汽機基礎的抗震設計通常包括內力響應、位移響應、強度計算等內容。近年來有的制造商提出要對基礎與汽輪發(fā)電機組聯(lián)結點的地震加速度進行控制，規(guī)定水平地震加速度不能超過0.3g，垂直地震加速度不能超過0.2g，這就要求汽機基礎的抗震設計增加加速度響應的計算內容。

德國 GERB 公司Peter Nawrotzki博士在他的一篇論文中提出了減小汽機基礎地震響應的兩項對策：一是降低結構的基本頻率，二是增加體系的阻尼。但是當代鋼筋混凝土柔性汽機基礎的基頻已經(jīng)很低，進一步降低的空間已經(jīng)很小;而且，單一材料(鋼筋混凝土)汽機基礎的阻尼也很難提高，Peter Nawrotzki博士的抗震策略在常規(guī)汽機基礎中難以應用。

與之形成鮮明對比的是，彈簧隔振汽機基礎可以大幅度地將水平自振頻率降到1Hz以下，而且在隔振器中配置適量的阻尼器可以調整整個體系的阻尼。靈活運用Nawrotzki博士的抗震策略，汽機基礎的頻率、振型、位移和加速度響應甚至阻尼都是可調的、可優(yōu)化的。這就為汽機基礎的抗震設計拓寬了道路，為彈簧隔振汽機基礎在高烈度地震區(qū)的應用開辟了廣闊的空間。

1. 汽輪發(fā)電機組彈簧隔振基礎的布置形式

為了方便起見本文稱無隔振汽機基礎為常規(guī)基礎。這種基礎大都采用島式布置，典型的常規(guī)基礎橫向布置如圖1所示。

圖1 典型的常規(guī)汽機基礎

將常規(guī)基礎的所有柱子沿頂板底面切斷，并將切斷后的柱頭再切除一截(其長度等于隔振器的高度)，然后在柱頂與頂板之間塞進隔振器，就形成了島式布置的彈簧隔振汽機基礎(圖2)。島式布置的彈簧隔振基礎已將機組和頂板與下部結構隔開，具備了隔振的功能，其下部結構已沒有必要再與主廠房分割開來。

圖2 島式布置彈簧隔振汽機基礎

為了調整抗震性能和優(yōu)化結構布置，又進一步把隔振基礎的下部結構與主廠房結構聯(lián)系起來，演變成了聯(lián)合布置的彈簧隔振基礎(圖3)。聯(lián)合布置隔振基礎所帶來的優(yōu)點已經(jīng)超出了抗震性能的改善，它為改進工藝布置、節(jié)約主廠房空間、降低工程造價帶來了巨大的潛力。

圖3 聯(lián)合布置彈簧隔振汽機基礎

汽機基礎的彈簧隔振與房屋建筑的隔震在布置和功能上有很大差別。房屋建筑隔震的隔震層布置在上部結構與基礎之間，起隔離地震能量的作用;汽機基礎彈簧隔振的隔振器布置在頂板與下部結構之間，既阻止了汽輪發(fā)電機組振動的傳播，也隔斷了地震波的傳遞。它們在抗震性能和抗震設計上存在很大差別。

2. 聯(lián)合布置彈簧隔振汽機基礎的優(yōu)越性

首先，聯(lián)合布置的彈簧隔振基礎采取了隔振措施，機組和平臺板已經(jīng)與下部結構隔離開，機組振動傳遞的風險已不再是主廠房布置所考慮的主要因素，主廠房框架可以與汽機基礎下部結構統(tǒng)一布置，多余的梁柱可以合并，結構布置可以大大優(yōu)化，粗笨的柱子和剪力墻都不再必要。于是，大幅度地節(jié)省了主廠房的寶貴空間，其經(jīng)濟效益遠大于彈簧隔振器的費用。

再從主廠房抗震來看：電廠主廠房通常都是跨度大、層高高的空曠結構；為了避免汽輪發(fā)電機組的振動向外傳遞，汽機基礎都采用獨立的島式布置，因而更加削弱了主廠房框架的橫向剛度。唐山地震、汶川地震都曾發(fā)生過電廠主廠房屋架(網(wǎng)架)垮塌的先例，說明在8度以上高烈度地區(qū)，電廠主廠房是抗震薄弱環(huán)節(jié)。

如果汽機基礎采取聯(lián)合布置的彈簧隔振，則不但主廠房框架的橫向剛度可以大大加強，而且還可以在主廠房內布置多道水平減震耗能裝置，增加整個廠房結構的阻尼比，從而大幅度降低各項地震響應，解決了高烈度地區(qū)建廠的巨大難題。

此外，大型汽輪發(fā)電機組及其基礎頂板的質量常常高達4-5千噸，在整個主廠房結構質量中占有很大比例，這一部分質量如果納入主廠房結構抗震分析的整體模型中去，可以起到“質量阻尼器”的作用，大大降低整個體系的基本頻率，使輸入的地震作用大為減小，使主廠房抗震體系的工程量大為降低。

最后，汽機基礎本身也可以從聯(lián)合布置的彈簧隔振方案中得到改善。汽機基礎隔振與房屋建筑隔震不同，房屋建筑隔震的隔振層很低，可以直接采用地面波作為其地震輸入;彈簧隔振汽機基礎的隔振器布置在頂板底部，系高位布置，地面波經(jīng)過下部結構的傳遞后會在其頂部形成放大了的樓層響應譜，這個放大了的響應譜才是彈簧隔振汽機基礎頂板的地震輸入。

聯(lián)合布置的彈簧隔振汽機基礎可以通過整體結構的優(yōu)化設計或設置減震耗能裝置來降低下部結構頂端的樓層響應，減小汽機基礎頂板的地震輸入，提高隔振汽機基礎的抗震性能。然而，島式布置的彈簧隔振汽機基礎不具備這一優(yōu)點。

聯(lián)合布置的彈簧隔振基礎已在土耳其獲得成功應用，最高抗震設防烈度達到9.5 度(最大地面加速度0.6g)，它是隔而固德國埃森工程公司為土耳其一個強震區(qū)的電廠專門設計的。我國連云港田灣核電站的汽機基礎也采用通過縱、橫梁與廠房結構聯(lián)結的立柱式彈簧隔振基礎，屬于聯(lián)合布置基礎的一種。預計，聯(lián)合布置彈簧隔振基礎會被越來越多的工程采用，特別是在9 度及9 度以上的高烈度地震區(qū)。

本文摘錄自羅國澍 , 房俊喜 , 王建撰寫的《汽輪發(fā)電機組彈簧隔振基礎的抗震性能》一文，原文刊發(fā)于《武漢大學學報:工學版》, 2009年。