框架式動力基礎設計若干問題論述

潘 玲

(中冶南方工程技術有限公司結構一所，湖北 武漢 430223)

框架式動力基礎設計若干問題論述

潘 玲

(中冶南方工程技術有限公司結構一所，湖北 武漢 430223)

以某鋼廠高爐系統鼓風機站中軸流壓縮機組基礎設計為例，探討了框架式動力基礎設計時應注意的幾個問題，并結合《動力機器基礎設計規范》對基礎結構選型、抗震設計、配筋要求、基礎設計原則等問題進行了論述，以保證框架式動力基礎設計的合理性。

框架式動力基礎，抗震，設計，配筋

1 工程簡介

該工程地震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第三組。擬建場區特征周期為0.65 s，建筑場地類別為Ⅲ類。結構抗震設防類別為丙類，抗震等級為四級。

2 框架式動力基礎設計

2.1 基礎結構選型

框架式動力基礎的選型原則，盡量做到各構件布置對稱,構造簡單。縱梁、橫梁以及柱子受力明確。基礎的梁、柱應對稱于機器主軸(縱軸)布置，在基礎中心線上布置動力設備荷載，這樣能避免或減少扭力作用。

1)頂板由橫梁、縱梁和平臺板組成，頂板應盡量高強，確保其有足夠的質量和剛度。頂板縱梁的剛度應與橫梁的剛度相對應。基礎頂板厚度不宜小于其凈跨度的1/4，并不得小于800 mm[1]。基礎頂板挑臺處的懸挑長度不宜超過1.5 m，挑臺處的頂板截面高度應大于懸臂長度的0.75倍。

2)支柱應盡可能布置在縱梁和橫梁的交點處，以便結構傳力明確。柱子宜柔性，在滿足強度和穩定性要求的前提下宜適當減小剛度，柱子最小截面寬度宜為柱子凈高度的1/10～1/12[1]，柱斷面一般不小于600 mm×600 mm。

3)底板作為柱子嵌固端，將上部荷載均勻地傳給地基。基礎底板的剛度能有效調整基礎不均勻沉降。底板的形式有井式、梁板式、平板式三種。平板式基礎底板的厚度、井式和梁板式基礎的梁高，應該根據地基條件不同取基礎底板長度的1/10～1/12，并不應小于800 mm[1]。

2.2 基礎設計

1)地基強度驗算[2]：

P=W/F<αffa。

Pmax=W/F+Mx/Wx+My/Wy<1.2αffa。

其中，αf為地基承載力特征值的動力折減系數，旋轉式機器取0.8[1]；fa為僅考慮深度修正的地基承載力特征值。

2)基組偏心值確定：

為避免不均勻沉降和減少振型，應調整基礎的長度和寬度，盡量使機組(機器和基礎的總稱)的總重心與基礎底面形心位于同一鉛垂線上，如果仍有偏心，應按《動力機器基礎設計規范》3.1.14條規定:機組(機器和基礎)的總重心與基礎底面形心在縱向、橫向的偏心距分別不應超過相應方向基礎邊長的3%。

X0=∑mixi/∑mi<3%Lx。

Y0=∑miyi/∑mi<3%Ly。

2.3 抗震設計

該工程地震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第三組。根據《動力機器基礎設計規范》6.1.4條規定，在抗震設防烈度8度及以下地區建造框架式動力基礎，可不進行抗震驗算。原因為在一般情況下基本組合是大于地震作用組合的，因此基礎構件強度驗算時基本上是由基本組合控制的，故可不考慮地震荷載作用(但在構造上要符合《抗震設計規范》要求)，僅考慮基本荷載組合和偶然荷載組合。

2.4 設計基本原則

對動力機器基礎，在設計理論上存在著兩種不同的觀點，一種是共振法，認為基礎的固有頻率避開機器的頻率(包括工作轉速，臨界轉速等)±20%，就能避開共振區就不會產生危險。另一種是振動法，認為計算動力基礎的最大振幅能滿足規范中規定的允許振幅，就可以避免一切危險，機器就能正常運轉。有關文獻根據上述兩種理論，提出了組合法。組合法的指導思想是既要考慮避開共振的可能，又要控制最大振幅，這種考慮是比較切合實際情況的。

設計基礎時，一般要盡可能使機組固有頻率ω和機器正常工作的干擾頻率θ相差±25%左右，以避免機組在其共振區工作。如果不可避免，要特別注意控制最大計算振幅和振動線速度。《動力機器基礎設計規范》中指出：對于中、高頻動力機器基礎，允許振動振幅為0.02 mm，允許振動速度為5 mm/s。

2.5 配筋要求

1)應按現行《鋼筋混凝土結構設計規范》控制基礎各構件受力鋼筋最小配筋率。

2)基礎上部縱、橫梁及柱子的配筋，需沿外圍設有封閉式箍筋。

3)基礎底板應沿周邊及板頂、板底配置鋼筋網，鋼筋直徑應為14 mm～16 mm，間距宜為200 mm～250 mm[1]，控制配筋率為0.2%。該工程基礎底板鋼筋上下均配φ20@200，沿基礎周邊鋼筋為φ16@500 mm。

4)柱子應沿柱截面四周對稱配置豎向鋼筋，由計算確定柱子鋼筋，直徑應大于18 mm，柱子豎向鋼筋總配筋率不得小于1%[1]。該工程柱子鋼筋按構造配置，每個柱配筋為26φ25。

5)頂板在柱寬范圍內鋼筋，應按縱、橫向框架梁計算。頂板的板頂、板底以及周邊配置鋼筋網，鋼筋直徑宜為14 mm～16 mm，間距宜為200 mm～250 mm[1]。

6)頂板和底板上的開孔，當開孔邊長或直徑大于300 mm時，應沿洞口四周布置加強鋼筋，鋼筋直徑宜為14 mm～18 mm，間距宜為200 mm[1]。

7)基礎頂部框架的縱、橫梁上、下主筋配筋面積均按計算確定。配筋率宜取0.5%～1%。因考慮頂部框架縱、橫梁兩側溫差產生的應力，應在梁的兩側分別配置溫度鋼筋，每側配筋率取0.1%[1]。

3 結語

在設計基本原則的組合法中并未明確提出控制何種頻率時的最大振幅值，在多種工作轉速的機組基礎，要完全避開共振頻率是很難辦到的。因此，就要研究出現共振時的狀態是主要頻率，還是次要頻率，只要在主機正常工作狀態時的頻率不出現共振，其他頻率(如臨界轉速頻率、瞬間產生的頻率)出現共振，在這些共振頻率產生的振幅值超過規范中所規定的允許振幅值，可以認為是允許的。如果在正常工作頻率出現共振，應認為是不允許的。設計者必須研究改變基礎的固有頻率，影響基礎固有頻率的因素較多，如結構剛度，材料阻尼等。設計者應根據情況分析，研究解決。

[1] GB 50040—96，動力機器基礎設計規范[S].

[2] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

On problems of frame dynamic foundation design

Pan Ling

(WISDRIEngineeringandResearchCorporationStructure1stInstitute,Wuhan430223,China)

Taking axial flow compressor’s foundation design of blast furnace blower station at some steel plant as the example, the paper explores some attentive problems in the design for the frame dynamic foundation design, and indicates some problems in foundation structural type selection, anti-seismic design, reinforcement requirement and foundation design principle inRegulationforDynamicMachineFoundationDesign, in order to ensure the rationality of frame dynamic foundation design.

frame dynamic foundation, anti-seismic, design, reinforcement

2014-11-15

潘 玲(1985- )，女，工程師

1009-6825(2015)04-0088-02

TU753

A