设备基础简化设计.pdf
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1设备基础简化设计在大型装置中地面和楼面有大量的设备基础,虽然设备基础设计相对比较简单,但出图量大,制图繁琐。
本文旨在通过分类、分型,制成图表,从而减少图纸数量,提高制图效率。
同时总结设备基础设计的一些经验,提出出更有效的设备支撑形式。
希望通过合理的设计,能取得较大的经济效益。
1罐基础1.1立式储罐基础。
受力特点为均匀的面荷载。
结构形式可分以下几种:
1.1.1环墙式罐基础。
用环墙箍住中间的素土和砂石,见图1.1。
如地基承载力不足,可通过大罐充水预压提高承载力。
建议在基底应力小于1.3倍地基承载力特征值,且土体易排水固结情况下采用。
环墙厚度由下面公式确定:
hhgbmcLL)()1(其计算原理是环墙下地基压应力与环墙内底层土的压应力相等,从而实现环墙和其内的土体沉降相等。
石化规范规定,环墙应设置成等截面,不许向内和向外扩展,致使设计中出现小罐的环墙厚度很厚。
某罐高5m,直径11m,如按公式计算环墙厚度竟需900mm。
其实如计算环墙厚超过了构造需要的厚度较多,可采用环墙底外扩形式,但要满足以下要求:
1、环墙底压应力接近罐中心下等标高处填土压应力;2、环墙底压应力均匀。
以上两条一般容易满足,故石化规范的规定不妥。
环墙式罐基础厚度还应满足埋设地脚螺栓的构造要求。
设计图表见图1.1类型A。
1.1.2外环墙式罐基础和护坡式罐基础。
这两类基础形式因占用场地多,影响设备和管道布置,与环墙式基础相比也没有明显的经济优势,故现在已经很少采用。
图示如下:
2注:
b环墙厚度,(m);h环墙高度,(m);b1外环墙内侧至罐壁内侧距离,(m);H罐底至外环墙底高度,(m)。
图外环墙式基础图外环墙式基础图护坡式基础图护坡式基础1.1.3桩基式罐基础。
过去应用较少,随着沿海开放带来的软土地基增多,项目建设工期紧,以及桩基应用的普及,近十多年来采用桩基越来越多。
桩基式罐基础上应设承台,为减小承台厚度,常常在承台上设环墙。
设计图表见图1.1类型B。
设计需注意以下问题:
1)布桩均匀,使每根桩分担等面积荷载。
常常有设计者担心桩数不足,在3外周边布桩较密,其实有百害而无一益,势必造成更大的锅底形沉降。
2)在强震区,如基桩抗剪承载力不足,应考虑在周边布置斜桩抗水平力,而不是采用大量增加桩数量。
在港工建设中高桩承台已普遍采用斜桩抗水平作用。
采用斜导轨引导打桩。
斜桩以降低很小的竖向承载力换来较大的水平承载力,足以抵消施工的麻烦。
3)桩顶宜设桩帽,减小大板的底层钢筋保护层厚度,提高板的抗冲切承载力和降低筏板弯矩,效果非常明显。
4)承台按桩筏计算,满足冲切和强度即可,不要动辄1m多厚,浪费钱财,且大体积混凝土施工复杂。
当基础顶较高时可上设环墙,当墙内填砂时,受力形式类似圆形水池,但因砂层厚一般不超过1.5m,远小于环墙直径,侧向又受承台约束,故可简化为仅按悬臂墙受力,忽略环向力。
当墙内填浆砌毛石时,环墙仅受竖向压力。
5)承台宜尽量浅埋以降低填土荷载,对桩和承台都有利。
1.1.4复合地基式罐基础。
同桩基式罐基础一样,也是近十多年来才较多应用。
一般采用水泥粉煤灰碎石桩、水泥土搅拌桩、预应力混凝土管桩作加固体,桩土共同承重。
复合地基的桩顶和基础之间需设置150300mm厚褥垫层,调整桩和桩间土之间荷载(垂直和水平)的分担比例。
褥垫层越薄,桩分担的荷载越多;褥垫层越厚,桩间土分担的荷载越多。
褥垫层上需设置钢筋混凝土板,其上宜设置浆砌毛石或毛石混凝土至罐底。
复合地基式罐基础设计图表见图1.1类型C。
复合地基较桩基有以下优点:
1、充分利用了土的承载力,减少了桩的数量。
2、简化了承台,节省了大量钢筋砼。
复合地基式罐基础设计时需注意以下问题:
1)如顶部桩间土为软弱粘性土,应清除300mm,用砂石材料回填夯实。
2)罐底和复合地基间设类似环墙基础,仅填砂土,不可。
复合地基上的基础通常是柱下独基、条基、筏板基础等,这些基础本身刚度很大,而罐底钢板却是柔性的,如不设置混凝土板、浆砌毛石、毛石混凝土等,则相当于褥垫层厚至罐底,一般约1.5m,这样土分担的荷载过大,必然造成很大的罐底土沉降。
3)周边桩应与内桩受力状态一样,不应把边桩直接顶在环墙上,而内桩上4设褥垫层。
4)罐充水试验后,应认真检查罐底是否塌陷,如罐底土已沉陷,应分析原因,妥善处理。
1.1.5大饼式基础。
在天然地基上做一混凝土大板至基础底。
适用于较小基础,或基础顶沉降差要求很小的非金属材料罐(如玻璃钢罐)。
为节省混凝土用量,中间可采用砂石填充。
圆罐基础可采用八边形,以方便支模和配筋。
大饼式罐基础设计图因模板简单可直接在布置图中表示,不需出详图。
1.2支腿式储罐基础。
大的如工业炉、球罐,小的如支腿式立罐等设备基础属于此类。
计算时可采用设备提供的柱顶内力。
如缺少设备底内力,可采用通用有限元软件精确模拟,也可用watwe输入框架或剪力墙粗略模拟计算,一般基础顶与设备支腿连接处设置成铰接。
通过已完成一些实例比较,设备计算和结构估算相差不大。
此类基础可分以下基础形式:
1.2.1短柱下独立基础。
适用于设备直径较大,地基较好的情况。
独立基础设计同普通框架,基础之间应设有连梁,连梁可使各设备支腿和各基础支墩承受的水平剪力均匀,满足设备设计时的基础顶面无位移差要求。
可根据连梁刚度,考虑连梁分担2040%基底弯矩。
这类基础出图一般同框架基础,有布置图和基础详图,不再列表表示。
1.2.2环形基础或条形基础。
适用于对基础刚度要求较大情况,如软弱地基或设备要求沉降差很小的情况。
一般表示为布置图和基础详图,也不再列表表示。
1.2.3筏板基础。
适用于地下拥挤,空间较小,或地基较差情况。
为方便施工,易优先采用无梁筏板。
通过设置柱墩可显著减小筏板厚度。
在化工规定中7.0.10条规定筏板厚度不得小于500mm,这是没有道理的,只要满足强度、刚度、裂缝要求,是可以突破的,尤其加柱墩情况下。
筏板基础设计图表见图1.2类型A、B。
1.2.4短柱下素混凝土墩。
适用于基础较小,柱墩间距较小情况。
节省了配筋,并且施工方便。
设计图表见图1.2类型C。
当上述各类型基础短柱较高时,为减少基地弯矩,宜在柱顶附近设梁,组成框架。
另外,此类设备基础需注意,如设备是圆筒形,支腿分布也成圆形,但筏5板宜采用与柱相应的多边形,而不应设计成圆形,因为圆形不好配筋,受力也不合理,如八柱基础的外形采用正八边形比圆板更好,面积更集中在柱周围。
1.3卧式储罐基础。
同换热器基础相比,其不需设滑动端,支墩共同分担水平荷载。
其它方面类似换热器基础,设计图表仿换热器基础。
2换热器基础一般由两个墙式支墩(固定墩和滑动墩)和底板组成。
滑动墩承受的最大水平荷载不超过摩擦力,固定墩应考虑能独自承受胀缩摩擦力、水平地震作用、抽芯力。
因受内介质温度变化影响而胀缩,为减轻对设备和基础的影响,设备都在一端支座处设置长圆孔,在有长圆孔支座处的支墩上需铺设钢板以利于滑动,故称滑动墩。
在化工规定中采用预埋钢板,不妥。
既不便砼浇注,又常因预埋钢板不易找平而影响滑动。
我们多年来一直采用二次灌浆层上平铺无锚筋钢板做法,效果较好。
如要减小摩擦力,可在设备支座和支墩顶钢板之间铺设聚四氟乙烯垫,摩擦系数取0.1。
固定墩处需进行抗剪计算,如摩擦力小于水平力,则需设置抗剪装置,作法可仿轻钢结构或单层厂房钢柱脚。
换热器基础有如下形式:
2.1分离式基础。
两个支墩分别设基础地板,适用于底板承受的水平力及力矩较小,支墩间距较大的设备基础。
2.2连梁式基础。
两个支墩分别设基础地板,支墩间设两道拉梁连接,适用于底板承受的水平力及力矩较大,支墩间距较大的设备基础。
设计图表见图2类型A。
2.3整体式基础。
在两个支墩下设置一块基础地板,适用于底板承受的水平力及力矩较大,支墩间距较小的设备基础。
设计图表见图2.类型B。
2.4框架式基础。
用框架梁支撑设备,柱下设独基,适用于较高的设备基础。
一般按框架和柱下独基出图,不需列表。
3塔基础一般指塔型设备及总高大于10m的立式容器等的基础。
塔基础设计受地震作用和风荷载影响较大。
塔基础可分以下形式:
圆柱式,圆筒式,框架式三种基本形式。
应根据生产要求、结构构件布置合理、施工方便、立面美观协调等因素综6合考虑。
石油化工塔型设备基础设计规范中的表格供参考如下。
塔基础形式选用参考表塔基础顶面至设计地面的高度)(1mh塔型设备外径)(0mD塔基础形式5.11h不限圆柱式8.10D圆柱式0.35.01h8.10D圆筒式8.10D圆柱式00.38.10D圆筒式0.31h0.30D框架式3.1圆柱式塔基础。
施工简单,配筋较少,适用于小直径且较矮基础。
设计图表见图3类型A。
3.2圆筒式塔基础。
相比于圆柱式,减小了混凝土用量,筒壁需双层配筋,筒内填砂或填土,底板可做成圆饼,设计图表见图3类型B。
底板做成正八边形更好,这样配筋简单,施工方便,设计图表见图3类型C。
如需进人操作则留门洞,内不填土或砂。
这种情况做成框架式更好。
3.3框架式塔基础。
适用于较大直径且较较高的基础,尤其是需进人操作的塔基础。
一般按框架和柱下独基出图,不需列表。
4泵和风机基础功率小于kW500的泵和风机基础,可不进行动力计算。
基础质量应大于机器质量的53倍。
机组中心与基础中心需重合,基底压力fp)7.05.0(。
基础体积小于320m时,可不配置表面构造钢筋;基础体积为34020m时,应在基础顶面配置20010构造钢筋网;基础体积大于340m时,应在基础各表面配置3002001410构造钢筋网。
设计图表见图4。