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有色冶金类动力机器基础设计要点

郭永生

（中国恩菲工程技术有限公司 北京 100038）
摘 要：本文对有色冶金类动力机器基础设计要点进行总结，对设计过程中的资料收集，基础形式，荷载分类，荷载组合，基础计算，基本构造分别进行了阐述。对基组的振动控制标准进行了讨论。
关键词：动力基础，荷载分类，荷载组合，振动控制标准
1、概述
动力机器基础是支承和固定有色冶金工厂设备的结构体，其主要任务是将设备可靠地固定设备基础的相应部位上，将设备的恒荷载、活荷载及动力荷载（水平扰力，垂直扰力）有效传递给地基。有色冶金类工程项目中，动力机器广泛用于工艺生产的各个环节，发挥着不可替代的作用。常见的动力机器基础的主要型式位：块体式、墙体式、框架式、箱式、坑式等型式。动力机器基础工程设计目标，既要优化基础配置，使其地基承载能力符合要求；通过验算基组的动力作用效应，控制其振动幅值，不产生危害设备运转的地基沉降或基础的振动，不影响车间人员的正常生产和工作，满足设备正常运转的各项要求。
2、基础资料收集
动力机器基础需收集的资料包括：工程地质条件、水文地质资料；车间的工艺布置图，与本设备基础相邻区域的车间建筑物基础和其他设备基础、地下构筑物和地下管网等布置图；生产厂家提供的设备型号、规格和底座轮廓图；机组布置图，设备基础轮廓平剖面图和坑、沟、孔的尺寸，埋管标高以及对地脚螺栓、预埋件、二次浇灌层的要求；设备的重心及传至基础的各种恒、活荷载值，设备动荷载值及其作用位置和方向；基础表面最高和最低温度资料；基础表面防侵蚀要求及侵蚀性介质的种类、浓度和温度等资料。动力机器基础资料的准确性直接影响基础设计的质量。
3、 荷载分类
现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的有关规定，有色冶金类动力机器基础荷载包括：永久荷载：机器本体重量、各种附加裝置含管道、阀门、平台等重量；基础结构自重、基础台阶上填土重量等。可变荷载：机器的扰力、冲击力、当量荷载；操作荷载、温度作用、风荷载、机器生产附加荷载；设备安装、检修用的重型荷载；以及常遇地震作用。偶然荷载：包括机器运行的事故荷载；以及罕遇地震的作用。
4、动力计算要点
有色冶金类动力机器基础需根据动力机器的特性和类型，工艺配置，管道布置等要求，确定基础型式及各部分构件几何尺寸及相互连接要求后，简化为合理的力学简图，进行结构的动力计算和静力计算，使其满足振动限值和结构强度的要求。对于以承受水平荷载为主的设备基础，尚需验算基础的抗滑移和抗倾覆稳定性；对于自重较小的箱式和坑式基础，尚需根据地下水位验算抗浮的稳定性；当工艺对设备基础沉降量有具体要求时，尚需验算基础的沉降量；对于有防水要求的箱式或坑式基础需进行抗裂或裂缝宽度的计算；当有温度作用时，尚需验算结构的温度效应。动力机器基础动力学计算可采用有限元分析软件进行精细计算。当有充分依据时，也可将设备的荷载乘以动力系数后按静力方法换算成当量静荷载作为设计荷载，对基础构件进行强度和配筋计算。
5、振动控制目标
动力机器基础振动计算的目标，是要使基组在正常使用时其振动限值控制在容许的范围之内。从而满足机器的有效运转，确保操作人员的良好工作环境；以及避免或减少振动对周围建、构筑物或仪器、仪表等的不良影响，实现适用、安全且经济合理的要求。目前国内关于动力机器基础设计的标准均根据不同类型的机器及环境要求，用容许振动线位移或容许振动速度作为控制目标。动力机器基础的设计必须结合具体工程要求，正确选择适合的容许振动限值。现行国家标准《动力机器基础设计规范》GB50040对各种动力机器的振动限值作出了规定，现汇总于表1中：
5.基本构造措施
动力机器基础的构造措经过多年工程实践的总结。对弥补设计不足至关重要，在设计中必须加以重视。包括了各类设备基础截面最小截面的选择，材料性能的要求，各种附属构件的要求等。对于大块式，墙式，框架式设备方案配置时尽量选择对称布置，避免较大的偏心，基础的底板宜设计成长方形，应设置在同一个标高上，地基条件不好时尽量采用筏板连接或采用桩基础，保证基础底板具有足够的抗弯刚度。构架式基础由于刚度较弱，设计时更要重视构造措施，支柱应对称布置，支柱的上下端需设计为固接；支撑柱的中心线处宜布置对称的构架梁，结构构件的截面形状应对称； 大块式基础的构造配筋要求：体积为20m3～40m3的大块式基础，应沿基础顶面，底面配置钢筋，凹凸处应局部加强配筋。体积大于40m3时应沿基础顶面、底面及四周配置钢筋网，目的是防止温度应力和收缩应力导致裂缝，钢筋网要求细而密。小型设备基础在基础顶面配置钢筋网，目的是防止设备安装、检修时，混凝土表面遭受撞击损坏。
6.结语
动力机器基础设计应做好基础资料的收集工作，结构设计人员必须在方案配置阶段就积极参与，根据不同的基础类型确定合理的计算模型，利用计算机采用先进的有限元计算软件进行复核计算。有色冶金类大型，超大型动力机器基础在工程中应用日益广泛，同时也对基础设计提出了更高的要求，所以动力机器基础设计必须在工程实际中认真总结不断完善。
参考文献：
[1].《动力机器基础设计规范》GB 50400-96；
[2].《有色金属工程设备基础技术规范》GB 51084—2015；
[3].《建筑结构荷载规程》GB50009-2012
科学与财富2017年20期
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