设备基础设计

设备基础设计设备基础是支承和固定冶金工厂设备的结构体，其主要任务是将设备可靠地固定设备基础的相应部位上，将设备的恒荷载、活荷载和设备动荷载传给地基，不产生危害设备运转的地基沉降或基础的振动，不影响车间人员的正常生产和工作，满足设备正常运转的各项要求。设备基础宜尽量直接坐落在一般天然地基上。冶金设备种类繁多，特性各异，基础设计要满足不同的要求：1、为避免冶炼时漏钢遇水发生爆炸事故，冶炼炉等设备基础须采取严格的防水措施。2、受高温辐射的设备基础，要采取隔热保护措施。3、接触低温的空气分离塔基础要有隔冷、散水和排水措施。4、接角侵蚀性介质的酸洗槽等基础要采取防腐蚀措施。5、氧气站压缩机和锻锤等动力效应大的设备基础，要采取防振、减振和隔振措施。6、对设备基础上大量预埋地脚螺栓水平位置的精度和垂直位置的精度有较高要求，以保证设备安装冷确性。7、要满足一些特殊要求：体积大且形式复杂，埋置深度深，基础下部布置地下室及开孔、管线等。设备基础设计主要内容包括：原始资料收集，基础形式、基础材料、基础构造的选择，基础计算和地脚螺栓设置。一、原始资料收集设计设备基础前，一般要收集下列资料：1、工程地质、水文地质资料和设备所在车间及其附近的地形图。2、车间的工艺布置图，与本设备基础相邻区域的车间建筑物基础和其他设备基础、地下构筑物和地下管网等布置图。3、设备名称、型号、规格和底座轮廓图。4、机组布置图，设备基础轮廓平剖面图和坑、沟、孔的尺寸，埋管标高以及对地脚螺栓、预埋件、二次浇灌层的要求。5、设备的重心及传至基础的各种恒、活荷载值，设备动荷载值及其作用位置和方向。6、基础有地下室时，其顶板上的安装、维修荷载（或活荷载），基础附近施工和生产阶段的地面荷载。7、基础表面最高和最低温度资料。8、当基础表面接触侵蚀性介质时，需收集侵蚀性介质的种类、浓度和温度等资料。二、基础形式冶金设备基础形式概括起来有：大块式基础、墙式基础、箱式基础、坑式基础、板式基础、式基础、柱墩分离式基础和桩墩联合式基础等，以及以上某些形式的混合基础（图1)。图1基础形式a－大块式；b－墙式；c－框架式；d－板式；e－箱式；f－柱墩分离式；g－柱墩联合式1－幼；2－板；3－箱；4－坑；5－柱墩三、基础材料冶金工厂的设备基础，一般均采用钢筋混凝土结构，对材质的要求是：1、混凝土强度等级。设备基础混凝土强度等级需根据结构形式、经受温度及防水要求等情况选定。当工作在一般环境时，采用强度等级不低于C15的普通混凝土；当结构表面温度在60－200℃时，应根据《冶金工业厂房钢筋混凝土结构抗热设计规程》或有关标准进行抗热设计计算；当结构表面温度在200℃以上时，要采用不低于C15的耐热混凝土；当基础表面接触低温时要根据低温值确定混凝土的抗冻标号不低于D100；当考虑以基础本身防水时，采用的混凝土强度等级要不低于C20，并根据国际《给水排水工程结构设计规范》的规定，采用抗渗标号不低于S6的防水混凝土；垫层混凝土的强度等级为C7.5。2、二次浇灌层的材料。当厚度不小于50mm时，一般采用细石混凝土，强度等级比基础混凝土提高一级且不低于C20；当厚度小于50mm时，一般用1∶2的水泥砂浆。20世纪80年代以来，中国一些大型工和环分别采用了不同种类的膨胀型高强灌浆预混料，掺于二次浇灌材料中，既可加快施工速度。又可减少二次浇灌层的收缩，提高了质量。3、基础钢筋。凡计算确定的受力钢盘和承受温度应力的构造钢筋，优先选用《混凝土结构设计规范》规定的Ⅱ级钢筋，其余可选用Ⅰ级钢筋。四、基础构造基础构造主要为：1、当工艺要求防水时，要根据工程地质和水文地质条件及基础结构形式，采用相应的防水和排水措施，如采用渗排水层、盲沟排水、钢板防水层或防水混凝土。2、对于经常处于高温烘烤和溅渣的部位，要有良好的隔热保护措施，如采用耐热混凝土、耐火砖、普通砖或铸铁板等材料外包保护。3、空气分离塔基础本身要能抗冻，对塔内冷源具有保冷作用，一般采用既抗冻又抗渗的混凝土，并在其间设置膨胀珍珠岩砂浆的夹层作为隔冷措施。4、基础埋置深度，除需满足工艺设备布置、沟道标高、地脚螺栓长度和结构截面强度要求等条件外，尚需考虑地基条件和相邻建（构）筑物基础的深度综合确定。在满足上述要求条件下尽量浅埋。当大、小基础紧邻，且埋置深度不同时，可将小基础做成悬臂式（图2a），或小基础下加厚垫层（图2b）处理。设备基础与厂房基础相邻时，一般与厂房基础间设缝脱开，且两者尽量设置在同一标高上（图3c），当两者底面不便设置在同一标高时，可按图4d处理；两者之间的净距离S值根据荷载大小和土质情况确定，一般取s/h＝1－2。5、基础的钢筋保护层厚度一般为35mm。当基底无垫层时，保护层可取为70mm，垫层厚度为100mm时，伸出基础底边为100mm。6、设备底座边缘至基础边缘不小于100mm，当不满足上述要求时，需采取加强措施。7、当基础长度超过现行设计规范所允许的最大伸缩缝间距时，可设置伸缩缝。当基础荷载、基础埋置深度以及基础底面积有突变时，或当该处地基情况有明显差别或相邻的设备允许有差异沉降时，可设沉降缝。伸缩缝和沉降缝的设置要和设备配合，满足机组的正常运转。8、对大体积混凝土基础，需采取措施防止施工阶段中水化热温降应力导致混凝土产生裂缝。图2基础构造a－悬臂式；b－厚垫层式；c－基础间脱开设缝；d－控制基础间距离，一般s／h＝1－21－悬臂小基础；2－混凝土厚垫层；3－柱基础；4－设备基础；5－油毡隔开或留缝隙；φ－土自然休止角五、计算要点设备基础设计要按有关设计规范进行计算，一般包括：1、地基（包括天然地基、桩基及其他人工地基）承载力验算。对于以承受水平荷载为主的基础，尚需验算基础的抗滑移和抗倾覆的稳定性。对于自重较小的箱式和坑式基础，尚需根据地下水位验算抗浮的稳定性。当工艺对设备基础沉降量有具体要求时，要验算基础的沉降量。2、进行结构承载力和变形的计算。对于有防水要求的箱式或坑式基础还需进行抗裂或裂缝宽度的计算。对设备动荷载一般需作动力计算，在有充分依据时，可将设备的荷载乘以动力系数后按静力计算。当有温度作用时，尚需验算结构的温度效应。六、地脚螺栓设备通过地脚螺栓与设备基础连接固定。除特殊要求者外，地脚螺栓一般采用Q235钢制作，其固定方式有死螺栓与活螺栓之分。死螺栓常用的形式有弯钩、直钩、弯折、U形、直杆、爪式和锚板等。其施工方法分一次埋入法、预留孔法（包括预埋波形螺旋套管法）和钻孔锚固法三种。活螺栓常用的有T形头螺栓、拧人螺栓和对拧螺栓等。螺栓有时随设备自带，有时则需在设备基础时一并设计。