设备基础简化设计

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：

h h g

b m

c L L )()1(γγγβ---=

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：

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 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

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150～300mm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300 mm，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

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20～40%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

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

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)(1m h 塔型设备外径)(0m D 塔基础形式

5.11≤h 不限 圆柱式

8.10≤D 圆柱式

0.35.01≤D 圆筒式

8.10≤D 圆柱式

00.38.10≤

0.31>h 0.30>D

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kW 500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5~3倍。机组中心与基础中心需重合，基底压力f p )7.0~5.0(≤。

基础体积小于320m 时，可不配置表面构造钢筋；基础体积为340~20m 时，应在基础顶面配置200@10φ构造钢筋网；基础体积大于340m 时，应在基础各表面配置300~200@14~10φ构造钢筋网。

设计图表见图4。