設(shè)備安裝墊鐵面積計算公式分析修正

摘 要：墊鐵是機械設(shè)備安裝的重要輔助材料，關(guān)于墊鐵面積的計算，國家相關(guān)規(guī)范中給出了計算公式，但是很多人在使用時遇到了困難，無法根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范公式得出正確的數(shù)值。本文根據(jù)量綱分析及引用追溯，找出了公式的錯誤及原因，并對原公式進行了修正。

關(guān)鍵詞：墊鐵；機械設(shè)備；面積；公式；量綱分析；錯誤； 原因 ；修正

本文通過運用量綱分析及查閱文獻等方法，找出了公式的錯誤及原因，并提出了新的公式。

1.公式出現(xiàn)的錯誤及原因分析

1.1《2009規(guī)范》公式出現(xiàn)的錯誤

在《2009規(guī)范》的P10～P11中，給出了墊鐵面積的計算公式：

每一組墊鐵的面積，應(yīng)符合下式的要求：

式中：A——每組墊鐵的面積（mm2）

Q1——設(shè)備等加在墊鐵組上的載荷（N）

Q2——地腳螺栓擰緊時在墊鐵組上產(chǎn)生的載荷（N）

R——基礎(chǔ)或地坪混凝土的抗壓強度（MPa），可取混凝土的設(shè)計強度

n——墊鐵組的組數(shù)

C——安全系數(shù)，宜取1.5～3[2]

以某鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐為例進行計算，其基礎(chǔ)為C30混凝土，在此R取30MPa；其中轉(zhuǎn)爐非傳動側(cè)承載的設(shè)備等加載在墊鐵上的載荷Q1為3912759N；非傳動側(cè)地腳螺栓為16枚M64*1.52m預(yù)埋螺栓，每枚地腳螺栓可提供的緊固力為18760N～26800N，在此去偏大值26000N，安全系數(shù)C取3，墊鐵組按每個螺栓至少2組考慮，布置32組，根據(jù)上述公式及說明計算可知：

由上述計算我們可以看出由《2009規(guī)范》公式得出每一組墊鐵所需要的面積超過了1m2，由常識可知這個數(shù)值遠遠大于了正常值，是錯誤的。

1.2《2009規(guī)范》公式的量綱分析

量綱分析是自然科學(xué)中一種重要的研究方法，它根據(jù)一切量所必須具有的形式來分析判斷事物間數(shù)量關(guān)系所遵循的一般規(guī)律。通過量綱分析可以檢查反映物理現(xiàn)象規(guī)律的方程在計量方面是否正確。由《2009規(guī)范》P10～P11公式及說明可以得出如下量綱分析公式：

因為原公式中C和n根據(jù)說明均為無量綱的系數(shù)，故在進行量綱分析時不予考慮，但公式中的常數(shù)“100”沒有說明，在進行量綱分析時暫時予以保留。由上面的量綱分析可以看出，公式兩遍的單位都是mm2，但是公式右邊的常數(shù)“100”，無法簡單從量綱分析直接進行解釋。而由上述的量綱分析可以看出這個系數(shù)極有可能是引起公式結(jié)果計算錯誤的緣由所在。

1.3《2009規(guī)范》公式追溯

因僅從量綱分析角度無法確定公式錯誤的原因，還需要從公式的出處進行追溯查找。根據(jù)《2009規(guī)范》前言部分可知，《2009規(guī)范》是由中國機械工業(yè)建設(shè)總公司會同有關(guān)單位共同對《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》GB50231-98（以下簡稱《98規(guī)范》）進行修訂而成[3]。進而查閱《98規(guī)范》對墊鐵面積的計算公式如下：

每一組墊鐵的面積，應(yīng)根據(jù)設(shè)備符合，按下式計算：

式中：A——墊鐵面積（mm2）

Q1——由于設(shè)備等的重量加在該墊鐵組上的載荷（N）

Q2——由于地腳螺栓擰緊所分布在該墊鐵組上的壓力（N）時在墊鐵組上產(chǎn)生的載荷（N）可取螺栓的許可抗拉力

R——基礎(chǔ)或地坪混凝土的單位面積抗壓強度（MPa），可取混凝土的設(shè)計強度

C——安全系數(shù)，宜取1.5～3[4]

同樣運用該公式對2.1中某鋼廠轉(zhuǎn)爐非傳動側(cè)軸承座墊鐵面積進行計算，因為墊鐵組均勻布置，可按載荷Q1和Q2均勻分布考慮，可以得出

安全系數(shù)及混凝土地坪抗壓強度均選取同2.1相同的值，可以得出

我們發(fā)現(xiàn)這個公式計算的數(shù)值比《2009規(guī)范》的公式還要大，顯然也是錯誤的。

根據(jù)《98規(guī)范》關(guān)于發(fā)布《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》等十項國家標準的通知可知：《98規(guī)范》施行的同時，原國家標準《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范》TJ231同時廢止[5]，我們再次查閱《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范TJ231（一）-75第一冊 通用規(guī)定》（以下簡稱《75規(guī)范》）關(guān)于墊鐵面積的計算公式如下：

當(dāng)墊鐵組放在混凝土基礎(chǔ)或地坪上是，其面積可按下述近似公式計算：

式中：A——墊鐵面積，平方毫米

C——安全系數(shù)，可采用1.5～3

Q1——由于設(shè)備等的重量加在該墊鐵組上的負荷，公斤力

Q2——由于地腳螺栓擰緊（可采用地腳螺栓的許可抗拉強度）后，所分布在該墊鐵組上壓力，公斤力

R——基礎(chǔ)或地坪混凝土的單位面積抗壓強度（可采用混凝土的實際標號），公斤力/厘米2[6]

由上述我們可以看到在《75規(guī)范》中使用的并非國際單位制，為此我們在利用該公式計算前需將數(shù)值先調(diào)整為說明要求的單位制，同樣對2.1中某鋼廠轉(zhuǎn)爐非傳動側(cè)軸承座墊鐵面積進行計算，其中

Q1=12227.3kgf，Q2=1300kgf，R為300kgf/cm2，C依然同前取3，根據(jù)上述公式可以得出：

這個數(shù)值符合現(xiàn)場實際結(jié)果。

《75規(guī)范》公式量綱分析

由《75規(guī)范》P43～P44 附錄四 墊鐵的負荷和面積公式及說明可以得出如下量綱分析公式：

因為原公式中C根據(jù)說明為無量綱的系數(shù)，故在量綱分析中不予考慮。但公式中的常數(shù)“100”沒有說明，在進行量綱分析時予以保留。由上面的量綱分析可以看出，公式左邊是mm2，右邊是100cm2，在此，為了更好的分析上述公式，對其進行如下移項處理：

由此我們可以看出在前述《75規(guī)范》中未有說明的常數(shù)“100”是因為公式左右兩邊單位不統(tǒng)一時由單位cm2向單位mm2換算的單位換算系數(shù)。

因此，在公式左右兩邊單位統(tǒng)一的情況下，該單位換算系數(shù)自然就不應(yīng)存在。由此可知《2009規(guī)范》設(shè)備安裝墊鐵面積計算公式的錯誤，是在引用舊規(guī)范公式時只將單位制進行變換，未同時將單位換算系數(shù)進行調(diào)整所致。

2.公式修正

由2.4的分析可知在公式兩邊單位統(tǒng)一的情況下，應(yīng)當(dāng)將原公式中的單位換算系數(shù)去掉，所以《2009規(guī)范》中的墊鐵面積計算公式應(yīng)當(dāng)修正為：

公式中各符號說明同《2009規(guī)范》。

我們再次將2.1中某鋼廠轉(zhuǎn)爐非傳動側(cè)的計算進行驗證如下：

由上述計算可知該結(jié)果符合現(xiàn)場實際結(jié)果。

3.結(jié)束語

國家規(guī)范修訂是一個龐大的系統(tǒng)工程，在修訂過程中難免百密一疏，但是任何錯誤都有可能引起現(xiàn)場施工人員的困惑。希望下次規(guī)范修訂時相關(guān)工作人員對此予以修正，以方便工程施工人員施工計算。

參考文獻：

[1]. 鄒偉 鞏國志 谷樹林 孫國良 李瑩 . 一種設(shè)備安裝找正的新方法[J] . 安裝. 2014.07：29-31