框架式动力基础设计若干问题论述

潘 玲

(中冶南方工程技术有限公司结构一所，湖北 武汉 430223)

框架式动力基础设计若干问题论述

潘 玲

(中冶南方工程技术有限公司结构一所，湖北 武汉 430223)

以某钢厂高炉系统鼓风机站中轴流压缩机组基础设计为例，探讨了框架式动力基础设计时应注意的几个问题，并结合《动力机器基础设计规范》对基础结构选型、抗震设计、配筋要求、基础设计原则等问题进行了论述，以保证框架式动力基础设计的合理性。

框架式动力基础，抗震，设计，配筋

1 工程简介

该工程地震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第三组。拟建场区特征周期为0.65 s，建筑场地类别为Ⅲ类。结构抗震设防类别为丙类，抗震等级为四级。

2 框架式动力基础设计

2.1 基础结构选型

框架式动力基础的选型原则，尽量做到各构件布置对称,构造简单。纵梁、横梁以及柱子受力明确。基础的梁、柱应对称于机器主轴(纵轴)布置，在基础中心线上布置动力设备荷载，这样能避免或减少扭力作用。

1)顶板由横梁、纵梁和平台板组成，顶板应尽量高强，确保其有足够的质量和刚度。顶板纵梁的刚度应与横梁的刚度相对应。基础顶板厚度不宜小于其净跨度的1/4，并不得小于800 mm[1]。基础顶板挑台处的悬挑长度不宜超过1.5 m，挑台处的顶板截面高度应大于悬臂长度的0.75倍。

2)支柱应尽可能布置在纵梁和横梁的交点处，以便结构传力明确。柱子宜柔性，在满足强度和稳定性要求的前提下宜适当减小刚度，柱子最小截面宽度宜为柱子净高度的1/10～1/12[1]，柱断面一般不小于600 mm×600 mm。

3)底板作为柱子嵌固端，将上部荷载均匀地传给地基。基础底板的刚度能有效调整基础不均匀沉降。底板的形式有井式、梁板式、平板式三种。平板式基础底板的厚度、井式和梁板式基础的梁高，应该根据地基条件不同取基础底板长度的1/10～1/12，并不应小于800 mm[1]。

2.2 基础设计

1)地基强度验算[2]：

P=W/F<αffa。

Pmax=W/F+Mx/Wx+My/Wy<1.2αffa。

其中，αf为地基承载力特征值的动力折减系数，旋转式机器取0.8[1]；fa为仅考虑深度修正的地基承载力特征值。

2)基组偏心值确定：

为避免不均匀沉降和减少振型，应调整基础的长度和宽度，尽量使机组(机器和基础的总称)的总重心与基础底面形心位于同一铅垂线上，如果仍有偏心，应按《动力机器基础设计规范》3.1.14条规定:机组(机器和基础)的总重心与基础底面形心在纵向、横向的偏心距分别不应超过相应方向基础边长的3%。

X0=∑mixi/∑mi<3%Lx。

Y0=∑miyi/∑mi<3%Ly。

2.3 抗震设计

该工程地震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第三组。根据《动力机器基础设计规范》6.1.4条规定，在抗震设防烈度8度及以下地区建造框架式动力基础，可不进行抗震验算。原因为在一般情况下基本组合是大于地震作用组合的，因此基础构件强度验算时基本上是由基本组合控制的，故可不考虑地震荷载作用(但在构造上要符合《抗震设计规范》要求)，仅考虑基本荷载组合和偶然荷载组合。

2.4 设计基本原则

对动力机器基础，在设计理论上存在着两种不同的观点，一种是共振法，认为基础的固有频率避开机器的频率(包括工作转速，临界转速等)±20%，就能避开共振区就不会产生危险。另一种是振动法，认为计算动力基础的最大振幅能满足规范中规定的允许振幅，就可以避免一切危险，机器就能正常运转。有关文献根据上述两种理论，提出了组合法。组合法的指导思想是既要考虑避开共振的可能，又要控制最大振幅，这种考虑是比较切合实际情况的。

设计基础时，一般要尽可能使机组固有频率ω和机器正常工作的干扰频率θ相差±25%左右，以避免机组在其共振区工作。如果不可避免，要特别注意控制最大计算振幅和振动线速度。《动力机器基础设计规范》中指出：对于中、高频动力机器基础，允许振动振幅为0.02 mm，允许振动速度为5 mm/s。

2.5 配筋要求

1)应按现行《钢筋混凝土结构设计规范》控制基础各构件受力钢筋最小配筋率。

2)基础上部纵、横梁及柱子的配筋，需沿外围设有封闭式箍筋。

3)基础底板应沿周边及板顶、板底配置钢筋网，钢筋直径应为14 mm～16 mm，间距宜为200 mm～250 mm[1]，控制配筋率为0.2%。该工程基础底板钢筋上下均配φ20@200，沿基础周边钢筋为φ16@500 mm。

4)柱子应沿柱截面四周对称配置竖向钢筋，由计算确定柱子钢筋，直径应大于18 mm，柱子竖向钢筋总配筋率不得小于1%[1]。该工程柱子钢筋按构造配置，每个柱配筋为26φ25。

5)顶板在柱宽范围内钢筋，应按纵、横向框架梁计算。顶板的板顶、板底以及周边配置钢筋网，钢筋直径宜为14 mm～16 mm，间距宜为200 mm～250 mm[1]。

6)顶板和底板上的开孔，当开孔边长或直径大于300 mm时，应沿洞口四周布置加强钢筋，钢筋直径宜为14 mm～18 mm，间距宜为200 mm[1]。

7)基础顶部框架的纵、横梁上、下主筋配筋面积均按计算确定。配筋率宜取0.5%～1%。因考虑顶部框架纵、横梁两侧温差产生的应力，应在梁的两侧分别配置温度钢筋，每侧配筋率取0.1%[1]。

3 结语

在设计基本原则的组合法中并未明确提出控制何种频率时的最大振幅值，在多种工作转速的机组基础，要完全避开共振频率是很难办到的。因此，就要研究出现共振时的状态是主要频率，还是次要频率，只要在主机正常工作状态时的频率不出现共振，其他频率(如临界转速频率、瞬间产生的频率)出现共振，在这些共振频率产生的振幅值超过规范中所规定的允许振幅值，可以认为是允许的。如果在正常工作频率出现共振，应认为是不允许的。设计者必须研究改变基础的固有频率，影响基础固有频率的因素较多，如结构刚度，材料阻尼等。设计者应根据情况分析，研究解决。

[1] GB 50040—96，动力机器基础设计规范[S].

[2] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[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，工程师

1009-6825(2015)04-0088-02

TU753

A