基礎變形有高精度要求的設備基礎計算實例

歐陽紅星

(中國聯合工程公司,浙江 杭州 310052)

·巖土工程·地基基礎·

基礎變形有高精度要求的設備基礎計算實例

歐陽紅星

(中國聯合工程公司,浙江 杭州 310052)

結合高精度設備的基礎變形量計算實例，運用有限元計算軟件和Excel對設備基礎進行建模計算，通過對變形計算結果的分析來確定基礎類型及基礎厚度，從而滿足工藝專業對基礎變形量的要求。

設備基礎，機床，精度，抗壓剛度，變形

0 引言

在機械類工廠中，有很多設備如鏜銑床、立式車床、臥式車床等各種金屬切削機床，對地基及基礎變形的要求很高，一般在0.01 mm/m～0.05 mm/m的級別范圍，遠遠超出《建筑地基基礎設計規范》對常規建筑地基及基礎的變形要求。

根據地質情況，設備基礎方案采用天然基礎或樁基礎，由于基礎變形精度要求高，基礎變形計算一般采用有限元軟件進行計算。設備基礎變形由基礎自身變形和地基變形組成，基礎自身變形量與基礎厚度有關，地基變形與地基或樁基的彈簧剛度有關。結構工程師在設備基礎設計時根據設備荷載大小及分布、地質情況詳細計算后確定基礎類型及基礎的厚度，來滿足工藝專業對基礎變形量的要求。

1 計算荷載及簡圖

本文以工程實例，簡要介紹此類型設備基礎變形計算的方法和步驟。圖1是一個φ3.5 m×2.5 m立車基礎平面及荷載示意圖，工藝專業要求基礎變形量不大于0.02 mm/m。

工程所在場地地基土自上而下可劃分為六個大層，依次如下：

第①層，素填土；第②層，粘土，Es=8 MPa，fak=150 kPa；第③層，粉土，Es=6 MPa，fak=130 kPa；第④層，粉土，Es=7 MPa，fak=160 kPa；第⑤層，粉砂，Es=10 MPa，fak=150 kPa；第⑥層，圓礫，Es=15 MPa，fak=180 kPa。

由于變形精度要求高，天然基礎不能滿足要求，需采用樁基礎。樁采用D=500預制混凝土方樁，樁長取32 m，以第⑤層粉砂層為持力層，單樁豎向承載力特征值Ra=1 700 kN。

根據《動力機器基礎設計規范》，單根樁的抗壓剛度為：

kpz=∑CptApt+CpzAp。

樁周土當量抗剪剛度系數：Cpt=10 000 kN/m3;樁尖土當量抗壓剛度系數：Cpz=1 100 000 kN/m3；kpz=4×0.5×32×10 000+1 100 000×0.52=915 000 kN/m;設備動載Q=600 kN；折算成網格上的均布荷載q=600/(3.14×1.25×1.25)=123 kPa；網格單元取0.5 m；計算簡圖見圖2。

2 計算模型

表1 3 m立車基礎變形差結果

變形計算可采用有限元軟件STAAD進行計算，基礎按軟件中的板單元Plate建立模型，基礎厚度Plate Thickness可根據工程經驗取一個值進行試算，根據計算結果調整基礎厚度或樁位布置。在Material中根據基礎的混凝土強度等級輸入對應的彈性模量E等與變形計算相關的重要參數，以確保計算的準確性。樁按支座Support輸入，并輸入垂直方向的抗壓剛度值，同時選一根樁將另外兩個方向的約束設為固接Fixed，保證計算模型與設備基礎的實際約束條件一致。

網格布置圖及模型見圖3。

3 變形計算結果后處理分析

每個節點的變形計算結果軟件會匯總在表格中，可將其轉化到Excel表格中。結構工程師可以將設備動載作用中心線方向的節點位移數據提取出來，利用Excel將相鄰節點的變形差計算出來，就可以清晰、明確地判斷出基礎變形量是否滿足工藝專業的要求(見表1)。

從表1可以看出，動載水平方向的節點140和152的變形差最大：(0.094-0.084)=0.010 mm，每個網格單元為0.5 m，折算成每米的變形差就是0.01/0.5=0.02 mm/m，滿足工藝專業要求。

4 結語

在機械類工廠工程的設計中，結構工程師經常會碰到高精度設備的基礎變形量計算，應該掌握這方面的計算方法。結構工程師可以通過有限元計算軟件進行建模計算，然后運用Excel對計算結果數據進行后處理和分析，來判斷基礎是否滿足工藝專業的要求。計算軟件的合理選擇和運用，可以幫助結構工程師提高計算效率，減輕工作強度，達到事半功倍的效果。

[1] GB 50009—2012，建筑結構荷載規范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[3] JGJ 94—2008，建筑樁基技術規范[S].

A case of high degree of accuracy machine foundation deformation calculating

Ouyang Hongxing

(ChinaUnitedEngineeringCorporation，Hangzhou310052，China)

Combining with the basic deformation calculation examples of high precision equipment, using finite element calculation software and Excel made modeling calculation to equipment foundation, through the analysis on deformation calculation results to determine the foundation type and thickness, so as to meet the requirements of technology professional team basic deformation.

basic equipment, machine tool, accuracy, compressive stiffness, deformation

2015-01-19

歐陽紅星(1974- )，男，高級工程師，一級注冊結構工程師

1009-6825(2015)09-0049-02

TU391

A