|
POLSKA NORMA |
PN-80/B-03040 |
|
Fundamenty i konstrukcje wsporcze pod maszyny |
Zamiast PN-67/B-03040 |
|
Obliczenia i projektowanie |
Grupa katalogowa 0702 |
Machine foundations and supporting structures Calculation and design |
Constructions de fondement et du support pour les machines Principes de calcul |
Фундаменты и поддеривающие констркции под машыны Расчет и пектирование |
UKD 62.218:624.04
Zgłoszona przez Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Budownictwa Ogólnego
Ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości dnia 27 czerwca 1980 r. jako norma obowiązująca od dnia 1 marca 1981 r. (Dz. Norm. i Miar nr 15/1980 poz. 60)
SPIS TREŚCI
1. WSTĘP
1.1. Przedmiot normy.
Przedmiotem normy są wymagania dotyczące obliczania i projektowania fundamentów i konstrukcji wsporczych pod maszyny.
1.2. Zakres stosowania normy.
Normę stosuje się przy projektowaniu fundamentów pod maszyny, posadowionych bezpośrednio na gruncie lub na palach, przy projektowaniu stropów i wolnostojących pomostów obciążonych maszynami oraz przy projektowaniu wibroizolacji maszyn i ich fundamentów, a także wibroizolacji urządzeń wrażliwych na drgania.
Norma nie obejmuje wymagań dotyczących obliczania i projektowania budynków na obciążenia dynamiczne przekazywane na nie bezpośrednio lub przez podłoże gruntowe.
Norma nie obejmuje specjalnych przypadków obciążeń dynamicznych, zdarzających się w budownictwie, jak np. wpływ drgań na budowle od wbijanych w sąsiedztwie pali, wpływ wybuchów, a także specjalnych przypadków posadowienia fundamentów pod maszyny, jak np. w warunkach szkód górniczych.
Norma podaje ustalenia w zakresie potrzebnym do określenia sztywności podłoża.
Norma podaje wielkości obciążeń dynamicznych, które można przyjmować do obliczeń, jeżeli brak jest ściślejszych danych charakteryzujących maszynę. Przy korzystaniu z normy należy uwzględniać wymagania norm związanych w zakresie ustaleń i wytycznych powołanych w niniejszej normie.
Norma zakłada, że fundament lub konstrukcja wsporcza są projektowane na stany eksploatacyjne maszyn w zakresie stanu granicznego użytkowania oraz na stany przedremontowe (awaryjne) w zakresie stanu granicznego nośności.
1.3. Określenia
1.3.1. obciążenie dynamiczne (siły wzbudzające)
— obciążenie zmienne w zakresie miejsca lub czasu, powstające podczas pracy maszyny, pochodzące od niezrównoważonych sił bezwładności poruszających się elementów maszyny, przekazywane na fundament.
1.3.2. obciążenie dynamiczne charakterystyczne
— siły wzbudzające wytwarzane przez maszynę w stanie jej normalnej eksploatacji, przyjmowane do sprawdzania stanu granicznego amplitud drgań.
1.3.3. obciążenie dynamiczne obliczeniowe
— siły wzbudzające, zwiększone na skutek pogarszania stanu maszyny, a otrzymywane przez pomnożenie obciążeń dynamicznych charakterystycznych przez współczynnik obciążenia, przyjmowane do sprawdzania stanów granicznych nośności konstrukcji.
1.3.4. współczynnik dynamiczny
— wielkość wyrażająca stosunek amplitudy drgań wymuszonych elementu do ugięcia tegoż elementu od statycznego działania amplitudy siły wzbudzającej.
1.3.5. wytrzymałość zmęczeniowa
— (granica zmęczenia) materiału konstrukcji — wytrzymałość obliczeniowa pomnożona przez współczynniki zmniejszające uwzględniające obniżenie wytrzymałości materiału na skutek działania obciążeń wielokrotnie zmiennych.
1.3.6. dynamiczne współczynniki podłoża gruntowego Cz, Cx, Cφ, Cψ
— współczynniki charakteryzujące uogólnione cechy sprężyste gruntu i łączące naprężenia w gruncie z wywołanymi przez nie odkształceniami sprężystymi przy obciążeniach dynamicznych.
1.3.7. dynamiczna sztywność podłoża Kz, Kx, Kφ, Kψ
— wielkość wyrażająca wartość sił lub momentów potrzebnych do odpowiedniego odkształcenia podłoża pod całym fundamentem o jednostkę przy obciążeniu dynamicznym.
1.3.8. dopuszczalne amplitudy drgań wymuszonych Adop
— wartości graniczne amplitud drgań, określone zgodnie z niniejszą normą, uwzględniające zarówno wymagania dotyczące samej maszyny jak również wymagania dotyczące ochrony otoczenia maszyny przed wpływem nadmiernych drgań.
1.3.9. krytyczne przyśpieszenie drgań gruntu
— przyspieszenie drgań piaszczystego podłoża gruntowego obciążonego statycznie ciężarem fundamentu, przy którym zaczyna się proces zagęszczenia (zmniejszenia porowatości). Jest ono określane doświadczalnie.
1.3.10. sztywność, elementu konstrukcji K
— wielkość wyrażająca siłę potrzebną do odkształcenia (ugięcia) konstrukcji o jednostkę.
1.3.11. środek sztywności wibroizolatorów
— miejsce określone współrzędnymi
w których:
K'z — sztywność pionowa pojedynczego wibroizolatora,
xki, yki — współrzędne w planie wibroizolatora i.
1.4. Założenia do projektu fundamentów pod maszyny.
Założenia do wykonania projektu fundamentu pod maszynę powinny zawierać:
a) techniczną charakterystykę maszyny, na która składają się m.in.: nazwa, typ, producent, moc, liczba obrotów lub uderzeń na minutę, masa oraz dane konieczne do określenia obciążeń dynamicznych,
b) rysunki dyspozycyjne fundamentu z zaznaczeniem wielkości, kierunku działania i miejsc przyłożenia obciążeń statycznych i dynamicznych (w tym sił działających na śruby kotwiące); na rysunkach tych powinny być również podane wymagania dotyczące elementów stalowych, które należy obsadzić w betonie dla potrzeb montażu i eksploatacji maszyny,
c) rysunki fundamentów, kanałów i obiektów przylegających do fundamentu,
d) ewentualne wymagania dotyczące amplitud drgań wymuszonych, sztywności i odkształcalności fundamentu.
Dodatkowe dane do założeń. Założenia technologiczne wymienione wyżej powinny być uzupełnione przez
e) dane geotechniczne o warunkach gruntowych i wodnych w podłożu fundamentu zgodnie z PN-81/B-03020,
f) dane o budynku, w którym maszyna ma być usytuowana, a w szczególności o wrażliwości otoczenia maszyny na wpływ drgań, (por. Załącznik 2),
g) dane o wrażliwości na drgania dalszego otoczenia maszyny, jeżeli zachodzi obawa szkodliwego wpływu na większą odległość (np. fundamenty pod młoty), a zakład przemysłowy jest zlokalizowany na terenach zawierających obiekty wrażliwe na drgania (np. budynki mieszkalne lub użyteczności publicznej),
h) inne dane mogące mieć wpływ na projektowanie lub wykonanie fundamentu.
2. DYNAMICZNE WŁAŚCIWOŚCI PODŁOŻA GRUNTOWEGO
2.1. Właściwości sprężyste podłoża gruntowego
2.1.1. Grunty w stanie naturalnego zalegania
2.1.1.1. Dynamiczne współczynniki podłoża.
Sprężyste właściwości podłoża gruntowego są określane za pomocą dynamicznych współczynników podłoża Cz, Cφ, Cx, Cψ (wg 1.3.6).
Jeżeli wartości tych współczynników nie zostały określone na podstawie specjalnych badań, to należy je obliczać w MPa/m wg wzorów (1), (2), (3) i (4).
Współczynnik sprężystego równomiernego pionowego ugięcia Cz
(1)
Współczynnik sprężystego nierównomiernego pionowego ugięcia Cφ
(2)
Współczynnik sprężystego równomiernego poziomego przesuwu Cx
Cx = 0,70Cz
(3)
Współczynnik sprężystego nierównomiernego poziomego przesuwu Cψ
Cψ = 1,1Cz
(4)
w których:
C0 — wartość przyjmowana z tabl. 1, MPa/m,
p — statyczny nacisk fundamentu na grunt od obciążeń charakterystycznych, na które składają się ciężar własny fundamentu, ciężar własny maszyn i urządzeń spoczywających stale na fundamencie oraz ciężar gruntu znajdującego się na obrzeżach fundamentu, MPa,
∆ — współczynnik korekcyjny, ∆ = 1 m-1
F = a x b — pole podstawy fundamentu, m2, gdzie b jest wymiarem boku podstawy prostopadłego do rozpatrywanej płaszczyzny drgań, przy czym F ≤ 50 m2
W wyjątkowych przypadkach, gdy podstawa fundamentu nie jest prostokątna, należy w obliczeniach przyjąć zastępczy prostokąt, o tym samym polu i tej samej długości fundamentu.
Dla fundamentów o polu podstawy F > 50 m2 wartości współczynników Cz należy przyjmować z tabl. 1 i stosować zależności:
Dla fundamentów pod młoty oraz pod precyzyjne obrabiarki należące do I kategorii dynamicznej wartości współczynników Cz należy zwiększyć trzykrotnie.
2.1.1.2. Zasady posadowienia fundamentów pod maszyny na gruntach w stanie naturalnego zalegania.
Fundamenty pod maszyny powinny być posadowione na podłożu gruntowym, zbadanym zgodnie z wymaganiami geotechniki zawartymi w PN-81/B-03020, w zakresie zależnym od wielkości i rodzaju maszyny i fundamentu.
Tablica 1. Dynamiczne współczynniki podłoża dla gruntów w stanie naturalnego zalegania
Kategoria gruntu |
Charakterystyka podłoża |
Nazwa i charakterystyka gruntu wg PN-86/B-02480 |
C0 przy nacisku na grunt p = 0,02 MPa (fundamenty o polu podstawy F ≤ 50 m2) |
Cx (fundamenty o polu podstawy F > 50 m2) |
|
|
|
MPa/m |
MPa/m |
I |
bardzo malej sztywności |
piaski gliniaste, pyły, gliny i iły w stanie plastycznym (IL = 0,4÷0,5) |
6 |
20 |
II |
małej sztywności |
piaski gliniaste, pyły, gliny i iły plastyczne (IL = 0,25÷0,40) |
8÷10 |
35 |
|
|
piaski pylaste, nawodnione (wskaźnik porowatości e > 0,80) |
12 |
40 |
III |
średniej sztywności |
piaski gliniaste, pyły, gliny i iły twardoplastyczne (IL = 0÷0,25) |
16÷20 |
50 |
|
|
piaski pylaste średniozagęszczone i zagęszczone (e ≤ 0,80) |
14 |
45 |
|
|
piaski drobne, średnie i grube niezależnie od ich wilgotności i zagęszczenia |
18 |
50 |
IV |
dużej sztywności |
gliny piaszczyste, gliny i iły półzwarte i zwarte (IL < 0) |
22÷30 |
55÷70 |
|
|
żwiry i rumosze |
26 |
60 |
Zazwyczaj wystarczające są badania przeprowadzone dla budynku, w którym usytuowane będą fundamenty maszyn. Jedynie dla fundamentów pod duże turbozespoły i pod ciężkie mioty konieczne jest przeprowadzenie osobnych badań — wg 2.1.1.4.
Nie należy posadawiać fundamentów pod turbozespoły, młoty i maszyny wrażliwe na nierównomierne osiadanie fundamentu bezpośrednio na nawodnionych luźnych piaskach, ze względu na możliwość powstawania znacznych osiadań.
W przypadku posadowiania fundamentów na podłożu zbudowanym z luźnych piasków, a szczególnie piasków nawodnionych, należy zachować ostrożność, rozpatrując ewentualne możliwości zagęszczenia podłoża np. przez powierzchniowe zagęszczenie dna wykopu lub stosowanie pali piaskowych czy żwirowych.
Jeżeli podłoże gruntowe składa się z warstw gruntu o różnych właściwościach, a grubość warstwy, na której ma być posadowiony fundament jest mniejsza niż 2,0 m, to współczynniki podłoża należy przyjmować wg tabl. 1 odpowiednio korygując ich wartości, w zależności od sztywności warstw gruntu zalegających do głębokości równej 2,0 m poniżej poziomu posadowienia fundamentu.
2.1.1.3. Słabe grunty nie nadające się do bezpośredniego posadowienia fundamentów pod maszyny.
Należą do nich:
— silnie zwietrzałe grunty skaliste o module podatności Es mniejszym niż 15 MPa i skaliste nieodporne na działanie wody,
— luźne piaski, dla których wielkość krytycznego przyspieszenia — wg 1.3.9 przy statycznym obciążeniu eksploatacyjnym jest mniejsza niż 1 m/s2,
— grunty spoiste o wskaźniku porowatości:
dla piasków gliniastych e > 0,7,
dla glin, e > 1,0,
dla iłów e > 1,1,
— grunty spoiste w stanie płynnym (JL > 0,50),
— miękkoplastyczne gliny i iły o module podatności Es mniejszym od 15 MPa,
— namuły i torfy.
Przy występowaniu wyżej wymienionych gruntów należy rozpatrzyć wzmocnienie podłoża wg 2.1.3 lub wymianę gruntu.
2.1.1.4. Badania gruntów dla fundamentów pod turbozespoły o mocy W ≥ 100 MW oraz pod ciężkie młoty o energii uderzenia U ≥ 200 kJ.
Do opracowania technicznego projektu fundamentu pod ciężki młot lub turbozespół dużej mocy badania gruntu, na którym ma być posadowiony fundament powinny spełniać następujące wymagania:
a) głębokość rozpoznania podłoża gruntowego powinna wynosić nie mniej niż:
— 20 m poniżej rzędnej posadowienia płyty dolnej fundamentu dla gruntów nieskalistych wg PN-86/B-02480
— 30 m, jeżeli poniżej głębokości 20 m od rzędnej posadowienia płyty dolnej fundamentu zalegają grunty bardziej ściśliwe niż zalegające wyżej;
przy występowaniu w podłożu niezwietrzałych skał na głębokości nie większej niż 25 m od rzędnej posadowienia płyty dolnej, otwory badawcze należy zagłębić w skale co najmniej 2,0 m,
b) otwory badawcze powinny być rozmieszczane po obwodzie płyty dolnej i na osi podłużnej maszyny w liczbie:
— dla turbozespołu o mocy 100-300 MW ÷ 2-4 sztuk,
— dla turbozespołu o mocy 300-500 MW ÷ 4-8 sztuk,
— dla turbozespołu o mocy powyżej 500 MW ÷ 8-10 sztuk,
— dla młotów o energii uderzenia U ≥ 200 kJ - 3 ÷ 5 sztuk;
c) badania gruntu powinny być przeprowadzone w pełnym zakresie wg wymagań geotechniki, ze szczególnym uwzględnieniem badania czynników mających wpływ na ściśliwość i odkształcalność pod wpływem obciążeń eksploatacyjnych; badania te i ocena stanu podłoża gruntowego powinny uwzględniać stany i wahania wszystkich poziomów wód gruntowych w czasie budowy i w czasie eksploatacji.
Dla fundamentów pod turbozespoły dodatkowo, w miarę możliwości, zaleca się dla wszystkich gruntów niespoistych zalegających do co najmniej 5,0 m poniżej podeszwy płyty dolnej fundamentu, z wyjątkiem zagęszczonych żwirów pospółek, piasków grubych i średnich, określać doświadczalnie krytyczne przyspieszenie drgań, przy następujących parametrach odpowiadających pracy turbozespołu:
— częstości drgań wzbudzających — 20 ÷ 50; 100 Hz,
— amplitudy drgań, — 5 ÷ 10 µm,
— statyczny nacisk na grunt — 0,15; 0,20 MPa.
2.1.2. Grunty nasypowe
2.1.2.1. Posadowienie fundamentów pod maszyny na gruntach nasypowych
jest dopuszczalne, jeżeli nasypy nie zawierają humusu, śmieci pochodzenia organicznego i innych domieszek wywołujących znaczne osiadanie.
Nasypowe podłoże gruntowe powinno być starannie zagęszczone zgodnie z PN-68/B-06050 i spełniać wymagania wg tabl. 2.
2.1.2.2. Posadowienie fundamentów maszyn nieudarowych o mocy mniejszej od 500 kW,
o średnim nacisku na grunt mniejszym od 0,07 MPa jest dopuszczalne na gruntach nasypowych bez sztucznego zagęszczenia, jeżeli wiek nasypu z gruntów piaszczystych wynosi nie mniej niż 2 lata, a nasypu z gruntów spoistych nie mniej niż 5 lat.
2.1.2.3. Dynamiczne współczynniki podłoża C dla gruntów nasypowych
określać należy wg 2.1.1.1, przy czym wartości C0 podane w tabl. 1 należy mnożyć w przypadku nasypu z gruntów spoistych przez współczynnik 0,9.
2.1.2.4. Ograniczenie posadowienia fundamentów pod maszyny na gruntach nasypowych.
a)Nie należy posadawiać bezpośrednio fundamentów na następujących rodzajach nasypów:
— nasypy zawierające znaczne (J0M > 2%) ilości torfu, trocin, wiórów śmieci lub innych domieszek, stwarzających podatną na osiadanie strukturę gruntu,
— nasypy zawierające płynne lub miękkoplastyczne grunty spoiste,
— nasypy, których wiek nie przekracza minimum podanego w tabl. 2.
Tablica 2. Charakterystyka podłoża z gruntów nasypowych
Lp. |
Rodzaj nasypu |
Grunt tworzący nasyp |
Minimalny wiek nasypu lat |
Graniczne obliczeniowe obciążenie jednostkowe gruntu nasypowego MPa |
1 |
Nasypy powstałe w wyniku wcześniejszego plantowaniu terenu |
Żwir, tłuczeń ceglany lub kamienny, rumosz skalny, piaski grube i średnie |
bez ograniczeń |
0,10 |
|
|
Piaski drobne, gruz budowlany bez domieszek organicznych |
1 |
0,08 |
|
|
Piaski pylaste |
3 |
0,05 |
|
|
Grunty spoiste |
5 |
|
|
Specjalnie wykonywane poduszki nasypowe pod fundamenty |
Żwir, tłuczeń lub rumosz skalny, piaski grube i średnie |
bez ograniczeń |
0,20 |
|
|
Piaski drobne |
|
0,15 |
|
|
Grunty spoiste |
|
0,10 |
Podane wartości obliczeniowych obciążeń gruntu dotyczą przypadku posadowienia fundamentu na głębokości do 1,0. m. Przy większej głębokości posadowienia można je zwiększyć o 0,02 MPa na każdy następny 1 metr zagłębienia. |
||||
Podane w tabl. 2 wartości obliczeniowego obciążenia gruntu uwzględniają wpływ dynamiczny; w związku z tym nie wymagają stosowania współczynników wg 2.3 tabl. 5. |
||||
b)Nie należy posadawiać na gruntach nasypowych:
— fundamentów pod młoty i inne maszyny o działaniu udarowym,
— fundamentów wysokich wg 5.1.1, w szczególności zaś fundamentów ramowych pod maszyny o dużym znaczeniu gospodarczym, jak np. turbozespoły energetyczne.
Ograniczenie wg poz. b) nie dotyczy specjalnie wykonanych poduszek nasypowych z piasków i żwirów zagęszczonych mechanicznie (pod nadzorem geotechnicznym), o zbadanym stopniu zagęszczenia ID ≥ 0,55 lub wskaźniku zagęszczenia Is ≥ 0,97.
2.1.3. Posadowienie na palach
2.1.3.1. Stosowanie pali do posadowienia fundamentów pod maszyny
powinno być ograniczone do następujących przypadków:
a)występowania gruntów nasypowych nie spełniających warunków wg 2.1.2,
b)występowania gruntów naturalnych wymienionych w 2.1.1.3.
Poza tym stosowanie pali może mieć miejsce, w przypadku gdy ze względu na grubość warstwy słabych gruntów i wielkość oraz znaczenie maszyny nie wchodzi w rachubę wymiana gruntu określonego w 2.1.1.3.
Falowanie może być stosowane również wtedy, gdy dzięki temu osiągnięte zostanie zmniejszenie amplitud drgań wymuszonych fundamentu nieosiągalne przy posadowieniu bezpośrednim lub gdy dzięki niemu ograniczone zostaną ostateczne (plastyczne) osiadania fundamentu wywołane działaniem obciążeń dynamicznych. W tym przypadku należy stosować pale wbijane.
2.1.3.2. Właściwości sprężyste podłoża palowego
określa współczynnik sprężystego oporu C'.
Dla pala zawieszonego współczynnik C' określa się w MN/m wg wzoru
(5)
w którym:
µ — współczynnik zależny od rodzaju gruntu i materiału pala przyjmowany wg tabl. 3, MPa/m,
u — obwód przekroju poprzecznego, m,
l — długość pala, m.
Tablica 3. Wartości współczynnika µ dla pali wbijanych
Rodzaj gruntu |
Współczynnik µ, MPa/m |
|
|
pale drewniane |
pale żelbetowe |
Plastyczne grunty spoiste (IL > 0,30) |
7,5 |
15 |
Nawodnione piaski drobne i pylaste |
10 |
20 |
Piaski (z wyjątkiem nawodnionych drobnych i pylastych), półzwarte i zwarte grunty spoiste, grunty lessowe o naturalnej wilgotności |
25 |
50 |
Rozstaw osiowy pali (o średnicy do 0,55 m) pod fundamentem powinien wynosić 4,5 ÷ 5 średnic pala.
2.1.3.3. Współczynnik sprężystego oporu C' dla pali słupowych
określa się uwzględniając sprężystość podłoża, na którym opierają się pale oraz sprężystość samych pali.
2.1.3.4. Nośność pali obciążonych dynamicznie
należy określać wg PN-83/B-02482.
2.1.3.5. Podłoże fundamentów pod maszyny posadowionych na palach wielkośrednicowych
należy traktować jako nieodkształcalne.
2.1.4. Wzmocnienie podłoża gruntowego.
W przypadku występowania w podłożu gruntowym luźnych piasków, zaleca się stosowanie zagęszczających pali piaskowych lub innych metod wzmacniania gruntu. Rozstaw i długość pali piaskowych należy ustalać w zależności od stanu podłoża tak, aby po ich wykonaniu uzyskać minimalne średnie zagęszczenie podłoża potwierdzone badaniem
ID ≥ 0,55.
2.1.5. Ochrona podłoża gruntowego.
W przypadku budowy fundamentów pod turbozespoły o mocy powyżej 100 MW i inne maszyny klasy I (tabl. 10) na nawodnionych piaskach, należy zapobiegać możliwości wywołania ruchu wód podziemnych, mogącego prowadzić do powstania nierównomiernych osiadań lub odkształceń konstrukcji na skutek zmiany stanu zagęszczenia gruntu.
2.1.6. Sztywność podłoża K potrzebna do obliczania częstości drgań własnych i amplitud drgań wymuszonych
fundamentu na podłożu gruntowym należy obliczać wg wzorów (6)-(17) podanych w tabl. 4.
Tablica 4. Sztywność podłoża gruntowego
Rodzaj sprężystego odkształcenia podłoża |
Sztywność podłoża gruntowego |
|
|
Posadowienie bezpośrednie |
Posadowienie na palach |
Ugięcie pionowe podstawy fundamentu (przy równomiernym nacisku) |
|
|
Obrót podstawy fundamentu względem osi poziomej prostopadłej do płaszczyzny drgań (przy nierównomiernym nacisku pionowym) |
Drgania w płaszczyźnie xz |
|
|
|
|
|
Drgania w płaszczyźnie yz |
|
|
|
|
Przesuw poziomy fundamentu w kierunku osi x lub y (równomierny) |
|
dla pali drewnianych |
|
|
|
|
|
dla pali żelbetowych |
|
|
|
Obrót podstawy fundamentu względem osi pionowej (przy nierównomiernym nacisku poziomym) |
|
dla pali drewnianych |
|
|
|
|
|
dla pali żelbetowych |
|
|
|
F — pole podstawy fundamentu, m2, |
||
Ix, Iy — osiowe momenty bezwładności podstawy fundamentu względem osi przechodzących przez jej środek ciężkości, m4, |
||
I2 = Ix + Iy — biegunowy moment bezwładności podstawy fundamentu, m4, |
||
n — liczba pali, |
||
C' — współczynnik określony wzorem (5), |
||
Cz, Cx, Cφ, Cψ — współczynniki określone wzorami (1)-(4), |
||
xi, yi — odległości osiowe pali do odpowiedniej osi obojętnej podstawy fundamentu, prostopadłej do płaszczyzny drgań, m. |
||
|
||
2.2. Rozchodzenie się drgań w gruncie
2.2.1. Amplituda drgań pionowych (poziomych) podłoża gruntowego Ar
w odległości r od środka ciężkości fundamentu (rys. 1), wywołanych przez pionowe (poziome) drgania wymuszone fundamentu pod maszynę, może być orientacyjnie, niezależnie od rodzaju gruntu podłoża, określona, w m, wg wzoru (18) (por. rys. 2).
(18)
w którym:
A0 — amplituda wymuszonych drgań pionowych (poziomych) fundamentu (źródła drgań w gruncie), m
- zastępczy promień podstawy fundamentu o powierzchni F, m.
Wielkość amplitud Ar drgań rozprzestrzeniających się w podłożu gruntowym określaną wg wzoru (18) należy skorygować, w zależności od częstości drgań mnożąc otrzymane wartości:
dla częstości < 10 Hz przez 2,
dla częstości 10 ÷ 25 Hz przez 1,
dla częstości > 25 Hz przez 0,5.
Rys. 1. Rozchodzenie się drgań w gruncie
Rys. 2. Wykres współczynnika p do wzoru (18)
2.2.2. Częstość drgań rozprzestrzenianych w podłożu gruntowym
przyjmuje się równą częstości drgań wymuszonych fundamentu maszyny, a w przypadku maszyn udarowych (młotów) — częstości drgań własnych fundamentu wywołanych uderzeniem.
2.3. Naprężenia w gruncie przy obciążeniu fundamentami pod maszyny.
Nacisk jednostkowy na podłoże gruntowe przekazywany od fundamentu pod maszynę przez jego podstawę powinien spełniać warunek
(19)
w którym:
qrs — średni nacisk jednostkowy na podłoże gruntowe wywierany przez podstawę fundamentu od obliczeniowych statycznych obciążeń stałych,
mm — współczynnik warunków pracy maszyny wg tabl. 5,
qf — obliczeniowy graniczny opór jednostkowy podłoża gruntowego, określany zgodnie z postanowieniami PN-81/B-03020 zał. 1.
Do obliczenia nacisku qrs uwzględnia się jedynie obciążenie statyczne, tj. ciężar fundamentu, ciężar gruntu nasypowego na obrzeżach fundamentu oraz ciężar maszyny i umieszczonych, na fundamencie urządzeń.
Współczynnik zmęczenia w obliczeniach wytrzymałościowych podłoża gruntowego należy przyjmować równy 1.
Tablica 5. Wartości współczynnika mm
Rodzaj maszyny |
Współczynnik mm |
Maszyny z mechanizmami korbowymi (silniki wysokoprężne, sprężarki tłokowe, maszyny parowe, piły tarczowe itp.) urządzenia walcownicze, obrabiarki do metali i drewna; wszystkie maszyny (wraz z młotami) przy zastosowaniu wibroizolacji |
1,0 |
Turbozespoły, maszyny elektryczne (turbogeneratory, turbodmuchawy, turbosprężarki, kompensatory, zespoły prądnicowe itp.), inne maszyny obrotowe (pompy, wentylatory), kruszarki, urządzenia młynowe traki pionowe' w przemyśle drzewnym |
0,8 |
Maszyny do formowania elementów w przemyśle odlewniczym i prefabrykacji elementów żelbetowych |
0,5 |
Młoty matrycowe i do kucia swobodnego (fundamenty posadowione bezpośrednio na gruncie bez stosowania wibroizolacji) |
0,4 |
2.4. Tłumienie drgań w gruncie.
Dla fundamentów pod maszyny, znajdujących się w warunkach zbliżonych do stanu rezonansu, należy uwzględniać wpływ tłumienia drgań przez podłoże.
Współczynnik tłumienia drgań γ oblicza się wg wzoru
γ = Фω
(20)
w którym:
Ф — współczynnik charakteryzujący właściwości tłumiące podłoża gruntowego przyjmowany z tabl. 6, s,
ω — prędkość kątowa drgań wymuszonych fundamentu, rad/s równa:
a)dla maszyn nieudarowych — odpowiedniej prędkości drgań własnych fundamentu, z którą następuje rezonans;
b)dla młotów — prędkości pionowych drgań, własnych fundamentu;
c)dla fundamentów, których drgania wzbudzane są przez drgania podłoża gruntowego ze źródła zewnętrznego — prędkość drgań zakłócających podłoża.
Tablica 6. Współczynniki Ф charakteryzujące właściwości tłumiące podłoża gruntowego
Rodzaj gruntu |
Współczynnik Ф, s |
Grunty spoiste nawodnione |
0,003 |
Grunty spoiste w stanie naturalnej wilgotności |
0,003-0,0045 |
Grunty piaszczyste, nawodnione |
0,0045-0,06 |
Grunty piaszczyste, nienawodnione |
0,006-0,01 |
Grunty słabe, miękkoplastyczne grunty spoiste, nasypy (tabl. 2 p. 1) |
0,01-0,015 |
Niższe wartości współczynnika Ф dotyczą fundamentów płytko posadowionych (hp = 1,0 ÷ 1,5 m), wyższe — fundamentów głęboko posadowionych (hp > 1,5 m). |
|
Dla fundamentów pod precyzyjne obrabiarki, których drgania wzbudzane są przez drgania zakłócające przenoszone przez podłoże, współczynnik Ф można przyjmować z tabl. 6. mnożąc dla drgań poziomych wartość Ф przez 0,25. |
|
3. ZASADY WYZNACZANIA OBCIĄŻEŃ DYNAMICZNYCH I DYNAMICZNA CHARAKTERYSTYKA MASZYN
3.1. Podział maszyn ze względu na ich działanie dynamiczne na fundament.
Maszyny dzieli się na:
a) maszyny o ustalonym ruchu okresowo-zmiennym (maszyny o działaniu nieudarowym),
b) maszyny o nieustalonym ruchu, przekazujące na fundament siły np. w postaci serii wstrząsów, uderzeń lub pojedynczych impulsów.
3.2. Podział maszyn w zależności od rodzaju ruchu mas.
Rozróżnia się typy maszyn wg tabl. 7.
Tablica 7. Podział maszyn ze względu na rodzaj ruchu
Typ maszyny |
Rodzaj ruchu mas |
1 |
postępowo-zwrotny pionowy |
2 |
postępowo-zwrotny poziomy |
3 |
obrotowy wokół osi pionowej |
4 |
obrotowy wokół osi poziomej |
3.3. Podział maszyn w zależności od prędkości ruchu.
Rozróżnia się grupy maszyn wg tabl. 8.
Tablica 8. Podział maszyn ze względu na prędkość obrotową
Grupa maszyn |
Charakterystyka prędkości ruchu maszyny |
Prędkość obrotowa (lub liczba skoków) maszyny, obr/min |
1 |
mała |
do 500 |
2 |
średnia |
powyżej 500 do 1500 |
3 |
duża |
powyżej 1500 do 5000 |
4 |
bardzo duża |
powyżej 5000 |
3.4. Podział maszyn w zależności od wielkości obciążeń dynamicznych.
Rozróżnia się kategorie maszyn wg tabl. 9. Orientacyjna przynależność maszyn do poszczególnych kategorii dynamicznych podana jest w załączniku 1.
Tablica 9. Podział maszyn ze względu na wielkość sił wzbudzających
Kategoria maszyny |
Dynamiczność maszyny |
Wielkość charakterystycznych sił wzbudzających (nieudarowych) kN |
Wielkość charakterystyczna nagłego impulsu zastępczego kN x s |
I |
mała |
do 0,1 |
do 0,01 |
II |
średnia |
powyżej 0,1 do 1,0 |
od 0,01 do 0,1 |
III |
duża |
powyżej 1,0 do 3,0 |
od 0,1 do 1,0 |
IV |
bardzo duża |
powyżej 3,0 |
powyżej 1,0 |
3.5. Podział maszyn w zależności od znaczenia gospodarczego.
Rozróżnia się klasy maszyn wg tabl. 10.
Tablica 10. Podział maszyn ze względu na ich znaczenie
Klasa maszyny |
Znaczenie |
Zasięg znaczenia pracy maszyny |
I |
bardzo duże |
dla całego kraju |
II |
duże |
dla gałęzi przemysłu |
III |
średnie |
dla zakładu produkcyjnego |
IV |
małe |
dla wydziału zakładu |
3.6. Obciążenia maszynami
3.6.1. Rodzaje obciążeń.
Przy projektowaniu i obliczaniu fundamentów i konstrukcji wsporczych pod maszyny rozróżnia się następujące obciążenia:
— stałe, do których zalicza się ciężar własny fundamentu, gruntu (jeżeli spoczywa on na obrzeżach), ciężar maszyn i ciężar pomocniczych urządzeń ustawionych na fundamencie,
— zmienne, do których zalicza się siły wyrażające dynamiczne działanie maszyny, siły wyrażające specjalne oddziaływanie maszyny (np. moment zwarcia, nierównomierne nagrzanie, siła ssania próżni kondensatora).
3.6.2. Obciążenie dynamiczne charakterystyczne.
W celu sprawdzenia stanu granicznego użytkowania przeprowadza się obliczenie amplitud drgań wymuszonych, przyjmując charakterystyczne obciążenia dynamiczne (siły wzbudzające) wg tabl. 11. Obliczone wartości amplitud porównuje się z wielkościami obliczonymi wg rozdz. 4.
Tablica 11. Charakterystyczne obciążenia dynamiczne (amplitudy sił wzbudzających) dla niektórych rodzajów maszyn
Lp. |
Rodzaj maszyny |
Obciążenia dynamiczne (amplitudy sił wzbudzających) |
1 |
2 |
3 |
I |
Maszyny obrotowe {np. silniki elektryczne, pompy odśrodkowe, wentylatory klimatyzacyjne, przetwornice, kompensatory) o prędkości obrotowej: |
Gw — ciężar części obracających się, kN |
|
do 500 obr/min |
Pd = 0,1Gw |
|
500÷750 obr/min |
Pd = 0,15Gw |
|
powyżej 750 obr/min |
Pd = 0,20Gw |
2 |
Turbogeneratory |
Pd = 0,20Gw |
3 |
Wirówki (d — średnica części obracającej się w m) |
|
4 |
Wentylatory spalin o prędkości obrotowej nm obr/min lub zanieczyszczeń powodujących korozję albo oblepianie łopatek wirnika) |
|
5 |
Młyny i kruszarki obrotowe, młyny bijakowe itd. (r — wg danych dostawcy maszyny) |
|
|
|
m — masa wirująca, Mg, |
|
|
r — zastępczy mimośród wirującej masy, m, |
|
|
ω — kątowa prędkość obrotów, rad/s |
6 |
Sita wstrząsowe (bez wibroizolacji) |
|
|
|
m — masa sita z zapełnieniem, Mg, |
|
|
As — amplituda drgań sita, m |
7 |
Maszyny tłokowe |
wg teorii mechanizmów z uwzględnieniem sił wzbudzających I i II rzędu |
8 |
Młoty i inne maszyny udarowe |
wg teorii uderzeń w zależności od masy uderzającej m, Mg i prędkości w chwili uderzenia r0 m/s |
|
|
|
|
|
gdzie k — współczynnik kucia dla młotów matrycowych |
|
|
stal — k = 0,5 |
|
|
metale kolorowe — k = 0 |
|
|
dla młotów swobodnego kucia — k = 0,25 |
9 |
Silniki i generatory elektryczne |
Moment zwarcia |
|
|
|
|
|
gdzie: W — znamionowa moc maszyny, kW |
|
|
nm — prędkość obrotowa, obr/min |
|
|
k — współczynnik równy dla maszyn asynchronicznych k = 5 |
|
|
dla maszyn synchronicznych k = 8 |
|
|
dla maszyn prądu stałego k = 10 |
|
|
dla turbogeneratorów k = 12 |
10 |
Stoły wibracyjne na sprężystych podporach |
|
|
|
gdzie: Q0e — moment mimośrodów wibratora, kNm |
|
|
Q — charakterystyczna wartość ciężaru części drgających stołu wraz z formowanym elementem, kN, której nie wlicza się do ciężaru całego układu |
|
|
K2 — sumaryczna sztywność pionowa sprężystych podpór, kN/m |
11 |
Stoły wibracyjno-udarowe i udarowe na sprężystych podporach (współczynnik uderzenia należy przyjmować k = 0,5) |
jak dla młotów, przy czym prędkość w chwili uderzenia |
|
|
|
|
|
gdzie: Pd — charakterystyczna wartość siły wzbudzającej wibratora, kN |
|
|
m — charakterystyczna wartość masy części ruchomych wraz z formowanym elementem, Mg |
|
|
ω — kątowa prędkość obrotów, rad/s |
12 |
Inne maszyny |
wg założeń dostawcy maszyny |
3.6.3. Obciążenia obliczeniowe.
Do sprawdzenia stanu granicznego nośności stosuje się obciążenie obliczeniowe, uzyskiwane przez pomnożenie obciążeń charakterystycznych przez współczynniki odciążenia warunków pracy itd. (tabl. 12).
Tablica 12. Podział obciążeń i współczynniki obciążenia γf
Rodzaj obciążenia |
Współczynnik γf |
a) Obciążenie stałe |
|
— Ciężar własny fundamentu i opierających się na nim stropów i pomostów |
1,1 |
— Ciężar gruntu na obrzeżach fundamentu |
1,2 |
— Ciężar maszyny wraz z poruszającymi się częściami (wirnikami) |
1,2 |
— Ciężar urządzeń pomocniczych, instalacji technologicznych |
1,2 |
b) Obciążenia zmienne długotrwałe |
|
— od termicznych odkształceń maszyny |
1,2 |
— od ciągu próżni kondensatora |
1,2 |
— od zmian temperatury rurociągów |
1,5 |
— od skurczu betonu |
1,2 |
c) Obciążenia zmienne krótkotrwałe |
|
— od próbnych obciążeń (próby hydrauliczne) |
1,1 |
— obciążenia montażowe |
1,2 |
— od dźwigów opierających się na fundamencie |
wg norm dotyczących dźwigów |
— obciążenia dynamiczne |
|
maszyny obrotowe |
5 |
maszyny korbowe |
2 |
młoty |
1,6 |
d) Obciążenia szczególne |
|
— moment zwarcia |
1,2 |
— obciążenia przy awarii maszyny |
1,0 |
— obciążenia sejsmiczne |
wg oddzielnych przepisów |
3.6.4. Zmęczenie materiału
od wielokrotnych obciążeń dynamicznych można uwzględniać w przybliżony sposób, mnożąc obciążenia dynamiczne przez współczynnik α wynoszący:
dla wszystkich maszyn z wyjątkiem młotów α = 2
dla młotów
— fundamenty na wibroizolacji α = 1,5
— fundamenty bez wibroizolacji α = 1
W przypadku stosowania przybliżonej metody uwzględniania wielokrotności obciążeń z zastosowaniem współczynników α sprawdzenie stanu granicznego nośności dotyczy obliczeniowej wytrzymałości materiału ustalonej jak dla konstrukcji obciążonej statycznie.
3.6.5. Rozwarcie rys w ramowych konstrukcjach fundamentów żelbetowych
sprawdza się wg PN-84/B-03264, przyjmując obciążenie dynamiczne charakterystyczne zwiększone 1,5-krotnie (por. p. 5.6.20).
3.6.6. Obciążenia dynamiczne działające poziomo wzdłuż osi maszyny,
jeżeli zachodzi potrzeba ich uwzględnienia np. dla fundamentów pod turbogeneratory, przyjmuje się o wielkości równej 1/2 obciążeń określonych wg tabl. 11.
3.6.7. Kombinacje obciążeń.
Przy sprawdzaniu nośności konstrukcji fundamentu należy przyjmować realne kombinacje obciążeń, mogących występować równocześnie.
3.6.8. Współczynnik konsekwencji zniszczenia konstrukcji.
Przy sprawdzaniu stanu granicznego nośności konstrukcji fundamentów pod maszyny należy uwzględniać współczynnik konsekwencji zniszczenia konstrukcji jako mnożnik do obciążeń, wynoszący:
dla maszyn klasy I (tabl. 10) — 1,2
dla maszyn klasy II (tabl. 10) — 1,1
dla maszyn klasy III i IV (tabl. 10) — 1,0
3.6.9. Moment zwarcia.
Przy sprawdzaniu stanu granicznego nośności, obliczeniowe wartości momentów zwarcia w maszynach elektrycznych (por. tabl. 11 i 12) mnoży się przez współczynnik dynamiczny α1 = 2 (por. 3.7.2). Wpływu zmęczenia nie uwzględnia się.
3.7. Obciążenia o charakterze impulsu
3.7.1. Stan graniczny nośności przy działaniu obciążeń o charakterze impulsu
sprawdza się:
a)przy działaniu impulsów sporadycznych — bez uwzględnienia wpływu zmęczenia,
b)przy działaniu serii impulsów — z uwzględnieniem wpływu zmęczenia zgodnie z wymaganiami PN-84/B-03264.
3.7.2. Kryterium obciążenia impulsowego.
Obciążenie ma charakter impulsu, jeżeli działa na konstrukcję przez dostatecznie mały okres czasu, tj. gdy τ ≤ 2,5T1
w którym:
τ — czas trwania impulsu, s,
T1 — okres podstawowych drgań własnych konstrukcji, na którą działa impuls, s.
Jeżeli czas trwania impulsu τ > 2,5T1, to obliczenie konstrukcji sprowadza się do jej statycznego obliczenia na działanie zastępczego obciążenia, które z pewnym zapasem można przyjmować wg tabl. 13.
Tablica 13. Zastępcze obciążenie od działania impulsu przy τ > 2,5T1
Postać impulsu |
Zastępcza siła |
|
2Pmax |
|
1,25Pmax |
|
1,10Pmax |
W przypadku nagłego przyłożenia obciążenia P konstrukcję oblicza się na zastępcze obciążenie 2P.
W przypadku nagłego zdjęcia obciążenia P konstrukcję oblicza się na zastępcze obciążenie (-P).
3.7.3. Rodzaje impulsów.
Rozróżnia się następujące impulsy
— krótkotrwały, gdy 0,1Tn ≤ τ ≤ T1
— nagły, gdy τ < 0,1Tn
w którym:
T1 — największy okres drgań własnych konstrukcji, s,
Tn — najmniejszy okres drgań własnych konstrukcji, s.
Dla konstrukcji o I stopniu swobody Tn = T1
Dla konstrukcji o nieskończonej liczbie stopni swobody można przyjmować Tn = 0,05T1.
Przemieszczenia i siły wewnętrzne w konstrukcji wywołane działaniem impulsów zależą:
— dla impulsu krótkotrwałego od wartości impulsu S, czasu jego trwania i od jego postaci f (t) (rys. 3),
— dla impulsu nagłego tylko od wartości impulsu S.
Efekt działania impulsu nagłego jest większy od efektu działania impulsu krótkotrwałego tej samej wielkości.
Jeżeli jest brak ścisłych danych dotyczących impulsów krótkotrwałych, to dopuszcza się przyjmowanie niekorzystniejszych parametrów, a mianowicie:
a)przy braku danych o postaci impulsu — postać impulsu prostokątnego, (tabl. 13),
b)przy braku danych o czasie trwania impulsu (dla normalnie spotykanych w eksploatacji przemysłowej obciążeń o charakterze impulsu) — czas trwania τmin = 0,001 s (nie dotyczy to uderzenia ciał o znacznej plastyczności, kiedy to konieczne jest określenie czasu trwania uderzenia na drodze doświadczalnej lub obliczeniowej).
Rys. 3. Wykres impulsu krótkotrwałego
3.7.4. Powtarzalność impulsów.
Rozróżnia się impulsy jednokrotne (np. przypadkowy upadek ciężaru, zwarcie w maszynach elektrycznych, uderzenie cieczy przy napełnianiu zbiornika itd.) oraz impulsy wielokrotne (np. seria uderzeń młota lub prasy).
Impuls wielokrotny należy traktować jako jednokrotny, jeżeli odstęp czasu pomiędzy kolejnymi impulsami (uderzeniami) jest większy od wartości
.
Impuls wielokrotny nazywa się impulsem okresowym, gdy odstępy czasu między kolejnymi impulsami są jednakowe i mniejsze od wartości
w której:
T1 — wg 3.7.3
γ — współczynnik tłumienia drgań (wzór (20) lub tabl. 23).
Działanie impulsów okresowych wymaga uwzględnienia w obliczeniu wpływu następnych impulsów na przemieszczenia i siły wewnętrzne wywołane pierwszym impulsem.
4. ZASADY WYZNACZANIA DOPUSZCZALNYCH AMPLITUD DRGAŃ
4.1. Stan graniczny drgań.
Stan graniczny drgań fundamentu lub konstrukcji wsporczej może być ustalony:
a) ze względu na użytkowanie samej maszyny (rys. 4) lub rodzaj maszyny (tabl. 14),
b) ze względu na zakłócenia powodowane w otoczeniu przez jej pracę, przy czym brany jest tu pod uwagę wpływ drgań na pracujących w sąsiedztwie ludzi oraz wpływ drgań na wrażliwe instrumenty i urządzenia,
c) ze względu na znajdujące się w otoczeniu maszyny obiekty budowlane wrażliwe na drgania.
Tablica 14. Dopuszczalne amplitudy drgań wymuszonych dla fundamentów pod niektóre rodzaje maszyn
Rodzaj maszyny |
Prędkość obrotowa obr/min |
Dopuszczalna amplituda drgań µm |
Turbogeneratory o mocy ≥ 100 MW |
3000 |
20 |
Turbogeneratory o mocy < 100 MW |
3000 |
30 |
Maszyny tkackie |
100-150 |
300 |
Maszyny przędzalnicze |
200-500 |
100-120 |
Obrabiarki, z wyjątkiem precyzyjnych |
750-1000 |
30 |
Kruszarki rotacyjne i szczękowe |
— |
3001) |
Maszyny tłokowe |
< 200 |
250/300/2) |
|
> 200 |
rys. 4 |
Młoty |
|
|
— posadowienie na gruncie |
|
5.5.2 |
— posadowienie na wibroizolacji |
|
7.4.3.2 |
1) W przypadku ustawiania kruszarki na czasowej konstrukcji stalowej podana wartość dopuszczalnej amplitudy drgań dotyczy żelbetowej płyty fundamentowej posadowionej na podłożu gruntowym. |
||
2) Przy wysokości fundamentu < 5 m. |
||
Rys. 4. Wykres dopuszczalnych (największych) amplitud drgań wymuszonych ze względu na użytkowanie samej maszyny
Ze względu na ograniczenia wynikające z zaleceń dotyczących poz. b) i c) wielkości amplitud drgań wymuszonych fundamentów lub konstrukcji wsporczych mogą być ograniczone do wartości mniejszych niż wynikałoby to z poz. a).
4.2. Wyznaczanie dopuszczalnych amplitud drgań wymuszonych.
Dopuszczalną amplitudę drgań należy wyznaczać:
a)zgodnie z wymaganiami dostawcy lub producenta maszyny,
b)przy braku ścisłych wymagań wg poz. a) należy dopuszczalną amplitudę drgań ustalić wg rys. 4 oraz. tabl. 14, a następnie ograniczyć jej wielkość biorąc pod uwagę:
— niekorzystne warunki gruntowe,
— wrażliwość na wpływ drgań przebywających w otoczeniu ludzi,
— wrażliwość maszyn precyzyjnych i urządzeń znajdujących się w otoczeniu maszyny,
— stan konstrukcji budynku, w którym maszyna ma być ustawiona, inne czynniki.
Nie jest wskazane dążenie do projektowania fundamentów o amplitudach drgań wymuszonych równym wartościom dopuszczalnym wg rys. 4, jeżeli niewielkim kosztem można uzyskać lepsze warunki pracy fundamentu (mniejszą amplitudę drgań wymuszonych).
4.3. Ocena szkodliwości drgań w budynkach.
Należy przeprowadzić ją wg danych przytoczonych w załączniku 2.
4.4. Amplitudy drgań w miejscach przebywania obsługi maszyny.
Obliczeniowe amplitudy drgań wymuszonych belek i płyt górnej części fundamentu przeznaczonej do obsługi maszyny (pomostów roboczych), poza miejscami oparcia maszyny powinny być mniejsze od wartości ustalonych z uwzględnieniem dopuszczalności drgań dla ludzi przy założeniu czasu przebywania ludzi równego co najwyżej 1 h. Dla fundamentów pod turbozespoły o znamionowej prędkości obrotowej nm = 3000 obr/min można przyjmować Adop = 25 µm.
4.5. Dopuszczalne amplitudy drgań o różnych częstościach w miejscach przebywania ludzi.
W przypadku równoczesnego występowania drgań wzbudzających o różnych częstościach ni i odpowiadających tym częstościom amplitudach Ai dopuszczalną amplitudę drgań można określać dla zastępczej częstości drgań nm0 obliczonej ze wzorów:
a)dla częstości nm0 ≥ 10 Hz
(21)
b)dla częstości nm0 < 10 Hz
(22)
4.6. Dopuszczalne amplitudy drgań fundamentów na wibroizolacji.
Dla fundamentów posadowionych za pośrednictwem wibroizolacji dopuszczalne amplitudy drgań wymuszonych należy przyjmować z wykresu rys. 4, przy czym można ich wartości zwiększać:
a) dla maszyn o częstości drgań wzbudzających
16 Hz ≥ nm ≥ 5 Hz — 1,5 razy
b) dla maszyn o częstości drgań wzbudzających
nm < 5 Hz — 2 razy
4.7. Dopuszczalne amplitudy drgań fundamentów pod agregaty złożone z maszyn o różnych częstościach drgań wzbudzających.
Dopuszczalną amplitudę drgań należy przyjąć zróżnicowaną dla poszczególnych miejsc fundamentu, w zależności od częstości drgań wzbudzających maszyn stanowiących agregat, lub jak dla maszyny o najwyższej częstości drgań wzbudzających.
5. FUNDAMENTY POD MASZYNY POSADOWIONE NA PODŁOŻU GRUNTOWYM (bez wibroizolacji)
5.1. Układy konstrukcyjne fundamentów pod maszyny
5.1.1. Fundamenty blokowe.
Do grupy tej zalicza się fundamenty, które mogą być traktowane jako nieodkształcalna bryła drgająca na sprężystym podłożu, a więc
— fundamenty stanowiące pełny blok (rys. 5a),
— fundamenty tworzące skrzynię, a składające się ze ścian (rys. 5b), (stosowane dla zmniejszenia masy fundamentu lub uzyskania dostępu pod maszynę).
Rys. 5. Fundament niski
a) blokowy; b) ścianowy
Fundamenty blokowe dzielą się na fundamenty niskie (H ≤ b) (rys. 5) i wysokie (H > b) (rys. 6).
5.1.2. Fundamenty ramowe.
Do grupy tej zalicza się fundamenty o konstrukcji słupowo-belkowej, której elementy mogą wykonywać drgania giętne, a więc:
Rys. 6. Fundament blokowy, wysoki
— fundamenty stanowiące układ powiązanych ze sobą ram poprzecznych i podłużnych (rys. 7),
— fundamenty o układzie mieszanym, złożonym z ram i ścian,
— fundamenty złożone ze słupów, na których oparta jest sztywna płyta górna (rys. 8).
Fundamenty ramowe mogą mieć konstrukcję żelbetową lub stalową, przy czym konstrukcje stalowe stosuje się wyjątkowo w specjalnie uzasadnionych przypadkach.
5.2. Ogólne wymagania projektowe
5.2.1. Usytuowanie fundamentu.
Należy dążyć do tego, aby fundamenty pod maszyny o dużej dynamiczności oddalać od obiektów wrażliwych na drgania, tj. od pomieszczeń zawierających precyzyjne urządzenia pomiarowe lub obrabiarki, a także od budynków mieszkalnych.
5.2.2. Kształtowanie fundamentu
5.2.2.1. Kształtowanie górnej części fundamentu
należy przeprowadzać ściśle wg rysunków dyspozycyjnych wytwórcy maszyny. Zmiany w stosunku do tych rysunków wymagane ze względów obliczeniowych i konstrukcyjnych powinny być uzgodnione z dostawcą maszyny tak, żeby nie spowodować kolizji przy montażu lub obsłudze maszyny.
Należy dążyć do upraszczania kształtu elementów fundamentu.
5.2.2.2. Głębokość posadowienia fundamentów
pod maszyny należy ustalać w zależności:
a) od rysunków dyspozycyjnych dostawcy maszyny (wycięć, długości śrub kotwiących),
b) od rodzaju fundamentu, jego konstrukcji i wielkości obciążeń dynamicznych,
c) od głębokości posadowienia sąsiednich fundamentów i kanałów (rys. 9),
d) od warunków geotechnicznych.
Głębokość hp posadowienia fundamentów wysokich wg 5.1.1 powinna zapewniać stateczność i bezpieczeństwo pracy konstrukcji, przy czym powinien być spełniony warunek
hp ≥ 1/5 H oraz hp ≥ 1,0 m
w którym H — wysokość nadziemnej części fundamentu wysokiego, m.
Rys. 7. Fundament ramowy z płytą górną uformowaną z układu belek
1 — płyta górna; 2 — słupy; 3 — płyta dolna
Rys. 8. Fundament ramowy z pełną płytą górną
1 — płyta górna; 2 — słupy; 3 — płyta dolna
Rys. 9. Posadowienie fundamentów pod maszyny przy głębiej posadowionych obiektach
5.2.2.3. Kształt podstawy fundamentu pod maszynę w planie
powinien być przyjmowany w zasadzie jako prostokąt tak, żeby środek ciężkości całego układu składającego się z fundamentu, maszyny oraz opierających się na fundamencie instalacji z uwzględnieniem innych obciążeń stałych i ciężaru gruntu, spoczywających na obrzeżach, leżał na linii pionowej przechodzącej przez środek ciężkości podstawy fundamentu.
W przypadku sąsiedztwa istniejących obiektów uniemożliwiających pełne wycentrowanie fundamentu, dopuszcza się mimośród nie przekraczający 3% długości boku podstawy w kierunku przesunięcia środka ciężkości.
Dla gruntów makroporowatych obciążenie mimośrodowe jest niedopuszczalne.
Nie ogranicza się mimośrodowości dla fundamentów pod obrabiarki. Kierować się tu należy zasadami ustalonymi dla zwykłych fundamentów wg PN-81/B-03020.
Podstawa fundamentu powinna stanowić jedną płaszczyznę poziomą.
5.2.2.4. Odstępy śrub fundamentowych od krawędzi fundamentu
powinny spełniać następujące warunki:
a) od brzegu studzienek na śruby kotwiące do zewnętrznych krawędzi
przy śrubach ≤ M36 — co najmniej 100 mm,
przy śrubach > M36 — co najmniej 150 mm,
b) od osi śrub do brzegu fundamentu w przypadku śrub z płytami kotwowymi co najmniej 4 średnice śrub.
Jeżeli spełnienie powyższych warunków nie jest możliwe, należy między śrubą a ścianą fundamentu zastosować dodatkowe zbrojenie.
5.2.2.5. Przerwy dylatacyjne.
Fundamenty pod maszyny powinny być oddzielane od konstrukcji budynku, tj. fundamentów, stropów, podłóg, pomostów obsługi itd. przerwą dylatacyjną powietrzną lub wypełnione miękkim materiałem.
Dopuszczalne jest opieranie na fundamentach pod maszyny pomostów wolnostojących, tj. nie połączonych z konstrukcją budynków. Opieranie na fundamentach - pod maszyny elementów konstrukcji budynków, może być stosowane wyjątkowo pod warunkiem uzasadnienia słuszności takiego rozwiązania obliczeniem dynamicznym.
5.3. Materiały konstrukcyjne
5.3.1. Fundamenty betonowe i żelbetowe.
Należy stosować klasy betonu zgodnie z tabl. 15. W fundamentach pod maszyny IV kategorii dynamicznej (tabl. 9) i bardzo dużym znaczeniu (tabl. 10) należy stosować beton o szczególnie wysokiej jakości, starannie zaprojektowany oraz odznaczający się jednorodnością, małą skurczliwością i wysoką wytrzymałością.
Do konstrukcyjnego zbrojenia fundamentów można stosować dowolne gatunki stali. Do zbrojenia stosowanego na podstawie obliczeń wytrzymałościowych należy używać stali A0 i AI (STOS i St3S).
Stale AII i AIII mogą być stosowane do zbrojenia wytrzymałościowego pod warunkiem sprawdzenia konstrukcji na rozwarcie rys lub wyjątkowo przy traktowaniu ich pod względem wytrzymałościowym jak stal AI.
Tablica 15. Klasy betonu stosowane do fundamentów pod maszyny
Rodzaje maszyn |
Stosowana klasa betonu (wg PN-88/B-06250) |
|
|
fundamenty blokowe |
fundamenty ramowe lub elementy belkowe |
Maszyny z mechanizmami korbowymi (silniki wysokoprężne itp. kruszarki, młyny, przesiewacze, prasy itd.) |
|
|
I, II, III kategorii dynamicznej |
B15 |
B20 |
IV kategorii dynamicznej |
B20 |
B25 |
Maszyny elektryczne i obrotowe (pompy, wirówki, wentylatory, zespoły prądnicowe) |
|
|
I, II, III kategorii dynamicznej |
B15 |
B20 |
IV kategorii dynamicznej |
B20 |
B25 |
Turbozespoły |
|
|
o mocy do 20 MW |
B20 |
B25 |
o mocy 20-100 MW |
— |
B25, B30 |
o mocy powyżej 100 MW |
— |
B30 |
Urządzeniu walcownicze, obrabiarki |
B15 |
B20 |
Młoty o energii pojedynczego uderzenia |
bloki fundamentowe |
skrzynie osłaniające |
U < 120 kJ |
B25 |
B20 |
120 kJ ≤ U ≤ 400 kJ |
B30 |
B20 |
U > 400 kJ |
B30 |
B25 |
5.3.2. Fundamenty o konstrukcji stalowej.
Fundamenty o konstrukcji stalowej można stosować wyjątkowo w uzasadnionych przypadkach, przy czym obowiązują wymagania PN-90/B-03200.
Spawanie konstrukcji stalowej fundamentów wymaga opracowania właściwej technologii, mającej na celu ograniczenie odkształceń termicznych.
5.3.3. Fundamenty z muru ceglanego.
Mur ceglany może być stosowany wyjątkowo na fundamenty blokowe, posadowione powyżej poziomu wód gruntowych.
Na fundamentach murowanych mogą być ustawiane maszyny z mechanizmami korbowymi I i II kategorii dynamicznej oraz obrabiarki wymienione w załączniku 3 p. 2 o masie do 4000 kg. Stosować należy mur z cegły wypalanej z gliny, o wytrzymałości średniej co najmniej 10 MPa na zaprawie cementowej marki co najmniej 8 wg PN-87/B-03002.
5.4. Projektowanie fundamentów blokowych pod maszyny o działaniu nieudarowym posadowionych na podłożu gruntowym (bez wibroizolacji)
5.4.1. Wymagania projektowe.
Właściwie zaprojektowany fundament pod maszynę powinien spełniać wymagania dotyczące stanu granicznego użytkowania, polegające na ograniczeniu amplitud drgań wymuszonych pod wpływem charakterystycznych obciążeń dynamicznych maszyny do wielkości dopuszczalnych tj. spełniać warunek
A ≤ Adop
Przy obliczaniu amplitudy drgań A uwzględniać można tłumienie drgań przez podłoże gruntowe. Zaleca się unikanie stanu rezonansu, co wyraża się warunkiem
nw ≠ nm
Jeżeli projektuje się fundament pod maszynę, dla której nie można ustalić wielkości sił wzbudzających (np. ze względu na uzasadniony brak danych), a znane są częstości drgań wzbudzających nm, to wyjątkowo można poprzestać na spełnieniu warunku, aby czystości drgań własnych fundamentu pionowe i niższe wahadłowe (złożone) nw różniły się od częstości siły wzbudzającej maszyny co najmniej o 20%.
Wielkość Adop należy ustalać zgodnie z wymaganiami rozdz. 4.
5.4.2. Wpływ pracy maszyn sąsiednich.
Przy obliczaniu amplitud drgań wymuszonych fundamentu pod maszynę można nie uwzględniać wpływu pracy maszyn znajdujących się w sąsiedztwie.
5.4.3. Zakres obliczeń blokowych fundamentów pod maszyny o działaniu nieudarowym
obejmuje:
a)obliczenie masy układu, położenia jego środka ciężkości i sprawdzenia średniego nacisku statycznego na grunt,
b)obliczenie amplitud drgań wymuszonych fundamentu na sprężystym podłożu,
c)obliczenie poszczególnych elementów konstrukcji fundamentu wg stanu granicznego nośności,
d)ustalenie zbrojenia fundamentu.
5.4.4. Obliczenie amplitud drgań fundamentu
należy wykonać zgodnie z teorią drgań bryły sztywnej opartej na sprężystym podłożu, przy czym dopuszcza się:
a) pominięcie bezwładności podłoża,
b) przyjmowanie cech sprężystych podłoża wg rozdziału 2.1 niniejszej normy,
c) pominięcie wpływu mimośrodowego rozmieszczenia mas przy spełnieniu warunku wg 5.2.2.3.
5.4.5. Obliczenia dynamiczne fundamentów pod maszyny na kesonach lub studniach zapuszczanych
można wykonywać przyjmując jako masę drgającą blok fundamentowy wraz z kesonem lub studnią uwzględniając wpływ sprężystego, bocznego odporu gruntu.
5.4.6. Wpływ bocznego odporu gruntu
uwzględnia się, gdy wysokość zasypanej części fundamentu h w stosunku do długości podstawy a jest znaczna, tj. gdy
w tym celu posługujemy się tabl. 16, zgodnie z którą obliczone niższe prędkości drgań własnych złożonych fundamentu λ1 oraz amplitudy drgań wymuszonych Ai obliczone bez uwzględnienia tego wpływu odpowiednio są korygowane.
Tablica 16. Wpływ bocznej zasypki gruntu na fundament
Stosunek wysokości h zasypki do szerokości lub długości fundamentu a |
Skorygowana prędkość drgań własnych złożonych |
Skorygowana wartość amplitudy drgań wymuszonych |
|
1,5 λ1 |
0,6Ai |
|
2,0 λ1 |
0,4Ai |
Dla fundamentów niskich (p. 5.1.1) przy wartości stosunku h/a > 2 można obliczeń dynamicznych nie przeprowadzać. |
||
5.4.7. Wymagania konstrukcyjne fundamentów pod maszyny o działaniu nieudarowym
5.4.7.1. Zbrojenie żelbetowych fundamentów blokowych pod maszyny o wypadkowej sił wzbudzających Pd ≤ 0,5 kN oraz o objętości betonu w fundamencie do 20 m3
przy stosunku długości lf bloku fundamentowego do jego wysokości hf, spełniającym warunek
, wykonuje się konstrukcyjnie tylko na obwodzie otworów i wycięć oraz w miejscach osłabionych wycięciami (także elementy cienkościenne). Zbrojenie powinno składać się z prętów o średnicy 8÷12 mm układanych co 15÷20 cm w zależności od wymiarów zbrojonego miejsca.
5.4.7.2. Zbrojenie fundamentów blokowych pod maszyny o wypadkowej sił wzbudzających Pd > 0,5 kN oraz o objętości betonu w fundamencie do 20 m3
wykonuje się jak w 5.4.7.1 oraz dodatkowo siatkami z prętów o średnicy 12÷16 mm i oczkach 20÷30 cm, układanymi w płaszczyznach wierzchu i spodu fundamentu.
5.4.7.3. Zbrojenie fundamentów o objętości betonu powyżej 20 m3
należy wykonywać jak w 5.4.7.2 oraz dodatkowo wszystkie pozostałe powierzchnie bloku fundamentowego należy uzbroić siatkami z prętów o średnicy 10÷16 mm i oczkach 30÷40 cm. Również należy stosować przestrzenne zbrojenie o średnicy prętów jak wyżej i rozstawie od 60 do 80 cm.
5.4.7.4. Zbrojenie fundamentów o bardzo dużych objętościach,
np. fundamentów pod urządzenia walcownicze, należy wykonać konstrukcyjnie (jeżeli obliczenie wytrzymałości ze względu na obecność miejsc osłabionych nie wymaga większego zbrojenia) siatkami o oczkach 20÷25 cm, układanymi w płaszczyźnie wierzchu i spodu fundamentu. Średnice prętów w zależności od długości fundamentu są podane w tabl. 17.
Miejsca narażone na stałe uderzenia oraz na silne nagrzewanie (t ≥ 100°C) powinny być zbrojone dodatkowo siatkami z prętów o średnicy 10÷12 mm, rozstawionych: przy uderzeniach — co 10 cm (3 lub 4 warstwy siatek), a przy nagrzewaniu — co 20 cm.
Tablica 17. Zbrojenie fundamentów o dużych objętościach
Długość fundamentu, m |
Średnica pręta, mm |
lf < 20 |
16 |
lf > 20 |
20 |
5.4.7.5. Zbrojenie fundamentów pod obrabiarki do metalu
należy stosować, gdy masa maszyny przekracza 12 Mg oraz wtedy, gdy obrabiarki dają obciążenia dynamiczne, np. dłutownice, strugarki poprzeczne itp., przy czym płaszczyzny spodu i wierzchu fundamentu zbroi się na podstawie obliczenia. Płaszczyznę spodu fundamentu należy zbroić co najmniej wg 5.4.7.2; zbrojenie płaszczyzny wierzchu powinna stanowić co najmniej siatka z prętów o średnicy 6-8 mm i oczkach 15 x 15 cm.
5.4.7.6. Zbrojenie fundamentów o kształcie nieregularnym
(występy i wcięcia) silnie wydłużonych
lub szerokich
oraz posadowionych na nierównomiernie zagęszczonym podłożu gruntowym powinno być wykonane na podstawie obliczeń wytrzymałościowych.
5.4.7.7. Zbrojenie fundamentów ścianowych.
Zbrojenie płyt dolnych fundamentów powinno być ustalone na podstawie obliczenia, przy czym ze względów konstrukcyjnych powinno ono składać się co najmniej z siatek prętów o średnicy 12÷16 mm i oczkach 20÷30 cm, układanych w płaszczyznach spodu i wierzchu płyty.
Ściany należy zbroić konstrukcyjnie siatkami o oczkach 20÷30 cm, przy czym pionowe pręty tych siatek powinny mieć średnicę 12÷18 mm, poziome zaś 10÷12 mm. Górna płyta (lub rama) fundamentów powinna być zbrojona na podstawie obliczeń wytrzymałościowych, przy czym obowiązuje warunek minimalnego zbrojenia ustalony w PN-84/B-03264.
5.4.7.8. Wielkość fundamentu pod maszynę
powinna być ustalona tak, żeby wysokość bloku fundamentowego była jak najmniejsza, przy czym powinny być spełnione niżej podane warunki.
Grubość płyty dennej największego zagłębienia w fundamencie powinna wynosić co najmniej
(a — mniejszy wymiar zagłębienia w planie, rys. 10). Najmniejszy odstęp od spodu fundamentu do końca najdłuższych śrub fundamentowych powinien wynosić 15 cm (rys. 11a), przy czym przy wykonywaniu podłoża z chudego betonu pod fundamentem i braku wody gruntowej dostateczną osłoną jest to podłoże (rys. 11b).
Rys. 10. Minimalna grubość dna zagłębienia
Rys. 11. Minimalna grubość dna otworów na śruby
W celu zmniejszenia głębokości posadowienia fundamentu należy dążyć w porozumieniu z dostawcą maszyny do zmniejszenia głębokości zagłębień i kanałów, a także długości śrub kotwiących (fundamentowych) maszyny.
Długość śrub kotwiących należy przy tym ustalać na podstawie obliczenia:
a) wytrzymałości konstrukcji fundamentu (w przypadku śrub kotwiących do płyt kotwowych),
b) sił przyczepności zaprawy cementowej do śruby (w przypadku obsadzania śrub w studzienkach wypełnianych zaprawą cementową).
W obu przypadkach zakotwienie śrub w fundamencie powinno mieć zdolność przeniesienia siły co najmniej równej sile wynikającej z wytrzymałości na rozerwanie. W fundamentach ścianowych maszyn grupy 1 i 2 (tabl. 8) należy stosować następujące wymiary elementów konstrukcyjnych:
grubość ścian, dść ≥ 0,6 m,
grubość płyty dolnej dpł ≥ dść,
wysięgi wspornikowe płyty dolnej ≤ 2,5 dpł,
wysięgi wspornikowe górnej płyty ≤ 2,0 m,
grubość nieobciążonych fragmentów poziomej płyty górnej ≥ 0,1 m.
5.4.7.9. Betonowe podlewki maszyny należy zbroić wg 5.6.26.10.
5.5. Projektowanie fundamentów blokowych pod maszyny o działaniu udarowym
5.5.1. Obliczanie fundamentów pod młoty
(i inne maszyny o działaniu udarowym)
5.5.1.1. Zakres obliczeń
a) Sprawdzenie nacisku na grunt wg 2.3.
b) Sprawdzenie położenia środka ciężkości układu w stosunku do środka ciężkości podstawy fundamentu, przy czym oba środki ciężkości powinny znajdować się na osi uderzenia bijaka młota. Dla młotów swobodnego kucia o masie części spadających mniejszej niż 400 kg wystarczy, żeby środek ciężkości podstawy fundamentu leżał na linii uderzenia bijaka.
c) Sprawdzenie amplitud drgań wymuszonych wg 5.5.2.
d) Sprawdzenie nacisku na podkładkę podkowadłową wg 5.5.5.
e) Sprawdzenie nośności zgodnie z wymaganiami PN-84/B-03264 p. 7.2.
f) Obliczenie potrzebnej ilości zbrojenia dolnej płaszczyzny fundamentu i górnej części bloku pod kowadłem, a także części wspornikowych bloku.
g) Sprawdzenie wpływu drgań na otoczenie wg 4.1.
5.5.1.2. Obciążenia dynamiczne fundamentu pod młot
stanowią siły pochodzące od uderzenia części spadających młota w spoczywającą na kowadle odkuwkę.
5.5.2. Amplitudy dopuszczalne drgań fundamentu pod młot
wywołanych uderzeniem części spadających na kowadło nie powinny przekraczać:
a) dla podłoża z nawodnionych piasków drobnych i pylastych Adop = 0,150÷0,200 mm, przy czym w celu uniknięcia nadmiernych drgań i osiadań konstrukcji sąsiednich, należy stosować wibroizolację (p. 7.4) lub posadowienie na palach; sposób posadowienia konstrukcji sąsiednich powinien uwzględniać możliwość powstania osiadań podłoża gruntowego na skutek drgań, pochodzących od pracy młota;
b) dla podłoża z mokrych piasków średnich i grubych oraz pospółki Adop = 0,80 mm;
c)dla podłoża z innych gruntów Adop = 1,0÷1,2 mm.
Przy ustalaniu wielkości amplitudy dopuszczalnej należy uwzględnić wpływ drgań na urządzenia wrażliwe na wstrząsy, co może spowodować konieczność dalszego ograniczenia amplitudy dopuszczalnej drgań lub zastosowania wibroizolacji.
5.5.3. Najmniejsza grubość bloku fundamentowego
dk pod kowadłem w zależności od masy części spadających (z masą matrycy górnej) Qo — wg tabl. 18.
Tablica 18. Minimalna grubość bloku pod kowadłem
Masa części spadających Qo, Mg |
Grubość bloku pod kowadłem dk, m |
do 1,0 |
1,0 |
powyżej 1,0 do 2,0 |
1,25 |
powyżej 2,0 do 3,0 |
1,50 |
powyżej 3,0 do 4,0 |
1,75 |
powyżej 4,0 do 5,0 |
2,00 |
powyżej 5,0 do 6,0 |
2,25 |
powyżej 6,0 do 10 |
2,60 |
> 10 |
> 3,00 |
5.5.4. Zbrojenie bloku fundamentowego
5.5.4.1. Zbrojenie górnej części bloku pod kowadłem
powinno składać się z poziomo układanych siatek o oczkach 10 x 10 cm, z prętów o średnicy 10÷12 mm; liczbę tych siatek (warstw) ustala się na podstawie obliczenia, przy czym nie powinna ona być mniejsza niż podano w tabl. 19. Siatki należy rozmieszczać wg rys. 12.
Rys. 12. Zbrojenie podkowadłowej części fundamentu
Tablica 19. Zbrojenie podkowadłowej części fundamentu
Zbrojenie podkowadłowej części fundamentu |
Masa części spadających |
||||
|
do 1 Mg |
1÷4 Mg |
4÷6 Mg |
6÷10 Mg |
> 10 Mg |
Liczba warstw zbrojenia |
2 |
3 |
4 |
5 |
> 5 |
5.5.4.2. Zbrojenie dolnej części bloku podstawy
należy ustalić za pomocą obliczenia. Zbrojenie powinno składać się co najmniej z siatki o oczkach 15÷20 cm, z prętów o średnicy 16÷20 mm.
5.5.4.3. Zbrojenie ściany zagłębienia dla kowadła
oraz górnej płaszczyzny bloku, na której ustawiony jest kadłub młota w fundamentach dla młotów swobodnego kucia,
należy wykonać konstrukcyjnie prętami o średnicy 12÷16 mm, tworzącymi siatki o oczkach 15÷20 cm; pręty pionowe siatek powinny być częściowo przedłużone do spodu bloku fundamentowego. Części bloku fundamentowego otaczające wnękę dla kowadła należy dodatkowo zbroić pionowymi prętami o średnicy 12÷16 mm w rozstawie 20 x 20 cm, jeżeli z obliczenia nie wynika większe zbrojenie (rys. 12).
5.5.4.4. Zbrojenie (pręty skośne) dla przejęcia głównych naprężeń rozciągających
należy stosować jedynie w przypadku, gdy przekroczona jest obliczeniowa wytrzymałość betonu Rbz, a powiększenie grubości bloku jest niemożliwe.
5.5.4.5. Zbrojenie powierzchniowe i przestrzenne
można stosować zgodnie z zaleceniami 5.4.7.1-5.4.7.3.
5.5.5. Podkładka pod kowadło
może być wykonana z bali drewnianych dębowych układanych warstwami na płask, przy czym poszczególne warstwy układa się na krzyż oraz z materiałów specjalnych.
Współczynniki sprężystości podkładki przy braku dokładniejszych danych należy przyjmować wg tabl. 20.
Podkładki podkowadłowe powinny być zaimpregnowane i zabezpieczone przed wilgocią i zanieczyszczeniami.
Tablica 20. Dynamiczna charakterystyka podkładek pod kowadła
Materiał podkładki |
Współczynnik sprężystości Epk |
Wytrzymałość obliczeniowa Rpo |
|
MPa |
|
Drewno dębowe |
600 |
4 |
Materiały specjalne |
~5 |
3 |
5.5.6. Wnęka w bloku fundamentowym mieszcząca kowadło
powinna mieć rury odwadniające.
Powierzchnia dna wnęki powinna być w czasie betonowania wypoziomowana i wygładzona. Późniejsze wyrównywanie zaprawą cementową jest niedopuszczalne.
5.6. Projektowanie żelbetowych fundamentów ramowych
5.6.1. Zakres obliczeń konstrukcji fundamentów ramowych.
Konstrukcję ramową sprawdza się na stany graniczne:
a) nośności,
b) użytkowania tj. drgań, rozwarcia rys i odkształceń.
Sprawdzenie nośności i rozwarcia rys przeprowadza się zgodnie z wymaganiami PN-84/B-03264.
Sprawdzenie konstrukcji fundamentów na zmęczenie nie jest wymagane, pod warunkiem zastosowania zaleceń wg 3.6.4.
Siły w ramowych konstrukcjach fundamentów określa się przy założeniu ich pracy w obszarze sprężystym wg PN-84/B-03264.
5.6.2. Podział obciążeń.
Obciążenia działające na część ramową fundamentu przyjmuje się wg podziału podanego w tabl. 12.
5.6.3. Obciążenie charakterystyczne od ciężaru maszyny i urządzeń technologicznych
z nią związanych, a także od oddziaływań przekazywanych na fundament podczas prób i od termicznych odkształceń korpusu maszyny
przyjmować należy wg danych dostawcy maszyny.
5.6.4. Obciążenie charakterystyczne użytkowe
fundamentu w poziomie obsługi maszyny i na podestach w obrębie fundamentu powinno być określone w założeniach budowlanych.
Dla fundamentów pod turbozespoły i inne ciężkie maszyny charakterystyczne obciążenie użytkowe w poziomie obsługi maszyny przyjmować należy nie mniejsze niż 20 kN/m2.
5.6.5. Obciążenie charakterystyczne od ciągu próżni w kondensatorach PK
można obliczać, w kN, przy braku danych w założeniach dostawcy maszyny i tylko przy sprężystym połączeniu z turbiną, wg wzoru
PK = p x F
(23)
w którym:
p — ciśnienie atmosferyczne 100 kPa,
F — pole przekroju poprzecznego gardzieli łączącej kondensator z turbiną, m2.
5.6.6. Obciążenie charakterystyczne dynamiczne
przyjmuje się wg założeń dostawcy maszyny, a przy braku danych — wg tabl. 11.
Metody obliczania amplitud drgań oraz sił i momentów w poszczególnych przekrojach uwzględniać powinny charakter obciążeń dynamicznych oraz wpływ poszczególnych form drgań własnych dla analizowanych układów ramowych, a także wpływ zmienności częstości drgań wzbudzających (obrotów maszyny) podczas rozruchu lub wybiegu maszyny, co powinno umożliwić znalezienie zwiększonych wartości amplitud drgań, sił i momentów przy stanach rezonansowych.
5.6.7. Obciążenia obliczeniowe dynamiczne.
Obliczeniowe wartości sił i momentów potrzebne do sprawdzania stanu granicznego nośności uzyskuje się przez pomnożenie wartości uzyskanych w sposób podany w 5.6.6 przez współczynniki γf i α podane w tabl. 12 i 3.6.4.
5.6.8. Sposób przyłożenia sił wzbudzających.
Siły wzbudzające (obciążenie dynamiczne od wirujących części maszyny) przykłada się jako siły skupione w miejscach oparcia łożysk wirników, przy czym uwzględnia się, że mogą być one skierowane:
a)pionowo w górę lub w dół,
b)poziomo, prostopadle do osi obrotów części wirujących,
c)poziomo wzdłuż osi obrotów maszyny, przy czym w tym przypadku wartość sił przyjmuje się zmniejszoną dwukrotnie (3.6.6).
5.6.9. Obliczeniowe wartości sił od momentu zwarcia
otrzymuje się przez pomnożenie wartości charakterystycznych wg tabl. 11 lp. 9 przez współczynniki γf i α1 wg tabl. 12 i p. 3.6.9.
Siły te przykłada się jako skupione w środkach powierzchni podparcia stojana i traktuje się jako działające w górę i w dół.
Siły od momentu zwarcia nie mogą być sumowane z obciążeniami dynamicznymi od pracy maszyny.
5.6.10. Oddziaływanie obciążeń dynamicznych na elementy konstrukcji nieobciążone bezpośrednio.
Elementy ramowej konstrukcji fundamentu nieobciążone bezpośrednio siłami wzbudzającymi lub zwarciowymi wymiaruje się na wpływ oddziaływań dynamicznych korzystając z wyników obliczenia dynamicznego wg 5.6.6 i 5.6.7.
5.6.11. Obciążenie od równomiernego i nierównomiernego rozgrzania
konstrukcji ramowej fundamentu należy przyjmować na podstawie przewidywanego rozkładu temperatur w obrębie i otoczeniu fundamentu i w odniesieniu do temperatury otoczenia w czasie wykonywania fundamentu.
Nierównomierne nagrzanie elementów fundamentu należy określać przyjmując różnicę temperatur na powierzchniach elementu żelbetowego oraz rozmiary nagrzanych powierzchni powodujących wydłużenie włókien elementów.
Przy braku możliwości ściślejszego określenia wpływu temperatury można stosować podane niżej wartości charakterystyczne temperatur, traktując je jako minimalne.
Równomierne rozgrzanie całej części ramowej fundamentu:
— przy zastosowaniu izolacji rurociągów zapewniającej spełnienie warunku wg 5.6.26.1 o 35°C,
— przy braku zabezpieczeń wg 5.6.26.1 o 45°C.
Nierównomierne rozgrzanie elementów ramowej konstrukcji fundamentu:
— przy spełnieniu wymagań wg 5.6.26.1 różnica temperatur 20°C,
— przy braku zabezpieczeń wg 5.6.26.1 różnica temperatur 30°C.
Nierównomierne rozgrzanie przyjmuje się jedynie w elementach narażonych na bezpośrednie nagrzanie (np. od rurociągów parowych w części turbinowej fundamentu).
5.6.12. Wpływ skurczu betonu
w części ramowej fundamentu uwzględnia się jako równoważne obniżenie temperatury przy różnicy w czasie między wykonaniem płyty dolnej fundamentu i zabetonowaniem płyty górnej wynoszącej:
6 miesięcy — o 15°C,
3 miesiące — o 10°C,
1 miesiąc — o 5°C.
Wpływ skurczu betonu należy sumować algebraicznie z wpływem równomiernego rozgrzania.
5.6.13. Sztywność przekroju żelbetowego EbIb
przy obliczeniach konstrukcji na wpływ rozgrzania i skurczu betonu, a więc sił i momentów wywołanych odkształceniami konstrukcji można obliczać, jak dla elementów zarysowanych, wg PN-84/B-03264 zał. 5 lub przyjmować:
— przy zbrojeniu ze stali klasy A-O do A-II — 0,67 EbIb,
— przy zbrojeniu ze stali klasy A-III i A-IIIN — 0,50 EbIb
5.6.14. Siły termiczne od rozgrzania korpusu maszyny (turbiny) należy przyjmować o wartości podanej w założeniach dostawcy maszyny.
5.6.15. Równoczesność występowania obciążeń.
Przy sprawdzaniu stanu granicznego nośności konstrukcji należy uwzględniać rzeczywistą możliwość równoczesnego występowania poszczególnych obciążeń w najniekorzystniejszych kombinacjach.
Wykluczyć należy możliwość równoczesnego występowania następujących obciążeń zasadniczych i dodatkowych: obciążenie dynamiczne pionowe, poziome w kierunku poprzecznym, poziome w kierunku podłużnym, siły od momentu zwarcia oraz obciążenia przy próbach (np. próba wodna kondensatora).
5.6.16. Obciążenia użytkowe (montażowe)
równomiernie rozłożone i skupione od urządzeń montowanych uwzględnia się jako oddzielny schemat obciążeń wraz z obciążeniami stałymi i tylko w elementach fundamentu bezpośrednio nimi obciążonych.
5.6.17. Obciążenia awaryjne.
Charakter obciążeń powstających podczas awarii maszyny i kombinacja w jakiej obciążenia te mogą występować powinny być ustalone w porozumieniu z dostawcą maszyny.
5.6.18. Obciążenia sejsmiczne.
Przy projektowaniu fundamentów na obszarach sejsmicznych obciążenia sejsmiczne zalicza się do obciążeń zmiennych wyjątkowych. Obciążeń tych nie łączy się w kombinacje z maksymalnymi obliczeniowymi obciążeniami dynamicznymi lub siłami od momentu zwarcia, jeżeli specjalne przepisy dotyczące miejsca lokalizacji budowy nie postanawiają inaczej.
5.6.19. Schemat obliczeniowy konstrukcji.
W celu określenia sił i momentów w przekrojach elementów części ramowej i płyty dolnej fundamentu od obliczeniowych obciążeń stałych i zmiennych zaleca się przyjmować schemat obliczeniowy fundamentu ramowego w postaci zamkniętej ramy przestrzennej lub oddzielnych płaskich ram poprzecznych i podłużnych opartych na sprężystym podłożu.
5.6.20. Rozwarcie rys.
Przy obliczeniu rozwarcia rys dopuszcza się ich pojawienie w słupach i podłużnych belkach płyty górnej jak dla konstrukcji 3 kategorii odporności na rysy wg PN-84/B-03264. Charakterystyczne wartości obciążeń dynamicznych przyjmuje się zwiększone o 50%, a szerokość rozwarcia rys adop = 0,15 mm (por. 3.6.5).
5.6.21. Zasady wykonywania obliczeń dynamicznych.
Celem obliczenia dynamicznego jest określenie wielkości amplitud drgań wymuszonych fundamentu wywołanych działaniem charakterystycznych obciążeń dynamicznych wg 1.3.2. Siły wzbudzające i miejsca ich przyłożenia przyjmuje się zgodnie z wymaganiami 5.6.8.
Obliczone amplitudy drgań od obciążeń charakterystycznych powinny być mniejsze od wartości dopuszczalnych podanych w założeniach przez dostawcę maszyny, a przy braku takich wymagań od wartości ustalonych zgodnie z rozdz. 4 i p. 5.6.22.
5.6.22. Dopuszczalne amplitudy drgań dla fundamentów pod duże turbozespoły energetyczne o mocy powyżej 100 MW.
Obliczone amplitudy drgań dla prędkości obrotowej nm = 3000 obr/min ±10% powinny być mniejsze od wartości Adop = 20 µm, przy sile wzbudzającej przyjętej wg tabl. 11, lp. 2.
Dla rezonansów przejściowych obliczone amplitudy drgań powinny być mniejsze od wartości Adop = 30 µm. Powyższe wartości Adop odnoszą się do miejsc oparcia łożysk na konstrukcji fundamentu.
5.6.23. Współczynnik sprężystości betonu i logarytmiczny dekrement tłumienia.
W obliczeniach dynamicznych należy przyjmować:
a)współczynnik sprężystości betonu — wg PN-84/B-03264 tabl. 2,
b)logarytmiczny dekrement tłumienia drgań w konstrukcjach żelbetowych ∆ = 0,40.
5.6.24. Dopuszczalne uproszczenia obliczeń dynamicznych i statycznych
5.6.24.1. Obliczenia dynamiczne
fundamentów ramowych pod maszyny o prędkości obrotowej nm ≥ 1500 obr/min i mocy W ≤ 20 MW nie są wymagane, pod warunkiem spełnienia zaleceń konstrukcyjnych podanych w 5.6.26.
5.6.24.2. Obliczanie na wpływ zmian temperatury
fundamentów ramowych pod maszyny o mocy W ≤ 50 MW nie jest konieczne, pod warunkiem spełnienia wymagań wg 5.6.26.1 i zastosowania zbrojenia konstrukcyjnego określonego w 5.6.26.11.
5.6.24.3. Obliczanie nośności płyty dolnej
ramowych fundamentów nie jest wymagane przy jej długości l ≤ 20 m i przy spełnieniu następujących warunków:
grubość płyty h ≥ 1/15 l
rozstaw słupów ram poprzecznych l1 ≤ 5,0 m
oraz pod warunkiem uzbrojenia konstrukcyjnego zgodnie z zaleceniami wg 5.6.26.11.
5.6.25. Obliczanie odkształceń konstrukcji fundamentu.
Dla fundamentów pod turbozespoły o mocy W ≥ 100 MW należy przeprowadzić sprawdzenie ugięcia konstrukcji ramowej w kierunku podłużnym, sprowadzające się w praktyce do określenia ugięcia płyty dolnej na podatnym podłożu.
Dopuszczalna strzałka ugięcia płyty dolnej fundamentu w ciągu 3-letniego okresu czasu między remontami maszyny nie powinna przekraczać wartości
; (l - długość płyty dolnej)
(24)
Strzałkę ugięcia fobi oblicza się na obciążenia charakterystyczne stałe.
Dopuszcza się obliczać ugięcia płyty dolnej, uwzględniając wpływ sztywności części ramowej fundamentu, przez pomnożenie otrzymanego wyniku przez 0,8.
Grubość płyty dolnej powinna spełniać warunek odporności na pojawienie się rys (brak pojawienia się rys).
Odporność na rysy sprawdza się na obciążenia stałe i siły powstające przy próbie wodnej kondensatora.
Sztywność płyty dolnej można przyjmować wg wzoru
(25)
w którym:
Eb — współczynnik sprężystości betonu wg PN-84/B-03264 tabl. 2,
lp = moment bezwładności całego przekroju płyty z uwzględnieniem podłużnego zbrojenia wg PN-84/B-03264 p. 7.2.2.
Współczynnik podłoża gruntowego do obliczenia płyty na sprężystym podłożu należy przyjmować jak dla konstrukcji obciążonych statycznie. Sprawdzenie ugięcia płyty w kierunku poprzecznym nie jest wymagane. Wartość ugięcia f0 w ciągu 3-letniego okresu eksploatacji turbozespołu można przyjmować w procentach ugięcia obliczeniowego fobl
dla piasków zagęszczonych i średnio zagęszczonych f0 = 0,20fobl
dla piasków pylastych jw. f0 = 0,30fobl
dla gruntów spoistych w stanie twardoplastycznym półzwartym i zwartym f0 = 0,50fobl
5.6.26. Wymagania konstrukcyjne
5.6.26.1. Zmniejszenie wpływu rozgrzania fundamentu.
W celu zmniejszenia wpływu rozgrzania fundamentu gorące rurociągi powinny być izolowane tak, aby temperatura na ich powierzchni nie przekraczała 50°C. W celu odpływu ciepła powinna być zapewniona należyta wentylacja pomieszczeń. Powierzchnie elementów konstrukcji narażone na nagrzanie w temperaturze powyżej 100°C powinny być izolowane lub ekranowane.
5.6.26.2. Rodzaj stali zbrojeniowej.
Przy ustalaniu przekroju zbrojenia na podstawie obliczeń należy stosować stal A-III. Zbrojenie stosowane ze względów konstrukcyjnych powinno być klasy A-I. Zbrojenie klasy A-II należy stosować w przypadkach gdy konieczne jest zwiększenie przekroju zbrojenia ze względu na ograniczenie rozwarcia rys.
5.6.26.3. Rodzaj stali profilowej.
Elementy stalowe służące do montażu i wyposażenia maszyn należy wykonywać:
a) elementy poddane bezpośredniemu działaniu obciążeń dynamicznych ze stali A-I,
b) elementy drugorzędne (obramowania kanałów i ich przykrycia) ze stali A-0.
5.6.26.4. Zbrojenie płyty dolnej fundamentu
w zależności od jej wielkości ustala się albo na podstawie obliczenia albo ze względów konstrukcyjnych (tabl. 21). Oprócz zasadniczego zbrojenia układanego na górnej i dolnej powierzchni płyty stosuje się przeciwskurczowe zbrojenie powierzchni bocznych z prętów o średnicy 12÷16 mm co 30÷40 cm, a także siatkę przestrzenną z prętów o średnicy 16÷20 mm co 60-80 cm w każdym z trzech prostopadłych kierunków.
5.6.26.5. Zbrojenie elementów płyty górnej fundamentu
ramowego (belek poprzecznych i podłużnych)
należy projektować z prętów powiązanych zamkniętymi strzemionami. Strzemiona powinny się składać z zewnętrznego i wewnętrznego oraz dodatkowych szpilek (rys. 13). Zewnętrzne strzemiona pracujące na skręcanie powinny mieć końce zachodzące na siebie na 30d w narożu. Rozstaw strzemion nie powinien przekraczać 30 cm. Końce strzemion o średnicach równych lub większych niż 16 mm dla stali A-I oraz 12 mm dla stali A-III powinny być połączone spoiną.
5.6.26.6. Zbrojenie słupów
powinno mieć symetryczny układ prętów podłużnych.
Rozstaw między prętami podłużnymi i strzemionami nie powinien przekraczać 25 cm.
5.6.26.7. Zbrojenie spodu i wierzchu belek poprzecznych i podłużnych
ustala się na podstawie obliczeń nośności.
Zbrojenie zewnętrznych bocznych powierzchni belek podłużnych i skrajnych poprzecznych powinno być sprawdzane w przypadku nierównomiernego rozgrzania wg 5.6.11, na skręcanie i na działanie obciążeń dynamicznych poziomych. Przypadki nierównomiernego nagrzania belek (szczególnie szerokich belek w fundamentach pod turbozespoły o mocy W ≥ 100 MW) powinny być przeanalizowane w celu ustalenia rzeczywistego rozkładu temperatur powodującego zginanie. Wymiarowanie powinno uwzględniać wpływ osiowego ściskania rygli. Nie należy stosować zbrojenia bocznych powierzchni zewnętrznych o ilości większej niż Ф30 co 15 cm. Zbrojenie bocznych powierzchni wewnętrznych powinno stanowić połowę zbrojenia zewnętrznego, jeżeli obliczenia wytrzymałościowe nie wymagają większej ilości.
5.6.26.8. Zbrojenie ścian wchodzących w skład konstrukcji fundamentu
należy stosować ze względów konstrukcyjnych obustronnie jako pionowe pręty o średnicy 12÷20 mm w odstępach 20÷40 cm, jeżeli nie zachodzi potrzeba przeprowadzenia obliczeń, przy czym co 3÷5 pręt powinien być powiązany prostopadle do powierzchni ściany szpilkami. Pręty poziome o średnicy 8÷12 mm należy układać co 30÷40 cm.
Rys. 13. Zbrojenie elementów płyty górnej fundamentu
a) przekrój belki, b) strzemiona zewnętrzne, c) strzemię wewnętrzne
5.6.26.9. Zbrojenie otworów i wycięć
o wymiarze boku lub średnicy większym niż 30 cm w konstrukcjach ramowych
powinno składać się z prętów przeciwskurczowych o średnicy 10÷12 mm ze stali A-I układanych po obwodzie otworu w rozstawach 15÷20 cm z zakotwieniem końców prętów w masywie betonowym na 30 średnic (rys. 14).
Jeżeli otwory osłabiają konstrukcję elementu części ramowej to ilość zbrojenia należy ustalić na podstawie obliczenia.
Rys. 14. Zbrojenie otworów w fundamentach pod maszyny
Rys. 14. Zbrojenie otworów w fundamentach pod maszyny (ciąg dalszy)
5.6.26.10. Podlewki maszyny lub płyt oporowych
oraz wszystkie betony uzupełniające o grubości ponad 5 cm należy uzbroić prętami o średnicy 8÷10 mm w rozstawie 20 x 20 cm wypuszczonymi z betonu konstrukcyjnego.
5.6.26.11. Minimalne zbrojenie elementów ramowej konstrukcji fundamentu
powinno być przyjmowane zgodnie z tabl. 21.
Tablica 21. Minimalny przekrój zbrojenia elementów fundamentów ramowych
Element fundamentu |
Minimalny procent zbrojenia |
|
|
w strefie rozciąganej |
w strefie ściskanej |
Zginane i mimośrodowo rozciągane belki płyty górnej |
0,201) |
- |
Mimośrodowo ściskane słupy |
0,25 |
0,25 |
Płyta dolna |
|
|
a) wzdłuż płyty |
0,20 |
0,15 |
b) w poprzek płyty |
0,15 |
0,10 |
c) przy posadowieniu na podłożu sztywnym (skała) w obu kierunkach |
0,10 |
0,10 |
Inne elementy |
wg PN-84/B-03264 |
|
1) Elementy zginane, bezpośrednio przejmujące obciążenia dynamiczne powinny być uzbrojone co najmniej zbrojeniem obliczonym na moment M = 1,2Mfp, jeżeli zbrojenie to stanowi więcej niż 0,2%, gdzie Mfp — moment rysujący, obliczony zgodnie zPN-84/B-03264. |
||
5.6.27. Kształtowanie konstrukcyjne fundamentów ramowych
5.6.27.1. Grubość płyty dolnej
fundamentu nie powinna być mniejsza niż wysokość przekroju poprzecznego słupów ram poprzecznych lub nie mniejsza niż grubość ścian nośnych fundamentu.
Poza tym grubość płyty dolnej nie powinna być mniejsza niż:
— 1/15 przy posadowieniu fundamentu na podłożu gruntowym o module pierwotnego odkształcenia warstwy odkształcalnej E0 ≥ 25 MPa,
— 1/12 długości przy posadowieniu fundamentu na podłożu gruntowym dla którego 15 ≤ E0 < 25 MPa.
Wartość E0 należy określać zgodnie z PN-81/B-03020.
Grubość płyty dolnej nie powinna być mniejsza niż 60 cm.
Dla fundamentów pod turbozespoły o mocach większych od 100 MW obowiązuje sprawdzenie odkształceń zgodnie z 5.6.25.
5.6.27.2. Minimalne wymiary przekrojów
elementów części ramowej fundamentów są następujące:
a) dla fundamentów pod turbozespoły
słupy 50 x 50 cm,
części wspornikowe i elementy nie obciążone bezpośrednio obciążeniami dynamicznymi wg rys. 15 i 16, ścianki żelbetowe (przegrody) 10÷15 cm,
b) dla fundamentów pod inne maszyny o prędkości obrotowej powyżej 1500 obr/min (tabl. 8) i mocy mniejszej od 1,5 MW
słupy 30 x 30 cm,
inne elementy nie obciążone bezpośrednio obciążeniami dynamicznymi (wg rys. 15 i 16, wymiary w nawiasach).
Rys. 15. Minimalne wymiary wspornika żebrowego.
Wymiary w nawiasach dotyczą p. 5.6.27.2b)
Rys. 16. Minimalne wymiary wspornika płytowego.
Wymiary w nawiasach dotyczą p. 5.6.27.2b)
5.6.27.3. Repery do pomiaru odkształceń
płyty dolnej i płyty górnej należy umieszczać na fundamentach pod turbozespoły o mocach większych niż 100 MW.
6. WYMAGANIA DOTYCZĄCE USTAWIANIA MASZYN NA STROPACH BUDYNKÓW PRZEMYSŁOWYCH I NA WOLNO STOJĄCYCH POMOSTACH
6.1. Wymagania ogólne
6.1.1. Sposoby ustawiania maszyn.
Rozróżnia się dwa rodzaje ustawiania maszyn na stropach:
a)bezpośrednie, sztywne oparcie maszyny na konstrukcji stropu,
b)sprężyste oparcie maszyny na stropie za pośrednictwem technicznych środków wibroizolacyjnych.
Sztywne oparcie maszyny na stropie należy ograniczyć jedynie do przypadku maszyn I i II kategorii dynamicznej (tabl. 9).
Jako normalne rozwiązanie przy ustawianiu maszyn na stropach należy stosować wibroizolację, jeżeli względy technologiczne lub inne nie wymagają sztywnego ustawienia maszyny na stropie.
6.1.2. Zawartość założeń projektowych.
Założenia projektowe w przypadku ustawiania maszyny na stropie powinny zawierać dane określone w 1.4, ze szczególnym uwzględnieniem wrażliwych na drgania przyrządów i miejsc pracy.
6.1.3. Dopuszczalne amplitudy drgań.
W zależności od wymagań technologicznych i funkcjonalnych określa się dopuszczalne amplitudy drgań stropu w miejscach szczególnie wrażliwych na drgania oraz w miejscu ustawienia maszyny zgodnie z rozdz. 4 i załącznikiem 2.
6.2. Zakres i metody obliczeń stropu
6.2.1. Wymagania ogólne.
Konstrukcję stropu należy obliczać zgodnie z wymaganiami norm dotyczących odpowiednio konstrukcji żelbetowych, stalowych lub drewnianych sprawdzając odpowiednie stany graniczne.
Zalecenia niniejszej normy dotyczą specjalnych wymagań w zakresie obliczania stanu granicznego drgań (użytkowania) oraz przyjmowania obciążeń dynamicznych do sprawdzania stanu granicznego nośności konstrukcji wsporczej.
6.2.2. Kolejność obliczeń.
Obliczenia stropów obciążonymi maszynami należy prowadzić w następującej kolejności:
a)klasyfikacja maszyn i wyznaczenie obciążeń dynamicznych charakterystycznych i obliczeniowych,
b)ustalenie dopuszczalnych amplitud drgań wymuszonych zgodnie z 6.1.3,
c)obliczenie dynamiczne częstości drgań własnych i amplitud drgań wymuszonych stropu,
d)obliczenie nośności elementów stropu z uwzględnieniem wpływu obciążeń dynamicznych.
6.2.3. Materiały konstrukcyjne.
Jako zasadniczy materiał konstrukcji stropów obciążonych maszynami należy stosować żelbet, materiał zapewniający znaczną masę drgającą oraz mający duże właściwości pochłaniania energii drgań, co przyczynia się do ograniczenia amplitud drgań wymuszonych konstrukcji.
6.2.4. Zmniejszenie szkodliwego oddziaływania drgań
na wrażliwe urządzenia lub miejsca znajdujące się na stropie należy starać się uzyskać przez usytuowanie źródeł drgań w odpowiednim oddaleniu.
6.2.5. Ograniczenie zakresu obliczeń stanu granicznego użytkowania
(amplitud drgań)
6.2.5.1. Obliczanie stropów w budynkach.
Obliczanie amplitud drgań wymuszonych stropu nie jest konieczne:
a) dla maszyn I i II kategorii dynamicznej (tabl. 9), jeżeli na stropie nie będzie stale przebywających pracowników lub zainstalowanych na stałe przyrządów I, II i III klasy wrażliwości na drgania (tabl. Z-2-1),
b) dla maszyn I kategorii dynamicznej ustawionych na wibroizolacji wg rozdz. 7,
c) dla maszyn II kategorii dynamicznej ustawionych na wibroizolacji wg rozdz. 7 jeżeli przepuszczalność wibroizolacji spełnia warunek T ≤ 0,07 (por. 7.1.4),
d) dla sporadycznych impulsów lub uderzeń (np. przypadkowy upadek ciężaru, zwarcie w maszynie elektrycznej itp.).
6.2.5.2. Obliczanie wolno stojących pomostów.
Nie jest konieczne sprawdzenie poziomych amplitud drgań wymuszonych dla wolno stojących pomostów obciążonych maszynami typu I (tabl. 7), wszystkich kategorii dynamicznych oraz maszynami I kategorii dynamicznej o dużej prędkości (tabl. 8).
6.2.6. Pomijanie wpływu obciążeń dynamicznych przy sprawdzaniu stanu granicznego nośności
6.2.6.1. Stropy budynków.
Przy sprawdzaniu stanu granicznego nośności stropu można nie uwzględniać obciążeń dynamicznych:
a) od maszyn I kategorii dynamicznej oraz od maszyn II kategorii dynamicznej (tabl. 9) przy zastosowaniu wibroizolacji wg rozdz. 7,
b) od maszyn II kategorii dynamicznej o małej lub dużej prędkości ruchu maszyny (tabl. 8),
c) od wszystkich maszyn, jeżeli obliczona amplituda, pionowych drgań elementów stropu (belek, płyt) bez uwzględnienia amplitud drgań podpór nie przekracza wartości 0,05 mm.
6.2.6.2. Wolno stojące pomosty.
Przy obliczaniu słupów wolno stojących pomostów pod maszyny można poza obciążeniami podanymi w 6.2.6.1 nie uwzględniać jeszcze obciążeń dynamicznych:
a) od maszyn II kategorii dynamicznej, o średniej i dużej prędkości ruchu (tabl. 9 i 8),
b) od maszyn typu 1 wszystkich kategorii dynamicznych, jeżeli suma pionowych obliczeniowych obciążeń dynamicznych przypadających na słup nie przekracza 2% obliczeniowych obciążeń statycznych przypadających na ten słup,
c) od maszyn typu 2, 3 i 4 wszystkich kategorii dynamicznych, jeżeli obliczona pozioma amplituda drgań wierzchu pomostu nie przekracza wartości 0,05 mm.
6.2.7. Uwzględnianie wpływu obciążeń dynamicznych przy sprawdzaniu stanu granicznego nośności stropu.
Wpływ obciążeń dynamicznych należy uwzględniać jedynie w tych przypadkach, kiedy analiza możliwych stanów obciążenia stropu wykaże, że obliczeniowe obciążenia zmienne stropu podczas pracy maszyny, na które składają się obciążenia dynamiczne z uwzględnieniem współczynników α i γf (3.6.4 i tabl. 12) i inne obciążenia użytkowe stropu występujące podczas pracy maszyny, są większe niż maksymalne obciążenia użytkowe stropu (np. obciążenia montażowe), które mogą występować jedynie przy nie pracującej maszynie.
Należy wybrać niekorzystniejszą kombinację następujących obciążeń zmiennych:
a) obciążenia dynamiczne od pracy maszyny i inne obciążenia użytkowe mogące występować podczas pracy maszyny,
b) obciążenia użytkowe maksymalne (obciążenia montażowe) mogące wystąpić jedynie przy nie pracującej maszynie.
Wielkość momentu zginającego od obciążeń dynamicznych Md można w przybliżeniu określić ze wzoru (26) znając amplitudę drgań giętnych Az danego elementu stropu oraz obliczony moment od obciążeń statycznych Mst i ugięcie fst tego elementu, przy czym dla uzyskania wartości momentu Md obl należy zastosować współczynniki α i γf zgodnie z 3.6.4 i tabl. 12.
(26)
6.3. Obliczanie częstości drgań własnych stropów
6.3.1. Masa drgająca.
Drgającą masę konstrukcji stropu wyznacza się biorąc pod uwagę tylko obciążenie stałe (ciężar własny stropu, maszyny i urządzeń) oraz te z obciążeń użytkowych, które stale znajdują się na stropie w czasie pracy maszyny (np. ciężar materiału produkcyjnego i wyrobów).
W przypadku stosowania wibroizolacji nie wlicza się do masy drgającej stropu mas ustawianych na wibroizolatorach, przy czym powinny być spełnione wymagania rozdz. 7.
6.3.2. Sztywność elementu stropu K
potrzebna do obliczania częstości drgań własnych giętnych można w uproszczeniu przyjmować, w MNm2, jako iloczyn
K = EI
(27)
w którym:
E — współczynnik sprężystości, MPa,
I — moment bezwładności pełnego przekroju obliczanego elementu (dla przekrojów żelbetowych bez uwzględnienia zbrojenia), m4.
Współczynnik sprężystości E należy przyjmować:
a) dla konstrukcji żelbetowych Eb — wg PN-84/B-03264 tabl. 2,
b) dla konstrukcji stalowych — E wg PN-80/B-03200 p. 2.1., tj. E = 205 000 MPa,
c) dla konstrukcji drewnianych E = 10 000 MPa — niezależnie od rodzaju drewna.
Momenty bezwładności dla stopów o układzie belkowym, przy podziale stropu na poszczególne elementy nośne, można przyjmować w sposób następujący:
a) dla belek, przy swobodnie opartej na nich niemonolitycznej płycie — moment bezwładności przekroju belki,
b) dla belek, przy opartej na nich monolitycznej płycie żelbetowej — sumę momentów bezwładności przekrojów belki i płyty, przy czym szerokość przekroju poprzecznego płyty przyjmuje się równą odległości między osiami przyległych przęseł płyty, lecz nie większą niż połowa rozpiętości belki,
c) dla belek monolitycznego stropu żebrowego — moment bezwładności przekroju teowego złożonego z żebra i płyty o szerokości jak w poz. b); jeżeli konstrukcję stropu stanowią belki stalowe obetonowane płytą żelbetową u góry lub u dołu, to strop należy traktować jako monolityczny, o konstrukcji złożonej,
d) dla stropów płytowych o płycie pracującej w jednym kierunku — moment bezwładności poprzecznego przekroju płyty o szerokości równej rozpiętości płyty.
Dla stropów płytowych o płycie pracującej w dwóch kierunkach oblicza się, w MNm, walcową sztywność płyty K wg wzoru
(28)
w którym:
E — współczynnik sprężystości, MPa,
h — grubość płyty, m,
µ — współczynnik Poissona (dla żelbetu µ — 0,08-0,18, dla stali µ = 0,3).
W przypadku występowania monolitycznie związanego ze stropem cokołu, na którym ma być ustawiona maszyna, sztywność elementu określa się jak dla belki o zmiennym momencie bezwładności.
6.3.3. Stan rezonansu.
Strop zaleca się projektować tak, żeby uniknąć rezonansu przy częstościach drgań własnych o najniższych wartościach, tj. n10 do n1* (rys. 17). Dla belek jednoprzęsłowych jest n10 = n10 oraz n20 = n2*.
Należy uwzględniać możliwość niedokładnego wyznaczenia częstości drgań własnych n10 i n1* oraz n20 i n2* wynikającego z niedokładności schematów obliczeniowych i odchyłek w wartościach przyjmowanych cech fizycznych materiałów konstrukcyjnych stropu, przez wprowadzenie do obliczonych częstości własnych poprawkowego współczynnika ε (tabl. 22) i określenie obliczeniowych częstości drgań własnych n1, n2, n3 i n4 według wzorów
(29)
Rys. 17. Rozkład częstości drgań własnych elementów nośnych stropu
Tablica 22. Wartości współczynników niedokładności ε
Uproszczone schematy obliczeniowe i cechy materiałów konstrukcyjnych przyjęte z tablic |
Dokładniejsze schematy obliczeniowe i zbadane cechy materiałów konstrukcyjnych (zastosowanie ETO) |
||
stal |
żelbet |
stal |
żelbet |
ε = 0,20 |
ε = 0,30 |
ε = 0,15 |
ε = 0,20 |
6.3.4. Zmniejszenie zakresu obliczeń.
Przy ustawianiu na stropie wyłącznie maszyn kategorii I, II i III (tabl. 9) o częstości drgań wzbudzających nm < 3,5 Hz sprawdzanie częstości drgań własnych stropu nie jest wymagane.
6.3.5. Obliczanie częstości poziomych drgań własnych dla wolno stojących pomostów
obciążonych maszynami dopuszcza się przeprowadzać przy przyjęciu schematu sztywnej płyty opartej na sprężystych słupach.
6.4. Obliczanie amplitud drgań wymuszonych stropów i wolno stojących pomostów
6.4.1. Miarodajna wartość amplitudy drgań elementu stropu
(np. żebra) opartego na innych odkształcalnych elementach (np. podciągach) jest sumą amplitudy drgań giętnych rozpatrywanego elementu oraz połowy sumy amplitud drgań podpór tego elementu jeżeli amplituda drgań elementu nie została obliczona wg dokładnego schematu konstrukcji.
6.4.2. Tłumienie drgań w konstrukcji stropu
należy uwzględniać przy obliczaniu amplitud drgań wymuszonych elementów stropu stosując wartości podane w tabl. 23.
Tablica 23. Tłumienie drgań konstrukcji
Materiał konstrukcji |
Współczynnik tłumienia γ |
Logarytmiczny dekrement tłumienia ∆ |
||
|
maszyny I i II kategorii dynamicznej |
maszyny III i IV kategorii dynamicznej |
maszyny I i II kategorii dynamicznej |
maszyny III i IV kategorii dynamicznej |
Żelbet |
0,05 |
0,10 |
0,16 |
0,31 |
Mur ceglany |
0,04 |
0,08 |
0,13 |
0,25 |
Drewno |
0,03 |
0,05 |
0,09 |
0,16 |
Stal walcowana |
0,01 |
0,025 |
0,03 |
0,08 |
Dla belek o przekroju złożonym z części wykonanych z dwóch różnych materiałów o współczynnikach tłumienia γ1 i γ2 łączny współczynnik tłumienia γ wyznacza się wg wzoru
(30)
w którym K1 i K2 — sztywności składowych części belek wykonanych z różnych materiałów (por. p. 6.3.2); wartości te ustala się w stosunku do osi obojętnej wspólnej dla całego przekroju złożonego, jeżeli przekrój jest monolityczny lub w stosunku do własnych osi obojętnych części składowych jeżeli przekrój nie jest monolityczny.
Współczynnik tłumienia γ jest związany z logarytmicznym dekrementem tłumienia ∆ zależnością
Jeżeli na obliczany element stropu działa obciążenie dynamiczne od maszyn różnych kategorii, to można do obliczeń przyjmować z tabl. 23 współczynnik tłumienia γ odpowiadający największej kategorii dynamicznej (tabl. 9).
6.4.3. Działanie kilku obciążeń dynamicznych.
Jeżeli na obliczany element stropu działa równocześnie kilka różnych obciążeń dynamicznych, to jego największą amplitudę drgań określa się jako sumę amplitud drgań obliczonych od każdego obciążenia dynamicznego oddzielnie.
6.4.4. Belki ciągłe.
Przy obliczaniu amplitud drgań belek i płyt ciągłych można uwzględniać tylko obciążenia dynamiczne występujące w przęśle rozpatrywanym oraz w przęsłach przyległych.
6.4.5. Przekazywanie obciążeń dynamicznych z belek
obciążonych nimi bezpośrednio na elementy podpierające te belki można obliczać analogicznie jak dla obciążeń statycznych, tj. odwrotnie proporcjonalnie do odległości od podpór.
6.5. Wskazówki dodatkowe
6.5.1. Konstrukcja stropów.
Stropy, na których przewidywane jest ustawienie maszyn dających obciążenie dynamiczne, powinny mieć konstrukcję monolityczną o odpowiedniej masie i sztywności. Za najbardziej odpowiednie należy uznać monolityczne stropy żelbetowe, przy czym stropy prefabrykowane z elementów wyłącznie żelbetowych o monolitycznych złączach należy zaliczać do monolitycznych.
6.5.2. Zasady rozmieszczania maszyn na stropach
6.5.2.1. Maszyny nieudarowe.
W celu zmniejszenia amplitud drgań stropu należy rozmieszczać:
a)maszyny typu 1 (tabl. 7) na belce w pobliżu podpór,
b)maszyny typu 2 (tabl. 7) w pobliżu środka rozpiętości belki tak, aby siły wzbudzające działały wzdłuż osi belki.
6.5.2.2. Maszyny o działaniu udarowym (impulsowym)
a)maszyny o działaniu udarowym zaleca się umieszczać na elementach stropu o największej masie,
b)urządzenie dające impulsy skierowane pionowo umieszcza się w pobliżu podpór belki,
c)urządzenia dające impulsy o charakterze momentów, działających w płaszczyźnie zginania elementu nośnego umieszcza się w środku rozpiętości elementu.
6.5.3. Stosowanie wibroizolacji.
Przy ustawianiu na stropach maszyn, zaleca się jako zasadę stosowanie wibroizolacji zgodnie z wymaganiami rozdz. 7 (por. także 6.1.1).
7. WIBROIZOLACJA FUNDAMENTÓW POD MASZYNY
7.1. Rodzaje wibroizolacji i wymagania ogólne
7.1.1. Wibroizolacja czynna i bierna.
Ze względu na cel zastosowania, rozróżnia się wibroizolację czynną, której zadaniem jest zmniejszenie przenoszenia się drgań ze źródła drgań, jakim jest maszyna na konstrukcję wsporczą lub podłoże gruntowe oraz wibroizolację bierną, której zadaniem jest zmniejszenie przenoszenia się drgań z konstrukcji wsporczej lub podłoża gruntowego na wrażliwą maszynę, przyrząd lub urządzenie.
7.1.2. Rodzaje środków wibroizolacyjnych.
Rozróżnia się środki wibroizolacyjne stosowane w postaci:
a)układu pojedynczych elementów sprężystych, tzn. wibroizolatorów (sprężyny, klocki gumowe lub korkowe itp.),
b)ciągłej podkładki z materiału sprężystego (guma, korek, tworzywa sztuczne).
Układ pojedynczych wibroizolatorów stosuje się na ogół przy zwiększonych wymaganiach w zakresie skuteczności wibroizolacji lub przy niższych częstościach drgań wzbudzających.
7.1.3. Skuteczność wibroizolacji.
Zastosowanie wibroizolacji powoduje, że jedynie część siły wzbudzającej P0d działającej na układ przekazywana jest na konstrukcję wsporczą w postaci siły zakłócającej P0z. Stosunek amplitud sił
(31)
nazywa się przepuszczalnością wibroizolacji.
Dla drgań wzbudzających o stałym przebiegu
(32)
przy czym
jest stosunkiem kątowej prędkości drgań wzbudzających ω do kątowej prędkości drgań własnych pionowych λz wibroizolowanego układu.
Wartość ε = l - T, wyrażona w procentach, jest skutecznością wibroizolacji. Przepuszczalność T może być również wyrażona przez stosunek amplitud przemieszczeń, prędkości lub przyśpieszeń drgań zakłócających do wzbudzających.
7.1.4. Skuteczność wibroizolacji.
Wibroizolacja powinna być tak zaprojektowana, aby jej skuteczność wynosiła co najmniej 93%, tj. żeby był spełniony warunek
T ≤ 0,07 (lub η ≥ 4)
(33)
W przypadku maszyn wolnobieżnych, o prędkości obrotowej nm < 500 obr/min (tabl. 8), wyjątkowo można dopuszczać T ≤ 0,125 (lub η ≥ 3).
Przy obciążeniach o charakterze impulsów (lub uderzeń) należytą skuteczność wibroizolacji uzyskuje się spełniając warunek
(34)
w którym:
λs — najniższa (podstawowa) prędkość drgań własnych elementu stropu lub podłoża gruntowego podpierającego wibroizolowany układ, rad/s,
λw — prędkość drgań własnych pionowych izolowanego układu, rad/s.
Przy obciążeniach impulsowych należy również uwzględnić wymagania wg 7.3. Skuteczność wibroizolacji należy ustalać w zależności od wielkości dopuszczalnej amplitudy drgań (prędkości, przyśpieszenia) ochranianego obiektu.
7.1.5. Tłumienie drgań przez wibroizolację.
Wibroizolacja powinna odznaczać się zdolnością tłumienia drgań, określoną przez współczynnik tłumienia γw w celu niedopuszczenia do powstawania nadmiernych amplitud drgań układu:
a) przy rezonansie przejściowym (w czasie uruchamiania lub zatrzymywania maszyny),
b) podczas serii impulsów (uderzeń),
c) przy potrącaniu przez obsługę izolowanych urządzeń.
Potrzebne wartości współczynnika tłumienia γw należy przyjmować zgodnie z wykresem wg rys. 18 oraz tabl. 24.
Rys. 18. Potrzebna wartość współczynnika tłumienia γw wibroizolacji w zależności od prędkości ε narastania lub ubywania obrotów maszyny przy uruchamianiu lub zatrzymywaniu
Tablica 24. Potrzebne wartości współczynnika tłumienia γw
Rodzaj urządzenia |
współczynnik tłumienia γw |
Maszyny obrotowe (o stałym przebiegu drgań) |
wg wykresu rys. 18 |
Maszyny udarowe (przy spełnieniu warunku (48)) |
γw ≥ 0,1 |
|
(γw ≥ 0,075) |
Wibroizolowane przyrządy |
γw ≥ 0,04-0,05 |
Maszyny o nie ustalonym przebiegu drgań (młyny węglowe, kruszarki) |
γw ≥ 0,1 |
Wartość współczynnika γw ze względu na stan rezonansu przejściowego wyznacza się z wykresu rys. 18, w zależności od prędkości narastania lub ubywania liczby obrotów maszyny ε mierzonej w Hz/s, częstości drgań własnych pionowych nz układu, mierzonych w Hz, oraz przyjętego stosunku
amplitud drgań wymuszonych przy rezonansie przejściowym (Amax) i przy roboczej częstości obrotów maszyny (Az).
7.2. Techniczne środki wibroizolacyjne
7.2.1. Sprężyny stalowe
7.2.1.1. Wymagania ogólne.
Sprężyny do celów wibroizolacji stosuje się dowolne o potrzebnej sztywności wynikającej z wymagań niniejszego rozdziału.
Nośność sprężyn oraz ich sztywność, a także cechy geometryczne i mechaniczne należy przyjmować zgodnie z ustaleniami PN-85/M-80701. Sprężyny powinny odpowiadać ogólnym wymaganiom określonym w PN-64/M-80700.
Sprężyna naciskowa (pracująca na ściskanie) powinna być stateczna tj. odpowiadać warunkowi
(35)
w którym:
l0 — długość (wysokość) sprężyny nieobciążonej,
D — średnica podziałowa sprężyny.
7.2.1.2. Sztywność sprężyny.
Podłużną sztywność sprężyny K'zs określa się w kN/m z zależności
(36)
w którym:
P'st — statyczne obciążenie charakterystyczne sprężyny, kN,
fsts — ugięcie statyczne sprężyny wywołane przez obciążenie P'st, m.
Poprzeczną sztywność sprężyny K'xs określać można z wykresu rys. 19, gdzie ls jest wysokością sprężyny obciążonej.
Rys. 19. Wykres do wyznaczania poprzecznej sztywności K'xs lub K'ys sprężyny w zależności od podłużnej sztywności K'zs
7.2.1.3. Współczynnik tłumienia drgań
γs dla sprężyn stalowych wynosi γs = 0,01.
7.2.2. Guma
7.2.2.1. Wymagania ogólne.
Gumę dla celów wibroizolacji należy stosować w postaci podkładek ciągłych lub w postaci pojedynczych elementów.
Podkładki ciągłe mogą być stosowane jedynie w postaci tafli rowkowanych lub perforowanych tak, żeby umożliwić postaciowe odkształcenie gumy.
Pojedyncze elementy należy formować tak, żeby umożliwić odpowiednio dużą sprężystą odkształcalność postaciową. Elementy te mogą pracować na ściskanie lub na ściskanie ze ścinaniem i zginaniem. Należy unikać stosowania elementów gumowych pracujących na rozciąganie.
7.2.2.2. Dynamiczny współczynnik sprężystości gumy
Ed i statyczny Est przy ściskaniu można przyjmować orientacyjnie wg rys. 20.
Dla gumy porowatej przyjmuje się Ed = 0,5-1,5 MPa.
Rys. 20. Współczynniki sprężystości statycznej Est i dynamicznej Ed dla gumy przy ściskaniu
7.2.2.3. Nacisk statyczny na gumę.
Przy stosowaniu gumy pracującej na ściskanie, nacisk statyczny na gumę zaleca się przyjmować:
dla gumy o twardości ≤ 40°Sh 1 — 0,3 Mpa,
dla gumy o twardości > 40°Sh — 0,5 Mpa,
dla gumy porowatej — 0,02 MPa.
7.2.2.4. Odkształcenie gumowych elementów
ściskanych pod wpływem stałego obciążenia statycznego nie powinno być większe niż 20% ich wysokości.
7.2.2.5. Współczynnik tłumienia
γg gumy zależy od jej rodzaju i powinien być określony przez producenta. Orientacyjnie można przyjmować dla drgań wymuszonych:
dla gumy o twardości 45-55°Sh γg = 0,10,
dla gumy o twardości 60-70°Sh γg = 0,15.
7.2.2.6. Obliczanie elementów gumowych.
W przypadku konieczności stosowania dla celów wibroizolacji ściskanych elementów gumowych w postaci klocków o przekroju kwadratowym lub kołowym można do obliczeń posługiwać się wzorami (37)÷(41) podanymi w tabl. 25.
Rys. 21. Pracująca wysokość l1g elementu gumowego
Tablica 25. Wzory do obliczania elementów gumowych
Obliczana wielkość |
Wzór |
Pracująca wysokość elementu gumowego l1g (rys. 21) |
|
Poprzeczny wymiar elementu gumowego b |
|
Podłużna sztywność elementu gumowego K'zg |
|
|
F' - pole przekroju elementu, m2 |
Poprzeczna sztywność elementu gumowego K'vg |
|
Ugięcie elementu gumowego od charakterystycznych obciążeń statycznych fmg |
|
|
Q'g - nacisk na element, kN |
7.2.3. Wibroizolacja złożona z różnych elementów (np. sprężyny i elementy gumowe)
7.2.3.1. Cel stosowania.
Wibroizolację złożoną stosuje się gdy użycie samych sprężyn nie zapewnia potrzebnego współczynnika tłumienia wibroizolacji γw.
7.2.3.2. Pionowe sztywności i współczynniki tłumienia wibroizolacji złożonej
z różnych elementów w układzie równoległym oblicza się w kN/m wg wzorów (42) i (43) podanych w tabl. 26, w których
K2 — sumaryczna sztywność pionowa wszystkich wibroizolatorów,
Kzg — sumaryczna sztywność pionowa wibroizolatorów gumowych,
Kzs — sumaryczna sztywność wibroizolatorów sprężynowych,
γw, γg, γs — współczynniki tłumienia drgań odpowiednio: wszystkich wibroizolatorów gumowych i sprężynowych.
Przy projektowaniu wibroizolacji złożonej zaleca się stosować równoległy układ wibroizolatorów rozmieszczonych symetrycznie, w którym statyczny ciężar Qg przekazujący się na elementy gumowe oblicza się w kN wg wzoru
(44)
w którym Amax — amplituda drgań układu przy rezonansie przejściowym, m.
Na elementy sprężynowe przypada ciężar, w kN wg wzoru
Qs = Q - Qg
(45)
w którym Q — ciężar układu drgającego (maszyny i fundamentu opartego na wibroizolacji), kN.
Znając potrzebne wielkości Kzs i Qs oraz Kzg i Qg można zaprojektować odpowiednie dla danego układu wibroizolatory sprężynowe i gumowe.
7.2.3.3. Nośność sprężyn stalowych
ustala się taką, żeby przy obciążeniu pełnym ciężarem Q układu nie następowało przekroczenie stanu granicznego ich nośności i blokowanie się sprężyn.
7.3. Układy konstrukcyjne fundamentów z zastosowaniem wibroizolacji pod maszyny nieudarowe
7.3.1. Układ podparty
(rys. 22) stosuje się w zasadzie, gdy nie jest potrzebna duża masa układu, a więc do maszyn szybkobieżnych obrotowych i tłokowych o zrównoważonych siłach wzbudzających pierwszego rzędu (tabl. 8, grupa 2, 3 i 4).
7.3.2. Układ zawieszony
(rys. 23) stosuje się gdy potrzebny jest fundament o dużej masie i o niskiej częstości drgań własnych przy znacznej wysokości bloku fundamentowego, a więc do maszyn o dużych siłach wzbudzających i niskiej częstości drgań wzbudzających.
7.3.3. Wielkość i kształt masy układu drgającego
ustala się tak, żeby amplitudy drgań wymuszonych układu były mniejsze od wartości dopuszczalnych. Jeżeli masa samej maszyny jest niewystarczająca, wtedy maszynę ustawia się na fundamencie, którego masa uzupełnia potrzebną wielkość masy.
Tablica 26. Sztywność i tłumienie izolacji złożonej z elementów o różnych właściwościach
Schemat układu wibroizolatorów |
Sztywność i współczynnik tłumienia wibroizolacji |
|
|
|
wysokość podstawki do elementu gumowego |
Rys. 22. Schemat układu podpartego
Rys. 23. Schemat układu zawieszonego
1 — blok fundamentowy; 2 — wibroizolatory; 3 — skrzynia osłaniająca
Ustawiona na wibroizolatorach płyta (lub rama) fundamentowa podpierająca maszynę powinna mieć odpowiednią sztywność. Przy ustalaniu grubości płyty (lub ramy) fundamentowej należy kierować się tabl. 27 i rys. 24.
Rys. 24. Płyta fundamentowa podpierająca maszynę
Tablica 27. Minimalna grubość płyty fundamentowej przy zastosowaniu wibroizolacji
Konstrukcja maszyny |
Stosunek minimalnej grubości h płyty (lub ramy) fundamentowej żelbetowej (lub stalowej) do jej długości l (rys. 24) |
|
|
ramy stalowe |
płyty żelbetowe |
Maszyny o jednym wspólnym sztywnym korpusie |
1/12 |
1/15 |
Maszyny składające się z kilku członów połączonych sprężyście |
1/10 |
1/12 |
Przy sztywnym połączeniu korpusu maszyny z podłużnymi elementami ramy stalowej lub z płytą żelbetową długość l można zmniejszyć o odcinek lm równy długości sztywnego korpusu maszyny (rys. 24).
7.3.4. Rozmieszczenie wibroizolatorów
powinno spełniać warunek, żeby środek sztywności wibroizolatorów wg 1.3.11 leżał na linii pionowej przechodzącej przez środek ciężkości układu drgającego.
Przy stosowaniu wibroizolatorów różnego rodzaju warunek ten obowiązuje dla rozmieszczenia każdego rodzaju wibroizolatorów oddzielnie.
7.3.5. Sztywność ogólna wibroizolacji.
Ogólna pionowa sztywność wibroizolacji stanowi sumę sztywności wszystkich pojedynczych wibroizolatorów. Ogólna sztywność wibroizolacji Kz jest związana z pionową prędkością kątową drgań własnych λz, rad/s, zależnością (46)
(46)
w którym m — masa układu, Mg.
Potrzebną ogólną sztywność wibroizolacji określa się ze wzoru (46), po ustaleniu potrzebnej prędkości drgań własnych pionowych układu zgodnie z 7.1.4. Sztywność wibroizolacji powinna spełniać także dodatkowy warunek, że najwyższa z sześciu prędkości drgań własnych układu, rozpatrywanego jako sztywna bryła drgająca na sprężystym podłożu, powinna być co najmniej 2,5 raza mniejsza od prędkości drgań wzbudzających.
7.3.6. Zakres obliczeń dynamicznych wibroizolacji fundamentów pod maszyny nieudarowe.
Zakres obliczeń dynamicznych w ogólnym przypadku powinien obejmować:
a) sprawdzenie stanu granicznego użytkowania (amplitud drgań wymuszonych) izolowanego fundamentu pod maszynę, przy czym dopuszczalne wartości amplitud drgań wymuszonych należy przyjmować zgodnie z wymaganiami 4.6,
b) sprawdzenie stanu granicznego użytkowania konstrukcji wsporczej, na której fundament pod maszynę jest ustawiony za pośrednictwem wibroizolacji, przy czym dopuszczalne wartości amplitud drgań wymuszonych konstrukcji wsporczej należy przyjmować zgodnie z wymaganiami rozdz. 4 i załącznika 2,
c) sprawdzenie stanu granicznego nośności wibroizolatorów,
d) określenie wartości obciążeń dynamicznych przekazywanych przez wibroizolację na konstrukcję wsporczą.
W celu sprawdzenia powyższych stanów granicznych obliczenia dynamiczne układu drgającego należy wykonać traktując go jako bryłę opartą na sprężystym podłożu o określonych sztywnościach towarzyszących drganiom pionowym, złożonym i skrętnym. Obliczenie powinno zawierać:
— ustalenie sił wzbudzających (charakterystycznych) zgodnie z 3.6,
— obliczenie masy i momentów bezwładności układu drgającego,
— rozmieszczenie wibroizolatorów i określenie sztywności całej wibroizolacji,
— określenie współczynnika tłumienia drgań przez wibroizolację,
— obliczenie częstości drgań własnych układu i sprawdzenie warunków 7.1.3 i 7.1.4,
— obliczenie amplitud drgań wymuszonych fundamentu lub maszyny w płaszczyźnie jej podstawy i sprawdzenie warunku poz. a),
— obliczenie nośności wibroizolatorów i porównanie z wartościami granicznymi,
— obliczenie amplitud drgań wymuszonych konstrukcji wsporczej i sprawdzenie warunku poz. b),
— określenie obciążeń dynamicznych przepuszczanych przez wibroizolację na konstrukcję wsporczą wg 7.1.3.
Dla maszyn kategorii I i II (tabl. 9) oraz grupy 3 i 4 (tabl. 8) powyższy zakres obliczeń może być ograniczony do sprawdzenia warunku (33), jeżeli nie ma w otoczeniu maszyny obiektów wrażliwych na drgania, należących do I i II klasy (tabl. Z-2-1) lub nie są wymagane ograniczenia intensywności drgań ze względu na ich wpływ na człowieka.
Dla maszyn kategorii I i II lecz grupy 2, przy sprawdzaniu warunku wg poz. a), dopuszcza się traktować układ drgający jako bryłę zawieszoną w przestrzeni, tj. pomijać wpływ sztywności wibroizolacji, o ile spełnione są warunki podane wyżej.
Stosowanie wibroizolacji bez przeprowadzenia obliczeń sprawdzających jest niedopuszczalne.
7.3.7. Wpływ momentu obrotowego i zwarcia.
Ugięcie wibroizolacji dla maszyn elektrycznych należy sprawdzić na działanie momentu obrotowego powstającego przy uruchamianiu silnika lub momentu zwarcia. Wielkość tych ugięć powinna być ograniczona do wielkości dopuszczalnych ze względów technologicznych (przeciętnie nie więcej niż 1,5 mm). Wielkość ugięć od działającego momentu nie powinna przekraczać w żadnym przypadku:
a) przy uruchomieniu silnika — 5 mm,
b) przy zwarciu — 10 mm.
Jeżeli warunek ten nie jest spełniony, to należy zwiększyć sztywność wibroizolacji i odpowiednio masę układu lub zastosować odboje ograniczające ruchy fundamentu do 5-8 mm; odboje te powinny mieć dostateczną wytrzymałość i wykładzinę gumową dla łagodzenia uderzeń.
7.3.8. Wpływ obciążeń impulsowych.
Przy przybliżonym sprawdzaniu stropu na działanie ustawionej na nim maszyny wytwarzającej obciążenia o charakterze impulsów za pośrednictwem wibroizolacji spełniającej warunek (34), można ograniczyć się do obliczenia stropu na statyczne działanie dwóch różnych zastępczych stałych obciążeń wg wzorów:
(47)
(48)
w których:
S — wielkość krótkotrwałego impulsu działającego na wibroizolowany układ, kNs,
λw — kątowa prędkość pionowych drgań własnych wibroizolowanego układu odpowiadająca działaniu impulsu, rad/s,
— stosunek prędkości drgań własnych układu na wibroizolacji λw i podstawowej stropu λ1,
ε w i ε1 — współczynniki przyjmowane z wykresu rys. 25, w zależności od wartości stosunku τ/Tw lub τ/T1
τ — czas trwania impulsu, s,
Tw i T1 — okresy drgań własnych odpowiadające prędkościom λw i λ1, s.
Rys. 25. Wykres do wyznaczania współczynników E1 i Ew do wzorów (47) lub (48)
Amplitudy przemieszczeń stropu pod wpływem działania impulsu określa się jako statyczne ugięcie układów, od statycznego działania sił Pw i P1 przyłożonych do maszyny w miejscu działania impulsu i w taki sam sposób.
Prędkość własną λw można określać traktując strop jako absolutnie sztywny; przy określaniu prędkości λ1 można pomijać sztywność wibroizolatorów i masę wibroizolowanego układu.
Jeżeli obciążenie impulsowe powstaje w wyniku uderzenia stropu przez ciężar Gm, kN, to impuls S wyraża się wzorem podanym w tabl. 12 lp. 8, a obciążenie Pw zostaje zastąpione przez obciążenie Pw wyliczone wg wzoru
(49)
w którym Pw — siła obliczona wg wzoru (47), kN.
7.4. Układy konstrukcyjne z zastosowaniem wibroizolacji fundamentów pod młoty
7.4.1. Typy układów konstrukcyjnych.
Stosuje się wibroizolację fundamentów pod młoty
a) w układzie podpartym (rys. 26),
Rys. 26. Wibroizolacja fundamentów pod mioty w układzie podpartym
1 — blok fundamentowy, 2 — skrzynia osłaniająca, 3 — wibroizolatory, 4 — żebra do ustawienia wibroizolatorów
b) w układzie zawieszonym (rys. 27).
Dla fundamentów w układzie zawieszonym należy przewidzieć dobre zabezpieczenie przed zanieczyszczeniem wolnej przestrzeni między dnem skrzyni a spodem bloku fundamentowego.
Dla fundamentów w układzie podpartym należy zapewnić dostęp do spodu bloku fundamentowego i wibroizolatorów z zachowaniem właściwych wymagań BHP.
Podane wymiary minimalne można stosować w wyjątkowych przypadkach przy braku miejsca.
Rys. 27. Wibroizolacja fundamentów pod młoty w układzie zawieszonym
1 — wieszak, 2 — wibroizolatory, 3 — blok fundamentowy, 4 — skrzynia osłaniająca, 5 — belki stalowe do zawieszenia bloku fundamentowego, 6 — pomost obsługi
7.4.2. Cechy wibroizolacji fundamentów pod młoty
7.4.2.1. Częstość drgań własnych pionowych układu
składającego się z opartego na wibroizolacji bloku fundamentowego z ustawionym na nim młotem powinna zawierać się w granicach podanych w tabl. 28.
Tablica 28. Zalecane częstości drgań własnych bloku fundamentowego przy zastosowaniu wibroizolacji
Warunki pracy młota |
Częstość drgań własnych wibroizolacji Hz |
Normalne warunki zakładu przemysłowego, dobre podłoże gruntowe |
4-6 |
Jw., lecz podłoże gruntowe słabe (nawodnione drobne piaski) |
3-4 |
Otoczenie zakładu wrażliwe na drgania (budownictwo mieszkaniowe, pomieszczenia laboratoryjne, a także luźne piaski) |
2-3 |
7.4.2.2. Sztywność wibroizolacji
należy tak dobierać, żeby częstość drgań własnych w Hz pionowych układu n0z spełniała warunek
n0z = n0m (i + 0,5)
(50)
w którym:
i = 0, 1, 2, 3 itd.
n0m — częstość uderzeń młota na sekundę podczas serii uderzeń.
Jeżeli warunek (50) nie może być spełniony to należy uwzględniać zwiększenie amplitudy drgań na skutek wpływu kolejnych uderzeń.
7.4.3. Obliczenie dynamiczne fundamentów pod młoty przy zastosowaniu wibroizolacji
7.4.3.1. Zakres obliczeń
a) Ustalenie dopuszczalnych amplitud drgań bloku fundamentowego na wibroizolacji oraz skrzyni osłaniającej z uwzględnieniem wpływu drgań podłoża na otoczenie.
b) Ustalenie potrzebnej sztywności wibroizolacji dla uzyskania wymaganej częstości drgań własnych bloku fundamentowego.
c) Określenie potrzebnej masy bloku fundamentowego, przy czym jako masę drgającą można przyjmować wspólną masę bloku fundamentowego i ustawionego na nim młota.
d) Dobór wibroizolatorów.
e) Sprawdzenie częstości drgań własnych, amplitud drgań wymuszonych i współczynnika tłumienia wibroizolacji.
f) Ustalenie wymiarów skrzyni osłaniającej blok fundamentowy.
g) Sprawdzenie amplitud drgań skrzyni osłaniającej oraz obliczenie jej zbrojenia.
h) Ustalenie zbrojenia bloku fundamentowego wg zasad podanych w p. 5.5.4, przy czym zbrojenie wierzchu bloku fundamentowego powinno stanowić 60% zbrojenia spodu bloku fundamentowego, ustalonego na podstawie obliczenia.
Wpływ zmęczenia w obliczeniach wytrzymałościowych należy uwzględniać zgodnie z PN-84/B-03264, p. 7.2.
Dopuszcza się również stosowanie zaleceń wg 3.6.4.
7.4.3.2. Dopuszczalne amplitudy drgań pionowych bloku fundamentowego.
Dopuszczalna amplituda drgań bloku fundamentowego powinna być ustalona przez technologa w zależności od wymagań procesu kucia. Przy braku danych można posługiwać się danymi zawartymi w tabl. 29.
Tablica 29. Dopuszczalne amplitudy drgań bloków fundamentowych pod młoty przy zastosowaniu wibroizolacji
Rodzaj kucia |
Dopuszczalna amplituda Aw dop, mm |
Kucie przy wymaganiu najwyższej jakości |
0,5 |
Swobodne kucie odkuwek długości ponad 2 m |
1,0 |
Jak wyżej, lecz o długości poniżej 2 m |
2,0 |
Kucie matrycowe |
3,0 |
Kucie matrycowe przy minimalnych wymaganiach |
4,0 |
Należy mieć na uwadze, że wielkość fundamentu jest tym większa im mniejsza jest dopuszczalna wartość amplitudy drgań, w związku z czym zaleca się w porozumieniu z technologiem zwiększać wartości amplitud drgań wymuszonych, co pozwala uzyskać zmniejszenie wielkości bloku fundamentowego.
Amplituda drgań skrzyni osłaniającej blok fundamentowy nie powinna przekraczać wartości
Adop = 0,15 ÷ 20 mm
7.4.4. Wymagania konstrukcyjne.
Minimalna grubość części podkowadłowej bloku fundamentowego ustawionego na wibroizolatorach powinna być o 25% większa od podanej w tabl. 18.
Pomost obsługi powinien być oddzielony od bloku fundamentowego i opierać się na skrzyni osłaniającej (rys. 26 i 27).
Wymagane tłumienie drgań przez wibroizolację sprężynową (tabl. 24) zapewnia dodatkowe zastosowanie:
a) klocków gumowych
b) tłumików z cieczą lepką
c) resorów stalowych
d) urządzeń wytwarzających suche tarcie.
Wibroizolację zaleca się stosować w postaci sprężyn stalowych zgrupowanych w jednostkach wielosprężynowych oraz w postaci zespołów złożonych z kilku klocków gumowych każdy.
W układach zawieszonych (rys. 27) belki stalowe służące do podwieszenia bloku fundamentowego nie powinny spełniać roli zbrojenia bloku. Powinny być one umieszczone nieco poniżej środka bloku i być zwymiarowane z zastosowaniem współczynnika zmęczenia materiału α = 3 i najniekorzystniejszego działania obciążeń statycznych i dynamicznych.
KONIEC
Załączniki 3
Informacje dodatkowe
ZAŁĄCZNIK 1
ORIENTACYJNY PODZIAŁ MASZYN ZE WZGLĘDU NA ICH DYNAMICZNOŚĆ
Dynamiczna kategoria maszyny |
Dynamiczność maszyny |
Nazwa maszyny |
1 |
2 |
3 |
I |
mała |
obrabiarki i automaty do obróbki metali: frezarki, obrabiarki do kół zębatych, szlifierki do kół zębatych i gwintów, wiertarki, rewolwerówki, wytaczarki i docieraczki, szlifierki o masie wrzeciona mniejszej niż 20 kg, tokarki do metali o masie wrzeciona mniejszej niż 20 kg, tokarki do drewna; maszyny przędzalnicze; automaty do pakowaniu w przemyśle cukierniczym, spożywczym i gastronomicznym; automaty do napychania papierosów i inne automaty w fabrykach papierosów, automaty do ostrzenia brzytew; maszyny do szycia; maszyny elektryczne o masie mniejszej niż 100 kg; pompy odśrodkowe o masie mniejszej niż 50 kg itp. |
II |
średnia |
strugarki poprzeczne i inne; tokarki o masie wrzeciona większej niż 20 kg; szlifierki o masie wrzeciona większej niż 20 kg lecz mniejszej niż 100 kg; tarcze szlifierskie, pompy tłokowe o małej mocy; jednocylindrowe silniki, dla których iloczyn masy tłoka przez promień korby jest mniejszy niż 250 kgcm; poziome i pionowe wirówki o masie napełnionego pojemnika mniejszej niż 100 kg; czesarki w fabrykach włókienniczych; bębny do prasowaniu w szwalniach, transmisyjne przekładnie; wentylatory o masie wirnika mniejszej niż 30 kg; silniki elektryczne o masie większej niż 100 kg, lecz mniejszej niż 1000 kg itp. |
III |
duża |
wirówki z napełnionym pojemnikiem o masie większej niż 100 kg, lecz mniejszej niż 300 kg; wentylatory o masie wirnika większej niż 30 kg, lecz mniejszej niż 100 kg; maszyny tkackie; prasy z suwakiem o masie mniejszej niż 200 kg; maszyny typograficzne; szlifierki o masie wrzeciona większej niż 100 kg; maszyny elektryczne o masie większej niż 1000 kg, silniki jednocylindrowe, dla których iloczyn masy tłoka przez promień korby jest większy niż 250 kgcm, lecz mniejszy niż 750 kgcm; pompy tłokowe średniej mocy itp. |
IV |
bardzo duża |
automaty matrycowe i prasy automatyczne z suwakiem o masie większej niż 200 kg, sita wstrząsowe zakładów cukrowniczych i krochmalniczych; urządzenia do przesiewania; kruszarki; stoły wibracyjne i sita w fabrykach i zakładach wzbogacania surowców i w innych, wentylatory o masie wirnika większej niż 100 kg; wirówki o masie bębna wraz z wypełnieniem większej niż 300 kg; jednocylindrowe silniki, dla których iloczyn masy tłoka przez promień korby jest większy niż 750 kgcm; tłokowe pompy o dużej mocy itp. |
ZAŁĄCZNIK 2
OCENA SZKODLIWOŚCI DRGAŃ I WSTRZĄSÓW DLA PRACUJĄCYCH LUDZI ORAZ DLA URZĄDZEŃ W BUDYNKACH
1. SPRAWDZENIE SZKODLIWOŚCI WPŁYWÓW DRGAŃ I WSTRZĄSÓW NA URZĄDZENIA W BUDYNKACH
1.1. Założenia ogólne.
Kryteria oceny ujęto w dwóch grupach: pierwsza dotyczy maszyn i przyrządów mechanicznych, druga — urządzeń laboratoriów pomiarowych i urządzeń specjalnych. Wielkością charakteryzującą jest tu maksymalna prędkość drgań.
Zaliczanie maszyn do klas wrażliwości należy wykonywać wg tabl. Z2-1.
Tablica Z2-1
Klasa wrażliwości |
Charakterystyka wrażliwości na drgania |
Nazwa maszyn lub urządzenia |
I |
bardzo wrażliwe |
urządzenia do wyważania statycznego i dynamicznego, sprawdzania i regulacji przyrządów optycznych, mikroskopy pomiarowe, interferometry i inne dokładne przyrządy optyczne, obrabiarki precyzyjne, przyrządy pomiarowo-kontrolne stałe o dokładności do kilku mikrometrów, urządzenia rektyfikacyjne przyrządów pomiarowych, elektroniczne maszyny cyfrowe |
II |
średnio wrażliwe |
szlifierki do gwintów, kół zębatych, łożysk, wiertarki i froterki automatyczne, tokarki z tolerancjami do kilkunastu mikrometrów, automaty dokładne i obrabiarki dokładne |
III |
mało wrażliwe |
zwykłe tokarki, frezarki, wiertarki, szlifierki, obrabiarki zwykłej dokładności, maszyny włókiennicze, tkackie, typograficzne |
IV |
prawie niewrażliwe |
silniki, dłutownice, maszyny do szycia, obrabiarki do metali lekkich i drewna, prasy przemysłowe, przecinarki |
V |
zupełnie niewrażliwe |
wentylatory, kruszarki, młynki, wstrząsarki, stoły i sita wibracyjne, przesiewacze, młoty itp. |
1.2. Ocena szkodliwości wpływu drgań na pracę maszyn i urządzeń mechanicznych.
Jeżeli technologia urządzenia nie narzuca specjalnych wymagań, to dopuszczalne, nieszkodliwe wartości amplitud przemieszczeń albo prędkości lub przyśpieszeń należy przyjmować wg tabl. Z2-2. Podane wartości należy traktować jako dopuszczalne drgania podłoża, mierzone przy unieruchomionej maszynie.
Wartości podane w tabl. Z2-2 dotyczą jednego kierunku o najbardziej niekorzystnych wielkościach.
Dla pomieszczeń z urządzeniami specjalnymi (np. z mikroskopami elektronowymi) dopuszczalne wartości drgań należy przyjmować wg kryteriów podanych przez konstruktorów i użytkowników urządzeń.
Tablica Z2-2
Klasa wrażliwości maszyny |
Charakterystyka maszyny lub urządzenia |
Dopuszczalna maksymalna prędkość drgań podłoża w jednym kierunku Vp mm/s |
Dopuszczalne amplitudy przemieszczeń przy częstości |
|
|
|
|
n = 10 Hz |
n = 50 Hz |
|
|
|
µm |
µm |
I |
bardzo wrażliwe |
0,1 |
1,6 |
0,1 |
II |
średnio wrażliwe |
1,0 |
16 |
3 |
III |
mało wrażliwe |
3,0 |
50 |
10 |
IV |
prawie niewrażliwe |
6,0 |
100 |
20 |
V |
zupełnie niewrażliwe |
powyżej 6,0 |
500 |
100 |
2. SPRAWDZENIE SZKODLIWOŚCI WPŁYWÓW DRGAŃ I WSTRZĄSÓW NA LUDZI ZNAJDUJĄCYCH SIĘ W BUDYNKACH
2.1. Założenia ogólne.
Oceną objęto drgania mechaniczne o częstości 0,5÷100 Hz; nie dotyczy ona drgań akustycznych i związanych z ich wpływem szkodliwych oddziaływań. W podanym ujęciu dostosowano się do średnich właściwości organizmu ludzkiego.
2.2. Skala odczuwalności drgań przez człowieka.
Stosuje się następującą skalę stopni odczuwalności drgań:
I — nieodczuwalne,
II — ledwo odczuwalne w spokoju,
III — odczuwalne,
IV — wyraźnie odczuwalne,
V — silnie odczuwalne,
VI — bardzo silnie odczuwalne,
VII — bardzo silnie odczuwalne i przeszkadzające,
VIII — trudne do zniesienia,
IX — nie do zniesienia.
W wykresach na rys. Z2-1 podano wpływy drgań harmonicznych ciągłych, przenoszących się na człowieka stojącego lub siedzącego. Wykresy podano w 9 stopniach odczucia wg współrzędnych: amplituda przemieszczenia, prędkości lub przyśpieszenia oraz częstości drgań.
Przy częstościach drgań wynoszących około 5 Hz miarodajne do oceny jest przyśpieszenie, przy częstościach powyżej 5 a 15 Hz — prędkość drgań. Przy częstościach między 5 a 15 Hz może decydować przyśpieszenie albo prędkość, w zależności od indywidualnych cech człowieka.
2.3. Ocena stopnia wpływu drgań na człowieka
następuje w miejscu ich przenoszenia się na człowieka (np. na podłodze) w warunkach normalnych. Stopień szkodliwości wpływu należy odczytywać z odpowiedniego wykresu (rys. Z2-2).
Wrażliwość na drgania pionowe jest wyższa niż na drgania poziome. Odczytanie na wykresie następuje dla bardziej niekorzystnej wartości przyśpieszenia.
Zależność przyśpieszenia a od amplitudy i częstości drgań wyraża się, w cm/s2, wzorem
a = 4 x π2 x n2 x A
(51)
n — częstość drgań, Hz,
A — amplituda drgań, cm.
2.4. Dopuszczalna wielkość drgań i wstrząsów dla ludzi znajdujących się w budynkach
2.4.1. Budynki mieszkalne.
Dopuszczalne linie graniczne dla poszczególnych kategorii wpływów wg rys. Z2-2a):
a)drgania wymagające zmniejszenia, jeżeli występują w sposób ciągły i przez określony okres czasu (kilka godzin w ciągu doby) — linia C,
b)drgania wymagające zmniejszenia, jeżeli występują w formie wstrząsów (z przerwami o stosunku czasu trwania do przerwy wynoszącym około 0,1 i mniej) — linia C,
Rys. Z2-1. Wykresy wpływu drgań harmonicznych ciągłych przenoszących się na człowieka, wg współrzędnych
a) amplituda przemieszczenia, b) prędkość, c) przyspieszenie
Rys. Z2-2. Wykresy stopnia szkodliwości drgań na człowieka
a) dopuszczalne linie graniczne dla poszczególnych kategorii wpływów w budynkach mieszkalnych, b) w zakładach pracy umysłowej, c) w zakładach przemysłowych
c) drgania niedopuszczalne, jeżeli występują bez przerw i w określonych okresach (kilka godzin w ciągu doby) — linia D,
d) drgania niedopuszczalne, jeżeli występują w formie wstrząsów w liczbie większej niż 5 na godzinę w ciągu dnia — linia D',
e) drgania absolutnie niedopuszczalne w żadnej postaci występowania — linia E.
2.4.2. Zakłady pracy umysłowej.
Dopuszczalne linie graniczne dla poszczególnych kategorii wpływów wg rys. Z2-2b):
a) drgania przeszkadzające w pracy umysłowej lub innej wymagającej ciągłości i szczególnego skupienia, jeżeli działają stale — linia A,
b) drgania przeszkadzające w pracy umysłowej wg poz. a), występujące sporadycznie lub w formie wstrząsów (z przerwami jak w 2.4.1 b) — linia B,
c) drgania wykluczające, pracę umysłową wg poz. a) i b), a przeszkadzające w zwykłej pracy umysłowej, nie wymagającej stałego skupienia — linia C,
d) drgania niedopuszczalne przy pracy umysłowej (dopuszczalne 1-5 razy w ciągu doby w formie wstrząsów) — linia C.
Do szpitali i domów wypoczynkowych odnoszą się kryteria dotyczące pracy umysłowej wymagającej szczególnego skupienia.
2.4.3. Zakłady przemysłowe.
Dopuszczalne linie graniczne dla poszczególnych kategorii wpływów wg rys. Z2-2c):
a)drgania utrudniające pracę w przypadku ciągłego występowania (tzw. trudne warunki pracy)
w zakładach przemysłu lekkiego — linia C',
w zakładach przemysłu ciężkiego — linia D;
b)drgania przeszkadzające w pracy, w każdej postaci występowania (z wyjątkiem sporadycznych wstrząsów w liczbie do 2 na godzinę)
w zakładach przemysłu lekkiego — linia D',
w zakładach przemysłu ciężkiego — linia E;
praca w tych warunkach, jeżeli jest konieczna, wymaga okresowych odpoczynków i kontroli lekarskiej;
c)drgania niedopuszczalne, szkodliwe dla zdrowia — linia F; stała praca w warunkach o charakterystyce powyżej linii F jest niedopuszczalna, praca z przerwami (o stosunku pracy do przerwy 1:5 lub mniejszym) jako niebezpieczna dla zdrowia wymaga opieki lekarskiej i stałej kontroli zdrowia.
2.4.4. Stosowanie kryteriów szkodliwości w przypadku drgań złożonych. Jeśli drgania mają charakter okresowy, należy stosować kryteria wg 2.3. Jeżeli drgania są ciągłe, a mają charakter nieokresowy i jeżeli nie różnią się od przeciętnych więcej niż o 50% wartości przyspieszenia (do 10 Hz) lub prędkości (powyżej 10 Hz) oraz powtarzają się co najmniej średnio co 2 min (30 razy na godzinę) — drgania te należy traktować jako okresowe o najbardziej niekorzystnych wartościach.
W innych przypadkach drgania należy traktować jako wstrząsy o maksymalnych wartościach.
2.4.5. Dopuszczalne amplitudy drgań przy serii impulsów.
Przy obciążeniu stropów powtarzającymi się impulsami (obciążeniami udarowymi) dopuszczalne amplitudy drgań ustalone ze względu na warunki pracy obsługi lub ze względu na wpływ na wrażliwe na drgania urządzenia, określa się jak dla obciążeń zmiennych harmonicznie, przyjmując jako częstość wzbudzającą częstość drgań własnych konstrukcji nw i stosując współczynnik zwiększający
(52)
w którym:
γ — współczynnik tłumienia drgań przez konstrukcję wg tabl. 23,
ns — częstość występowania powtarzających się impulsów, Hz,
nw — częstość drgań własnych konstrukcji, Hz.
ZAŁĄCZNIK 3
FUNDAMENTY OBRABIAREK. WYMAGANIA SPECJALNE
1. Założenia technologiczne. W założeniach technologicznych powinny być podane dodatkowe dane:
a)dla obrabiarek wymagających ograniczenia przechyłu fundamentu — dane o granicznych położeniach ruchomych mas oraz dopuszczalne wielkości kąta obrotu fundamentu względem osi poziomej,
b)dla obrabiarek o wysokiej precyzji obróbki — dane o poziomie drgań w miejscu usytuowania maszyny oraz o dopuszczalnych amplitudach drgań.
2. Ustawianie obrabiarek na podłodze. Obrabiarki o masie do 10 Mg, o normalnej i podwyższonej dokładności, z korpusami sztywnymi, tj. gdy stosunek długości korpusu obrabiarki do wysokości jego przekroju l/h < 10, a także obrabiarki o wysokiej dokładności, które mogą być ustawione na wibroizolatorach umieszczonych bezpośrednio pod podstawą maszyny, należy ustawiać na podłodze pomieszczenia.
Obrabiarki o masie do 30 Mg należy ustawiać na pogrubionych betonowych pasmach podłogi pomieszczenia.
3. Ustawianie obrabiarek na oddzielnych fundamentach. Na oddzielnych specjalnie projektowanych fundamentach należy ustawiać następujące rodzaje obrabiarek:
a) obrabiarki o niedostatecznej sztywności korpusu, przy l/h ≥ 10 i wtedy, gdy fundament ma zapewnić potrzebną sztywność obrabiarce,
b) obrabiarki o masie większej niż 10 Mg wtedy, gdy podłoga pomieszczenia ma niedostateczną grubość,
c) obrabiarki o wysokiej dokładności, wibroizolacja których wymaga zastosowania płyty fundamentowej.
W uzasadnionych przypadkach można ustawiać kilka obrabiarek na wspólnym fundamencie.
4. Wibroizolacja. Przy stosowaniu fundamentów na wibroizolacji należy przewidywać możliwość regulacji i wymiany elementów wibroizolacji. Prawidłowość wyboru wibroizolacji powinna być uzasadniona odpowiednim obliczeniem.
Obliczenie drgań fundamentów posadowionych bezpośrednio na gruncie nie jest wymagane.
5. Wysokość fundamentów pod obrabiarki. Indywidualne fundamenty dla obrabiarek o masie do 30 Mg powinny mieć wysokość ustaloną zgodnie z tabl. Z3.
Wysokość fundamentów dla obrabiarek o masie większej niż 30 Mg należy ustalać z uwzględnieniem specjalnych wymagań producenta maszyny.
6. Mocowanie obrabiarek do fundamentów. Obrabiarki należy mocować śrubami fundamentowymi w następujących przypadkach:
a) przy ustawianiu obrabiarki na indywidualnych fundamentach,
b) gdy wymagają tego przepisy BHP,
c) gdy wymagane jest usztywnienie korpusu obrabiarki przez fundament,
d) przy obciążeniach dynamicznych od mas poruszających się ruchem postępowo-zwrotnym lub przy skrawaniu szybkościowym.
7. Bezpośrednie ustawianie obrabiarek na elementach sprężystych. Ustawianie obrabiarek bezpośrednio na sprężystych podstawkach jest dopuszczalne, jeżeli mają one sztywny korpus (przy l/h < 5) i jeżeli nie przeszkadza to w obróbce.
Minimalne wysokości fundamentów indywidualnych dla obrabiarek o masie do 30 Mg, w zależności od długości fundamentu L, m
Rodzaj obrabiarki |
Wysokość fundamentu m |
Tokarki, przeciągarki poziome, strugarki podłużne, frezarki podłużne |
|
Szlifierki |
|
Obrabiarki do nacinania kół zębatych, karuzelówki, półautomaty, automaty pionowe, karuzelo-frezarki, frezarki wspornikowe i bezwspornikowe, wytaczarki poziome |
|
Wiertarki pionowe i promieniowe |
0,6÷1,0 m |
Strugarki poprzeczne i dłutownice |
0,8÷1,4 m |
INFORMACJE DODATKOWE
1. Instytucja opracowująca normę
— Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Budownictwa Ogólnego.
2. Istotne zmiany w stosunku do PN-67/B-03040
a) powiązano normę z aktualnymi normami projektowania konstrukcji żelbetowych, stalowych i innych w zakresie oznaczeń, materiałów i metod wymiarowania, wprowadzając pojęcie stanów granicznych,
b) wprowadzono metodę częściowych współczynników bezpieczeństwa,
c) uściślono i rozszerzono wymagania konstrukcyjne w zakresie projektowania fundamentów pod turbozespoły,
d) rozszerzono zakres normy na obciążenia o charakterze impulsów,
e) wprowadzono metodę oceny szkodliwości drgań i wstrząsów dla pracujących ludzi oraz na urządzenia w budynkach (w oparciu o unieważniony Projekt PN/B-02170).
3. Normy związane
PN-86/B-02480 Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów
PN-83/B-02482 Fundamenty budowlane. Nośność pali i fundamentów palowych
PN-87/B-03002 Konstrukcje murowe. Obliczenia statyczne i projektowanie
PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie
PN-90/B-03200 Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie
PN-84/B-03264 Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projektowanie
PN-68/B-06050 Grunty budowlane. Wymagania w zakresie wykonywania i badania przy odbiorze
PN-88/B-06250 Beton zwykły
PN-88/M-80700 Sprężyny śrubowe walcowe z drutów lub prętów okrągłych. Ogólne wymagania i badania
PN-85/M-80701 Sprężyny śrubowe walcowe z drutów lub prętów okrągłych. Sprężyny naciskowe. Obliczanie i konstrukcja
4. Normy zagraniczne
ISO/IS 2974, Code of practice for design and construction of machine foundations (Part 1 — 1969, Part 2 — 1966, Part 3 — 1975, Part 4 — 1968, Part 5 - 1970).
NRD TGL 25731 Bl. 1-4. Dynamisch beanspruchte Fundamente u Stütßkonstruktionen für Maschinen, 1972.
5. Autor projektu normy
— doc. mgr inż. Janusz Lipiński z zespołem.
6. Programy do obliczania fundamentów i konstrukcji wsporczych obciążonych dynamicznie
6.1. Obliczanie sił wewnętrznych w ramowych układach płaskich od obciążeń dynamicznych
a) DYSTAKON (na EMC ODRA 1204)
Oprac. Głównego Biura Studiów i Projektów Górniczych, Katowice, 1976
b) DYSTAK (adaptacja na EMC NOVA 840) Oprac. Energoprojekt, Warszawa 1977.
6.2. Obliczanie drgań fundamentów pod maszyny nieudarowe BUD-40
a) Oprac. Głównego Biura Studiów i Projektów Górniczych, Katowice (na EMC ODRA 1305).
b) Adaptacja Biura Proj. Przem. Hutniczego Biprohut na maszynę NOVA 1200.
6.3. Obliczanie wibroizolacji pod wentylatory WIBRO (Program na EMC ODRA 1300) Oprac. Biuro Studiów i Projektów Przem. Włókienniczego w Łodzi.
7. Wydanie 5
— stan aktualny: grudzień 1993 — uaktualniono normy związane i poprawiono błędy.
1 wg PN-69/C-01601.
Początek formularza
Dół formularza
Wyszukiwarka