淺談鋼結構樓面動(dòng)設備基礎設計

　　論文關(guān)鍵字：動(dòng)力機器 基礎設計 水平擾力

　　論文摘要：工業(yè)的發(fā)展促使動(dòng)力機器布置在多層鋼結構樓面上得以應用，但是動(dòng)設備的振動(dòng)給建筑物本身帶來(lái)潛在的影響，本文從動(dòng)力機器的分類(lèi)出發(fā)，相關(guān)動(dòng)設備的基礎類(lèi)型和要求，并具體給出了動(dòng)設備基礎設計的步驟。

　　隨著(zhù)工業(yè)的發(fā)展，鋼結構廠(chǎng)房中大型動(dòng)力機器設備（如大容量或超高壓壓縮機、高轉速汽輪機等）不斷得到應用，動(dòng)力機器產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì )隨著(zhù)基礎傳導到建筑物上，對人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)不便。因此，在進(jìn)行動(dòng)力設備地基基礎設計時(shí)，一方面要控制機器本身產(chǎn)生的振動(dòng)；另一方面也要盡量減少或消除對周?chē)�環(huán)境產(chǎn)生的振動(dòng)影響。

　　1動(dòng)力機器的分類(lèi)

　　動(dòng)力機器通常按機器在運轉時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力特性分類(lèi)。很多機器運轉時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力并不大，例如多數金屬切削機床，中、小型電動(dòng)機等，無(wú)需特殊考慮動(dòng)力問(wèn)題。但有的機器運轉時(shí)產(chǎn)生較大動(dòng)力，必須專(zhuān)門(mén)考慮動(dòng)力問(wèn)題，如設計不當，不僅影響機器本身的正常運轉，而且使工作人員操作條件惡化，影響身心健康；同時(shí)，過(guò)大的振動(dòng)通過(guò)地基土傳到附近房屋，影響人們的正常工作和生活，造成精密機床、儀器儀表不能正常使用。這類(lèi)機器稱(chēng)為動(dòng)力機器。各類(lèi)動(dòng)力機器的動(dòng)力和振動(dòng)是不同的，可根據振動(dòng)特點(diǎn)分為周期性作用的機器和間歇性作用或沖擊作用的機器。

　　2動(dòng)力機器基礎類(lèi)型

　　塊式、框架式及墻式是動(dòng)力機器基礎的三種結構類(lèi)型。

　　塊式基礎用得最廣泛，適合多種類(lèi)型的機器，如曲柄連桿類(lèi)、鍛錘、電動(dòng)機、軋鋼機和金屬切削機床等�；�礎設有坑、溝、洞，以便安裝機器、布置設備和管道，或維修等用，其位置和尺寸由機器制造廠(chǎng)提供。塊式基礎的剛度很大，振動(dòng)主要由地基彈性變形引起。

　　由底板、頂板、立柱構成的框架式基礎。立柱之間供附屬設備安放。在頂板安裝機器和工作平臺。對于高轉速的機器（n>3000r/min），可不考慮地基彈性影響�？蚣苁交�礎的動(dòng)力計算按多自由度體系，采用結構動(dòng)力學(xué)方法。容許振動(dòng)用振幅控制 即便產(chǎn)生共振，只要振幅滿(mǎn)足容許值要求就可以 。

　　墻式基礎是以橫墻代替框架式基礎中的橫向框架。墻厚一般為1/6-1/4墻高，因而剛度較大。破碎機多采用此類(lèi)基礎。在兩垛墻之間的空間設置運輸皮帶和漏斗。動(dòng)力計算時(shí)，在與水平擾力相垂直的方向，如墻的凈高不超過(guò)墻厚4倍，可當作塊式基礎計算。否則兩個(gè)方向均按框架式基礎計算。

　　3鋼結構樓面基礎混凝土的要求

　　1)基礎尺寸的確定

　　在確定基礎底面尺寸時(shí)應力求不發(fā)生偏心，即機器擾力作用中心、基組質(zhì)量中心（簡(jiǎn)稱(chēng)“質(zhì)心”）、基礎底面形心在一條鉛直線(xiàn)上。這樣，不僅可以避免不均勻沉降，而且可以減少振型，簡(jiǎn)化動(dòng)力計算。設計中調整基礎尺寸，使“三心”成一鉛直線(xiàn)的工作稱(chēng)為“定心”。嚴格的定心不易做到，但必須力求做好一些。

　　2）確定基礎混凝土的重量

　　設計動(dòng)力機器基礎的基本目標是限制其振動(dòng)幅度以滿(mǎn)足機器本身和附近設備、儀器的正常運轉和不干擾鄰近工作人員和居民的工作和生活的要求。最早的設計方法是根據經(jīng)驗，采取加大基礎質(zhì)量來(lái)控制其振動(dòng)、而并不進(jìn)行振動(dòng)分析和計算。例如習慣的做法是要求大塊式混凝土基礎的重量至少為機器重量的2—5倍。這種方法，對于地面上的基礎，初看似乎有些道理．但實(shí)際上是一種陳舊的辦法，因為它忽視了影響基礎運動(dòng)的其他各種不同因素，干擾力的類(lèi)型和頻率、地基土的性質(zhì)等等，若單純增加基礎的質(zhì)量，是可以降低基礎的自振頻率，這對于低頻機器并不安全，對于中頻和高頻機器又可能過(guò)于保守。而對于鋼樓面的動(dòng)設備基礎卻是尤為重要，我們碰到一個(gè)項目，碳酸鉀廠(chǎng)房20米標高樓面的風(fēng)機基礎，兩臺風(fēng)機基礎采用聯(lián)合基礎，先安裝一臺，另一臺為預留基礎。由于本次設備改造，原預留的設備基礎影響新設備的安裝，就對原預留的一半設備基礎進(jìn)行去除等設備就位后再恢復，業(yè)主為了省事就沒(méi)有恢復預留的一半基礎。結果該設備帶動(dòng)一半基礎的振動(dòng)引起周邊梁的振動(dòng)超出允許的限值，振動(dòng)速度達到3.8~4.2mm/s。嚴重影響了正常的生產(chǎn)。業(yè)主采取了很多辦法均未能解決問(wèn)題。最終還是恢復原樣，問(wèn)題才得以解決。這種傳統方法，由于簡(jiǎn)便，至今還在一定范圍內繼續應用。

　　4動(dòng)設備基礎下鋼梁的動(dòng)力計算    在鋼結構樓面設計中，動(dòng)力設備支撐鋼梁的計算是一項重要的工作。由于動(dòng)力計算的繁雜特性，使得在具體的工程設計時(shí)需要進(jìn)行若干簡(jiǎn)化才能達到進(jìn)行鋼梁的動(dòng)力計算。目前，國標《多層廠(chǎng)房樓蓋抗微振設計規范》(GB 50190)只是適用于動(dòng)力荷載小于0.6KN的中小型機床、制冷壓縮機、電機、風(fēng)機和水泵等設備作用下的樓面動(dòng)力計算和振動(dòng)設計，對于樓蓋控制點(diǎn)合成振動(dòng)速度不得大于1.5mm/s。對于較大的動(dòng)力設備則需要通過(guò)具體的工程設計經(jīng)驗進(jìn)行確定。

　　鋼結構樓面中動(dòng)力設備的支撐鋼梁必須在滿(mǎn)足承載力要求的基礎上，合理控制鋼梁的剛度，從而避免產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)位移，不滿(mǎn)足使用要求。在進(jìn)行樓面動(dòng)設備支撐鋼梁設計時(shí)需要在掌握設備資料的前提下，通過(guò)合理的計算，防止動(dòng)設備和樓面基礎發(fā)生共振，從而達到控制動(dòng)位移，使得結構布置合理。鋼結構樓面動(dòng)設備支撐鋼梁的動(dòng)力計算步驟如下：

　　1）獲取動(dòng)設備信息

　　在進(jìn)行動(dòng)設備基礎設計時(shí)，首先必須清楚動(dòng)設備的相關(guān)資料，如設備靜載的位置、大小和方向，設備正常運行時(shí)的轉速、運行時(shí)擾力的方向及大小，以上信息可以參考的設備供應商提供的設備說(shuō)明書(shū)。

　　設備的干擾力值的大小一般均可以在設備資料中查得，但是國產(chǎn)設備對擾力值的提供欠缺，為此，對于擾力值缺失的動(dòng)力設備(機床、電機、制冷壓縮機等)的基礎進(jìn)行設計時(shí)，必須通過(guò)GB50190—93中的相應規定進(jìn)行計算。

　　2）樓面鋼梁固有頻率的計算

　　當樓面支撐鋼梁的固有頻率與設備的自振頻率相近時(shí)，就會(huì )使得鋼梁產(chǎn)生過(guò)大的位移變形，影響正常的使用。為此，對于具有動(dòng)設備的樓面鋼梁，一般均應要求鋼梁的固有頻率f必須比設備的自振頻率高出或低出20%。

　　對于質(zhì)量分布不均勻，但是集中質(zhì)量和均布質(zhì)量相比可以忽略不計時(shí)，可以參照GB50190—93 第 6.3.6 條中的規定將集中質(zhì)量轉換成均布質(zhì)量，然后再利用式3進(jìn)行計算。當集中質(zhì)量和均布質(zhì)量相比不能忽略不計時(shí)，則可以全部按照集中質(zhì)量進(jìn)行求解。

　　3）鋼梁的位移控制

　�、黉摿何灰圃试S值的確定

　　鋼梁的振動(dòng)位移必須使得設備能夠正常的運行和操作，對于精密設備，允許值隨著(zhù)設備精度的提高而相應的提高，一般應當保證在0.01mm以下，對于振動(dòng)比較大的設備(如振動(dòng)篩)應當根據具體的工作環(huán)境由操作人員設定。容許的振動(dòng)位移可以根據工作環(huán)境的不同，通過(guò)各種振動(dòng)對人體的影響程度得到極限速度和極限加速度。

　�、谡駝�(dòng)位移的確定

　　結論

　　由上可見(jiàn)合理地設計機器基礎，可使其振動(dòng)減小到足以保證機器平穩運轉和不干擾鄰近設備、操作人員和居民的工作和生活。為此加強對動(dòng)力機器基礎的設計和研究具有十分重要的意義。

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