浅谈设备基础安装中的垫铁设计
摘要：主要结合设计经验对设备基础安装中的垫铁设计进行了介绍，包括对垫铁面积公式的分析推导以及公式中各个参数的计算、垫铁的规格及布置方式介绍及选择原则。
并提出了计算机辅助计算建议。
关键词：垫铁；面积公式；规格选择；布置原则
中图分类号：TB21
Discussion on Shim Plate Design in the Installation of the equipment foundation
Li Suqin
（Taiyuan Tongze Heavy Industry Co., LTD , Taiyuan 030032, China）Abstract: Mainly introducing the shim plate design method in equipment foundation installation, combination design experience, including analysis and derivation of the calculation formula, parameter calculating, specifications and layout mode selection principles. Finally, this article puts forward the Suggestions about computer-aided calculation.
Key words: shim plate; calculation formula; Specifications choice; Layout principle
0 引言
垫铁是机械设备安装中常见的材料之一，垫于设备底座和混凝土基础或钢结构框架之间，用于承受设备质量和设备运转中产生的各种动负荷，并在安装时用其调整设备标高和水平度。
在巴州西姆莱斯石油专用专用管制造有限公司366TRCM连轧机组生产线项目的设备基础垫铁布置图设计中，计算设备安装垫铁面积时，发现在不同的
标准中的垫铁面积计算公式不一致现象，计算结果相差万倍，并且多个标准中的设计原则不全面不统一，这给设计人员在设计中时带来了很大的困惑，此文章对垫铁面积公式进行了理论推导及对各标准中的公式进行了验证，并结合设计经验对设计流程中的各个设计环节进行了梳理统一，对垫铁方面的现行标准、资料进行补充完善。
1 垫铁设计流程
在垫铁设计时，首先要根据已知设备及地脚螺栓情况，计算出所需垫铁组的总面积，再选择垫铁的规格及型号，计算出垫铁最小组数，最终根据布置原则及设备底座及螺栓情况确定垫铁数量及布置方式，并对垫铁规格调整。
2 垫铁面积计算
2.1 垫铁面积的计算公式推导
在设备基础垫铁布置图设计中，首先要计算垫铁组面积，垫铁组面积计算公式为：
垫铁组下基础或地坪混凝土所承受的挤压强度≤混凝土基础或钢结构框架的许用抗压强度
即：
得到：（1）
式中：—垫铁组下基础或地坪混凝土所承受的挤压强度（Pa）；—基础或地坪混凝土所承受的载荷（N）；—设备等加在垫铁组上的载荷（N），一般取设备底座重量及底座上设备等重量所产生的载荷的总和；—地脚螺栓拧紧时在垫铁组上所产生的载荷（N）；A—垫铁组面积（）；R—基础或地坪混凝土的抗压强度,可取混凝土的设计强度（Pa），一般按混凝土抗压强度等级计算，如C30的混凝土，其抗压力强度等级为30MPa[1]；C—安全系数，取1.5～3，对于承受冲击载荷、振动较大的设备，C值可以取较大的值。
我们这里所有的数据统一采用国际单位，以保证公式成立。
但在大多数公式中，A采用的单位为，而强度、R采用的单位为MPa。
因：。
故公式统一改变单位后也成立为：
即：（2）
式中：A的单位：; 的单位：N; R的单位：MPa。
2.2 公式中参数的计算
参数为地脚螺栓拧紧时在垫铁组上所产生的载荷，应该取螺栓紧固力，如果设备技术文件对设备对紧固力没有规定时，可以取螺栓的许用应力:
（3）
式中：d—地脚螺栓直径（mm），一般取名义直径；n—地脚螺栓数量；—地脚螺栓材料的许用应力（MPa），；s取1.2～1.5；可按地脚螺栓的性能等级计算，取公称屈服强度。
如地脚螺栓为3.6级，则其公称抗拉强度为300MPa，公称屈服强度为300×0.6=180MPa[2] 。
3 不同标准中的计算公式的验证
以下是不同标准或材料中的垫铁面积的计算公式：
（1）GB50231-2009 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》[3] 中垫铁面积的计算公式：
（4）
式中：A—每组垫铁的面积（）；—设备等加在垫铁组上的载荷（N）；—地脚螺栓拧紧时在垫铁组上所产生的载荷（N）；R—基础或地坪混凝土的抗压强度（MPa）,可取混凝土的设计强度；n—垫铁组的组数；C—安全系数，取1.5～3。
此公式计算的是每组垫铁的面积，与我们在1.1中推导的公式（2）单位一致，但计算结果却放大了100倍，不合理。
（2）YGJ209-83《中低压设备施工及验收规范》[4] 中垫铁面积的计算公式：
(5)
A—一组垫铁的面积，；C—系数，C=2～3;—设备附件及物料等的重量，公斤力；—全部地脚螺栓紧固后，作用在垫铁上的总压力，公斤力；n—垫铁组的组数；R—基础或地坪混凝土的抗压强度（可采用混凝土设计标号）,。
此公式中得到的单位为，得到的数据乘于100换算为单位，与我们推导的公式（1）、（2）结果一致。
（3）《机械设备安装工程手册》[5] 中垫铁面积的计算公式：
(6)
式中：A—单块垫铁最小面积（两侧一组），；R—基础混凝土单位面积抗压强度，MPa；—机器质量加在垫铁组上的载荷，N；—地脚螺栓紧固轴向力，N；C—系数，一般取1.5～3；
此公式与我们推导的公式（2）单位相同，公式一致，得到的结果也一致。
(4) GB50231-98 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》[6] 中垫铁面积的计算公式：
(7)
式中：A—垫铁面积（）；—由于设备等和重量加在该垫铁组上的负荷（N）；—地脚螺栓拧紧所分布在该垫铁组上的压力（N），可取螺栓的许可抗拉力；R—基础或地坪混凝土单位面积抗压强度（MPa）,可取混凝土的设计强度；C—安全系数，宜取1.5～3。
此标准已被GB50231-2009 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》标准代替，与公式（4）单位一致，但结果却比公式（4）大100倍，比我们推导的公式（2）大10000倍，不合理[7]。
综上，GB50231-98、GB50231-2009中的公式（4）、（7）错误，公式（5）、（6）公式与（1）、（2）公式计算结果相同。
另外还有其它标准或材料中也有此垫铁面积计算公式，无论哪个公式，推导原理都是相同的，只是可能推导过程中的单位的变换，有时会造成计算结果错误[7]。