刘 剑 卿

(山西辰诚建设工程有限公司，山西 阳泉 045000)



矿井工业建筑结构基础选型与设备基础的关联性

刘 剑 卿

(山西辰诚建设工程有限公司，山西 阳泉 045000)

结合某煤炭企业提升机房的工程概况，介绍了提升机房结构基础的造型方法，并分析计算了设备基础的稳定性，探讨了提升机房基础与设备基础间的关联性，有利于保证建筑结构的合理性。

提升机房，结构基础，设备基础，稳定性

近年来，随着煤炭经济形势的持续发展，矿井地面工业建筑也随之受到瞩目，矿井工业建筑多属特种建筑，其设计有别于普通工业建筑，尤其体现在建筑造型、结构选型设计等方面。一个工程的基础设计是整个结构设计的重要组成部分，而基础设计是否成功很大程度上取决于基础选型是否妥当。矿井工业建筑内通常设有比较复杂的动力设备为矿井生产运行服务，设备布置对建筑物的结构体系和选型有非常重要的影响，因此，区分清设备类型和受荷情况、采用正确的设计方法、选择合理的基础形式、处理好设备基础与主体结构的关系是保证结构安全稳定的必要条件，也对整个建设项目的经济合理性至关重要。下面以提升机房为例简单分析设计者如何妥善处理提升机房基础与设备基础的相互关系。

1 工程概况

1)工程为某煤炭企业主井工业场地主立井提升机房，主体建筑高度23.2 m，局部7.3 m，首层为半地下室，建筑面积806.00 m2。结构形式为框(排)架结构，半地下室采用压筋砌筑砖墙剪力墙，一层以上为轻质砌块，结构安全等级为一级，建筑抗震设防烈度为7度，抗震设防类别为乙类，屋面结构采用球形网架结构，轻钢彩钢板屋顶。提升机房生产类别为戊类，合理使用年限50年。

2)提升机房内设一台32 t桥式起重机，提升设备一台，滚筒直径φ=2.8 m。提升机正常工作状态时，拉力为(四绳)F=296 kN；断绳时，破断力(四绳)F=2 216 kN。设备自重：盘型制动器重100 kN,电机重320 kN，主轴轴承装置重283 kN,千斤顶重160 kN,设备总重P=863 kN。

3)场地工程地质条件：①人工填土层，褐黄色，松散，堆积时间短，以粉质粘土为主，夹少量粉土，揭露层厚0 m～3.3 m；②粉土层，黄褐色，密实，稍湿，低压缩性，局部夹有中粗砂，在场区内均匀分布，层厚2.6 m～6.1 m，fak=180 kPa；③粉质粘土层，棕红，可塑，湿度稍大，局部夹薄层中砂，整个场区内普遍分布,层厚为0.7 m～13.6 m，fak=220 kPa。场地类别为Ⅱ类。

2 结构基础初选型

根据提升机房结构体系、抗震设防烈度、结构安全等级、受荷情况、工艺设备布局要求、建筑物所处区域环境以及材料供求等因素综合分析，结合工程地质勘探报告，可选择第②粉土层作为持力层，适当挖除局部较差土层，以卵石、碎石等换填来提高局部承载力，也可直接选择承载力较高的第③粉质粘土层作为基础持力层。初步确定主体结构基础采用整体刚度较好的柱下钢筋混凝土肋梁式条形基础。提升机设备基础采用钢筋混凝土墙承式结构。地基基础设计等级为乙级。

3 设备基础稳定性分析验算

提升机计算简图见图1。

根据GB 50592—2010煤矿矿井建筑结构设计规范第八章之8.2.7及8.2.8条款规定，提升机基础抗滑移稳定性计算公式：μ(Gk+Gk2-Rv)/Rh≥kc，提升机基础抗倾覆稳定性计算公式：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)≥k0，正常工作状态时荷载组合按基本组合进行组合，算得抗滑移系数：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=2.15，抗倾覆系数：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)=2.30。断绳时荷载组合按偶然组合进行组合，其中一种组合算得抗滑移系数：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=0.226，抗倾覆系数：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)=0.616。另一种组合算得抗滑移系数：μ·(Gk+Gk2-Rv)/Rh=0.224，抗倾覆系数：(Gk·x1+Gk2·x2)/(Rh·y+Rv·xf)=0.786。通过分别对提升机基础正常工作和断绳两种状态下的抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性进行验算，对照《煤矿矿井建筑结构设计规范》8.2.9条款规定,结果见表1。

表1 滑移、倾覆稳定安全系数

对照表1条款可知：正常工作状态下提升机基础抗滑移稳定安全系数为2.15>kc=1.3,抗倾覆稳定安全系数为2.30>k0=1.6,二者均能够满足规范中有关滑移、倾覆稳定安全系数的要求。而断绳时，两种组合均不满足规范规定，计算数据显示相距甚远，需要采取增加基础自重，设置锚杆、锚桩、抗剪键、抗滑板或其他技术措施来增加设备基础的稳定性抗力。

4 关联性分析及确定基础选型

通过对设备基础正常工作状态和断绳时的稳定安全系数计算分析可知，必须采取妥善的技术措施才能确保断绳时提升设备基础的稳定，若采取局部设备基础设置锚杆、打锚桩的措施，理论上可以实现提升机基础抗滑移、抗倾覆稳定安全性能，但也会增加施工难度，延长工期，增加设备基础造价，从而大幅提高工程总造价。如果仅通过加深设备基础来实现设备基础增重，反而会增加基础附加应力，且此举对基础抗倾覆能力的提高并不是很明显。如果主体结构基础加深，无疑会增加整个工程造价。因此，只有在水平和竖向均能适度增加自重，尽量与主体基础基底保持同一标高才对设备基础最为有利，而整个提升机房平面布局非常紧凑，提升机基础与主体结构间可延伸空间十分有限，在提升机设备基础与主体基础间留设变形缝的前提下水平向增重也几乎不可能实现。

工程地质勘探报告显示，第②粉土层，密实稍湿低压缩性，fak=180 kPa，第③粉质粘土层，湿度稍大，fak=220 kPa。均为可选择性持力层，而且在场区内均匀分布厚度适中，只是对提升机设备基础而言，第②层承载力略低，如果能选择筏板等大底面积基础，则会大幅降低基底应力。

通过对地质勘探报告分析，对设备基础稳定安全性计算，加之对主体结构基础、设备基础间关系的反复推敲论证和合理的经济评估，最终确定选择第②粉土层作为持力层，主体结构基础与设备基础采用钢筋混凝土肋梁式筏板基础。根据初选的筏板厚度对设备基础稳定安全性计算，均满足要求。

钢筋混凝土筏板基础自身具有施工简单、整体刚度好、能调节建筑物不均匀沉降、抗震性能好等诸多优点。在本设计案例中，提升机房主体结构基础与提升机设备基础整体选择钢筋混凝土肋梁式筏板基础，还具有如下显著优点：首先，同一建(构)筑物内的各种结构构件宜与整个结构采用相同的安全等级，提升设备基础作为矿井提升系统的一部分，其设计安全等级同样为一级，整体选择钢筋混凝土肋梁式筏板基础，便于与主体基础采取相同的抗震构造措施。其次，提升机基础在断绳作用下的抗滑移、抗倾覆的稳定性不易满足，主体结构基础与提升机设备基础整体选择钢筋混凝土肋梁式筏板基础，增大了设备基础自重，提高了抵抗倾覆和滑移的稳定安全系数，妥善解决了提升设备基础在断绳时的稳定性问题。再者，整体选择钢筋混凝土肋梁式筏板基础，可通过调整筏板的形状、增加基础底面积、设置悬臂板等适当措施，均衡和降低基底应力，因此可选择承载力不太高的第②粉土层作为持力层，从而减少基础挖方量，降低工程造价，经济效益显著。

5 结语

基础设计是一个专业而复杂的课题，基础结构选型在基础设计中占有很重要的地位，其直接影响着基础乃至整个建筑物结构的安全可靠性和经济合理性。矿井工业特种建筑基础的制约因素尤其多，如何对各种关联要素进行综合理性分析，做出合理可行的选择，不仅需要以准确的计算做理论支撑，设计者的经验也十分重要。文中提升机房基础与设备基础间的关系，无论在平面布局还是在结构计算、结构选型，均存在相互关联又相互制约的关系。选型设计时，必须统筹兼顾、综合考虑各个方面因素的影响，多方案权衡比对，针对性的分析具体情况，方能选出对结构最合理、最经济的基础形式，既保证结构的安全与稳定，又保证工程设计质量，还可以带来经济效益，不失为成功而值得推广的案例。随着我国工业化进程的加快，建筑设备基础与主体结构基础选型的合理性对整个工程的影响必将越来越重要。

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

刘剑卿(1968- )，女，工程师

TU470

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