Обеспечение прочности и устойчивости конструкций в процессе монтажа

Основные положения расчета строительных конструкций на монтажные условия

При расчете конструкций на действие статических и динамиче­ских нагрузок и воздействий учитывают две группы предельных со­стояний:

1. Потерю несущей способности - общую потерю устойчивости, разрушение, качественное изменение конфигурации и т. д.

2. Появление недопустимых прогибов, осадок, трещин и т. д. При расчете строительных конструкций на монтажные условия учитывают предельные состояния только первой группы. При этом нагрузки и воздействия учитывают в наиболее неблагоприятном, но возможном их сочетании во время монтажа. Это условие может быть записано в виде:

N < Ф

где N - усилие в элементах конструкции, как функция нагрузок и других воздействий;

Ф - предельное усилие, которое может воспринять рассчитывае­мый элемент, т. е. несущая способность элемента.

При выполнении проверочных расчетов конструкции на монтаж­ные условия для учета специфики расчетных схем и монтажных воз­действий определяют коэффициент запаса:

k_з = Ф / N

На основе практических обобщений установлены минимальные или требуемые коэффициенты запаса k_з^н. При этом должно соблю­даться условие k_з k_з^н.

Для различных конструкций и условий монтажа значение обычно составляет 1,5... 3.

Монтажные нагрузки и воздействия

При расчете конструкций на монтажные условия учитывают:

- постоянные нагрузки (собственный вес конструкций, усилия от предварительного напряжения);

- временные нагрузки (ветровые, от монтажных механизмов, обо­рудования и приспособлений, динамических воздействий при переме­щениях и ударах в момент подъема и опускания или стыковки монти­руемых элементов).

Расчетные нагрузки от собственного веса конструкций получают путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент перегрузки п, который принимают равным 1,1 - для металлических, железобетон­ных, бетонных, каменных и деревянных конструкций, 1,2 - для тепло- и звукоизоляционных изделий, засыпки, штукатурки и др., выполнен­ных в заводских условиях, а для этих изделий и конструкций, выпол­ненных в условиях строительной площадки, п принимают равным 1,3.

Ветровые нагрузки на здания и сооружения для различных райо­нов и с учетом высоты сооружения установлены СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия».

Воздействие ветра на монтируемую конструкцию может быть определено по формуле:

Q = ncρsυ² / 2

где n- коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,3; с - аэродинамический коэффициент, определяемый по СНиП II-6-74. Для условий монтажа может быть принят равным 1,4; ρ - плотность воздуха, ρ = 1,2928 кг/м³; s - площадь проекции контура конструкции на плоскость, перпендикулярную к направлению ветра: υ - cкорость ветра, м/с.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ В УСЛОВИЯХ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ

 

Зануление

Зануление состоит в соединении корпусов токоприемника или другого оборудования (которое может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции) с нулевым проводом при помо­щи металлических проводников (рис. 7).

Рис.7. Принципиальная схема зануления

R₀ - заземление нулевой очки трансформатора; Z_т - сопротивление обмотки трансформатора; R_н - со­противление нулевого провода; 1 — плавкие вставки; 2 — электродвига­тель; I_кз — ток короткого замыка­ния; R_ф — сопротивление фазного провода; R_н — повторное заземление нулевого провода.

 

Задача зануления та же, что и защитного заземления - ликви­дация опасности поражения электрическим током при нарушении изоляции и появления на корпусах оборудования опасного напряже­ния.

Принцип действия зануления - превращение пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание, т.е. образование так называемой цепи короткого замыкания (корпус — нулевой провод — фазная об­мотка трансформатора), обладающей малым сопротивлением - деся­тые доли Ома.

При пробое на корпус в цепи короткого замыкания возникает большой ток короткого замыка­ния I_кз, обеспечивающий быстрое перегорание плавких вставок за 5...7 с или отключение повреж­денных фаз автоматическими уст­ройствами, реагирующими на ток короткого замыкания за 1...2 с. В течение короткого времени, определяемого скоростью срабатыва­ния защиты, человек, касающийся поврежденного оборудования, по­падает под фазное напряжение. Если защитное зануление не сра­батывает в установленное время, то человек может быть поражен электрическим током.

Для надежного срабатывания защиты необходимо выполнение условия:

I_кз  3*I^н_пл.вст

где I^н_пл.вст - номинальный ток плавкой вставки, или

I_кз  1,25*I^н_авт

 где I^н_авт - номинальный ток срабатывания автомата.

Плавкие вставки предохранителя подбирают по величине пуско­вого тока электродвигателя с учетом режима его работы:

I^н_пл.вст = I^пус_{эл.двиг}

где I^пус_{эл.двиг} - пусковой ток электродвигателя; а - коэф­фициент режима работы.

Для асинхронных двигателей а = 1,6... 2,5;

I^пус_{эл.двиг} = I^нβ, где I^н - номинальный рабочий ток электродвигателя; β - коэффициент перегрузки, принимаемый по каталогу для электро­двигателей; β = 5... 7. В схеме зануления необходимо наличие нуле­вого провода, заземления нейтрали источника тока, повторного зазем­ления нулевого провода.

Назначение нулевого провода - создание для тока короткого за­мыкания замкнутой цепи с малым сопротивлением и обеспечение I_кз, достаточного для срабатывания защиты. Нулевой провод должен иметь проводимость не менее 0,5 проводимости фазного провода.

Задача. Рассчитать систему защитного зануления при мощности питаю­щего трансформатора 700 кВА, схема соединения обмоток трансформатора - звезда, электродвигатель асинхронный, серии 4А. U = 380 В, n = 3000 мин^-1, тип 4А132М2.

Решение. Проверяем условие обеспечения отключающей способности зануления:

I_кз  3*I^н_пл.вст; I_кз = U_ф / (Z_т / 3 + Z_п)

где U_ф - фазное напряжение, В; Z_т - сопротивление трансформатора, Ом;

 Z_п - сопротивление петли фаза-нуль, которое определяется по зависимости:

Z_п =

где Rн, Rф — активные сопротивления фазного и нулевого проводников, Ом;

Ха, Хф — внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого провод­ников, Ом;

Xи — внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, Ом.

Определяем сопротивление трансформатора Zт. При расчетах зануления Zтберется из таблицы. Номинальное напряжение обмоток 6... 10 кВ.

Определяем номинальный ток электродвигателя:

I^н_{эл.двиг} = Р*1000 / *U_н*cosα

где Р - номинальная мощность двигателя, кВт; Uн - номинальное напряже­ние, В;

cosα - коэффициент мощности.

I^н_{эл.двиг} = 10*1000 / *380*0,9 = 17,1 А

Для расчёта активных сопротивлений Rф и Rн задаёмся сечением, дли­ной, материалом нулевого и фазного проводников. Сопротивление проводников из цветных металлов определяется по следующей формуле:

R =  / S

где ρ - удельное сопротивление проводника (для меди ρ - 0,018, для алюминия

ρ = 0,028 Ом*мм²/м); l - длина проводника, м; S - сечение, мм².

Значения Хф и Xн для медных и алюминиевых проводников малы (около 0,0156 Ом/км) и, как правило, ими пренебрегают.

Активное и индуктивное сопротивления проводников определяем по таблице. Для этого задаёмся длиной проводника и профилем сечения, опре­деляем ожидаемое значение тока короткого замыкания. Величину внешнего индуктивного сопротивления петли фаза-нуль в практических расчетах прини­мают равным 0,6 Ом/км.

По справочным данным находим основные технические характеристики электродвигателя

N = 10 кВт; cosα = 0,9; I^пус_{эл.двиг} / I^н = 7,5

Рассчитываем пусковой ток двигателя:

I^пус_{эл.двиг} = 7,5*17,1 = 128,2 А

Вычисляем номинальный ток плавкой вставки:

I^н_пл.вст = I^пус_{эл.двиг} / α = 128,2 / 2 = 64,1 А

где α - коэффициент режима работы принимается для двигателей с частыми включениями, например двигателей для кранов α = l,6... 1,8, для двигателей, приводящих в действие механизмы с редкими пусками (конвейеров, вентилято­ров) α = 2... 2,5.

Определяем ожидаемое значение тока короткого замыкания:

I_кз = 3*I^н_пл.вст = 3*64,1 = 192,3 А

Задаемся стандартным сечением нулевого провода 4x30 мм и рассчиты­ваем плотность тока δ:

δ = I_кз / S = 192,3 / 4*40 = 1,6 А/мм²

Частота вращения двигателей 3000 мин^-1. По таблице находим активные и индуктивные сопротивления стальных проводников. Для этого задаемся сечением и длиной нулевого l_н и фазового l_ф проводников, выполненных из стали: l_н =50 м, сечением 4х40 мм; S =160 мм²;

l_ф =100 м; сечением d = 8 мм; S = 50,27 мм². Сечение нулевого проводника и его материал выбираются из условия, чтобы полная проводимость нулевого про­вода была не менее 50% полной проводимости фазного провода, т.е. 1/(Rн + Хн)  1/2(Rф + Хф). Активное сопротивление фазного провода берется из таблицы в зависимости от площади сечения и плотности тока:

R_ф = rl_ф = 6,4*0,1 = 0,64 Ом

Аналогично определяем активное сопротивление нулевого провода:

R_н = rl_н = l,81*0,05 = 0,09 Ом.

Определяем индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводников Хф и Xн:

Х_ф = Х_ωl_ф = 3,84*0,1 = 0,38 Ом; Х_н = Х_ωl_н = 1,08*0,05=0,054 Ом

где Х_ω - из таблицы, Ом; l - длина проводника, км. Внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль Х_и = 0,6 Ом/км. Общая длина петли фаза-нуль 50х100 = 150 м = 0,15 км, тогда: Х_и = 0,6*0,15 = 0,09 Ом

Используя полученные данные, рассчитываем Z_п и определяем ток корот­кого замыкания:

Z_п =  = 0,778 Ом

I_кз = U_ф / (Z_т / 3 + Z_п) = 380 / (0,129 / 3 + 0,778) = 462 А

Проверим условие надежного срабатывания защиты:

I_кз  3*I^н_пл.вст; 462 > 3*64,1 А

Ток I_кз более чем в три раза превышает номинальный ток плавкой встав­ки, поэтому при замыкании на корпус плавкая вставка перегорит за 5... 7 с и отключит поврежденную фазу. По номинальному току прини­маем плавкую вставку серии ПН2-100 с номинальным током 80 А при напря­жении сети 380 В.

Защитное заземление

Защитное заземление — преднамеренное соединение с землей ча­стей оборудования, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации, но которые могут оказаться под напряже­нием в результате нарушения изоляции электроустановки (рис. 8).

Рис. 8. Принципиальная схема защитного заземления

ПП - пробивной предохранитель; R₀ - заземление нулевой точки трансформатора; R_з - заземляющее устройство; R_из - сопротивление изоляции; U_пр - напряжение при­косновения; I_з - ток замыкания на землю;

I_чел - ток, протекающий через человека; 1 — плавкие вставки; 2 — электродвигатель; 3 — график распределения потенциалов на по­верхности земли.

 

Согласно «Правилам устройства электроустановок» сопротивле­ние защитного заземления в любое время года не должно превы­шать: 10 Ом при мощности трансформатора (генератора) Nтр < 100 кВ*А; 4 Ом при Nтр > 100 кВ*А; 0,5 Ом - в установках на­пряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю (более 500 A).

Задача. Рассчитать заземляющее устройство для заземления трансформатора

при следующих исходных данных:

грунт - песок с удельным электрическим сопротивлением r = 140 Ом*м; в качестве заземлителей приняты стальные трубы диаметром d = 0,08 м и длиной l = 2,5 м, располагаемые вертикально и соединенные на сварке стальной полосой 40х4 мм, мощность трансформатора принята 340 кВА, требуемое по нормам до­пускаемое сопротивление заземляющего устройства [rз] £ 4 Ом.

Решение. Принимаем схему заземления электродвигателя, как показано на рис.9. 

 

Рис.9.Устройство заземления

а - схема заземляющего устройст­ва; б - расположение одиночного заземлителя; 1 - плавкие вставки; 2 - электродвигатель; 3 - соедини­тельная полоса; 4 - трубчатый заземлитель.

 

Определяем сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_в, Ом, по формуле:

где t — расстояние от середины заземлителя до поверхности грунта, м; L, d — длина и диаметр стержневого заземлителя, м.

Расчетное удельное сопротивление грунта r_расч = r×j,

где j = 1,5 коэффициент сезонности, учитывающий возможность повышения сопротивления грунта в те­чение года.

Тогда                                r_расч = r×j=340*1,5=510 Ом*­м.

165,1 Ом

 

Определяем сопротивление стальной полосы, соединяющей стержневые заземлители:

R_п = (r_расч / 2pL) ln(L² / dt), Ом;

где L - длина полосы, м;  t - расстояние от полосы до поверхности земли, м; d = 0,5 b

(b - ширина полосы, равная 0,08 м).

Определяем расчетное удельное сопротивление грунта r'_расч при использовании соединительной полосы в виде горизонтального электрода длиной 50 м.

При длине полосы в 50 м, j' =5,9 

Тогда                                   r'_расч = r×j' =140*5,9 = 826 Ом*м.

R_п = 826 / 2p50*ln 50² / 0,04*0,8 = 29,62 Ом

Определяем ориентировочное число n одиночных стержневых заземлителей по формуле

n = Rb / [r₃]×hb = 165,1 / 4*1 = 42шт.

где [r₃] - допустимое по нормам сопротивление заземляющего устройства,

h_В - коэффициент использования вер­тикальных заземлителей (для ориентировочного расчета h_В принимается равным 1).

Принимаем расположение вертикальных заземлителей но контуру с рас­стоянием между смежными заземлителями равным 2L. По таблицам найдем действительные значения коэффициента использования h_В и h_Г, исхо­дя из принятой схемы размещения вертикальных заземлителей, h_В = 0,66, h_Г = 0,39.

Определяем необходимое число вертикальных заземлителей:

N = R_В / ([r₃] h_В) =165,1 / 4*0,66 = 63 шт.

Вычисляем общее расчетное сопротивление заземляющего устройства R с учетом соединительной полосы:

165*29,62 / (165*0,39 + 29,62*0,66*63) = 3,77

Правильно рассчитанное заземляющее устройство должно отвечать R £ [r₃].

Расчет выполнен верно, так как 3,77 < 4. Если R>[r₃], то необходимо увеличить число вертикальных заземлителей (электродов).

3. Основные требования к производственному освещению

  Освещенность на рабочих местах должна соответствовать характеру зрительной работы. Увеличение освещенности рабочих поверхностей улучшает условие видения объектов, повышает производительность труда.

Должно выполняться условие достаточно равномерного распределения яркости света на рабочей поверхности, так как при неравномерной яркости в процессе работы глаз вынужден переадаптироваться, что ведет к утомлению зрения. Так же не должно быть блесткости, которая вызывает нарушение зрительных функций.

Задача. Расчёт прожекторного освещения стройплощадки.

1. Ориентировочное число прожекторов:

N = mE_nkA / P_л

где m - коэффициент, учитывающий световую отдачу источника света, КПД прожекторов и коэффициент использования светового потока;

m = 0,25 для ламп накаливания

E_n - нормируемая освещенность горизонтальных поверхностей, [Лк];

E_n = 2 Лк в соответствии с СН 81-80

k-коэффициент запаса; k = 1,5 для прожекторов с лампой накаливания

A-освещаемая площадь, м²; A = 2500 м²

P_л - мощность лампы, Вт; P_л = 500 Вт

N = 0,25*(2*(1,5*(2500 / 500) = 3,75  принимаем 4 прожектора ПСМ-40.

Минимальная высота установки прожекторов над освещаемой поверхностью:

h = (J_max / 300)^1/2

где J_max - максимальная сила света, [KKD]; J_max = 120 KKD

h = (120 000 / 300)^1/2 = 20 м

Принимаем инвентарную мачту высотой 20 м.

2. Оптимальный угол наклона прожекторов к горизонтальной поверхности – 15%.

    Для равномерного освещения строительной площадки устанавливаем 4 мачты в четырех углах строительной площадки.