动力机器基础设计标准[附条文说明]GB50040-2020

前言

中华人民共和国国家标准

动力机器基础设计标准

Standard for design of dynamic machine foundation

GB 50040-2020

主编部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

施行日期：2 0 2 1 年 3 月 1 日

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

2020年第156号

住房和城乡建设部关于发布国家标准《动力机器基础设计标准》的公告

现批准《动力机器基础设计标准》为国家标准，编号为GB 50040-2020，自2021年3月1日起实施。其中，第3.1.10、3.3.1、3.3.6条为强制性条文，必须严格执行。原国家标准《动力机器基础设计规范》GB 50040-96同时废止。

本标准在住房和城乡建设部门户网站(www.mohurd.gov.cn)公开，并由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国计划出版社有限公司出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部

2020年6月9日

根据住房和城乡建设部《2005年工程建设标准规范制订、修订计划(第二批)的通知》(建标[2005]124号)及《关于调整国家标准<动力机器基础设计规范>主编单位的函》(建标标便[2013]66号)的要求，标准编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际标准和国外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，修订本标准。

本标准的主要技术内容是：总则、术语和符号、基本规定、旋转式机器基础、往复式机器基础、冲击式机器基础、压力机基础、破碎机和磨机基础、振动试验台基础、金属切削机床基础等。

本标准修订的主要技术内容是：

1.扩展了标准的适用范围，增加了相关动力机器基础设计的强制性规定；

2.对动力机器基础设计的基础资料和地基动力特性参数进行了补充和明确，对不利场地条件动力机器基础的设计提出更严格的要求；

3.完善了旋转式和往复式机器基础设计的条文，对振动计算和构造规定进行了修订和增补；

4.扩大了冲击式机器和压力机基础的适用范围，增补了相关的设计方法；

5.增加了液压和电动振动台基础的设计内容；

6.修订了部分动力机器的公称压力等表征振动荷载特性的适用范围；

7.修订了各类动力机器基础相关振动计算、构造要求等规定，删除了部分不适宜的设计规定。

本标准中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。

本标准由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由中国机械工业集团有限公司和中国中元国际工程有限公司负责具体技术内容的解释，并负责日常管理。执行过程中如有意见或建议，请寄送中国机械工业集团有限公司(地址：北京市海淀区丹棱街3号，邮编：100080)、中国中元国际工程有限公司(地址：北京市海淀区西三环北路5号，邮编：100089)。

本标准主编单位：中国机械工业集团有限公司

中国中元国际工程有限公司

本标准参编单位：中国汽车工业工程有限公司

隔而固(青岛)振动控制有限公司

华北电力设计院有限公司

中国寰球工程有限公司北京分公司

北方工程设计研究院有限公司

机械工业勘察设计研究院有限公司

机械工业第六设计研究院有限公司

本标准主要起草人员：徐建张同亿万叶青尹学军周建军余东航黎益仁杨文君郑建国张炜王建刚杨俭高星亮胡明祎邵晓岩黄伟曹雪生王伟强刘鑫许岩王建宁

本标准主要审查人员：杨永斌张建民张洪波任书考苏经宇黄世敏邹宏王永国李兴利

条文说明

《动力机器基础设计标准》GB 50040-2020，经住房和城乡建设部2020年6月9日以第156号公告批准发布。

本标准是在《动力机器基础设计规范》GB 50040-96(以下简称“原规范”)的基础上而成，上一版主编单位是机械工业部设计研究院，参编单位是：中国寰球化学工程公司、电力部华北电力设计院、东风汽车公司工厂设计研究院、中国船舶总公司第九设计研究院、冶金工业部长沙黑色冶金矿山设计研究院、冶金工业部建筑研究总院、机械工业部第四设计研究院、机械工业部第一设计研究院、中国石油化工总公司北京设计院、化工部第二设计院、中国兵器工业第五设计研究院、福建省石油化工设计院、湖南大学、化工部第四设计院、吉林化学工业公司设计院、化工部第八设计院、河北省电力勘测设计院、电力部西南电力设计院、电力部电力建设研究所。主要起草人员是：、杨文君、、、、严竹平、、、王锡康、、王振坤、陈加叶、、刘传声、潘复兰、李静波、王贻荪、谢福辑、戴文斌、贺步学、张芳芑、、高象波、马士法。

本标准过程中，修订组进行了广泛的调查研究，总结了我国工程建设的实践经验，同时参考了国外先进技术法规、技术标准，通过试验取得了大量极有价值的重要技术参数。

为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定，《动力机器基础设计标准》编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。

1总则

1.0.1 为了确保动力机器基础设计的技术性能和工程质量，做到技术先进、经济合理、安全适用和满足环境要求，制订本标准。

1.0.2 本标准适用于旋转式机器、往复式机器、冲击式机器、压力机、破碎机和磨机、振动试验台、金属切削机床等动力机器基础的非隔振设计。

1.0.3 动力机器基础设计除应符合本标准外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

条文说明

1.0.1 本条阐明了本标准的指导思想。根据动力机器基础的特点，结合工程地质条件，合理地选择基础型式、地基的有关动力参数等进行设计，确保动力机器基础满足安全要求、性能要求、质量要求，保证设计技术先进、经济合理，并且满足环境要求。

1.0.2 本标准的适用范围为直接坐落在地基上非隔振的动力机器基础设计，不包含楼层(含基础底板)上的动力机器基础设计，隔振动力机器基础设计在现行国家标准《工程隔振设计标准》GB 50463中进行了规定。

本次按照机械运动方式调整了机器类型名称，并增加了振动台基础的内容。

2术语和符号

2.1 术语

2.1.1 基组 machine-foundation system

动力机器基础和基础上的机器、附属设备、填土的总称。

2.1.2 当量荷载 equivalent load

与作用于原振动系统的动荷载相当的静荷载。

2.1.3 框架式基础 frame foundation

由顶层梁板、柱和底板连接而构成的基础。

2.1.4 墙式基础 wall foundation

由顶板、纵横墙和底板连接而构成的基础。

2.1.5 地基刚度 foundation stiffness

地基抵抗变形的能力，其值为施加于地基上的力(力矩)与其变形(角变形)之比。

2.1.6 旋转式机器 rotary machine

具有转子等旋转部件，通过匀速转动而工作的机械装置。

2.1.7 往复式机器 reciprocating machine

由曲柄(曲轴)与连杆以及做往复运动的活塞组成曲柄连杆机构的一种机械装置。

2.1.8 冲击式机器 impact machine

采用一定质量的冲锤，在一定的高度内周期性地做自由落体运动，产生具有较明显的脉冲函数特征振动荷载的机械装置。

2.1.9 振动试验台 vibration test stand

模拟真实振动环境效应，以检验各种工业产品和工程设施力学性能的标准试验设备。

2.1.10 金属切削机床 metal cutting machine tool

用切削、特种加工等方法加工金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。

条文说明

2.1.1～2.1.10 本节所列的术语均按现行国家标准《工程振动术语和符号标准》GB/T 51306、《工程结构设计基本术语标准》GB/T 50083的规定和本标准的专用名词编写。

2.2 符号

2.2.1 作用和作用响应：

F_vz——机器的竖向振动荷载；

F_vx、F_vy——机器的水平向振动荷载；

M_ф一一基组沿x轴水平、绕y轴回转的x-ф向耦合振动中机器的回转扰力矩；

M_θ——基组沿y轴水平、绕x轴回转的y-θ向耦合振动中机器的回转扰力矩；

M_ψ——机器的扭转振动扰力矩；

u_z——基组重心处或基础控制点的竖向振动位移；

u_x、u_y——基组重心处或基础控制点的水平向振动位移；

u_ф——基组沿x轴水平、绕y轴回转的x-ф向耦合振动回转振动角位移；

u_θ一—基组沿y轴水平、绕x轴回转的y-θ向耦合振动回转振动角位移；

u_ψ——基组的扭转振动角位移；

u_zz——基组沿z轴竖向振动产生的竖向振动位移；

u_zф——基组沿x轴水平、绕y轴回转的x-ф向耦合振动产生的竖向振动位移；

u_xф——基组沿x轴水平、绕y轴回转的x-ф向耦合振动产生的水平向振动位移；

u_zθ——基组沿y轴水平、绕x轴回转的y-θ向耦合振动产生的竖向振动位移；

u_yθ——基组沿y轴水平、绕x轴回转的y-θ向耦合振动产生的水平向振动位移；

u_xψ、u_yψ——基组扭转振动产生的水平向振动位移；

ω——机器扰力的圆频率；

ω_nz——基组竖向固有圆频率；

ω_nx、ω_ny——基组水平向固有圆频率；

ω_nф——基组绕y轴回转固有圆频率；

ω_nθ——基组绕x轴回转固有圆频率；

ω_nψ——基组扭转固有圆频率；

ω_nф1、ω_nф2——基组沿x轴水平、绕y轴回转的x-ф向耦合振动第一、第二振型固有圆频率；

ω_nθ1、ω_nθ2——基组沿y轴水平、绕x轴回转的y-θ向耦合振动第一、第二振型固有圆频率；

a——基础振动加速度；

υ——基础振动速度。

2.2.2 计算指标：

C_z——天然地基抗压刚度系数；

C_ф、C_θ——天然地基抗弯刚度系数；

C_x、C_y——天然地基抗剪刚度系数；

C_ψ——天然地基抗扭刚度系数；

C_pz一一桩尖土的当量抗压刚度系数；

C_pτ——桩周各层土的当量抗剪刚度系数；

K_z——天然地基抗压刚度；

K_ф、K_θ——天然地基抗弯刚度；

K_x、K_y——天然地基抗剪刚度；

K_ψ一一天然地基抗扭刚度；

K_pz一一桩基抗压刚度；

K_pф、K_pθ——桩基抗弯刚度；

K_px、K_py——桩基抗剪刚度；

K_pψ——桩基抗扭刚度；

ζ_z——天然地基的竖向阻尼比；

ζ_h1、ζ_h2——天然地基水平回转耦合振动第一、第二振型阻尼比；

ζ_ψ——天然地基扭转向阻尼比；

ζ_pz——桩基的竖向阻尼比；

ζ_ph1、ζ_ph2——桩基水平回转耦合振动第一、第二振型阻尼比；

ζ_pψ——桩基的扭转向阻尼比；

[u]——基础的容许振动位移；

[υ]——基础的容许振动速度；

[a]——基础的容许振动加速度；

m——基组的质量。

2.2.3 几何参数：

A一一基础底面积；

A_p——桩的截面积；

I_x、I_y——基础底面通过其形心轴的惯性矩；

J_ф、J_θ——基组通过其重心轴的转动惯量；

I_z——基础底面对通过底面形心的极惯性矩；

J_ψ——基组通过其重心轴的极转动惯量；

h₁——基组重心至基础顶面的距离；

h₂——基组重心至基础底面的距离。

2.2.4 计算系数及其他：

α_v——地基承载力动力折减系数；

α_z——基础埋深作用对地基抗压刚度的提高系数；

α——基础埋深作用对地基抗剪、抗弯、抗扭刚度的提高系数；

β_v——地基土的动沉陷影响系数；

β_z——基础埋深作用对竖向阻尼比的提高系数；

β——基础埋深作用对水平回转耦合振动和扭转振动阻尼比的提高系数；

δ_d——基础埋深比。

条文说明

2.2.1～2.2.4 本节中采用的符号是按现行国家标准《工程振动术语和符号标准》GB/T 51306、《工程结构设计通用符号标准》GB/T 50132的规定，并结合本标准的特点编写的。

3基本规定

3.1 一般规定

3.1.1 动力机器地基基础的设计应满足下列性能要求：

1 在静力荷载作用下，应满足地基和基础承载能力及变形要求；建造在斜坡上或边坡附近的动力基础，尚应满足稳定性要求；

2 在地震作用下，应满足地基和基础抗震承载能力要求、基础抗震稳定性要求；

3 在振动荷载作用下，应满足地基和基础承载能力的要求、基础容许振动的要求；周边环境对振动控制有要求时，尚应满足环境振动、人员舒适度和设备正常工作的要求。

3.1.2 动力机器基础的形式，应根据动力机器类型和型号、工程地质条件、振动响应控制要求等综合确定。

3.1.3 动力机器基础设计时，应避免基础产生过大或不均匀沉降。

3.1.4 重要或对沉降有严格要求的机器，在基础上应设置永久的沉降观测点；在基础施工、机器安装及运行过程中应定期观测和记录。

3.1.5 动力机器基础不宜采用液化土、软土地基作为天然地基持力层；局部存在液化土、软土地基时，宜进行地基处理；大型和重要动力机器基础应进行地基处理或采用桩基础。

3.1.6 动力机器基础设置在整体性较好的岩石上且采用锚桩(杆)基础时，应按本标准附录A的规定设计。

3.1.7 动力机器基础与建筑物的基础、上部结构以及混凝土地面宜分开。

3.1.8 当置于天然地基的动力机器基础与毗邻建筑物基础的埋深不在同一标高时，基底标高差异部分应回填夯实。

3.1.9 当管道与机器连接而产生较大振动时，连接处应采用减振或隔振措施。

3.1.10 当动力机器基础的振动不满足人员健康、生产过程、仪器设备正常工作的容许振动标准及影响建筑物的长期使用寿命时，应采用隔振措施。

条文说明

3.1.1 本条规定了设计动力机器基础应满足的性能要求。

动力机器基础的构件设计、地基承载力及变形验算、稳定及抗浮验算等，应根据现行国家标准的有关规定进行，包括国家现行标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007、《混凝土结构设计规范》GB 50010、《建筑抗震设计规范》GB 50011及现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94等。对于湿陷性黄土和膨胀土的地基处理，尚应按国家现行的有关标准、规范执行。

本标准规定了动力荷载作用下，基础振动及基底压力的性能验算要求。具体包括两部分内容：一是考虑了不同动力荷载作用下，采用不同的地基承载力折减，控制沉降比现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007更严格；二是不同动力设备，采取专门动力响应指标控制振动响应，包括位移、速度、加速度等单项或多项指标，控制指标可分别采取峰值、均方根值等，充分体现动力及其基础的性能化设计。此外，机器动力荷载作用下，附近人员舒适度、精密设备性能要求等，均需要进行性能指标验算。

3.1.2 本条规定了设计动力机器基础型式确定依据。具体设计时，要取得以下基本设计资料：①机器的型号、转速、功率等；②机器质量及质心位置，包括附属设备及管道的质量和质心位置；③机器轮廓尺寸图及设备底座外廓图等；④机器的振动荷载及其作用点位置；⑤岩土工程勘察报告及地基动力特性试验报告；⑥工艺、建筑、结构、机电资料和布置图；⑦基础的位置及其邻近机器和建筑物的基础图；⑧灌浆层厚度、地脚螺栓和预埋件的位置及其他辅助设备、管道位置和坑、沟、孔洞尺寸等。

3.1.3 机器基础强调要避免产生有害沉降，即机器基础避免产生不均匀沉降以及过大沉降。不均匀沉降导致机器加工精度不能满足、机器转动时产生轴向颤动、主轴轴瓦磨损较大、影响机器寿命等，不均匀沉降以及过大沉降均可能引起管道变形过大而产生附加应力，甚至拉裂等情况。

3.1.5 对于建造在液化土、软土地基上的大型和重要的动力机器，包括1t及以上的锻锤基础，在过去的实践经验中，容易发生偏沉或沉降过大的问题。因此，应采用地基处理(如人工地基)或桩基础。

3.1.7 动力机器基础与建筑物的基础、上部结构以及混凝土地面宜分开，主要原因是避免机器基础振动直接影响到建筑物。

当工艺布置将机器设置在建筑物的柱子附近，其基础不得不与建筑物基础相连。一般情况下，机器基础与建筑物基础组成联合基础后，由于基础质量和地基刚度都有所增加，机器基础的振动幅值可能会减小，但基础振动可能会沿建筑结构构件传播到更远的地方，影响建筑的使用功能。因此无法设缝脱开的设备基础，需要进行有效的减隔振措施，以避免振动危害。

3.1.8 动力机器基础及毗邻建筑物基础，如能满足施工要求，两者的埋深可不置于同一标高上。所谓满足施工要求即开挖较深的基础槽时，放坡不影响浅基础的地基，以及对基底标高差异部分的回填土分层夯实等，一般要求压实系数不小于0.94，对于大型和重要的动力机器，压实系数不小于0.97。这主要考虑到基础底标高以下的地基土是影响基础正常使用的主要部分，不能扰动，以保证质量。

3.1.9 设备管道既是振动传播的路径，也可能是振动源，连接处应采用减振或隔振措施，可采用减振支架和软性连接等措施。

3.1.10 本条为强制性条文，必须严格执行。本条规定的目的是当动力机器基础的振动对人员健康、生产过程、仪器设备及建筑物产生有害影响时，应采用隔振措施降低动力机器的振动影响，否则会造成人员舒适度下降、无法正常工作，工业生产过程因振动超标导致次品率增加、产品不合格、被迫停产，附属操作设备振动过大无法正常使用，高昂价值的精密仪器设备无法正常使用等后果，甚至造成附属建筑结构因振动损伤、破坏，其经济损失、次生危害、社会影响等都较为严重。