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摘 要：重点介绍单层工业厂房设备基础的设计方法，并阐述在设计中着重注意的问题，以达到设计的设备基础满足设备加工的精度要求。
关键词：基础刚度；减振及隔振；结构形式；偏心值；基组动力学计算
机械行业金属切削机床设备，特别是数控金属切削机床设备，在哈电集团公司企业的应用已经非常广泛，在公司实施“十二五”规划期间，分厂的工艺路线改造工作量之大是历年少有的，因此，做好设备基础设计工作非常重要。
设备基础设计包括以下几个方面：
a.设备基础应满足的基本要求；b.设备基础设计的一般步骤；c.设备基础设计中应注意事项；d.数控设备对设备基础的设计要求。
1 设备基础应满足下列基本要求
（1）刚度要求：地基和基础应具有足够的刚度，避免在载荷作用下产生过大的变形或倾斜。（砼强度和基础厚度是决定基础刚度主要指标）（2）强度要求：设备基础应具有足够的强度，避免在载荷作用下产生破坏和开裂。（3）振动要求：设备基础在扰力作用下不应产生过大的振动，以免影响机械本身的正常工作及邻近设备等的正常使用（自身减振及隔振即对邻近设备的影响）。（4）经济性要求：设备基础在满足上述要求的情况下，还应有良好的经济性。
2 设备基础设计的一般步骤
（1）计划部门下达设计任务通知单。主要包括：工作号、工程项目名称、工作内容、使用单位及厂家提出的设备基础技术条件及水、电、气等要求（基本技术条件）。（2）收集完善有关设计资料：a、使用单位提供的设计技术条件图：主要是确认和补充使用单位提供的设备基础平面位置图，设备安装在哪个分厂（车间）、哪栋（跨）？哪个柱号？具体X、Y坐标及相关尺寸，也包括：电、水、气等技术条件要求，另外，要有使用单位领导的签字及装备部主管领导签署意见（计划组提供基本的技术条件）；b、厂家提供的设备基础设计技术条件图：主要是确认和补充设备厂家提供的关于设备基础的土建、水、电、气等设计技术条件图，包括设备的一些技术参数等（一般由采购组采购员提供）；c、地质勘察报告：工程的地质勘察报告、勘探点数量及勘探孔深度/抗震设防烈度，还应考虑所使用的工程构件所处的环境条件（地下水）。（3）确定基础的结构形式：根据设备的工作特性、工艺要求及地质条件，初步确定基础的结构形式（分单独基础、组合基础和桩基础等）。（4）确定基础的尺寸：根据设备的底座尺寸，初步确定基础顶面的几何尺寸；根据现场地质资料及机械干扰力的大小和特性初步确定基础的高度及埋置深度。（5）计算地基的静强度：根据地基土壤性质和基组（基础、基础上的设备及基础填土的总称）重量计算地基的静强度（地基承载力）。（6）控制设备基础偏心值：根据初步确定的基础尺寸，计算基组的总质心位置，力求使其与基础底面形心在同一垂线上，将其偏心值控制在允许范围内。（7）基组动力学计算：根据设备干扰力的性质进行基组动力学计算，避免共振，并控制其振动量不超过允许的极限值。（8）基础构造配筋：根据设备类型采取相应的基础构造配筋。（9）绘制基础施工详图。
3 设备基础设计中应注意事项
（1）在满足地基稳定和变形要求前提下，基础应尽量浅埋。当上层地基的承载力大于下层时，宜利用上层作持力层。（2）基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。（3）当基础持力层为软弱土层时，宜将软弱土层换成较好土层（如：素土夯实或三七灰土分层夯实或级配砂石）或采用扩大基础面积等方法。当上覆土层较薄，应注意避免施工時对松软土质的扰动，基础结构上适当采取加强措施，当基础沉降不能满足要求时，可在承台下布置灌注桩或预制桩。（4）为满足设备基础的基本要求，根据不同的干扰力情况，应对基础做静力学及动力学计算。在设计中应按国家现行规范进行分析和计算，并应注意以下几点：避免基组共振：基组（基础、基础上的设备及基础填土的总称）共振时，基础的振幅将大大增加而影响该设备及周边设备的正常运行，同时，地基受力也会增加，可能导致基础产生不允许的沉陷。合理选择基础型式和尺寸：考虑周边环境的影响、地质的特点、设备安装使用的必要条件等情况，应合理选择基础结构型式和尺寸。这也关系到设备基础的设计相对于各种条件的合理性能否使设备达到最佳的运行状态。防止基础偏沉：基础偏沉对设备的影响也很大，所以尤其要注意对基础平稳的特性值进行详细的计算和设计，保证安全。
4 数控设备对设备基础的设计要求
对于数控设备重型机床和精密机床必须要有稳定的设备基础才能保证它的正常使用，否则，无法调整机床精度。即使调整后也会反复变化。而一些中小型数控机床，对地基基础则没有特殊要求。根据我国的GB50040-1996《动力机器基础设计规范》的规定，应该做好以下工作：
4.1 一般性要求
4.1.1 基础设计时，设备厂商应该提供以下技术资料：
（1）设备的型号、转速、功率、规格几轮廓尺寸图等。（2）设备的重心及重心的位置。（3）设备底座外轮廓图、辅助设备、管道位置和坑、沟、孔洞尺寸以及灌浆层厚度、地脚螺栓和预埋件的位置等。（4）设备的扰力和扰力力矩及其方向。
4.1.2 基础的位置及其临近建筑的基础图。
4.1.3 建筑场地的地质勘察资料及地基动力实验资料。
4.1.4 设备基础与建筑基础、上部结构以及混凝土地面分开。
4.1.5 当管道与机器连接而产生较大振动时，管道与建筑物连接处应该采取隔振措施。
4.1.6 当设备基础的振动对邻近的人员、精密设备、仪器仪表、工厂生产及建筑产生有害影响时，应该采取隔离措施。
4.1.7 设备基础设计不得产生有害的不均匀沉降。
4.1.8 设备地脚螺栓的设置应该符合以下要求：
（1）带弯钩地脚螺栓的埋置深度不应该小于20倍螺栓直径，带锚板地脚螺栓的埋置深度不应该小于15倍螺栓直径。（2）地脚螺栓轴线距基础边缘不应该小于4倍螺栓直径，预留孔边距基础边缘不应该小于100mm，当不能满足要求时，应该采取加固措施。（3）预埋地脚螺栓底面下的混凝土厚度不应该小于50mm，当为预留孔时，则孔底面下的混凝土净厚度不应该小于100mm。 4.2 对于数控设备还应该遵循以下的要求：
4.2.1 机床分类可按以下原则划分：
（1）中、小型机床是指单机重在100kn（10T）以下的。（2）大型机床是指单机重在100～300kn（10～30T）之间的。（3）重型机床是指单机重在300～1000kn（30～100T）之间的。
4.2.2 在进行数控设备基础设计时，除了上面的“一般性要求”以外，设备厂商还应该提供以下的资料：a、机床的外形尺寸。b、当基础倾斜和变形对机床加工精度有影响或计算基础配筋时，尚需要机床及加工工件重力的分布情况、机床移动部件或移动加工工件的重力及其移动范围。
4.2.3 重型机床和精密机床的基础形式应采用独立基础形式进行设计，并应遵守以下规定：a、基础平面尺寸不能小于机床支承面积的外廓尺寸，并应满足安装、调整和维修时所需尺寸。b、基础的混凝土厚度应符合表5-1金属切削机床基础的混凝土厚度（m）。
4.2.4 有提高加工精度要求的普通机床可按表1中的混凝土厚度增加5%～10%。
4.2.5 加工中心系列机床，其基础混凝土厚度可按组合机床的类型，取其精度较高或外形较长者按表5-1中同类型机床采用。
4.2.6 当基础倾斜与变形对机床加工精度有影响时，应进行变形验算。当变形不能满足要求时，应采取人工加固地基或增加基础刚度等措施。
4.2.7 加工精度要求较高且重力在500kn（50T）以上的機床，其基础建造在软弱地基上时，宜对地基采取预压加固措施。预压的重力可采用机床重力及加工件最大重力之和的1.4～2.0倍，并按实际荷载情况分布，分阶段达到预压重力，预压时间可根据地基固结情况决定。
4.2.8 精密机床应远离动荷载较大的机床。大型、重型机床或精密机床的基础应与厂房柱基础脱开。
4.2.9 精密机床基础的设计可分别采取下列措施之一：
（1）在基础四周设置隔振沟，隔振沟的深度应与基础深度相同，宽度宜为100mm，隔振沟内宜空或垫海绵、乳胶等材料。（2）在基础四周粘贴泡沫塑料、聚苯乙烯等隔振材料。（3）在基础四周设缝与混凝土地面脱开，缝中宜填沥青、麻丝等弹性材料。（4）精密机床的加工精度要求较高时，根据环境振动条件，可在基础或机床底部另行采取隔振措施。
对于其他的数控设备和精密设备，基础设计的更为详细资料可以查阅GB 50040-1996《动力机器基础设计规范》和GB 50037-1996《建筑地面设计规范》两个国家标准进行。总之，设备基础是设备后续阶段良好工作和发挥高水平经济效益的基础。
5 总结
设备基础是支承和固定工厂内设备的结构体，是保证设备正常运行的重要保证之一，其主要作用是将设备可靠地固定在设备基础的相应部位上，使其满足设备正常运转的各项要求。
如果设备在运转过程中基础出现变形过大、不稳固、基础裂缝等后续的质量问题，将会对设备产生极大的危害，甚至导致设备损坏影响生产。所以设备基础的稳定性非常重要，设计前一定要对基础位置地质情况进行细致的分析，取得正确的地质资料，选择合理的位置。如果所选位置地质条件较差，设计中一定要采取可靠有效的措施：如基础需浅埋，增大基础，增大人工垫层和换土等。
另外，施工单位在施工过程中应严格的按照施工图纸及国家现行施工质量验收规范施工，以保证基础的各项设计值，使之能够满足设备的正常运转。
总之，设备基础设计要严格进行承载力、变形、稳定性等方面的计算。结合实际地质情况，制定合理、经济、安全的工业生产设备基础的设计方案，才能保证设备基础的正常施工，以便达到设备正常运行的重要目标。
关键词：基础刚度；减振及隔振；结构形式；偏心值；基组动力学计算
机械行业金属切削机床设备，特别是数控金属切削机床设备，在哈电集团公司企业的应用已经非常广泛，在公司实施“十二五”规划期间，分厂的工艺路线改造工作量之大是历年少有的，因此，做好设备基础设计工作非常重要。
设备基础设计包括以下几个方面：
a.设备基础应满足的基本要求；b.设备基础设计的一般步骤；c.设备基础设计中应注意事项；d.数控设备对设备基础的设计要求。
1 设备基础应满足下列基本要求
（1）刚度要求：地基和基础应具有足够的刚度，避免在载荷作用下产生过大的变形或倾斜。（砼强度和基础厚度是决定基础刚度主要指标）（2）强度要求：设备基础应具有足够的强度，避免在载荷作用下产生破坏和开裂。（3）振动要求：设备基础在扰力作用下不应产生过大的振动，以免影响机械本身的正常工作及邻近设备等的正常使用（自身减振及隔振即对邻近设备的影响）。（4）经济性要求：设备基础在满足上述要求的情况下，还应有良好的经济性。
2 设备基础设计的一般步骤
（1）计划部门下达设计任务通知单。主要包括：工作号、工程项目名称、工作内容、使用单位及厂家提出的设备基础技术条件及水、电、气等要求（基本技术条件）。（2）收集完善有关设计资料：a、使用单位提供的设计技术条件图：主要是确认和补充使用单位提供的设备基础平面位置图，设备安装在哪个分厂（车间）、哪栋（跨）？哪个柱号？具体X、Y坐标及相关尺寸，也包括：电、水、气等技术条件要求，另外，要有使用单位领导的签字及装备部主管领导签署意见（计划组提供基本的技术条件）；b、厂家提供的设备基础设计技术条件图：主要是确认和补充设备厂家提供的关于设备基础的土建、水、电、气等设计技术条件图，包括设备的一些技术参数等（一般由采购组采购员提供）；c、地质勘察报告：工程的地质勘察报告、勘探点数量及勘探孔深度/抗震设防烈度，还应考虑所使用的工程构件所处的环境条件（地下水）。（3）确定基础的结构形式：根据设备的工作特性、工艺要求及地质条件，初步确定基础的结构形式（分单独基础、组合基础和桩基础等）。（4）确定基础的尺寸：根据设备的底座尺寸，初步确定基础顶面的几何尺寸；根据现场地质资料及机械干扰力的大小和特性初步确定基础的高度及埋置深度。（5）计算地基的静强度：根据地基土壤性质和基组（基础、基础上的设备及基础填土的总称）重量计算地基的静强度（地基承载力）。（6）控制设备基础偏心值：根据初步确定的基础尺寸，计算基组的总质心位置，力求使其与基础底面形心在同一垂线上，将其偏心值控制在允许范围内。（7）基组动力学计算：根据设备干扰力的性质进行基组动力学计算，避免共振，并控制其振动量不超过允许的极限值。（8）基础构造配筋：根据设备类型采取相应的基础构造配筋。（9）绘制基础施工详图。
3 设备基础设计中应注意事项
（1）在满足地基稳定和变形要求前提下，基础应尽量浅埋。当上层地基的承载力大于下层时，宜利用上层作持力层。（2）基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。（3）当基础持力层为软弱土层时，宜将软弱土层换成较好土层（如：素土夯实或三七灰土分层夯实或级配砂石）或采用扩大基础面积等方法。当上覆土层较薄，应注意避免施工時对松软土质的扰动，基础结构上适当采取加强措施，当基础沉降不能满足要求时，可在承台下布置灌注桩或预制桩。（4）为满足设备基础的基本要求，根据不同的干扰力情况，应对基础做静力学及动力学计算。在设计中应按国家现行规范进行分析和计算，并应注意以下几点：避免基组共振：基组（基础、基础上的设备及基础填土的总称）共振时，基础的振幅将大大增加而影响该设备及周边设备的正常运行，同时，地基受力也会增加，可能导致基础产生不允许的沉陷。合理选择基础型式和尺寸：考虑周边环境的影响、地质的特点、设备安装使用的必要条件等情况，应合理选择基础结构型式和尺寸。这也关系到设备基础的设计相对于各种条件的合理性能否使设备达到最佳的运行状态。防止基础偏沉：基础偏沉对设备的影响也很大，所以尤其要注意对基础平稳的特性值进行详细的计算和设计，保证安全。
4 数控设备对设备基础的设计要求
对于数控设备重型机床和精密机床必须要有稳定的设备基础才能保证它的正常使用，否则，无法调整机床精度。即使调整后也会反复变化。而一些中小型数控机床，对地基基础则没有特殊要求。根据我国的GB50040-1996《动力机器基础设计规范》的规定，应该做好以下工作：
4.1 一般性要求
4.1.1 基础设计时，设备厂商应该提供以下技术资料：
（1）设备的型号、转速、功率、规格几轮廓尺寸图等。（2）设备的重心及重心的位置。（3）设备底座外轮廓图、辅助设备、管道位置和坑、沟、孔洞尺寸以及灌浆层厚度、地脚螺栓和预埋件的位置等。（4）设备的扰力和扰力力矩及其方向。
4.1.2 基础的位置及其临近建筑的基础图。
4.1.3 建筑场地的地质勘察资料及地基动力实验资料。
4.1.4 设备基础与建筑基础、上部结构以及混凝土地面分开。
4.1.5 当管道与机器连接而产生较大振动时，管道与建筑物连接处应该采取隔振措施。
4.1.6 当设备基础的振动对邻近的人员、精密设备、仪器仪表、工厂生产及建筑产生有害影响时，应该采取隔离措施。
4.1.7 设备基础设计不得产生有害的不均匀沉降。
4.1.8 设备地脚螺栓的设置应该符合以下要求：
（1）带弯钩地脚螺栓的埋置深度不应该小于20倍螺栓直径，带锚板地脚螺栓的埋置深度不应该小于15倍螺栓直径。（2）地脚螺栓轴线距基础边缘不应该小于4倍螺栓直径，预留孔边距基础边缘不应该小于100mm，当不能满足要求时，应该采取加固措施。（3）预埋地脚螺栓底面下的混凝土厚度不应该小于50mm，当为预留孔时，则孔底面下的混凝土净厚度不应该小于100mm。 4.2 对于数控设备还应该遵循以下的要求：
4.2.1 机床分类可按以下原则划分：
（1）中、小型机床是指单机重在100kn（10T）以下的。（2）大型机床是指单机重在100～300kn（10～30T）之间的。（3）重型机床是指单机重在300～1000kn（30～100T）之间的。
4.2.2 在进行数控设备基础设计时，除了上面的“一般性要求”以外，设备厂商还应该提供以下的资料：a、机床的外形尺寸。b、当基础倾斜和变形对机床加工精度有影响或计算基础配筋时，尚需要机床及加工工件重力的分布情况、机床移动部件或移动加工工件的重力及其移动范围。
4.2.3 重型机床和精密机床的基础形式应采用独立基础形式进行设计，并应遵守以下规定：a、基础平面尺寸不能小于机床支承面积的外廓尺寸，并应满足安装、调整和维修时所需尺寸。b、基础的混凝土厚度应符合表5-1金属切削机床基础的混凝土厚度（m）。
4.2.4 有提高加工精度要求的普通机床可按表1中的混凝土厚度增加5%～10%。
4.2.5 加工中心系列机床，其基础混凝土厚度可按组合机床的类型，取其精度较高或外形较长者按表5-1中同类型机床采用。
4.2.6 当基础倾斜与变形对机床加工精度有影响时，应进行变形验算。当变形不能满足要求时，应采取人工加固地基或增加基础刚度等措施。
4.2.7 加工精度要求较高且重力在500kn（50T）以上的機床，其基础建造在软弱地基上时，宜对地基采取预压加固措施。预压的重力可采用机床重力及加工件最大重力之和的1.4～2.0倍，并按实际荷载情况分布，分阶段达到预压重力，预压时间可根据地基固结情况决定。
4.2.8 精密机床应远离动荷载较大的机床。大型、重型机床或精密机床的基础应与厂房柱基础脱开。
4.2.9 精密机床基础的设计可分别采取下列措施之一：
（1）在基础四周设置隔振沟，隔振沟的深度应与基础深度相同，宽度宜为100mm，隔振沟内宜空或垫海绵、乳胶等材料。（2）在基础四周粘贴泡沫塑料、聚苯乙烯等隔振材料。（3）在基础四周设缝与混凝土地面脱开，缝中宜填沥青、麻丝等弹性材料。（4）精密机床的加工精度要求较高时，根据环境振动条件，可在基础或机床底部另行采取隔振措施。
对于其他的数控设备和精密设备，基础设计的更为详细资料可以查阅GB 50040-1996《动力机器基础设计规范》和GB 50037-1996《建筑地面设计规范》两个国家标准进行。总之，设备基础是设备后续阶段良好工作和发挥高水平经济效益的基础。
5 总结
设备基础是支承和固定工厂内设备的结构体，是保证设备正常运行的重要保证之一，其主要作用是将设备可靠地固定在设备基础的相应部位上，使其满足设备正常运转的各项要求。
如果设备在运转过程中基础出现变形过大、不稳固、基础裂缝等后续的质量问题，将会对设备产生极大的危害，甚至导致设备损坏影响生产。所以设备基础的稳定性非常重要，设计前一定要对基础位置地质情况进行细致的分析，取得正确的地质资料，选择合理的位置。如果所选位置地质条件较差，设计中一定要采取可靠有效的措施：如基础需浅埋，增大基础，增大人工垫层和换土等。
另外，施工单位在施工过程中应严格的按照施工图纸及国家现行施工质量验收规范施工，以保证基础的各项设计值，使之能够满足设备的正常运转。
总之，设备基础设计要严格进行承载力、变形、稳定性等方面的计算。结合实际地质情况，制定合理、经济、安全的工业生产设备基础的设计方案，才能保证设备基础的正常施工，以便达到设备正常运行的重要目标。