1、1八边形风机基础设计浅谈中图分类号：TS737+.1 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 风电机组（以下简称“风机” ）基础设计是风电场设计中重要的组成部分，其造价与其安全性又关系着整个风场的生存，因此设计出一个既安全又经济的风机基础对整个风电场工程是具有重要意义的。风机基础设计中较为重要的环节是基础底面形状、尺寸的确定和地基承载力计算，该二者直接影响基础混凝土用量的多少。 风机基础中心承受叶片、电机及塔筒等垂直荷载 N、水平荷载 H 和倾覆弯矩 M。垂直荷载一般在 2000kN 左右，而倾复弯矩一般超过30000kN?m，大的超过 50000kN?m，因此风机基础大都为大偏心受压基础。对于
2、大偏心受压的矩形、圆形扩展基础，相应规范中有基础底面尺寸与基底最大反力的关系式，而对风电场工程中常用的八边形基础型式，国内相应规范及手册并未给出其基础底部最大反力与基础底面尺寸、上部荷载的计算关系。因此，为了便于确定八边形基础尺寸、基底反力及简化设计工作，本文给出了相应的计算表格及方法。 2 计算方法分析 由于风机基础所承受的水平荷载和倾覆弯矩可能来自任意方向，因此基础应采用极对称或轴对称形式，如圆形、正八边形、正方形、十字形等形式。 2中心受压基础的合理形式是圆形或正方形，大偏心受压基础则宜采用弯矩作用方向两端宽度较大的形式，见图 1。 图 1 风机基础形式示意图 对于正八边形基础，假设其内
3、切圆直径为 a，则其底面积， X、Y 轴的抗弯模量。 基础在垂直荷载及倾覆弯矩的作用下，地基反力为 图 2 基础承受大偏心荷载时地基反力示意图 当时，即大偏心受荷，式（1）失效，因为最小地基反力将出现负号，即地基要给基础提供拉力，这当然是不可行的。故此时应采用基础与地基部分脱离的计算方法。 对于正八边形基础衡量其为大偏心受荷的标准为，当时（图 2） 。当大偏心受荷时，八边形基础能承受的弯矩计算如下： 图 3 八边形基础能承受的最大弯矩计算简图 假设图 3 坐标系，得地基反力与上部荷载的关系式为 3由上二式可求得基础反力宽和基础反力两个未知数，式对进行微分，求得时，有极大值， ，此时基础与地基脱
4、开之面积为基础底面积的。 当正八边形基础与地基脱开面积与整个基础面积之比恰为 25%时，可求得基础反力宽，此时基础反力计算如下： 式（4）和式（5）即为风电机组地基基础设计规定（试行） （FD003-2007）中规定的极限脱开面积条件下正八边形基础的底部最大反力与基础底面尺寸、上部荷载的计算关系。相同条件下，该公式中的弯矩值比八边形基础承受的极大值略小一些，故在基础底面形状为正八边形的情况下，可将公式（4） 、 （5）作为选择基础底面尺寸的基本公式。据此，本文将冗杂的基础设计简化成查表，通过表算的方法，可大大减轻计算工作量。 3 控制工况下正八边形基础承载力表 由于风机基础极限工况荷载多满足条
5、件，故该工况下风机基础为大偏心受荷，即基础底面在核心区域外承受偏心荷载。而国内大多数风电机组的极限工况荷载为控制荷载，故基础设计尺寸设计可按式（4） 、（5）进行设计，然后可对其它工况进行复核。采用本方法设计正八边形基础底面尺寸的过程如下： 当正八边形基础脱开面积与基地面积之比为 25%时， ，根据确定的机组厂家荷载，式（4）中和式（5）中弯矩即为定值，边长 a 与自重（包括基础及上覆土）即为反比关系，可相互设计确定，并可根据工程地质4条件确定地基反力 p 的最大值 pk,max。可见，正八边形基础的设计已简化。 现将简化设计列表如下。表 1 可方便的根据边长 a 和地基反力最大值 pk,ma
6、x 选择和，表 2 可方便的根据和地基反力最大值 pk,max 选择边长 a 和。 表 1 极限荷载为控制工况时，正八边形风机基础设计速查表 表 2 极限荷载为控制工况时，正八边形风机基础设计速查表 4 结论 本文对目前普遍使用的八边形风机基础的底面尺寸、基底反力与上部荷载的关系进行了探讨，给出了判别八边形基础大偏心的边界条件，并根据理论推导给出了八边形基础承受大偏心荷载的最大值。 由基础底面尺寸、基底反力与上部荷载三者的关系式，可编制相应速算表格，经实际工程验证，可大大节省设计时间，提高设计效率，并由表中数据可知基础设计留有的裕度。 本方法只是一种假设计算，仍有一些误差，如平面积分坐标的选取等，但对工程来说可以满足，方便实用，加快工作效率。
