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1、第八章 机械基础设计91 机械基础的要求一、概述基础-机械向地基传递载荷的中间结构体即为基础。图9-1 机械的基础与地基机械基础设计常见的机械扰力有两大类： 1)周期性扰力。这类扰力主要由机械运行时的不平衡和惯性力产生的。 2)冲击性扰力。这类扰力主要是由具有冲击性工作特性的机械产生的。冲击性扰力大而作用时间很短，且一般无周期性。二、机械基础的结构型式机械基础的结构型式主要有大块式、墙式和框架式三种，如图92所示。机械基础设计 大块式基础常用钢筋混凝土做成整体。墙式基础是由承重的纵墙和横墙组成。这两种结构的基础中均需预留有安装和操作机械所必须的沟槽和孔洞。框架式基础是由固定在一块连续底板上的立
2、柱和与其相连的横梁、纵梁、顶板组成。机械基础设计大块式基础应用最广，其特点是基础刚度大。框架式基础常用于有较高振动频率的机械。墙式基础的刚性介于二者之间，当机械要求安装在一定的高度时常采用这种结构型式。机械基础设计机械基础的要求机械基础应满足下列基本要求：1）地基和基础应具有足够的刚度；2）基础应具有足够的强度；3）基础在扰力的作用下不应产生过大的振动；4）在满足上述要求的条件下，还应有良好的经济性。机械基础设计三、机械基础设计的一般规定1）基础设计时应取得所需的资料；2）机械基础宜与建筑物的基础、上部结构以及混凝土地面分开；3）当管道与机械连接而产生较大振动时，管道与建筑物的连接处应采取隔振
3、措施；机械基础设计4）当基础的振动影响较大时，应采取隔振措施；5）基础不得产生有害的不均匀沉降；6）重要的或对沉降有严格要求的机械，应对其的沉降情况定期观测。机械基础设计四、机械基础设计的一般步骤机械基础设计的一般步骤如下：1）了解和分析设计任务，并收集有关的设计资料。2）初步确定基础的结构型式。3）初步确定基础的几何尺寸和埋置深度。机械基础设计4）计算地基的静强度。5）计算基组的总质心位置，尽量使其与基础底面形心在同一垂直线上。6）根据机械扰力的性质进行基组动力学计算。7）计算基础构件的强度和配置钢筋。8）绘制基础施工图。机械基础设计五、机械基础的设计要点1）力求避免基组共振 对有周期性扰力
4、的机械，应尽量使机械基础-地基系统的固有额率与机械扰力的激振频率相差25以上。对有冲击性扰力的机械，应尽量使其远离对振动敏感的机械和设备，必要时可以采取隔振措施。机械基础设计对重要的机械基础，基组固有频率应能改变。 2)合理选择基础型式和尺寸对转速较低的机械（n= 750 rmin） ，应尽量提高基组的固有频率。 对转速较高的机械(n750 rmin)，可采取相反的措施。对有冲击性扰力的机械，宜加大基础质量或采用隔振基础。机械基础设计3)防止基础偏沉 为防止基础偏沉，应使地基土具有均匀的压缩性。同时，应力求使机械的垂直扰力通过基组的质心，使机械的水平扰力也通过基组的质心或尽量减小它们的偏心距，
5、以减小扰力矩。机械基础设计92 机械基础的静力学计算一、地基承载力计算机械静力学计算的目的：保证地基有足够的承载能力和防止地基偏沉。机械基础设计图9-3 地基受力示意图机械基础设计（9-1）（9-2）（9-1）及（）及（9-2）外，）外，1.21.2（9-3）（9-4）np+机械基础设计式中：Mt0-基组总质量，单位为t；g-重力加速度，g9.81m/s2；A-基础底面积，单位为m2；p-基础底面地基的平均静压力设计值，单位为kPa；f地基承载力设计值，单位为kPa；F-平均单桩静载荷设计值，单位为kN；np桩数；机械基础设计fp单桩承载力设计值；单位为KN；M-基础底面上的总力矩，单位为kN
6、.m；I-基础底面通过其形心在力矩M方向的截面惯性矩，单位为m4，见表92。Smax-在平行于力矩M方向，由基础底面形心至基础底面边缘的距离，或由桩台底面形心至最外侧桩中心的距离，单位为m；Si-在平行于力矩M方向由桩台底面形心至第i根桩中心的距离，单位为m；机械基础设计Pmax-基础边缘处的最大压强，单位为kPa；Fmax-单桩上的最大载荷，单位为kN；f-地基承载力的动力折减系数，可按下列规定采用：对旋转式机械基础可取f=0.8；对锻锤式机械基础可取f可按式（9-5）计算。其他机械基础可取f=1。机械基础设计其中a为基础的振动加速度（m/s2）；为地基土的动沉陷影响因数，见表9-1。机械基
7、础设计二、基组偏心计算基组总质心与基础底面形心应在同一条垂直线上。偏心距与沿偏心方向的基础底面边长之比,即偏心率e3%-5%。基组总质心的位置：机械基础设计式中 x0、y0、z0机组总质心的坐标；xi、yi、zi机组各单块体质心的坐标；mi机组各单块体的质量。机械基础设计基础底面的型心位置O（x 、y ）按底面几何形状计算。如图9-4所示，机组沿x方向和y方向的偏心率分别为机械基础设计当基础底面为对称图形时，x =lx/2, y =ly/2,所以偏心率为式中 lx、ly分别为基础底面沿x、y方向的长度。机械基础设计机械压力机基础设计举例机械基础设计机械基础设计94 机械基础的构造与材料一、机械
8、基础的构造机械基础的构造应能保证基础在静力和动力载荷的作用下具有足够的整体刚度和强度。基础顶面尺寸应比其上面的机械设备的底面尺寸稍大，每边大出尺寸不宜小于100mm。基础地脚螺栓设置的规定：地脚螺栓的埋置深度以不超过（3040）d为宜。基础整体宜采用整体式或装配整体式结构。机械基础设计 当基组受偏心的垂直扰力或水平扰力作用时，易使地基支承面形成拱状。可在基础底面的中部做出凹槽。凹槽不宜太深，且应在凹槽附近布置受弯钢筋。此外，也可采用超载预压地基的办法，消除支承面呈拱状的现象。机械基础设计二、机械基础的材料机械基础大多用混凝土或钢筋混凝土建造。基础顶面二次浇灌的混凝土，一般应比基体的混凝土标号提
9、高一级。 对于有防水、防油、防渗等要求的基础，所用混凝土标号不得低于C20。机械基础的配筋，一般采用I级或II级钢筋，不得使用冷轧钢筋。机械基础设计85 机械基础的隔振简介一、弹性波在土壤中的传播和衰减机械基础竖向或水平向振动衰减可按式（9-52）作近似估算机械基础设计机械基础设计二、机械基础的隔振对有振动的机械设备采取的隔振叫积极隔振或主动隔振。对需要防止受振动影响的机械、设备、仪器等采取的隔振叫消极隔振或被动隔振。常用的隔振器材料有：橡胶、钢制弹簧、泡沫塑料及软木等。（一）隔振器的布置形式机械基础设计1.支承式2.悬挂式（二)隔振器的要求隔振器应有良好的隔振效果，结构简单，性能稳定，易安装
10、调整，经济性好。机械基础设计对于积极隔振，若隔振前机械传给地基的动载荷最大值为F，各隔振后减小为F，则隔振因数可表示为（9-55）（9-56）机械基础设计应适当减小隔振器的刚度ki和增大隔振系统的质量mi。机械基础设计机械基础设计例9-1 某风机由电动机直接带动，转速为n=960r/min，风机连同电动机的不平衡惯性力F=600N，风机与电动机质量m0=700kg，要求传给基础的动载荷F=200N，风机允许的振动速度vp=0.01m/s。试确定垂直方向隔振器参数。机械基础设计机械基础设计图9-4 基础底面形心及基组偏心机械基础设计图9-10 地脚螺栓简图机械基础设计图9-11 地基支承面在扰力作用下呈拱状机械基础设计图9-12 基础底面中部做出凹槽机械基础设计图9-14 支承式隔振器的布置形式机械基础设计图9-15 悬挂式隔振器的布置形式机械基础设计机械基础设计机械基础设计机械基础设计
