淺談鋼結(jié)構(gòu)樓面動設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計

　　論文關(guān)鍵字：動力機器 基礎(chǔ)設(shè)計 水平擾力

　　論文摘要：工業(yè)的發(fā)展促使動力機器布置在多層鋼結(jié)構(gòu)樓面上得以應(yīng)用，但是動設(shè)備的振動給建筑物本身帶來潛在的影響，本文從動力機器的分類出發(fā)，相關(guān)動設(shè)備的基礎(chǔ)類型和要求，并具體給出了動設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計的步驟。

　　隨著工業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)廠房中大型動力機器設(shè)備（如大容量或超高壓壓縮機、高轉(zhuǎn)速汽輪機等）不斷得到應(yīng)用，動力機器產(chǎn)生的振動會隨著基礎(chǔ)傳導到建筑物上，對人們的生產(chǎn)生活帶來不便。因此，在進行動力設(shè)備地基基礎(chǔ)設(shè)計時，一方面要控制機器本身產(chǎn)生的振動；另一方面也要盡量減少或消除對周圍環(huán)境產(chǎn)生的振動影響。

　　1動力機器的分類

　　動力機器通常按機器在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動力特性分類。很多機器運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動力并不大，例如多數(shù)金屬切削機床，中、小型電動機等，無需特殊考慮動力問題。但有的機器運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生較大動力，必須專門考慮動力問題，如設(shè)計不當，不僅影響機器本身的正常運轉(zhuǎn)，而且使工作人員操作條件惡化，影響身心健康；同時，過大的振動通過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。這類機器稱為動力機器。各類動力機器的動力和振動是不同的，可根據(jù)振動特點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動力機器基礎(chǔ)類型

　　塊式、框架式及墻式是動力機器基礎(chǔ)的三種結(jié)構(gòu)類型。

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

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

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

　　3鋼結(jié)構(gòu)樓面基礎(chǔ)混凝土的要求

　　1)基礎(chǔ)尺寸的確定

　　在確定基礎(chǔ)底面尺寸時應(yīng)力求不發(fā)生偏心，即機器擾力作用中心、基組質(zhì)量中心（簡稱“質(zhì)心”）、基礎(chǔ)底面形心在一條鉛直線上。這樣，不僅可以避免不均勻沉降，而且可以減少振型，簡化動力計算。設(shè)計中調(diào)整基礎(chǔ)尺寸，使“三心”成一鉛直線的工作稱為“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(chǔ)混凝土的重量

　　設(shè)計動力機器基礎(chǔ)的基本目標是限制其振動幅度以滿足機器本身和附近設(shè)備、儀器的正常運轉(zhuǎn)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(shè)計方法是根據(jù)經(jīng)驗，采取加大基礎(chǔ)質(zhì)量來控制其振動、而并不進行振動分析和計算。例如習慣的做法是要求大塊式混凝土基礎(chǔ)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(chǔ)，初看似乎有些道理．但實際上是一種陳舊的辦法，因為它忽視了影響基礎(chǔ)運動的其他各種不同因素，干擾力的類型和頻率、地基土的性質(zhì)等等，若單純增加基礎(chǔ)的質(zhì)量，是可以降低基礎(chǔ)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于保守。而對于鋼樓面的動設(shè)備基礎(chǔ)卻是尤為重要，我們碰到一個項目，碳酸鉀廠房20米標高樓面的風機基礎(chǔ)，兩臺風機基礎(chǔ)采用聯(lián)合基礎(chǔ)，先安裝一臺，另一臺為預(yù)留基礎(chǔ)。由于本次設(shè)備改造，原預(yù)留的設(shè)備基礎(chǔ)影響新設(shè)備的安裝，就對原預(yù)留的一半設(shè)備基礎(chǔ)進行去除等設(shè)備就位后再恢復，業(yè)主為了省事就沒有恢復預(yù)留的一半基礎(chǔ)。結(jié)果該設(shè)備帶動一半基礎(chǔ)的振動引起周邊梁的振動超出允許的限值，振動速度達到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題。最終還是恢復原樣，問題才得以解決。這種傳統(tǒng)方法，由于簡便，至今還在一定范圍內(nèi)繼續(xù)應(yīng)用。

　　4動設(shè)備基礎(chǔ)下鋼梁的動力計算    在鋼結(jié)構(gòu)樓面設(shè)計中，動力設(shè)備支撐鋼梁的計算是一項重要的工作。由于動力計算的繁雜特性，使得在具體的工程設(shè)計時需要進行若干簡化才能達到進行鋼梁的動力計算。目前，國標《多層廠房樓蓋抗微振設(shè)計規(guī)范》(GB 50190)只是適用于動力荷載小于0.6KN的中小型機床、制冷壓縮機、電機、風機和水泵等設(shè)備作用下的樓面動力計算和振動設(shè)計，對于樓蓋控制點合成振動速度不得大于1.5mm/s。對于較大的動力設(shè)備則需要通過具體的工程設(shè)計經(jīng)驗進行確定。

　　鋼結(jié)構(gòu)樓面中動力設(shè)備的支撐鋼梁必須在滿足承載力要求的基礎(chǔ)上，合理控制鋼梁的剛度，從而避免產(chǎn)生過大的振動位移，不滿足使用要求。在進行樓面動設(shè)備支撐鋼梁設(shè)計時需要在掌握設(shè)備資料的前提下，通過合理的計算，防止動設(shè)備和樓面基礎(chǔ)發(fā)生共振，從而達到控制動位移，使得結(jié)構(gòu)布置合理。鋼結(jié)構(gòu)樓面動設(shè)備支撐鋼梁的動力計算步驟如下：

　　1）獲取動設(shè)備信息

　　在進行動設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計時，首先必須清楚動設(shè)備的相關(guān)資料，如設(shè)備靜載的位置、大小和方向，設(shè)備正常運行時的轉(zhuǎn)速、運行時擾力的方向及大小，以上信息可以參考的設(shè)備供應(yīng)商提供的設(shè)備說明書。

　　設(shè)備的干擾力值的大小一般均可以在設(shè)備資料中查得，但是國產(chǎn)設(shè)備對擾力值的提供欠缺，為此，對于擾力值缺失的動力設(shè)備(機床、電機、制冷壓縮機等)的基礎(chǔ)進行設(shè)計時，必須通過GB50190—93中的相應(yīng)規(guī)定進行計算。

　　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(shè)備的自振頻率相近時，就會使得鋼梁產(chǎn)生過大的位移變形，影響正常的使用。為此，對于具有動設(shè)備的樓面鋼梁，一般均應(yīng)要求鋼梁的固有頻率f必須比設(shè)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，可以參照GB50190—93 第 6.3.6 條中的規(guī)定將集中質(zhì)量轉(zhuǎn)換成均布質(zhì)量，然后再利用式3進行計算。當集中質(zhì)量和均布質(zhì)量相比不能忽略不計時，則可以全部按照集中質(zhì)量進行求解。

　　3）鋼梁的位移控制

　　①鋼梁位移允許值的確定

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

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　　結(jié)論

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

　　參考文獻：   [1]葉菲.動力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計的幾點體會[J].房材與應(yīng)用,2005,33(184):32-34.

　　[2]胡少偉.結(jié)構(gòu)振動理論及其應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.20-21.

　　[3]中華人民共和國機械工業(yè)部.動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[M].北京：中國計劃出版社，1997.

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