风机基础设计资料

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1、风机塔架基础设计 风机塔架基础设计 高斌 根据中华人民共和国国家际准高耸结构设计规范 -，设计风机塔 架基础时，主要考虑四个环节。四个环节包括： ） 、塔身与基础的联接； ） 、基础上部的承载能力； ） 、地基的承载能力； ） 、抗倾覆。 即在具体设计中， 应按最不利荷载组合对各控制断面进行强度计算外， 还应对基础的整 体稳定性、地基承载力和变形进行计算。 在设计风机塔架基础前，必须分析塔架的尺寸、安装标高、荷载数据以及气象条件、工 程地质资料。以便做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。 一、已知荷载 一、已知荷载 一） 、荷载分类： 、永久荷载： ） 、结构自重： 塔架及设备：约00

2、吨 基础自重：约 650 吨 ） 、土压力： 基础上部埋土, 、可变荷载： ） 、风荷载： 弯矩（00） ： 水平力（00） ： 按规范要求，在风荷载（标准值）作用下，高耸结构任意点的水平位移不得大于该点离 地高度的。 ） 、裹冰荷载： ） 、地震作用： ） 、安装检修荷载： ） 、温度变化： ） 、地基沉陷： 、偶然荷载： 导线断线，风扇断脱等。 二、塔身与基础的联接： 二、塔身与基础的联接： 一） 、螺栓联接 国际规定，螺栓外排时，中心间距： 最大：8d0 或 12t 最小：3 d0 d0 为螺栓的孔径； t 为外层板件的厚度。 根据螺栓横截面积应与板件横截面积相等的原则，计算： = D

3、= n （d0/2） 2= 43003.1424 = 324048 mm2 S 螺栓横截面积或板件横截面积 D 塔身直径（00） 板件厚度 n 螺栓数量 计算结论：须用螺栓直径太大，实际上无法使用。 二） 、法兰盘焊接： 国家设计规范规定： 塔身与法兰盘的联接构造和计算与该处塔身相同。 此联接方案中， 法兰盘置于基础表面， 焊缝水平总横截面积必须满足大于塔身板件00 处横截面积的. 倍。 国际同时规定，角焊缝的最小焊脚尺寸 h不得小于 1.5t ，为较厚焊件即塔身板 件或法兰的厚度。 则 h1.5t 故塔身板件开坡口与底板（法兰）焊接，同时加肋板并焊接，荷载可满足要求。 底板（法兰）与基础（钢

4、筋混凝土）联接并满足荷载的方案，便是关键所在。 此时， 若用地脚螺栓， 便又出现了上面螺栓联接的情况。 甚至加肋板等也无法满足荷载。 三） 、底板置于基础内联接： 此方案正是国外风机高塔（h ）采用的方法。 前提： 基础部分承受荷载的能力大于或等同于塔身板件横截面的荷载能力。 即： 按混凝土强度设计值 fc（N/mm 2）计算，底板表面积受混凝土抗压强度产生的载荷 与该外塔身板件横截面产生的荷载相当。 依此可计算出底板的径向宽度 bf。 故： bf = c y fD fs 在此： 塔身板件横截面积 y f普通钢材强度设计值； D 该截面塔身直径； c 混凝土强度设计值。 所以：底板表面积 S

5、= Dbf 底板厚度 h h = t b t 为外层板件的厚度； 底板 混凝土基础 法兰盘 b 普通钢材屈服强度设计值； 普通钢材抗剪强度设计值。 如果该底板表面积过大，刚度不足，可加加强肋与塔身板件焊接；加强肋的厚度不应小 于肋长的，并不应小于mm。也可安置二个以上的底板于基础内。 三、基础上部的承载能力 三、基础上部的承载能力 一） 、螺栓联接时： 混凝土层表面对法兰盘的抗压能力，应与塔身板件的抗屈服能力相同。 混凝土强度设计值（mm 2） 混 混 凝 凝 土 土 强 强 度 度 等 等 级 级 强度种类 C15 C20 C25 C30 C35C40C45C50C55C60C65 C70

6、C75 e 7.2 9.6 11.9 14.3 16.719.121.123.125.327.529.7 31.8 33.8 t 0.91 1.101.27 1.43 1.571.711.801.891.962.042.09 2.14 2.18 注：e混凝土轴心抗压强度设计值； t混凝土轴心抗拉强度设计值。 法兰盘径向宽度 bf bf = e y fD fs 塔身板件横截面积 y f普通钢材强度设计值； D 该截面塔身直径； e 混凝土强度设计值。 四、地基的承载能力 四、地基的承载能力 根据国际规范规定：基础底面的压力，应符合下式 当轴心荷载作用时： ka 式中 k 相应于荷载效应标准组合时

7、，基础底面处的平均压力值； a 修正后的地基承载力特征值。 当偏心荷载作用时，除符合上式要求外，尚应符合下式要求： kmax1.2a 式中 kmax 相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值。 底板 混凝土基础 塔身 基础底面的压力，可按下列公式确定： 、当轴心荷载作用时 Pk= A GF kk + 式中 k F相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值； k G基础自重和基础上的土重； A 基础底面面积。 、当偏心荷载作用时 Pkmax= A GF kk + + W Mk Pkmin= A GF kk + - W Mk 式中 k M 相应于荷载效应标准组合时，作用于基

8、础底面的力矩值； W 基础底面的抵抗矩； Pkmin 相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值。 当基础宽度大于或埋置深度大于 0.5时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等 方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正： a= ak+b（b-3）+dm（d-0.5） 式中 a 修正后的地基承载力特征值。 ak 地基承载力特征值，按设计规范原则确定； b、d 基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，可按基底下土的类别查表取 值。 承载力修正系数 土 的 类 别 b d 淤泥和淤泥质土 0 1.0 人工填土 e 或 IL大于等于 0.85 的粘性土 0 1.0 红粘土 含水比 aw 0.8 含

9、水比 aw0.8 0 0.15 1.2 1.4 大面积 压实填土 压实系数大于 0.95、 粘粒含量10%的粉土 最大干密度大于 2.1t/m3的级配砂土 0 0 1.5 2.0 粉土 籽粒含量10%的粉土 籽粒含量 10%的粉土 0.3 0.5 1.5 2.0 e 及 IL均小于 0.85 的粘性土 粉砂、细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态） 中砂、粗砂、砾砂、碎石土 0.3 2.0 3.0 1.6 3.0 4.4 基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度； b 基础底面宽度（） ，当基宽小于按取值，大于按取值； m基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度； d 基础埋置深度（）

10、 ，一般自室外地面标高算起。 例：高风机塔架，某工况下有最大基础底面力矩值； y= 31000 kNm = 3100 kNm Fk =1200 kN Gk =6500 kN A = （d/2） 2 = （12/2）23.14 = 113.04 m2 W = I/b = 2 4 64 d d = 32 1214 . 3 3 =169.56 m 3 Pkmax= A GF kk + + W Mk = A GF kk + + x x W M + y y W M = 04.113 65001200+ + 56.169 3100 + 56.169 31000 = 269.23 kPa 修正后的地基承载力

11、特征值（按乌鲁木齐地区戈壁土黄土计算） ： a = ak+b（b-3）+dm（d-0.5） amax = ak+b（b-3）+dm（d-0.5） = 160+2.016(6-3)+3.024(2.3-0.5) = 385.6 kPa amin = ak+b（b-3）+dm（d-0.5） = 160+016(6-3)+1.224(2.3-0.5) = 211.84 kPa 按 kmax1.2a 必须要得到满足 则必须使akmax/1.2 =269.23/1.2 = 224.36 kPa 故为了使修正后的地基承载力特征值满足要求，可以有下列措施： ） 、通过地基处理或人工地基提高地基承载力特征值；

12、 ） 、通过加深基础埋置提高修正后的地基承载力特征值； ） 、通过加大基础底面积来减小基础底面边缘的最大压力值。 五、抗倾覆计算五、抗倾覆计算： ： 由于风荷载、地震、日照和基础倾斜的作用，塔筒线分布重力和局部集中重力对塔筒任 意截面所产生的附加弯矩，须进行计算。 国家设计规范同时规定： 下列高耸结构可以不进行截面抗震验算， 而仅满足抗震结构要 求。 *小于或等于度、类场地的不带塔楼的钢塔架，钢桅杆及其地基基础； *度、类场地，且基本风压不小于 0.8kN/m 2的钢筋混凝土高耸筒体结构及其地基 基础； *度时硬、中硬场地的圆筒式、圆柱式塔基础； 已知极限状态下各种荷载在塔基位置产生的综合力矩

13、，y= 31000 kNm，= 3100 kNm；塔身 Fk =1200 kN、基础 Gk =6500 kN。 由力学平衡公式计算： y +（Fk +Gk） 基础中心位置到基础边缘力矩支撑点的距离。 基础埋置深度，在抗倾覆中也起重要作用。可产生反抗倾覆的力矩。 六、其他问题计算 六、其他问题计算 一） 、基础埋置深度 应满足地基承载力、变形和稳定性要求； 桩箱或桩筏基础的埋深（不计桩长）不宜小于建筑物高度的 1/181/20。 二） 、变形计算 建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形充许值。 分为：沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。 三） 、稳定性计算 计算基础受滑动力矩作用时的基础稳定性，用以确定基础距坡顶边缘的距离和基础埋 深。