礦井工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型與設(shè)備基礎(chǔ)的關(guān)聯(lián)性

劉 劍 卿

(山西辰誠建設(shè)工程有限公司，山西 陽泉 045000)

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礦井工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型與設(shè)備基礎(chǔ)的關(guān)聯(lián)性

劉 劍 卿

(山西辰誠建設(shè)工程有限公司，山西 陽泉 045000)

結(jié)合某煤炭企業(yè)提升機房的工程概況，介紹了提升機房結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的造型方法，并分析計算了設(shè)備基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，探討了提升機房基礎(chǔ)與設(shè)備基礎(chǔ)間的關(guān)聯(lián)性，有利于保證建筑結(jié)構(gòu)的合理性。

提升機房，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，設(shè)備基礎(chǔ)，穩(wěn)定性

近年來，隨著煤炭經(jīng)濟形勢的持續(xù)發(fā)展，礦井地面工業(yè)建筑也隨之受到矚目，礦井工業(yè)建筑多屬特種建筑，其設(shè)計有別于普通工業(yè)建筑，尤其體現(xiàn)在建筑造型、結(jié)構(gòu)選型設(shè)計等方面。一個工程的基礎(chǔ)設(shè)計是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，而基礎(chǔ)設(shè)計是否成功很大程度上取決于基礎(chǔ)選型是否妥當(dāng)。礦井工業(yè)建筑內(nèi)通常設(shè)有比較復(fù)雜的動力設(shè)備為礦井生產(chǎn)運行服務(wù)，設(shè)備布置對建筑物的結(jié)構(gòu)體系和選型有非常重要的影響，因此，區(qū)分清設(shè)備類型和受荷情況、采用正確的設(shè)計方法、選擇合理的基礎(chǔ)形式、處理好設(shè)備基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系是保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的必要條件，也對整個建設(shè)項目的經(jīng)濟合理性至關(guān)重要。下面以提升機房為例簡單分析設(shè)計者如何妥善處理提升機房基礎(chǔ)與設(shè)備基礎(chǔ)的相互關(guān)系。

1 工程概況

1)工程為某煤炭企業(yè)主井工業(yè)場地主立井提升機房，主體建筑高度23.2 m，局部7.3 m，首層為半地下室，建筑面積806.00 m2。結(jié)構(gòu)形式為框(排)架結(jié)構(gòu)，半地下室采用壓筋砌筑磚墻剪力墻，一層以上為輕質(zhì)砌塊，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，建筑抗震設(shè)防烈度為7度，抗震設(shè)防類別為乙類，屋面結(jié)構(gòu)采用球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，輕鋼彩鋼板屋頂。提升機房生產(chǎn)類別為戊類，合理使用年限50年。

2)提升機房內(nèi)設(shè)一臺32 t橋式起重機，提升設(shè)備一臺，滾筒直徑φ=2.8 m。提升機正常工作狀態(tài)時，拉力為(四繩)F=296 kN；斷繩時，破斷力(四繩)F=2 216 kN。設(shè)備自重：盤型制動器重100 kN,電機重320 kN，主軸軸承裝置重283 kN,千斤頂重160 kN,設(shè)備總重P=863 kN。

3)場地工程地質(zhì)條件：①人工填土層，褐黃色，松散，堆積時間短，以粉質(zhì)粘土為主，夾少量粉土，揭露層厚0 m～3.3 m；②粉土層，黃褐色，密實，稍濕，低壓縮性，局部夾有中粗砂，在場區(qū)內(nèi)均勻分布，層厚2.6 m～6.1 m，fak=180 kPa；③粉質(zhì)粘土層，棕紅，可塑，濕度稍大，局部夾薄層中砂，整個場區(qū)內(nèi)普遍分布,層厚為0.7 m～13.6 m，fak=220 kPa。場地類別為Ⅱ類。

2 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)初選型

根據(jù)提升機房結(jié)構(gòu)體系、抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)安全等級、受荷情況、工藝設(shè)備布局要求、建筑物所處區(qū)域環(huán)境以及材料供求等因素綜合分析，結(jié)合工程地質(zhì)勘探報告，可選擇第②粉土層作為持力層，適當(dāng)挖除局部較差土層，以卵石、碎石等換填來提高局部承載力，也可直接選擇承載力較高的第③粉質(zhì)粘土層作為基礎(chǔ)持力層。初步確定主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用整體剛度較好的柱下鋼筋混凝土肋梁式條形基礎(chǔ)。提升機設(shè)備基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土墻承式結(jié)構(gòu)。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。

3 設(shè)備基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析驗算

提升機計算簡圖見圖1。

根據(jù)GB 50592—2010煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第八章之8.2.7及8.2.8條款規(guī)定，提升機基礎(chǔ)抗滑移穩(wěn)定性計算公式：μ(Gk+Gk2-Rv)/Rh≥kc，提升機基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性計算公式：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)≥k0，正常工作狀態(tài)時荷載組合按基本組合進行組合，算得抗滑移系數(shù)：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=2.15，抗傾覆系數(shù)：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)=2.30。斷繩時荷載組合按偶然組合進行組合，其中一種組合算得抗滑移系數(shù)：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=0.226，抗傾覆系數(shù)：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)=0.616。另一種組合算得抗滑移系數(shù)：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=0.224，抗傾覆系數(shù)：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)=0.786。通過分別對提升機基礎(chǔ)正常工作和斷繩兩種狀態(tài)下的抗滑移穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性進行驗算，對照《煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》8.2.9條款規(guī)定,結(jié)果見表1。

表1 滑移、傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)

對照表1條款可知：正常工作狀態(tài)下提升機基礎(chǔ)抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為2.15>kc=1.3,抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為2.30>k0=1.6,二者均能夠滿足規(guī)范中有關(guān)滑移、傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)的要求。而斷繩時，兩種組合均不滿足規(guī)范規(guī)定，計算數(shù)據(jù)顯示相距甚遠，需要采取增加基礎(chǔ)自重，設(shè)置錨桿、錨樁、抗剪鍵、抗滑板或其他技術(shù)措施來增加設(shè)備基礎(chǔ)的穩(wěn)定性抗力。

4 關(guān)聯(lián)性分析及確定基礎(chǔ)選型

通過對設(shè)備基礎(chǔ)正常工作狀態(tài)和斷繩時的穩(wěn)定安全系數(shù)計算分析可知，必須采取妥善的技術(shù)措施才能確保斷繩時提升設(shè)備基礎(chǔ)的穩(wěn)定，若采取局部設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)置錨桿、打錨樁的措施，理論上可以實現(xiàn)提升機基礎(chǔ)抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定安全性能，但也會增加施工難度，延長工期，增加設(shè)備基礎(chǔ)造價，從而大幅提高工程總造價。如果僅通過加深設(shè)備基礎(chǔ)來實現(xiàn)設(shè)備基礎(chǔ)增重，反而會增加基礎(chǔ)附加應(yīng)力，且此舉對基礎(chǔ)抗傾覆能力的提高并不是很明顯。如果主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)加深，無疑會增加整個工程造價。因此，只有在水平和豎向均能適度增加自重，盡量與主體基礎(chǔ)基底保持同一標高才對設(shè)備基礎(chǔ)最為有利，而整個提升機房平面布局非常緊湊，提升機基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)間可延伸空間十分有限，在提升機設(shè)備基礎(chǔ)與主體基礎(chǔ)間留設(shè)變形縫的前提下水平向增重也幾乎不可能實現(xiàn)。

工程地質(zhì)勘探報告顯示，第②粉土層，密實稍濕低壓縮性，fak=180 kPa，第③粉質(zhì)粘土層，濕度稍大，fak=220 kPa。均為可選擇性持力層，而且在場區(qū)內(nèi)均勻分布厚度適中，只是對提升機設(shè)備基礎(chǔ)而言，第②層承載力略低，如果能選擇筏板等大底面積基礎(chǔ)，則會大幅降低基底應(yīng)力。

通過對地質(zhì)勘探報告分析，對設(shè)備基礎(chǔ)穩(wěn)定安全性計算，加之對主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、設(shè)備基礎(chǔ)間關(guān)系的反復(fù)推敲論證和合理的經(jīng)濟評估，最終確定選擇第②粉土層作為持力層，主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與設(shè)備基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土肋梁式筏板基礎(chǔ)。根據(jù)初選的筏板厚度對設(shè)備基礎(chǔ)穩(wěn)定安全性計算，均滿足要求。

鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)自身具有施工簡單、整體剛度好、能調(diào)節(jié)建筑物不均勻沉降、抗震性能好等諸多優(yōu)點。在本設(shè)計案例中，提升機房主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與提升機設(shè)備基礎(chǔ)整體選擇鋼筋混凝土肋梁式筏板基礎(chǔ)，還具有如下顯著優(yōu)點：首先，同一建(構(gòu))筑物內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜與整個結(jié)構(gòu)采用相同的安全等級，提升設(shè)備基礎(chǔ)作為礦井提升系統(tǒng)的一部分，其設(shè)計安全等級同樣為一級，整體選擇鋼筋混凝土肋梁式筏板基礎(chǔ)，便于與主體基礎(chǔ)采取相同的抗震構(gòu)造措施。其次，提升機基礎(chǔ)在斷繩作用下的抗滑移、抗傾覆的穩(wěn)定性不易滿足，主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與提升機設(shè)備基礎(chǔ)整體選擇鋼筋混凝土肋梁式筏板基礎(chǔ)，增大了設(shè)備基礎(chǔ)自重，提高了抵抗傾覆和滑移的穩(wěn)定安全系數(shù)，妥善解決了提升設(shè)備基礎(chǔ)在斷繩時的穩(wěn)定性問題。再者，整體選擇鋼筋混凝土肋梁式筏板基礎(chǔ)，可通過調(diào)整筏板的形狀、增加基礎(chǔ)底面積、設(shè)置懸臂板等適當(dāng)措施，均衡和降低基底應(yīng)力，因此可選擇承載力不太高的第②粉土層作為持力層，從而減少基礎(chǔ)挖方量，降低工程造價，經(jīng)濟效益顯著。

5 結(jié)語

基礎(chǔ)設(shè)計是一個專業(yè)而復(fù)雜的課題，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型在基礎(chǔ)設(shè)計中占有很重要的地位，其直接影響著基礎(chǔ)乃至整個建筑物結(jié)構(gòu)的安全可靠性和經(jīng)濟合理性。礦井工業(yè)特種建筑基礎(chǔ)的制約因素尤其多，如何對各種關(guān)聯(lián)要素進行綜合理性分析，做出合理可行的選擇，不僅需要以準確的計算做理論支撐，設(shè)計者的經(jīng)驗也十分重要。文中提升機房基礎(chǔ)與設(shè)備基礎(chǔ)間的關(guān)系，無論在平面布局還是在結(jié)構(gòu)計算、結(jié)構(gòu)選型，均存在相互關(guān)聯(lián)又相互制約的關(guān)系。選型設(shè)計時，必須統(tǒng)籌兼顧、綜合考慮各個方面因素的影響，多方案權(quán)衡比對，針對性的分析具體情況，方能選出對結(jié)構(gòu)最合理、最經(jīng)濟的基礎(chǔ)形式，既保證結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，又保證工程設(shè)計質(zhì)量，還可以帶來經(jīng)濟效益，不失為成功而值得推廣的案例。隨著我國工業(yè)化進程的加快，建筑設(shè)備基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型的合理性對整個工程的影響必將越來越重要。

On relevance between structural basement type selection and equipment foundation of industrial buildings of mining shafts

Liu Jianqing

(Shanxi Chencheng Construction Engineering Co., Ltd, Yangquan 045000, China)

Combining with the engineering survey of the hoisting machine rooms of some coal enterprise, the paper introduces the type selection methods for hoisting the basement of the machine rooms, analyzes the stability of the equipment foundation, and explores the relevance between the promoting machine room basement and equipment basement, so as to ensure the architectural structures are reasonable.

hoisting machine room, structural basement, equipment basement, stability

1009-6825(2016)12-0068-02

2016-02-16

劉劍卿(1968- )，女，工程師

TU470

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