礦井工業建筑結構基礎選型與設備基礎的關聯性

劉 劍 卿

(山西辰誠建設工程有限公司，山西 陽泉 045000)

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礦井工業建筑結構基礎選型與設備基礎的關聯性

劉 劍 卿

(山西辰誠建設工程有限公司，山西 陽泉 045000)

結合某煤炭企業提升機房的工程概況，介紹了提升機房結構基礎的造型方法，并分析計算了設備基礎的穩定性，探討了提升機房基礎與設備基礎間的關聯性，有利于保證建筑結構的合理性。

提升機房，結構基礎，設備基礎，穩定性

近年來，隨著煤炭經濟形勢的持續發展，礦井地面工業建筑也隨之受到矚目，礦井工業建筑多屬特種建筑，其設計有別于普通工業建筑，尤其體現在建筑造型、結構選型設計等方面。一個工程的基礎設計是整個結構設計的重要組成部分，而基礎設計是否成功很大程度上取決于基礎選型是否妥當。礦井工業建筑內通常設有比較復雜的動力設備為礦井生產運行服務，設備布置對建筑物的結構體系和選型有非常重要的影響，因此，區分清設備類型和受荷情況、采用正確的設計方法、選擇合理的基礎形式、處理好設備基礎與主體結構的關系是保證結構安全穩定的必要條件，也對整個建設項目的經濟合理性至關重要。下面以提升機房為例簡單分析設計者如何妥善處理提升機房基礎與設備基礎的相互關系。

1 工程概況

1)工程為某煤炭企業主井工業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。結構形式為框(排)架結構，半地下室采用壓筋砌筑磚墻剪力墻，一層以上為輕質砌塊，結構安全等級為一級，建筑抗震設防烈度為7度，抗震設防類別為乙類，屋面結構采用球形網架結構，輕鋼彩鋼板屋頂。提升機房生產類別為戊類，合理使用年限50年。

2)提升機房內設一臺32 t橋式起重機，提升設備一臺，滾筒直徑φ=2.8 m。提升機正常工作狀態時，拉力為(四繩)F=296 kN；斷繩時，破斷力(四繩)F=2 216 kN。設備自重：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,設備總重P=863 kN。

3)場地工程地質條件：①人工填土層，褐黃色，松散，堆積時間短，以粉質粘土為主，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，在場區內均勻分布，層厚2.6 m～6.1 m，fak=180 kPa；③粉質粘土層，棕紅，可塑，濕度稍大，局部夾薄層中砂，整個場區內普遍分布,層厚為0.7 m～13.6 m，fak=220 kPa。場地類別為Ⅱ類。

2 結構基礎初選型

根據提升機房結構體系、抗震設防烈度、結構安全等級、受荷情況、工藝設備布局要求、建筑物所處區域環境以及材料供求等因素綜合分析，結合工程地質勘探報告，可選擇第②粉土層作為持力層，適當挖除局部較差土層，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粉質粘土層作為基礎持力層。初步確定主體結構基礎采用整體剛度較好的柱下鋼筋混凝土肋梁式條形基礎。提升機設備基礎采用鋼筋混凝土墻承式結構。地基基礎設計等級為乙級。

3 設備基礎穩定性分析驗算

提升機計算簡圖見圖1。

根據GB 50592—2010煤礦礦井建筑結構設計規范第八章之8.2.7及8.2.8條款規定，提升機基礎抗滑移穩定性計算公式：μ(Gk+Gk2-Rv)/Rh≥kc，提升機基礎抗傾覆穩定性計算公式：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)≥k0，正常工作狀態時荷載組合按基本組合進行組合，算得抗滑移系數：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=2.15，抗傾覆系數：(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：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=0.226，抗傾覆系數：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)=0.616。另一種組合算得抗滑移系數：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=0.224，抗傾覆系數：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)=0.786。通過分別對提升機基礎正常工作和斷繩兩種狀態下的抗滑移穩定性、抗傾覆穩定性進行驗算，對照《煤礦礦井建筑結構設計規范》8.2.9條款規定,結果見表1。

表1 滑移、傾覆穩定安全系數

對照表1條款可知：正常工作狀態下提升機基礎抗滑移穩定安全系數為2.15>kc=1.3,抗傾覆穩定安全系數為2.30>k0=1.6,二者均能夠滿足規范中有關滑移、傾覆穩定安全系數的要求。而斷繩時，兩種組合均不滿足規范規定，計算數據顯示相距甚遠，需要采取增加基礎自重，設置錨桿、錨樁、抗剪鍵、抗滑板或其他技術措施來增加設備基礎的穩定性抗力。

4 關聯性分析及確定基礎選型

通過對設備基礎正常工作狀態和斷繩時的穩定安全系數計算分析可知，必須采取妥善的技術措施才能確保斷繩時提升設備基礎的穩定，若采取局部設備基礎設置錨桿、打錨樁的措施，理論上可以實現提升機基礎抗滑移、抗傾覆穩定安全性能，但也會增加施工難度，延長工期，增加設備基礎造價，從而大幅提高工程總造價。如果僅通過加深設備基礎來實現設備基礎增重，反而會增加基礎附加應力，且此舉對基礎抗傾覆能力的提高并不是很明顯。如果主體結構基礎加深，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，盡量與主體基礎基底保持同一標高才對設備基礎最為有利，而整個提升機房平面布局非常緊湊，提升機基礎與主體結構間可延伸空間十分有限，在提升機設備基礎與主體基礎間留設變形縫的前提下水平向增重也幾乎不可能實現。

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

通過對地質勘探報告分析，對設備基礎穩定安全性計算，加之對主體結構基礎、設備基礎間關系的反復推敲論證和合理的經濟評估，最終確定選擇第②粉土層作為持力層，主體結構基礎與設備基礎采用鋼筋混凝土肋梁式筏板基礎。根據初選的筏板厚度對設備基礎穩定安全性計算，均滿足要求。

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

5 結語

基礎設計是一個專業而復雜的課題，基礎結構選型在基礎設計中占有很重要的地位，其直接影響著基礎乃至整個建筑物結構的安全可靠性和經濟合理性。礦井工業特種建筑基礎的制約因素尤其多，如何對各種關聯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，設計者的經驗也十分重要。文中提升機房基礎與設備基礎間的關系，無論在平面布局還是在結構計算、結構選型，均存在相互關聯又相互制約的關系。選型設計時，必須統籌兼顧、綜合考慮各個方面因素的影響，多方案權衡比對，針對性的分析具體情況，方能選出對結構最合理、最經濟的基礎形式，既保證結構的安全與穩定，又保證工程設計質量，還可以帶來經濟效益，不失為成功而值得推廣的案例。隨著我國工業化進程的加快，建筑設備基礎與主體結構基礎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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