Задача 6.6

В песке средней крупности необходимо сделать уступ с вертикальными стенками, глубиной 3 м. Рассчитать анкерное крепление стенки уступа. Для крепления намечено применить стойки диаметром 0,06 м и доски толщиной 0,05 м.

Решение. Крепление котлована в сыпучих грунтах выполняют сплошное. Анкерное крепление (рис. 6.5) рассчитывается на активное давление грунта с учетом дополнительных нагрузок на призму обрушения

Активное давление , кПа, несвязного грунта определяется по формуле

, (6.19)

где Н – глубина траншеи, м; g – плотность грунта, кг/м³, принимается по справочным данным (табл. 6.1);

j ў – угол естественного откоса, град; определяется по табл. 6.2 или по формуле (6.2).

При заданном диаметре стойки необходимо определить диаметр затяжки по максимальному усилию N_max:

, (6.20)

где l – шаг стоек (или пролет досок), м, рассчитывается по формуле (6.13).

При этом должно соблюдаться условие прочности по первому предельному состоянию для центрально-растянутых элементов:

, (6.21)

где R_p – расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон, кПа (принимается по справочным данным); F – площадь поперечного сечения затяжки, м².

По табл. 6.1 принимаем следующие характеристики песка: g = 1450 кг/м³; j = 37°.

По формуле (6.2) определяем

.

Тогда активное давление на крепление согласно формуле (6.15):

= 1646 кг/м² = 16,46 кПа.

По формуле (6.9) определяем шаг стоек:

м,

кг.

Из условия (6.17) определяем площадь сечения стяжки:

м².

Тогда диаметр стяжки согласно формуле (6.14):

м.

Таким образом, при выполнении в песке средней крупности уступа с вертикальными стенками, глубиной 3 м необходимо устроить анкерное крепление. Доски толщиной 0,05 м должны удерживаться стойками, расположенными на расстоянии 0,56 м друг от друга, и стяжками с площадью сечения не менее 17 см² (диаметр не менее 4,7 см).

Задача 6.7. Определить границу потенциально опасной зоны вблизи строящегося панельного здания, в пределах которой возможно падение предметов.

Решение. Границы опасных зон необходимо определять вблизи строящегося здания от падения предметов, во-первых, непосредственно со здания; во-вторых, при перемещении конструкций краном. В общих случаях границы опасных зон принимаются согласно СНиП III-4-80* (табл. 6.7).

Таблица 6.7Границы опасных зон в зависимости от высоты возможного падения предметов

Высота возможного падения предмета, м	Граница опасной зоны, м
от горизонтальной проекции максимальных габаритов перемещаемого машинами груза	от внешнего периметра строящегося здания или сооружения
< 10		3,5
10–20
20,1–70
70,1–120
120,1–200
200,1–300
300,1–450

Для определения размеров опасной зоны, возникающей от возможного падения конкретных конструкций при перемещении их краном, можно пользоваться следующей формулой:

, (6.22)

где S _к – предельно возможный отлет конструкции в сторону от первоначального положения ее центра тяжести при возможности свободного падения, м; l – длина стропа, м; j – угол между вертикалью и стропом, град; n – половина длины конструкции, м; h – высота подъема конструкции над уровнем земли в процессе монтажа, м.

Определим S_к при падении монтируемой стеновой панели ПС600.18.20-1 размерами 6ґ 1,8ґ 0,2 м массой 1800 кг с высоты 25 м:

м.

Границы опасной зоны вблизи башенного крана определяют по следующим формулам:

по длине рельсового пути

; (6.23)

по ширине рельсового пути

; (6.24)

где l – длина подкранового пути, м; b – ширина колеи, м; R – максимальный вылет крюка, м. Грузовые характеристики некоторых башенных кранов приведены в табл. 6.8.

Таблица 6.8

Грузовые характеристики башенных кранов

Марка крана	Грузоподъемность, кН	Вылет крюка, м	Высота подъема крана, м
БК-300	8–25	9–30	45–72
БК-180	6–8	2,5–30	35,5–108,3
БК-573	4–8	2,5–40	35,5–147,5
МСК-10-20		10–20	36–46

м; м.

Если кран работает с компактными грузами, обладающими незначительной парусностью, то граница опасной зоны может быть подсчитана по формуле

, (6.25)

Определим S _к при монтаже краном МСК-10-20 конструкции массой 8 т на высоту 30 м и угловой скорости вращения стрелы 0,1 1/с

м.

Задача 6.8. Подобрать стальные канаты для стропов с четырьмя ветвями при подъеме грузов с максимальным весом 40 кН при вертикальном и наклонном положении стропов.

Решение. Канаты, используемые в стропах, необходимо рассчитывать на прочность в соответствии с требованиями Госгортехнадзора. Расчетом определяем сечение каната по допускаемому усилию с учетом требуемого запаса прочности по формуле

, (6.26)

где S_доп – допускаемое усилие в канате, Н; Р – разрывное усилие каната по заводскому паспорту или определяемое путем испытания, Н; K – коэффициент запаса прочности, принимается в зависимости от назначения каната (табл. 6.9)

Таблица 6.9Коэффициент запаса прочности стального каната

Назначение каната	К
Стропы огибающие для подъема груза весом до 500 кН
Стропы огибающие для подъема груза весом более 500 кН
Стропы, прикрепляемые к грузу при помощи крюков или колец без его огибания
Ванты, расчалки, оттяжки с учетом нагрузки от ветра	3,5
Полиспаст с ручной лебедкой	4,5
Полиспаст с электрической лебедкой

При вертикальном положении стропов допускаемое усилие в каждой ветви определяется по формуле

, (6.27)

где Q – вес поднимаемого груза, Н; m – число ветвей стропов.

Н = 10 кН.

С учетом коэффициента запаса K: кН

При наклонном положении стропа усилие в ветвях увеличивается:

, (6.28)

где a – угол наклона стропа к вертикали, град.

Примем угол наклона стропа равным 60°, тогда

Н = 20 кН.

С учетом коэффициента запаса K: кН.

Таким образом, допустимое усилие в ветвях стропа с учетом запаса прочности при подъеме груза весом 40 кН равно 80 кН при вертикальном положении стропов и 120 кН при наклонном положении стропов.

Основным несущим гибким элементом инвентарного канатного стропа является стальной проволочный канат, который состоит из определенного числа проволок, перевитых между собой и образующих прядь. Несколько прядей, также перевитых между собой и расположенных на центральном сердечнике, образуют собственно канат. Характеристики стальных проволочных канатов представлены в табл. 6.10.

По ГОСТ 2688-80* принимаем стальной канат типа ЛК-Р диаметром 15 мм. Разрывное усилие каната при расчетном пределе прочности 1666 МПа составляет 122 кН, что больше расчетного усилия, равного 120 кН.

Таблица 6.10Характеристика стальных проволочных канатов

Диаметр каната, мм	Площадь поперечного сечения проволок, мм	Масса 1000 м каната, кг	Разрывное усилие каната в целом, кН, при маркировочной группе проволок, МПа
Канат 6ґ 36+1о.с. (ГОСТ 7668-80*) с числом проволок 216 шт., тип касания ЛК-РО
11,5	51,96		70,95	75,1	78,2	80,7
13,5	70,55	696,5	96,3	101,5
	82,16		111,5	116,5	122,5
16,5	105,73				157,5
	125,78		171,5	175,5	186,5
						233,5
	185,1		252,5	258,5		280,5
23,5	252,46			352,5	375,5
	283,8		387,5	396,5		430,5
	325,4			454,5		493,5
					550,5	561,5
Канат 6ґ 37+1о.с. (ГОСТ 3079-80*) с числом проволок 222 шт., тип касания ТЛК-О
11,5	47,01		66,5	68,75	71,7	74,5
13,5	66,56	662,5	94,2	97,1	100,5	105,5
15,5	85,54	851,5
				155,5	162,5
19,5	135,5		191,5		206,5	215,5
21,5				244,5	255,5	266,5
	193,6
	225,4		318,5	328,5		358,3
	266,25		376,5	388,5		423,5
			428,5	441,5
30,5	342,16					544,5
Канат 6ґ 19+1о.с. (ГОСТ 2688-80*) с числом проволок 114 шт., тип касания ЛК-Р
	47,19	461,6	66,75	68,8		75,15
	53,9		76,2	78,53	81,9	85,75
		596,6	86,3		92,8
	74,4				112,5
	86,28			125,5
16,5	104,6		147,5
	124,7			181,5	189,5
19,5	143,6				218,5
21,5				243,5		265,5
22,5	188,8				287,5	303,5
	215,5		304,5
25,5				355,5		388,5
	274,3			399,5		436,5
	297,6				453,5
30,5	356,7		504,5			567,5
					599,5	625,5

Задача 6.9. Подобрать канаты для временного раскрепления колонны при помощи четырех растяжек. Высота колонны – 10,2 м; сечение – 0,5ґ 0,5 м; масса – 5300 кг.

Решение. Для временного раскрепления колонн необходимо не менее трех растяжек. Угол заложения растяжек к горизонту принимается обычно 45–60°, при углах заложения менее 45° увеличивается длина растяжки, при углах заложения более 60° в растяжках возникают значительные напряжения, что требует значительного увеличения их диаметра.

Для расчета принимаем 4 растяжки, угол заложения растяжек к горизонту a = 60°, высоту крепления растяжек h = 8 м (рис. 6.6).

Определяем расстояние от точки опрокидывания до места крепления растяжки к якорю b:

, (6.29)

где h – высота крепления растяжек, м; a – угол заложения растяжек к горизонту, град,

м.

Определяем опрокидывающий момент от собственного веса колонны относительно ребра опрокидывания М₀, НЧ м:

, (6.30)

где Q – вес колонны, Н; e – расстояние от центра тяжести колонны до ребра опрокидывания, м.

Из рис. 6.6 м;

НЧ м.

Определяем давление ветра W, Н, на наветренную плоскость колонны

, (6.31)

где g₀ – скоростной ветровой напор, Па, значения которого в зависимости от района строительства [5] следующие: I – 270 Па, II – 350 Па, III – 450 Па, IV – 550 Па, V – 700 Па, VI – 850 Па, VII – 1000 Па; k – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте с учетом типа местности (табл. 6.11); с – аэродинамический коэффициент сопротивления, который для сплошных балок и ферм прямоугольного сечения равен 1,49, для прямоугольных кабин и т.п. – 1,2, для конструкций из труб диаметром 170 мм – 0,7 и диаметром 140…170 мм – 0,5;

F – наветренная поверхность конструкции, м².

Таблица 6.11 Значения коэффициента k [5]

Местность	Высота над поверхностью земли, м
Открытая		1,25	1,55	1,75	2,1
Покрытая препятствиями	0,65	0,9	1,2	1,45	1,8

Н.

Момент от действия ветра на колонну, НЧ м, определяется по формуле

, (6.32)

где hў – расстояние от основания колонны до центра приложения ветровой нагрузки, м

М_в = 5319,3Ч 5,1 = 27128,4 НЧ м.

Определяем усилие в четырех растяжках S_В, Н:

, (6.33)

Н.

Усилие в одной растяжке , Н, определяется по формуле

, (6.34)

где b – угол между растяжкой и осью колонны в плане.

Н.

Расчетное усилие в растяжке , Н, принимается с учетом коэффициента запаса прочности, равного 3,5:

Н.

По ГОСТ 3079-80* принимаем стальной канат типа ТЛК-О диаметром 11,5 мм (табл. 6.10). Разрывное усилие каната при расчетном пределе прочности 1666 МПа составляет 66,5 кН.

Задача 6.10. Оценить устойчивость башенного крана при подъеме груза весом 15 кН с учетом дополнительных нагрузок и уклона пути (рис. 6.7). Исходные данные: G = 30 кН; c = 0,30 м; v = 0,5 м/с; t = 5 c; W_k = 150 Па; r = 15 м; W_г = 50 Па; n = 0,2 мин^-1; h = 10 м; H = 25 м; a = 2°; b = 2 м; a = 25 м; r ₁ = 26 м.

Решение. Для обеспечения устойчивости машин необходимо превышение момента удерживающих сил над моментом опрокидывающих сил.

Грузовая устойчивость крана обеспечивается при условии

, (6.35)

где К_г.у – коэффициент грузовой устойчивости, принимаемый равным 1,4 на горизонтальном пути без учета дополнительных нагрузок, и равным 1,15 с учетом дополнительных нагрузок; М_о.д – момент от основных и дополнительных нагрузок, действующих на кран относительно того же ребра опрокидывания с учетом наибольшего допустимого уклона пути, НЧ м; М_г – момент, создаваемый рабочим грузом относительно ребра опрокидывания, НЧ м;

, (6.36)

где Q – вес наибольшего рабочего груза, Н; a – расстояние от оси вращения до центра тяжести рабочего груза наибольшей массы, подвешенного к крюку, м; b – расстояние от оси вращения до ребра опрокидывания, м;

, (6.37)

где М_в – восстанавливающий момент от действия собственного веса крана, НЧ м; М_у – момент, возникающий от действия собственного веса крана при уклоне пути, НЧ м; М_ц.с – момент от действия центробежных сил, НЧ м; М_и.с – момент от инерционных сил при торможении опускающегося груза, НЧ м; М_w – момент от ветровой нагрузки, НЧ м,

, (6.38)

где G – вес крана, Н; с – расстояние от оси вращения крана до его центра тяжести, м; a – угол наклона пути крана, град (для передвижных стреловых кранов и кранов-экскаваторов a = 3° – при работе без выносных опор и a = 1,5° при работе с выносными опорами; для башенных кранов a = 2° – при работе на временных путях и a = 0° – при работе на постоянных путях);

, (6.39)

где h₁ – расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки одного контура, м;

, (6.40)

где n – частота вращения крана вокруг вертикальной оси, мин^-1; h – расстояние от оголовка стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м; H – расстояние от оголовка стрелы до центра тяжести подвешенного груза, который находится над землей на расстоянии 20–30 см;

, (6.41)

где v – скорость подъема груза (при свободном опускании груза v = 1,5 м/с); g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; t – время неустановившегося режима работы механизма подъема (время торможения), с;

, (6.42)

где – момент от действия ветровой нагрузки на вертикальную плоскость крана; – момент от действия ветровой нагрузки на вертикальную плоскость груза; W_к – ветровая нагрузка, приложенная в центре тяжести крана, Па; W_г – ветровая нагрузка, действующая на наветренную площадь груза, Па; r = h и r ₁ = h₁ – расстояние от основания до центра приложения ветровой нагрузки, м. W_к и W_г определяют по формуле (6.31). Наветренную поверхность крана F, м², определяют площадью, ограниченной контуром крана, умноженной на коэффициент заполнения элементами решетки, для сплошных сечений равный 1, для решетчатых – 0,3…0,4. В расчетах устойчивости кранов давление ветра для самоходных стреловых кранов принимают 250 Па, для высоких башенных – 150 Па.

Произведем расчет. Удерживающий момент согласно формулам (6.35)–(6.42):

НЧ м;

НЧ м;

.

Таким образом, грузовая устойчивость крана с учетом дополнительных нагрузок при заданных условиях эксплуатации обеспечена.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Охрана труда в строительстве. Инженерные решения: Справочник / В.И. Русин, Г.Г. Орлов, Н.М. Неделько и др. – Киев: Будивэльнык, 1990. – 208 с.

2. Инженерные решения по технике безопасности в строительстве / Н.Д. Золотницкий, А.М. Гнускин, В.И. Максимов и др. – М.: Стройиздат, 1969. – 264 с.

3. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М., 1988. – 38 с.

4. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. – 32 с.

5. Кондратьев, А.И. Охрана труда в строительстве / А.И. Кондратьев, Н.М. Местечкина. – М.: Высшая школа, 1990.