谈压缩机大块式基础设计与构造要求

2012-08-15陈敬洪

山西建筑 2012年5期

陈敬洪

压缩机基础的设计，在当今工业生产中经常遇到，其基础结构类型主要有三种，即大块式基础、框架式基础和墙式基础，且一般以钢筋混凝土为组成材料。压缩机机组主要由电动机和压缩机及一些辅助设备组成，压缩机运转时会产生较大的不平衡惯性力，这种不平衡惯性力会引起地基及基础的振动，过大的地基及基础的振动会产生一系列的不良影响，因此我们对压缩机基础进行设计和计算的目的就是要把基础的振动控制在允许的范围内，使基础的振动不影响机器的正常工作。为了保证基础的振动在设备允许的范围内，避免共振，我们通常采用固有频率较高的大重量基础块，也就是大块式基础。本文主要对大块式基础的设计进行了论述。

1 设计资料

1)机器制造厂提供的机器资料。a.机器的型号、规格、功率、转速及轮廓配置图，包括机器底部形状、高程、大小及埋设螺栓的位置和大小。b.压缩机的重量、位置及方向，包括重心位置。c.压缩机组的附属设备及主要管道的自重、作用点及固定方式。d.压缩机的动力大小、位置方向，包括正常运转的不平衡力和非正常状态引起的短路力等。e.机器厂家提供的运转频率，建议的基础轮廓图，以及机器厂家规定的机器容许最大振幅或振动速度。f.与设备有关的预留沟槽，孔洞的位置及大小。二次灌浆的厚度及要求。

2)工程地质资料。a.地基压缩层厚度内的土壤种类、基本性质、压缩性、剪力强度及地下水的变化和对基础的侵蚀影响等。b.地基土的动态性质，包括土的动态剪力模数，剪力波速及动态波生比。c.地基承载力。

3)设计前要了解压缩机基础临近的设备或者建(构)筑物的基础尺寸和埋置深度，了解其对振动灵敏程度的限制。

4)隔振系统。如果基础要采用隔振系统来解决本身振动向外传递或阻止外来振源对本基础的影响，则还要收集以下资料:a.了解所采用隔振器的工作原理，隔振器承载力的上限和下限。b.垂直向及水平向的弹簧系数。c.阻尼特性。d.各种影响因素，包括时间、温度、疲劳等。

2 基础尺寸的初步确定

基础尺寸应根据收集的资料，并考虑机器周围的相互影响确定。设计时除了满足静力和动力分析外，还要满足其他相关部门的检查校核。基础在初步确定时可以遵循以下原则:1)基础应搁置在承载力良好的地基上，如承载力不满足要求，可以对基础进行改良或采取措施进行地基处理。若基础底部位于地下水位以下，应考虑振动传递的可能性，必要时采取打桩或隔振系统减少对周围的影响。2)基础各部分要满足刚度要求。一般来说，基础板厚度不应小于其长度的1/10及其宽度的1/5，若尺寸明显的存在不合理，可以做相应的调整。3)基础垂直转轴的宽度，应考虑机器挠力造成的基础横摆的影响。特别是浅基础，应具有足够的宽度维持其稳定性。4)基础平面尺寸除了必须满足厂家的要求外，其边缘还应大于机器底座向外延伸至少50 mm，且要满足钢筋混凝土保护层的最小要求。5)基础应避免与其他结构物或者是地坪相连，应设置伸缩缝，以隔绝振动的传递。

3 静力分析与动力分析

3.1 静力分析

1)依据机器厂商提供的资料，进行静力分析，使基础能够满足抵抗施加在其上的荷载。2)根据地基的强度和机组(包括压缩机和基础上的机器、附属设备、填土)重力，验算地基的承载力。支撑基础板的土壤或基桩承载力，操作状态下不得超过土壤长期容许承载力的50%或基桩长期容许承载力的75%;突发状态及地震状态不可超过土壤短期容许承载力的50%或基桩短期容许承载力的75%。3)要注意基础沉降量验算，使其符合机器厂商和相关专业设计的要求。设计时应严格控制因地质差异或基础系统偏心所造成的差异沉降，应避免基础的长期沉降，必要时应对地基进行处理。浅基础的形心最好与基础系统的重心重合。

3.2 动力分析

动力分析是用来评估机器在运转下，基础系统的自然频率是否与机器的运转频率发生共振，及因不平衡力所引起的振幅是否在允许的范围内，避免不允许的振动传递到周围环境。

1)大块式基础分析时，将基础块视为刚体，其力学模型采用质量—弹簧—阻尼器体系。将机组作为单质点，应考虑6个自由度(即竖向、横移、纵移、横摆、纵摆和扭转)。2)不平衡力的确定。机器的不平衡力应由机器厂商提供，若厂商没有提供不平衡力，则可以根据相应的规范或标准计算。3)动力分析时应考虑基础系统的质量包括机器、管线、基础和参与振动的附属设备。4)弹簧。根据基础的不同形式，采用不同的方法计算弹簧常数。例如浅基础应根据基础尺寸、埋深、土体动态剪力模数及动态波生比等，采用弹性半空间理论分析土体各个自由度的弹簧常数;桩基础依据桩身材料、长细比、桩的受力状态和地层状况等估算各自由度的弹簧常数。5)阻尼。不同的基础形式有不同的阻尼常数，动力分析时，不考虑阻尼效应，将高估振幅。6)动力分析结果的检核。包括自然频率的检核和容许振幅或振动速度的检核。各种检核结果应符合相应的标准和规范要求。

4 基础设计和构造

1)大块式基础的刚度高，要保证大块式基础的整体完整性。所有构件必须构筑在同一基础上。一般来说，混凝土应一次浇筑完毕，不可设置施工缝。如因特殊原因需要设置施工缝时，必须把施工缝的位置及施工方式在设计图纸中说明。

2)基础应采用混凝土或钢筋混凝土，混凝土强度等级不低于C20，垫层混凝土强度等级不低于C15。二次灌浆应采用强度等级不低于C25的微膨胀混凝土或其他高强无收缩灌浆料，其厚度不宜小于50 mm。钢筋最好采用二级钢，不得采用冷加工钢筋。基础底座边缘至基础边缘的距离不应小于100 mm。

3)螺栓孔边缘至基础边缘的距离:当螺杆直径小于36 mm时，不得小于100 mm;螺杆直径不小于36 mm时，不得小于150 mm。螺栓中心至基础边缘的最小距离不应小于4倍螺栓直径，若不满足要求时，应采取加强措施。预埋螺栓底部至基础底面距离不应小于50 mm，若为预留孔，则不应小于100 mm。地脚螺栓的埋置深度应按机器制造厂提供的螺栓长度。

4)足够均匀的钢筋配置:所有基础表面必须配置螺纹钢筋，且配置的钢筋总重与混凝土体积之比须大于30 kg/m3。大块式基础的侧面、顶面设置钢筋网，直径为10 mm～14 mm，间距为200 mm～300 mm。厚度大于1000 mm的混凝土内部须配置间距600 mm的三向直径16 mm钢筋。

5)注意基础开挖及回填工作，设计时应对回填材料及夯实度予以特别要求。

6)大块式振动基础由于具有振动和刚性特性，基础螺栓位置及基础高程不允许错误。此两项必须明确标注在设计图上。