《动力机器基础》

《动力机器基础》是由清华大学工程系组编的“简明土木工程系列专辑”中的一本。动力基础主要有大块式和刚架式两种类型，《动力机器基础》着重介绍了其中的金属切削机床基础、锻锤基础和汽轮机组基础。由于动力基础的设计还涉及振动力学方面的知识，所以《动力机器基础》也对此做了相关介绍，以供从事这方面工作的工程人员参考。

《动力机器基础》可供从事建筑工程设计、施工、勘察和科研人员使用，也可供大专院校有关师生参考。

总序

前言

第1章　概述

第1节　机器基础的设计要求

第2节　机器基础上作用的动力荷载--扰力

第3节　机器基础的结构类型

第4节　机器基础的设计步骤

第2章　地基的主要动力参数

第1节　天然地基的刚度系数、刚度及阻尼

第2节　桩基的动力参数

第3章　简谐力作用下的大块式基础设计

第1节　大块式机器基础

第2节　机器基础的地基在静载下的强度验算

第3节　机器基础的竖向振动分析

第4节　机器基础的扭转振动分析

第5节　机器基础的水平倾侧耦合振动分析

第6节　机器基础分析方法的讨论

第7节　大块式机器基础的设计要求

第8节　大块式机器基础的构造

第9节　大块式基础动力分析举例

第4章　金属切削机床基础

第1节　金属切削机床的分级

第2节　地面上安装机床

第3节　长床身机床基础的内力分析及变形

第5章　锻锤基础设计

第1节　锻锤基础的质量分布

第2节　锻锤基础动力分析近似公式

第3节　锻锤基础的构造

第4节　锻锤基础设计举例

第5节　锻锤基础初步估算尺寸

第6章　刚架基础设计

第1节　刚架的动力分析

第2节　刚架基础动力分析举例

第7章　汽轮机基础设计

第1节　概述

第2节　汽轮机基础上的荷载

第3节　汽轮机刚架基础的强度设计

第4节　汽轮机刚架基础的动力验算

第5节　汽轮机刚架基础的构造

第8章　隔振

第1节　机器基础的振动对环境的影响

第2节　隔振

附录振动力学基本知识

第1节　DAlembert原理

第2节　单自由度的自由减幅振动

第3节　单自由度的强迫振动

第4节　多自由度无阻尼振动

第5节　冲击作用下的振动

参考文献

作者简介

出版者的话

·2100433B

《动力机器基础》

ISBN：9787508450094版　次：1页　数：120装　帧：平装开　本：32开

李著璟，湖南长沙人；1949 年毕业于上海交通大学土木工程系，1950 年于美国德州大学 （Univ. of Texas， Austin） 获土木工程硕士学位；1950－1951 在美国休斯顿从事油井钻塔及天线塔设计工作；1951－1956 在美国纽约从事桥梁船坞设计工作；1957－1991 在北京清华大学土木工程系结构教研室任教；1991 年退休。主要著作及参与著作有：

《水工钢筋混凝土结构学》（第一版） 水利出版社1979－01，（第二版）水利出版社1983－12），（合作者 华东水利学院等）

《混合结构设计》中国建筑工业出版社 1979－06（合作者 清华大学建筑工程系）

《钢筋混凝土结构理论》中国建筑工业出版社1985－03（王传志、滕智明主编）

《钢筋混凝土基本构件》（第一版）清华大学出版社 1985－04（滕智明主编）

《结构优化设计方法》清华大学出版社 1985－09（合作者 陶全心）

《特殊结构》清华大学出版社 1988－08

《机器基础》（机械设计手册第 4 卷第 36 篇）机械工业出版社 1991－09

Elementary Reinforced Concrete Design《初等钢筋混凝土结构》（第一版）地震出版社1992，（第二版）清华大学出版社2005－01。

其目的在于保证机器本身的正常使用和防止对邻近机器、建筑物的危害及减少对周围人员的影响。设计机器基础时应先确定基础对动荷载的反应。动荷载引起的惯性力，如果是基础所受的全部荷载中的一个重要部分，则应对基础作动力计算；如果运动是缓慢的，惯性力可以略去不计时，则可以不考虑荷载的动力特性，而将动荷载变为当量静荷载考虑。对后一情况，基础不需要进行动力计算（如一般的机床基础和水压机基础）。

对于需要进行动力计算的机器基础，都应根据当地的地质条件和周围环境，首先满足静荷载下地基土的设计要求，然后再满足动荷载所附加的设计要求，即基础的振动不超过容许振动限值。容许振动限值根据下列条件制定：①应保证机器的正常运转；②由基础产生的振动，对邻近的仪表、机器、建筑物以及附近的人员不产生有害的影响。

机器基础综述

动力机器基础概念设计就是针对不同的动力机 器基础提出合理的结构形式，平、立面配置，基本构件 尺寸和构造，以保证结构设计的合理性。 概念设计不 等于结构设计，仅是结构设计的基础和前提条件。 在动力荷载作用下，如基组固有频率与机器扰 力频率相同就会产生共振效应。 影响基础振动的主 要因素是机器的扰频、地基刚度、基组质量等。 防止 共振的发生就要使基组的固有频率与扰力频率尽量 错开。 动力机器基础振动对机器及环境都会产生不 利的影响，振动事故处理的难度也较大，因此，在动 力机器基础设计伊始，结构设计人员就应该对振动 问题产生足够的重视 。

其目的在于保证机器本身的正常使用和防止对邻近机器、建筑物的危害及减少对周围人员的影响。设计机器基础时应先确定基础对动荷载的反应。动荷载引起的惯性力，如果是基础所受的全部荷载中的一个重要部分，则应对基础作动力计算；如果运动是缓慢的，惯性力可以略去不计时，则可以不考虑荷载的动力特性，而将动荷载变为当量静荷载考虑。对后一情况，基础不需要进行动力计算（如一般的机床基础和水压机基础）。

对于需要进行动力计算的机器基础，都应根据当地的地质条件和周围环境，首先满足静荷载下地基土的设计要求，然后再满足动荷载所附加的设计要求，即基础的振动不超过容许振动限值。容许振动限值根据下列条件制定：①应保证机器的正常运转；②由基础产生的振动，对邻近的仪表、机器、建筑物以及附近的人员不产生有害的影响。

机器基础设计依据

设计机器基础前，须收集下列资料作为依据：①机器的技术性能，包括型号、工作转速、重量（机器总重、有些机器还应列出转子或定子的重量）、轴的临界转速、功率、传动方式、重心位置及轮廓尺寸等。②机器的不平衡扰力和扰力矩及作用位置，其他荷载的分布位置、面积、大小、方向等。③工艺布置图，包括各种动力机器的位置（如螺栓安装位置、辅助机器及管道安装位置等），需隔振的机器、仪表的位置及隔振要求。④对基础的要求，包括机器底座的轮廓尺寸和基础平面位置图；辅助机器、管道位置以及沟、坑、洞的位置和尺寸图；二次灌浆的厚度和尺寸；锚固螺栓、预埋件的尺寸和位置等。⑤拟建场地的工程地质和水文地质资料，包括室内或原位测试所得的土动力参数。

机器基础设计步骤

① 确定容许振动限值。对承受动荷载的基础应采用工作状态（或某一特定频率）时振幅的极限值，或峰值速度的极限值，或峰值加速度的极限值作为设计标准。这些极限值是根据设计功能遭到“破坏”的原则确定的。

② 确定动荷载。动荷载的类型不同，随时间改变的规律也各异，作用于机器基础上的性质也就不同。如果动荷载随时间的变化是已知的（这种荷载称为非随机荷载，如谐振荷载、周期荷载、冲击荷载等）。则反应分析通常称为数定分析。如果荷载随时间的变化不是完全已知的（这种荷载称为随机荷载），则反应分析可从统计结果中进行，称为非数定分析。

动荷载作用下的基础反应用基础位移表示。数定分析能导出相应于非随机荷载下的位移-时间过程。基础的其他数定反应（如应力、应变、内力等反应）可从位移反应中求得。非数定分析只能提供有关位移的统计资料；由于位移随时间的变化是不确定的，基础的其他数定反应必须用特定的非数定分析方法直接计算。

③ 选择机器基础计算模型。常用的计算模型有基床反力模型和弹性半空间模型（见机器基础计算模型）。为了尽量避免基础与机器发生共振，必须慎重选择地基土的动力参数。

④ 选择基础方案、确定基础形式和尺寸。基础振动的大小直接与机器本身扰力的大小和扰力作用点的位置有关。因此，要求机器尽量减少扰力并降低作用点的位置，力求机器与基础联合重心与基础底面形心位于同一垂直线上，并尽量使扰力作用线与机组轴线位于基础对称面内。

基础尺寸最后应保证振动计算值在容许振动限值以内，否则应采取减振措施（如调整扰力；增大阻尼、刚度或质量；设置吸振器等）或隔振措施（见机器基础隔振）。

机器基础不宜与建筑物以及它们的基础连接，以免基础振动对建筑物的影响。对承受振动的管道不宜直接搁置在建筑物上，以免管道振动传到建筑物上引起建筑物局部共振。此外，必须注意机器基础的构造，并保证基础整体刚度，防止构件的过大变形和开裂。

机器基础对激发的动力反应主要表现为振动。振动紧密地联系于激发，首先联系于基础本身机器的运动类型。视机器运动类型的不同，振动有以下几种形式：

机器基础简谐振动

是单纯余弦波型的振动。发电机、电动机的基础的振动属于此类（图2a）。简谐振动是最简单的一种周期运动。周期振动是对周期激发的动力反应。

机器基础复合周期振动

为两个或数个频率不同的余弦型振动的叠加，具有曲柄连杆的空压机基础的振动属于此类（图2b）。复合周期振动虽亦属于周期振动，但其波形不再呈余弦型。

以上都属于强迫振动，其特点是：振动与扰力同时存在，两者同频率，且每有一个扰力即有一个同频的振动与之对应，在连续周期激发下振动的大小周而复始，不随时间衰减和消逝，故也称稳态振动 。

机器基础瞬时振动

是有阻尼的自由振动，如锻锤基础的振动属于此类。自由振动由初速度引起或由初位移所引起。有阻尼自由振动的特点是：扰力作用时间很短，在扰力撤离之后，基础按其固有频率振动，但因阻尼的存在，振动逐渐衰减，终归于静止，故有阻尼振动亦称瞬时振动。2100433B