответствии с СН "Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования" необходимо учитывать кроме статических динамические нагрузки, которые вызывают колебания конструкций зданий. Фундаменты под машины должны быть прочными, устойчивыми, недопустимы осадки, деформации и вибрация. Различают два вида фундаментов под машины: массивные и рамные. Массивные фундаменты сооружают из монолитного бетона или железобетона или из плит с отверстиями для крепления машин. Рамные фундаменты устраивают для машин с большим числом оборотов.

Основные требования к таким фундаментам:

• Фундаменты должны обеспечить стабильную работу машины, механизма, расположенного на них.

• Динамические воздействия от машин не должны угрожающе влиять на фундаменты зданий, сооружений.

По динамическому воздействию машин и механизмов их можно разделить на следующие виды:

1. Машины и механизмы с уравновешивающим воздействием (обычно вращательного типа: электромоторы, 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).

3. Ударного действия (молоты, быстродействующие прессы, копры и т.д.).

4. Прочие (станы, станки и т.д.).

Фундаменты проектируются из условия ограничения амплитуды (А) колебания системы машина+фундамент:

А А_доп,

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

В первом приближении, при условии совмещения центра тяжести фундамента и машины, данную систему можно принять за одну материальную точку. Тогда, в плоской постановке, данная система будет иметь 3 вида колебаний: вертикальное, горизонтальное и вращательное.

Рассмотрим данные условия.

1. Если определяющими являются вертикальные колебания, то дифференциальное уравнение колебаний может быть записано следующим образом (см. схему):

Расчётная схема системы (фундамент и машина) при вертикальных возмущающих колебаниях.

При решении данного уравнения получим амплитуду вертикальных (А_z) 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, определяется испытаниями [т/м³] (в первом приближении может быть определён по табл. СНиП);

• m – масса фундамента и машины;

• w - угловая скорость (частота колебаний) [рад./сек];

• F – площадь фундамента.

2. При горизонтальной возмущающейся силе (в случае распластанного фундамента, L/h > 3) получим решение дифференциального уравнения с определением амплитуды горизонтальных (А_x) колебаний в следующем виде (см. схему):

Расчётная схема системы (фундамент и машина) при горизонтальных возмущающих колебаниях.

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

• С_x = 0,7 С_z – коэффициент упругого равномерного сдвига;

• Р_x – горизонтальная составляющая возмущающих сил.

2. При горизонтальной возмущающейся силе (в случае высокого фундамента L/h < 2) получим решение дифференциального уравнения с определением амплитуды вращательных (А_j) колебаний в следующем виде (см. схему):

,

где K_j - коэффициент жёсткости основания при упругом повороте; I – момент инерции подошвы фундамента; Q – момент инерции массы фундамента и машины; С_j – коэффициент упругого поворота фундамента; М – возмущающий момент относительно центра тяжести подошвы фундамента и машины.; А_z, А_x, А_j - амплитуды, соответственно вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний (поворота).

Расчётная схема системы (фундамент и машина) при вращательных возмущающих колебаниях. Если по результатам расчётов, вычисленные значения амплитуд (А_z, А_x, А_j) колебаний фундамента и машины окажутся выше предельно допустимых значений (А_доп), то необходимо выполнить перерасчёт данной конструкции. Обычно поступают следующим образом:

1. Задаются предельно допустимой величиной амплитуды колебаний (А_доп), в зависимости от вида машины, грунтовых условий и условий эксплуатации.

2. По заданной величине амплитуды находят необходимую массу машины и фундамента, на котором она располагается.

3. По вычисленной величине массы фундамента находят его размеры.

16