风机基础设计-

1、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GBJ 135-90,设计风机塔架基础时,主要考虑四个环节。四个环节包括:1、塔身与基础的联接;2、基础上部的承载能力;3、地基的承载能力;4、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、荷载分类:l、永久荷载:1、结构自重:塔架及设备:约200吨基础自重:约650吨2、土压力:基础上部埋土,2、可变荷载:1

2、、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1/100。2、裹冰荷载:3、地震作用:4、安装检修荷载:5、温度变化:6、地基沉陷:3、偶然荷载:导线断线,风扇断脱等。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 d0d 0 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:S= D = n (d 0/22= 43003.1424 = 324048 mm 2S 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

3、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1. 2倍。国际同时规定,角焊缝的最小焊脚尺寸h f 不得小于1.5t ,t为较厚焊件即塔身板件或法兰的厚度。则 h f 1.5t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

4、塔(h 60m 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b f 。故: b f = cy f D f s 在此:s 塔身板件横截面积yf 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 = Db f底板厚度hh = tbt 为外层板件的厚度;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

5、长的1/15,并不应小于5mm。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(N/mm 2混 凝 土 强 度 等 级强度种类C15 C20C25 C30 C35C40C45C50C55C60C65 C70 C75e 7.29.60.91 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b fb f =ey f D f s s 塔身板件横截面积y f 普通钢材强

6、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,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。基础底面的压力,可按下列公式确定: a、当轴心荷载作用时Pk=AG F 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。 b、当偏心荷载作用

7、时 Pkmax=A G F k k +W M kPkmin=A G F k k +-WM k式中 k M 相应于荷载效应标准组合时,作用于基础底面的力矩值;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3m或埋置深度大于0.5m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+d m (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

8、d 淤泥和淤泥质土0 1.0 人工填土 e 或I L 大于等于0.85的粘性土 0 1.0 红粘土 含水比a w 0.8 含水比a w 0.80 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/m 3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I L 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 3.01.6 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(m,当基宽小

9、于3m按3m取值,大于6m按6m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(m,一般自室外地面标高算起。 例:65m高风机塔架,某工况下有最大基础底面力矩值;M ky = 31000 kNm M kx = 3100 kNm Fk =1200 kN Gk =6500 kNA = (d/22 = (12/223.14 = 113.04 m 2W = I/b =2464d d = 321214.33 =169.56 m3Pkmax=A G F k k +W M k= A G F k k +x x W M +yy W M =.16931000= 269.23 k

10、Pa修正后的地基承载力特征值(按乌鲁木齐地区戈壁土黄土计算:a = ak +b (b-3+d m (d-0.5 amax = ak +b (b-3+d m (d-0.5= 160+2.016(6-3+3.024(2.3-0.5 = 385.6 kPaamin = ak +b (b-3+d m (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: a、通过地基处理或人工地基提高地基承载力特

11、征值; b、通过加深基础埋置提高修正后的地基承载力特征值; c、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: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8度I、类场地的不带塔楼的钢塔架,钢桅杆及其地基基础;*8度I、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;*7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,M ky = 31000 kNm,M kx = 3100 kNm;塔身F k =1200 kN、基础G k =6500 kN。由力学平衡公式计算:M ky +M kx (F k +G k LL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。