設備安裝墊鐵面積計算公式分析修正

摘 要：墊鐵是機械設備安裝的重要輔助材料，關于墊鐵面積的計算，國家相關規(guī)范中給出了計算公式，但是很多人在使用時遇到了困難，無法根據現行規(guī)范公式得出正確的數值。本文根據量綱分析及引用追溯，找出了公式的錯誤及原因，并對原公式進行了修正。

關鍵詞：墊鐵；機械設備；面積；公式；量綱分析；錯誤； 原因 ；修正

本文通過運用量綱分析及查閱文獻等方法，找出了公式的錯誤及原因，并提出了新的公式。

1.公式出現的錯誤及原因分析

1.1《2009規(guī)范》公式出現的錯誤

在《2009規(guī)范》的P10～P11中，給出了墊鐵面積的計算公式：

每一組墊鐵的面積，應符合下式的要求：

式中：A——每組墊鐵的面積（mm2）

Q1——設備等加在墊鐵組上的載荷（N）

Q2——地腳螺栓擰緊時在墊鐵組上產生的載荷（N）

R——基礎或地坪混凝土的抗壓強度（MPa），可取混凝土的設計強度

n——墊鐵組的組數

C——安全系數，宜取1.5～3[2]

以某鋼廠120噸轉爐為例進行計算，其基礎為C30混凝土，在此R取30MPa；其中轉爐非傳動側承載的設備等加載在墊鐵上的載荷Q1為3912759N；非傳動側地腳螺栓為16枚M64*1.52m預埋螺栓，每枚地腳螺栓可提供的緊固力為18760N～26800N，在此去偏大值26000N，安全系數C取3，墊鐵組按每個螺栓至少2組考慮，布置32組，根據上述公式及說明計算可知：

由上述計算我們可以看出由《2009規(guī)范》公式得出每一組墊鐵所需要的面積超過了1m2，由常識可知這個數值遠遠大于了正常值，是錯誤的。

1.2《2009規(guī)范》公式的量綱分析

量綱分析是自然科學中一種重要的研究方法，它根據一切量所必須具有的形式來分析判斷事物間數量關系所遵循的一般規(guī)律。通過量綱分析可以檢查反映物理現象規(guī)律的方程在計量方面是否正確。由《2009規(guī)范》P10～P11公式及說明可以得出如下量綱分析公式：

因為原公式中C和n根據說明均為無量綱的系數，故在進行量綱分析時不予考慮，但公式中的常數“100”沒有說明，在進行量綱分析時暫時予以保留。由上面的量綱分析可以看出，公式兩遍的單位都是mm2，但是公式右邊的常數“100”，無法簡單從量綱分析直接進行解釋。而由上述的量綱分析可以看出這個系數極有可能是引起公式結果計算錯誤的緣由所在。

1.3《2009規(guī)范》公式追溯

因僅從量綱分析角度無法確定公式錯誤的原因，還需要從公式的出處進行追溯查找。根據《2009規(guī)范》前言部分可知，《2009規(guī)范》是由中國機械工業(yè)建設總公司會同有關單位共同對《機械設備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》GB50231-98（以下簡稱《98規(guī)范》）進行修訂而成[3]。進而查閱《98規(guī)范》對墊鐵面積的計算公式如下：

每一組墊鐵的面積，應根據設備符合，按下式計算：

式中：A——墊鐵面積（mm2）

Q1——由于設備等的重量加在該墊鐵組上的載荷（N）

Q2——由于地腳螺栓擰緊所分布在該墊鐵組上的壓力（N）時在墊鐵組上產生的載荷（N）可取螺栓的許可抗拉力

R——基礎或地坪混凝土的單位面積抗壓強度（MPa），可取混凝土的設計強度

C——安全系數，宜取1.5～3[4]

同樣運用該公式對2.1中某鋼廠轉爐非傳動側軸承座墊鐵面積進行計算，因為墊鐵組均勻布置，可按載荷Q1和Q2均勻分布考慮，可以得出

安全系數及混凝土地坪抗壓強度均選取同2.1相同的值，可以得出

我們發(fā)現這個公式計算的數值比《2009規(guī)范》的公式還要大，顯然也是錯誤的。

根據《98規(guī)范》關于發(fā)布《機械設備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》等十項國家標準的通知可知：《98規(guī)范》施行的同時，原國家標準《機械設備安裝工程施工及驗收規(guī)范》TJ231同時廢止[5]，我們再次查閱《機械設備安裝工程施工及驗收規(guī)范TJ231（一）-75第一冊 通用規(guī)定》（以下簡稱《75規(guī)范》）關于墊鐵面積的計算公式如下：

當墊鐵組放在混凝土基礎或地坪上是，其面積可按下述近似公式計算：

式中：A——墊鐵面積，平方毫米

C——安全系數，可采用1.5～3

Q1——由于設備等的重量加在該墊鐵組上的負荷，公斤力

Q2——由于地腳螺栓擰緊（可采用地腳螺栓的許可抗拉強度）后，所分布在該墊鐵組上壓力，公斤力

R——基礎或地坪混凝土的單位面積抗壓強度（可采用混凝土的實際標號），公斤力/厘米2[6]

由上述我們可以看到在《75規(guī)范》中使用的并非國際單位制，為此我們在利用該公式計算前需將數值先調整為說明要求的單位制，同樣對2.1中某鋼廠轉爐非傳動側軸承座墊鐵面積進行計算，其中

Q1=12227.3kgf，Q2=1300kgf，R為300kgf/cm2，C依然同前取3，根據上述公式可以得出：

這個數值符合現場實際結果。

《75規(guī)范》公式量綱分析

由《75規(guī)范》P43～P44 附錄四 墊鐵的負荷和面積公式及說明可以得出如下量綱分析公式：

因為原公式中C根據說明為無量綱的系數，故在量綱分析中不予考慮。但公式中的常數“100”沒有說明，在進行量綱分析時予以保留。由上面的量綱分析可以看出，公式左邊是mm2，右邊是100cm2，在此，為了更好的分析上述公式，對其進行如下移項處理：

由此我們可以看出在前述《75規(guī)范》中未有說明的常數“100”是因為公式左右兩邊單位不統(tǒng)一時由單位cm2向單位mm2換算的單位換算系數。

因此，在公式左右兩邊單位統(tǒng)一的情況下，該單位換算系數自然就不應存在。由此可知《2009規(guī)范》設備安裝墊鐵面積計算公式的錯誤，是在引用舊規(guī)范公式時只將單位制進行變換，未同時將單位換算系數進行調整所致。

2.公式修正

由2.4的分析可知在公式兩邊單位統(tǒng)一的情況下，應當將原公式中的單位換算系數去掉，所以《2009規(guī)范》中的墊鐵面積計算公式應當修正為：

公式中各符號說明同《2009規(guī)范》。

我們再次將2.1中某鋼廠轉爐非傳動側的計算進行驗證如下：

由上述計算可知該結果符合現場實際結果。

3.結束語

國家規(guī)范修訂是一個龐大的系統(tǒng)工程，在修訂過程中難免百密一疏，但是任何錯誤都有可能引起現場施工人員的困惑。希望下次規(guī)范修訂時相關工作人員對此予以修正，以方便工程施工人員施工計算。

參考文獻：

[1]. 鄒偉 鞏國志 谷樹林 孫國良 李瑩 . 一種設備安裝找正的新方法[J] . 安裝. 2014.07：29-31