Fundamentdesign

Pumpefundament med hurtig beregning og rapport.

Værktøjet samler de vigtigste checks for centrifugalpumper i én arbejdsflade: fundamentmål, egenfrekvens, resonansafstand, boltforslag og en rapport du kan tage videre i projektet.

Beregner

Dimensionering og vurdering

Metriske enheder. Beregneren er bevaret som selvstændigt værktøj, men pakket ind i samme navy-blå arbejdsflade som resten af platformen. PDF-eksporten er en screeningsrapport, ikke et færdigt konstruktionsgrundlag.

Input

Auto-beregning bruger plintmål som `L + 2u` og `B + 2u`. Ved override angiver du det samlede plintmål direkte, og værktøjet lægger ikke ekstra udhæng ovenpå det overridede mål.
Regler: masse ≥ 3×, bredde ≥ 1,5·h_c, udhæng ≥ 0,10 m, f_sep ≥ 20 %, t_g ≥ 25 mm

Isometrisk visualisering

30°-linjer ligger på nærmeste, korteste side; rødt endepunkt = rammer side før bund. Basepladen er centreret. Aksellinje ved z = t + h_c.

Nøgleresultater

Fundament L × B × t
–
Volumen & masse: –
Egenfrekvens fₙ [Hz]
–
Konservativ model r = f/fₙ: –
Samvirkende model fₙ / r: –
Kontakttryk p [kPa]
–
Bæreevne q_allow: –
Masse-regel
–
Geometri-regler (bredde & udhæng)
–
Resonans-separation, konservativ model
–
Betondæk medregnes som ekstra masse, men ikke som ekstra jordstivhed.
Resonans-separation, samvirkende model
–
Betondæk medregnes som ekstra masse og ekstra effektiv kontaktbredde/stivhed.
Grout-tykkelse
–
Bæreevne jord
–
Vandret last vs friktion
–
Lastsprednings- og masseaktiveringskegle
–

Bolt-forslag

Foreslået bolt-Ø
–
Forspænding pr. bolt F_pre [kN]
–
Tilspændingsmoment T [N·m]
–

Konklusion

Formler & tommelfingerregler

  • Masse-regel: mfund ≥ 3·mmask (centrifugalpumper). Ofte 3–5× reglen (Hydraulic Institute / API 686).
  • Bredde: B ≥ 1,5·h_c. Udhæng: u ≥ 0,10 m rundt om baseplade.
  • Kontakttryk: p = W/A, W = (mmask + mfund)·g. Krav: p ≤ qallow.
  • Egenfrekvens (vertikal): ωₙ = √(k/M), k ≈ cᵤ·A·10⁶ [N/m], fₙ=ωₙ/(2π).
  • Resonans-separation: |f − fₙ| ≥ 20 % af f (undgå r≈1). Bestå: r ≤ 0,8 eller r ≥ 1,25.
  • Grout: tg ≥ 25 mm (typisk 25–60 mm), fuld understøtning under plade.
  • Forspænding pr. bolt: Fpre ≈ k_pre · (Wstat/N_bolt). Ofte k_pre ≈ 5.
  • Moment-regel: T ≈ K·d·Fpre (K≈0,2 smurt stål, d i m, F i N).
  • Foreslået bolt-Ø: vælg As så 0,5·f_y·A_s ≥ Fpre (mål 50 % af flydegrænse).
  • Vandret kapacitet via friktion: F_fric,max = μ·ΣFpre ≥ H.
To resonansmodeller vises: Den konservative model medregner betondæk som ekstra masse, men ikke som ekstra jordstivhed. Den samvirkende model medregner betondæk som både ekstra masse og ekstra effektiv kontaktbredde/stivhed. Brug den konservative model som minimumskrav, medmindre betondækssamvirket og lastvejen er dokumenteret.
Kilder (oversigt): Hydraulic Institute (ANSI/HI 9.8 – installation), API RP 686, ISO 10816/20816 (vibration), ACI 351.3R (maskinfundamenter), EN 1992 (beton), EN 1997 (geoteknik).

Betonstyrke (EN 1992 + DK NA) & DS/EN 206 (eksponering)

Vælg det mest styrende miljø. Du kan justere mapningen i koden.
Typiske DK-NA værdier (opdater efter dit projektgrundlag).
Designtryk σc,Ed [MPa] i trykzonen (fx fundamenttop omkring boltplade).
–
Fra DS/EN 206 DK NA-mapning i koden (redigér ved behov).
–
fck,req = σc,Ed·γc / αcc
–
–
Verifikationsformel (EN 1992-1-1): σc,Ed ≤ αcc·fcd, med fcd = fck/γc. Vi inverterer til fck,req = σc,Ed·γc/αcc og vælger nærmeste højere normal styrkeklasse (Cfck/fcm).

Input: vertikal opstilling på to søjleplinte

Standard er til i den vertikale model, fordi søjleplinte ofte først opnår tilstrækkelig aktiv masse og bredde, når de reelt virker sammen med det omkringliggende betondæk.
Vertikal-modellen genbruger principperne fra den horisontale model for masse, jordtryk, resonansafstand og friktion, men ikke alle geometrier kan regnes 1:1. Derfor er den vertikale variant udvidet med taperede ydersider, lateral søjlestivhed, opløft i søjleparret og bolttræk på den lettede side.
Regler: masse ≥ 3×, B_outer ≥ 1,5·h_v, f_sep ≥ 20 %, t_g ≥ 25 mm, N_min ≥ 0

Isometrisk visualisering

Visualiseringen viser to søjleplinte med fri åbning imellem. 30°-linjerne vurderes tværs over den styrende brede retning; uden betondæk bruges den enkelte søjles bredde konservativt, med betondæk bruges den samlede aktive yderbredde.

Nøgleresultater

2 × søjleplint l_p × b_p × t
–
Volumen & masse: –
Egenfrekvens fₙ [Hz]
–
Vertikal jordmodel: –
Samvirkende jordmodel: –
Lateral søjlemodel: –
Kontakttryk p_avg / p_max [kPa]
–
Top / bund / aktiv: –
Masse-regel
–
–
Geometri-regel (yderbredde)
–
Resonans-separation, konservativ model
–
Betondæk medregnes som ekstra masse, men ikke som ekstra jordstivhed.
Resonans-separation, samvirkende model
–
Betondæk medregnes som ekstra masse og ekstra aktiv bredde/stivhed.
Resonans-separation, lateral søjlestivhed
–
2 søjler som parallelle konsoller med taperede ydersider.
Grout-tykkelse
–
Bæreevne jord
–
Vandret last vs friktion
–
Søjlepar uden opløft
–
Bolttræk på lettet søjle
–
Lastsprednings- og masseaktiveringskegle
–

Bolt-forslag

Foreslået bolt-Ø
–
Forspænding pr. bolt F_pre [kN]
–
Tilspændingsmoment T [N·m]
–
Ekstra opløftstræk pr. bolt [kN]
–
Dimensionerende bolttræk [kN]
–

Konklusion

Vertikal model: antagelser og checks

  • Masse-regel: samlet betonmasse fra begge søjler og eventuelt aktivt betondæk skal være mindst 3·m_mask.
  • Geometri: aktiv yderbredde i bund B_bot,eff bør være mindst 1,5·h_v for en robust tværretning.
  • Resonans: både vertikal jordfjeder-model og lateral søjlestivhed vises, fordi den vertikale opstilling ikke kun styres af jordfjederen.
  • Moment/opløft: vandret last H ved højde z giver et væltepar mellem søjlerne. Minimumsreaktionen på den lettede søjle skal forblive positiv.
  • Bolttræk: hvis N_min bliver negativt, overføres forskellen som opløft til boltene i den lettede søjle. Boltvalget skal derfor dække preload + opløft.
  • Kegleregel: samme 30°-princip bruges, men for vertikal opstilling måles den fra centerlinjen mellem søjlerne ud til aktiv bundbredde inkl. søjletaper og eventuelt betondæk.
Denne vertikale variant er bevidst konservativ. Hvis dækket er fleksibelt, søjlerne er slanke, eller rørtilslutninger giver store excentriciteter, bør den bruges som screening før en egentlig statisk/dynamisk model.

BPF, harmonikker og ubalancekraft

Resonanscheck: –
Driftsfrekvens
–
–
BPF
–
–
Ubalancekraft F₀
–
–

Overblik

Denne side samler praktiske definitioner, formler og tommelfingerregler til dimensionering og verifikation af pumpefundamenter i beton, inkl. vurdering af resonans og vibrationer samt valg af boltfor-spænding og friktion. Fokus er på simple, konservative metoder som kan udvides med geotekniske data og standarder.

f = n/60 fₙ = (1/2π)√(k/M) k ≈ cᵤ·A·10⁶ m_fund ≥ 3·m_mask r = f/fₙ → undgå 0.8–1.25 F_fric,max = μ·ΣF_pre

Parametre (hvad de betyder, og hvordan du finder dem)

Ubalancekraft F₀

Hvad: Den harmoniske kraft ved 1× omdrejning pga. residual ubalance i rotor/impeller. Bruges til at estimere vibrationsrespons.

Findes via:

  • ISO 21940 balanceklasse (G) fra OEM/manual: tilladt ekscentricitet e_per ≈ 9549·G/n [µm]; residual ubalance U = m_rotor·e_per; kraft F₀ = U·ω², ω = 2π·(n/60). Kilde: ISO 21940 (oversigt) → iso.org.
  • Vibrationsmåling (ISO 10816/20816): brug 1×-komponenten og en 1-DOF model til at back-beregne F₀. ISO 20816-standarden: iso.org.
  • Konservativt skøn hvis intet andet foreligger (dimensionerende høj side), og revidér når måle-/OEM-data foreligger.

Jordens kompressionskoefficient cᵤ (subgrade modulus)

Hvad: Forenklet jordstivhed pr. volumen, der omsættes til en fundamentfjeder. Brugt til vertikal egenfrekvens.

Findes via: geoteknisk rapport (CPT/SPT/PLT) eller litteraturmetoder (Gazetas, ACI 351.3R). Typiske niveauer (vejledende): blød–middel ler ~5–30 MN/m³, mellemtæt sand ~20–60 MN/m³, tæt sand/grus ~30–100 MN/m³. Kilder: ACI 351.3R concrete.org; Gazetas-oversigter fx i dynamiske fundamenthåndbøger.

Tilladt jordtryk qallow

Hvad: Projektspecifik grænse for tryk mod undergrunden under både bæreevne (ULS) og sætning (SLS).

Findes via: Eurocode 7 (EN 1997) beregninger ud fra undersøgelsesdata (CPT, prøver, PLT). “Tabelværdier” er ikke normative i EC7 – brug geoteknisk dokumentation og SLS-kriterier. EC7 hos CEN: standards.cen.eu. Worked examples (SLS styrer ofte for plader).

Friktionskoefficient μ (stålbase ↔ grout)

Hvad: Statisk friktion mellem baseplade og grout/beton, afgør vandret kapacitet sammen med bolt-forspænding.

Typisk: stål på cementbaseret grout/beton μ ≈ 0.4–0.6 (tør, ren kontakt). Konservativt designvalg μ = 0.4, medmindre produktdatablad angiver andet. Se generelle tabeller engineeringtoolbox.com og producenters tekniske datablad for grout.

Lastsprednings- og masseaktiveringskegle

Hvad: En forenklet 30°-regel for, hvor stor en del af plinten og et eventuelt medvirkende betondæk der kan aktiveres under maskinlasten. Visualiseringen viser de oprindelige 30°-linjer fra akselniveauet samt en supplerende betondækskile, hvis betondækket virker konstruktivt sammen med plinten.

Findes via: geometrisk kontrol af den styrende korte retning. Uden betondæk vurderes det, om 30°-linjerne fra z = t + h_c når ned til fundamentbunden inden sidefladen. Med betondæk kan en ekstra vandret bredde pr. side medregnes som a = t_dæk·tan(30°), hvis plint og betondæk dokumenteret virker sammen. Dette er en konservativ, tidlig-dimensionerende idealisering inspireret af lastudbredelsesprincipper i ACI 351.3R og geoteknisk verifikation efter EN 1997 (Eurocode 7).

Kilder og anvendelse: ACI 351.3R beskriver praktiske principper for dynamiske maskinfundamenter, masse/stivhed og behovet for dokumenterede lastveje. EN 1997 bruges herefter til at verificere, at de antagne reaktionsarealer og spændingsniveauer er geoteknisk forsvarlige i ULS/SLS. Hvis betondækkets samvirke ikke er sikkert dokumenteret, bør betondækskile-bredden sættes til nul.

Bemærk: Brug altid projektspecifik geoteknik (EC7). Intervaller ovenfor er kun pejlemærker til tidlig dimensionering.

Grundlæggende formler

Driftsfrekvens

Datablade angiver hastighed i rpm. Vi skal bruge Hz:

f = n / 60

Her er f driftsfrekvensen i Hz og n omdrejningshastigheden i rpm.

Kontakttryk på jord

W = (mmask + mfund) · g     A = L · B     p = W / A

Kontakttrykket p sammenlignes med den indtastede bæreevne qallow.

Jordstivhed → fundamentfjeder

Forenklet vertikal stivhed:

k ≈ cu · A · 106

Faktoren 106 bruges, fordi cu indtastes i MN/m³.

Kilder: ACI 351.3R (Foundations for Dynamic Equipment) concrete.org, klassiske Gazetas-relationer.

Egenfrekvens (vertikal)

For et masse–fjeder–dæmper-system (uden last):

ωn = √(k / M)     fn = ωn / (2π) = 1 / (2π) · √(k / M)

Standard svingningslære (valgt i mange fundamentsretningslinjer, fx ACI 351.3R).

Resonansadskillelse

r = f / fn     r ≤ 0,80   eller   r ≥ 1,25

Området 0,80 < r < 1,25 markeres som utilstrækkelig resonansafstand i screeningen.

Ubalancekraft

Fra residual ubalance U = m_e·r (kg·m): F₀ = U·ω². Fra balanceklasse G (ISO 21940): e_per ≈ 9549·G/n [µm], U = m_rotor·e_per, så F₀ = U·ω². ISO 21940 (oversigt) iso.org.

Vibration (lineær 1-DOF estimat)

X = (F0 / k) / √((1 − r2)2 + (2ζr)2)
vRMS = ω · X / √2

Modellen bruger en lille dæmpning (fx ζ ≈ 0,05). Sammenlign med ISO 20816 zoner: iso.org.

Bolte (forspænding og moment)

Forspænding pr. bolt (tommelfinger): F_pre ≈ k_pre · (W_stat/N_bolt). Boltvalg ud fra 0.5·f_y·A_s ≥ F_pre.

Tilspændingsmoment (regel): T ≈ K · d · F_pre  (d i meter, K afhænger af smøring/overflade, typisk ~0.2 for smurt stål).

Friktion mod vandret last

F_fric,max = μ · ΣF_pre  ≥  H (vandret rør-/driftslast). Vælg μ efter grout/overflader (konservativt 0.4 hvis ukendt).

Lastsprednings- og masseaktiveringskegle

Uden betondæk kontrolleres den korte, styrende retning med halv spændvidde s = L/2 eller s = B/2 afhængigt af hvilken planretning der er kortest. Kravet for at 30°-linjen når bunden er:

s ≥ (t + hc) / tan(60°)   ⇔   s ≥ (t + hc) / √3

Med medvirkende betondæk på begge sider udvides den effektive korte bredde med 2a, hvor:

a = tdæk · tan(30°) = tdæk / √3

og dermed for betondæksmedvirkning i bredderetningen:

Beff = B + 2a     seff = Beff / 2

Bestået vises, når den effektive halve spændvidde er større end eller lig den nødvendige 30°-udbredelse. Metoden er en forenklet screeningregel og skal eftervises mod dokumenteret lastvej og geoteknisk model efter ACI 351.3R og EN 1997.

Vertikal pumpe på to søjleplinte

Den vertikale model bruger to identiske søjler med længde l_p, bredde b_p og fri åbning g imellem dem. Samlet yderbredde bliver:

Btop = 2 · bp + g     Bbot = Btop + 2e

Hvis søjlerne har udvendigt taper mod betondækket med udbredelse e pr. søjle, øges bundbredden. Samlet søjlevolumen regnes som:

Vsøjler = 2 · lp · t · (bp + e / 2)

Med forudsat betondækssamvirke udvides bredden og længden:

Beff = Bbot + 2a     Leff = lp + 2lend
Vdæk = Leff · Beff · tdæk

Geometrikravet vurderes på tværs af søjleparret som B_outer eller B_eff mod den kritiske last-/centerhøjde h_v. En enkel screeningsregel er:

Beff ≥ 1,5 · hv

Uden medregnet betondæk anvendes Bbot i stedet for Beff.

Vandret rør- eller driftslast giver desuden et væltepar mellem søjlerne. Med lastangreb i højde z = t + h_v og centerafstand s_cc = g + b_p bliver:

z = t + hv     M = H · z
Nmin = W/2 − M/scc     Nmax = W/2 + M/scc

Hvis N_min < 0, indikerer modellen opløft i den lettede søjle, og den simple screening er ikke bestået. Dette er stadig kun et første check; detaljeret design bør suppleres med reel statisk model, dækstivhed og armeringsverifikation.

Den vertikale variant viser også en enkel lateral søjlestivhed baseret på to parallelle konsoller, fordi resonans ikke kun bør vurderes mod jordfjederen, men også mod søjlernes egen bøjelighed.

Symbolforklaring

SymbolBetydningEnhed
f / fnDriftsfrekvens / systemets egenfrekvensHz
mmask / mfundMaskinmasse / aktiveret betonmassekg
cuJordens kompressionskoefficientMN/m³
AeffEffektivt kontaktarealm²
F0Harmonisk ubalancekraftN
ζRelativ dæmpning–
X / vRMSUdsving / effektiv vibrationshastighedm / m/s
a / lendMedregnet betondæk pr. side / endem
Nmin / NmaxMindste / største søjlereaktionN

OEM-reference: Sulzer XFP 100J - 600X

Den vedhæftede OEM-tegning viser en dry-well installation med to søjleplinte, udvendigt taperede ydersider, montageframe over søjlerne og forankring ned i fundamentet. Den er derfor en relevant geometrisk reference for den vertikale model.

  • Montageframe-dimensioner A/B/C skal fastlægges efter pumpens datablad og konkrete modelvariant.
  • Der er noteret Round steel Ø18 ved søjleområdet.
  • Ankerdetaljen refererer til M24-møtrik/skive og stonebolt DIN529 Form B.
  • Efter justering angives efterfyldning med højstyrkebeton mindst B25.

Disse oplysninger bruges som reference og bilag i PDF’en, men erstatter ikke projektspecifik OEM-verifikation af præcise mål, boltafstande og armeringskrav.

Eksempel (overslagsberegning)

InputVærdiBemærkning
Maskinem_mask = 1000 kgpumpe+motor
Fundament (auto)L×B×t = 1.20 × 0.80 × 0.60 mm_fund ≈ 1.2·0.8·0.6·2400 ≈ 1382 kg
Jordcᵤ = 20 MN/m³mellemtæt sand (vejledende)
Hastighedn = 1500 rpm → f = 25 Hzf = n/60

A = 1.2×0.8 = 0.96 m²  →  k ≈ cᵤ·A·10⁶ ≈ 20·10⁶·0.96 ≈ 19.2 MN/m.
M_tot ≈ 1000 + 1382 = 2382 kg  →  fₙ ≈ (1/2π)√(k/M) ≈ (1/6.283)√(19.2e6/2382) ≈ 14.3 Hz.
r = f/fₙ ≈ 25/14.3 ≈ 1.75 (OK, langt fra 1).
Kontakttryk: W/A = (2382·9.81)/0.96 ≈ 24.3 kPa (typisk OK ift. mellemtæt sand, verificér med EC7/SLS).

Dette er et overslag – erstat cᵤ, q_allow og eventuel F₀ med projektspecifikke data for endelig verifikation.

Pass/Fail – hurtigtjek

  • Masse: m_fund ≥ 3·m_mask (centrifugalpumper; ofte 3–5× i HI/API-vejledning). Hydraulic Institute pumps.org, API RP 686 api.org.
  • Geometri: B ≥ 1.5·h_c og udhæng ≥ 0.10 m hele vejen rundt (installationspraksis, HI/API).
  • Resonans: |f − fₙ| ≥ 20%·f  ⇔  r ≤ 0.8 eller r ≥ 1.25 (undgå r≈1).
  • Lastsprednings- og masseaktiveringskegle: den styrende 30°-linje skal nå bunden af den aktiverede plint-/betondæksgeometri. Ved dokumenteret betondækssamvirke kan a = t_dæk·tan(30°) medregnes på begge sider, dvs. B_eff = B + 2a.
  • Jordtryk: p ≤ qallow (EC7; kontroller ULS+SLS).
  • Grout: t_g ≥ 25 mm, fuld understøtning (installationspraksis/ACI).
  • Friktion: μ·ΣF_pre ≥ H (vandret last).

Kilder (primære & autoritative)

  • Hydraulic Institute – installationsvejledninger (fx ANSI/HI 9.8): pumps.org
  • API RP 686 – Machinery Installation and Installation Design: api.org
  • ISO 10816 / ISO 20816 – Vibrations levels of rotating machinery: iso.org/20816
  • ISO 21940 – Balancing (residual unbalance & balance quality G): iso.org/21940
  • ACI 351.3R – Foundations for Dynamic Equipment: concrete.org
  • EN 1997 (Eurocode 7) – Geotechnical design: standards.cen.eu
  • Generel friktionstabel (stål/beton, oversigt): engineeringtoolbox.com

Bemærk: Standarder er betalingsbeskyttede; links går til de officielle sidebeskrivelser. Metoder og tal ovenfor refererer til velkendte uddrag og udbredt praksis i disse kilder.

Hurtige “how-to” noter

  1. Konverter rpm→Hz: f = n/60. Find fₙ med k ≈ cᵤ·A·10⁶ og fₙ = (1/2π)√(k/M).
  2. Check resonansafstand: r=f/fₙ (sigt efter r ≤ 0.8 eller ≥ 1.25).
  3. Vælg konservativ F₀ fra ISO 21940 (G-klasse) eller mål vibrationer.
  4. Verificér jordtryk mod EC7 (ULS+SLS) og opdater q_allow fra geoteknik.
  5. Dimensionér bolte til forspænding og friktion; kontroller μ·ΣF_pre ≥ H.

Mini-ordliste

f
Driftsfrekvens (Hz), = n/60
fₙ
Egenfrekvens (Hz) for fundament+masse
r
Frekvensforhold = f/fₙ
k
Effektiv vertikal stivhed (N/m)
cᵤ
Subgrade modulus (MN/m³)
qallow
Tilladt jordtryk (kPa)
F₀
Ubalancekraft (N)
μ
Friktionskoefficient (–)
F_pre
Forspænding pr. bolt (N)

Note om “Balanced according to VDI/VCI 2060 Q 6.3”

Den tekst kan bruges direkte som balancegrundlag. I praksis svarer den til samme balancekvalitetsidé som ISO 21940 G 6.3, så den kan omsættes til residual ekscentricitet og ubalancekraft.

  • `e_per = 9549·G/n` giver tilladt residual ekscentricitet i `µm`.
  • `U = m_rotor·e_per` giver residual ubalance i `kg·m`.
  • `F₀ = U·(2πf)²` giver ubalancekraften i `N`.

Ansvarsfraskrivelse

Beregningerne er vejledende og udelukkende beregnet som et hjælpemiddel i den indledende dimensionering og må ikke betragtes som et færdigt konstruktionsgrundlag. Resultaterne er baseret på de indtastede data og forudsætninger og skal verificeres af en kvalificeret fagperson før udførelse.
Rapporterne fra værktøjet skal læses som screeningsrapporter. Værktøjet verificerer ikke automatisk projektspecifik geoteknik, armering, lokale beton-/grouttryk, ankerudtræk eller en detaljeret dynamisk model.