李宇华

（北京构力科技有限公司上海分公司 200023）

注：本项目信息来自常州天合智慧能源工程有限公司

拟建工程位于青海省海南藏族自治州，计划安装32台风力发电机。基础形式拟采用圆形扩展基础，基础埋深为-4.5m。项目基本信息详见表1-1。

拟建建筑物基本信息 表1.1

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）附录A.0.29条，工程区地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，地震分组第二组，工程区属区域构造较稳定地区。

依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）表4.1.6和表4.1.3，综合评定建筑场地类别属Ⅱ类，水平地震影响系数最大值为0.12；拟建场地属建筑抗震一般地段。

测风塔116m高度年平均风速为7.02m/s（推算），风功率密度为369W/m²； 根据《风电场工程风能资源测量与评估技术规范》(NB/T31147-2018) 判定该区域风功率密度等级为2级，风能资源较为丰富。

根据茶卡气象站数据推算风电场116m高度标准空气密度条件下50年一遇最大风速为31.75m/s，小于37.5m/s。根据测风塔湍流强度分析，湍流强度呈现出随高度增加而减小的变化规律，116m高度15m/s风速段湍流强度为0.033，湍流强度小于0.12，湍流强度较小。根据国际电工协会IEC61400-1 (2005)判定该风电场可选用适合IEC、ⅢC及其以上安全等级的风机。

（1）《工程结构通用规范》（GB55001-2021）；

（2）《混凝土结构通用规范》（GB55008-2021）；

（3）《建筑与市政工程抗震通用规范》（GB55002-2021）；

（4）《建筑与市政地基基础通用规范》（GB55003-2021）；

（5）《混凝土结构设计标准》（GB/T50010-2010）；

（6）《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）；

（7）《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）；

（8）《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）；

（9）《风电场工程等级划分及设计安全标准》（NB/T 10101-2018）；

（10）《陆上风电场工程风电机组基础设计规范》（NB/T 10311-2019）；

采用PKPM-FJ模块进行风机基础设计工作，PKPM-FJ模块采用统一的Ribbon界面，一体化的操作流程可以快速输入及导入导出地质资料，参数化建模塔身和基础，参数化输入风机荷载（正常运行工况、极端荷载工况、多遇地震工况、罕遇地震工况、疲劳荷载工况），参数化输入预应力锚栓、钢筋等关键信息，；

基础计算分析支持规范算法和有限元算法两种，提供各单项图文计算结果以及包含有限元位移、内力、配筋等结果的风机基础整体计算书，支持一键生成风机基础施工图。

根据厂家提供的风机基础提资资料提取塔身数据，风机塔身总高度116m，共分5段，每段外径、自重，高度详见软件风机塔筒信息输入界面。风机塔身资料可以用于计算风机基础多遇地震工况、罕遇地震工况下的风机塔筒底部内力标准值，相关计算数值详见图1；

风机基础计算参数支持按照风机行业规范《风电场工程等级划分及设计安全标准》（NB/T 10101-2018）、《陆上风电场工程风电机组基础设计规范》（NB/T 10311-2019）修改安全等级和重要性系数，设置地基动态刚度验算参数。计算工况组合可以自动按照通规或者行业规范系数进行取值设计，也支持设计师手动交互输入修改，材料强度和钢筋强度、保护层厚度等参数也可以交互输入，可以满足设计师的设计需要。本工程相关计算参数输入界面详见下图。

通常情况下，风机厂商提供的信息都不能直接进行风机基础计算，设计师需要根据厂家的产品参数报告自己提取出本项目风机塔筒底部荷载标准值用以计算，本项目提取的荷载详见表1、表2。

表1 风机塔筒底部荷载标准值提资

表2 塔架 0.65m处疲劳载荷提资

将提取的风机塔筒底部荷载标准值输入软件荷载信息交互界面如图7所示，其中地震力计算内力值是根据图1风机塔筒相关信息和地震基本参数计算而来，设计师可以选择用软件的地震力计算功能获取地震力，也可以选择手动交互输入地震力信息。

在软件操作自由度方面，如果用户在前期设计阶段无法获得相关风机塔筒相关信息，可以直接在PKPM-FJ荷载信息交互输入界面的风机塔筒底部内力标准值交互菜单栏中输入多遇地震工况和罕遇地震工况的相关荷载，此时可以忽略塔身建模，保证前期计算可以正常推进。

确定了相关厂家的的风机产品样本以后，风机塔筒底部荷载标准值也就随之而确定。通常情况下厂家会匹配相关的基础设计及施工提资资料（详图5），本项目风机塔身为纯钢结构，根据设计要求采用扩展基础。厂家推荐的基础尺寸（详图8），将厂家提供的扩展基础详图的尺寸输入至PKPM-FJ扩展基础尺寸信息输入界面进行计算。

扩展基础尺寸信息确定好以后，根据厂家提供的基础设计及施工提资资料（详图5）输入预应力锚栓信息：包含预拉力强度、锚栓强度、锚栓根数、上下锚固件及高强灌浆参数等信息（详图10）。

根据调研风机基础设计单位设计师常见设计需求，当前版本PKPM-FJ模块的高强灌浆料下方网格配筋、底部固定环上方网格配筋（详图11）、基础径向环向钢筋（详图12）还需要设计师手动输入进模型参数界面进行验算，后续版本的风机基础模块更新将会支持按照设计结果进行自动配筋生成的能力。

PKPM-FJ基础计算结果支持构件算法和有限元算法两种输出，软件目前支持基础脱开面积验算、地基、桩基承载力验算、软弱下卧层验算、基础抗倾覆、抗滑移验算、地基动态刚度验算、基础抗冲切、抗剪验算、基础沉降、倾斜、配筋、裂缝、疲劳计算、锚栓计算、局压计算、台柱配筋计算等十六种计算结果输出。图13 - 图18仅展示部分计算结果，软件输出每一项计算结果的详细计算过程，方便用户手工校核及整理计算文档。

PKPM-FJ基础有限元算法计算结果当前版本支持输出有限元位移、有限元内力、有限元配筋结果，后续版本将会支持基于有限元结果的基础反力、承载力校核等输出能力。图19 - 图21仅展示部分有限元计算结果。

PKPM-FJ基础整体计算书专为风机基础设计打造，将风机基础建模的尺寸信息、荷载信息等整理汇总，并将规范要求的基础脱开面积验算、地基、桩基承载力验算、软弱下卧层验算、基础抗倾覆、抗滑移验算、地基动态刚度验算、基础抗冲切、抗剪验算、基础沉降、倾斜、配筋、裂缝、疲劳计算、锚栓计算、局压计算、台柱配筋计算等十六种计算结果进行整理汇总并给出判定结论指导用户计算是否存在一定问题。PKPM-FJ基础施工图支持钢筋表及开挖土方量，混凝土用量，钢筋用量，防腐面层面积等工程量统计。

1. PKPM-FJ风机基础设计软件的整体操作风格与PKPM结构产品系列保持高度一致，上手难度低。基础参数、基础荷载、基础截面、锚栓以及钢筋输入等信息分菜单输入，更加方便输入和查改。

2.PKPM-FJ风机基础设计软件集成了构件算法与有限元算法两种计算结果输出功能，为设计师提供了多样的选择。

3.PKPM-FJ风机基础设计软件支持基础脱开面积验算、地基、桩基承载力验算、软弱下卧层验算、基础抗倾覆、抗滑移验算、地基动态刚度验算、基础抗冲切、抗剪验算、基础沉降、倾斜、配筋、裂缝、疲劳计算、锚栓计算、局压计算、台柱配筋计算等十六种计算结果的输出和判定结论展示，基本可以满足常规风机基础设计需求。

4.PKPM-FJ风机基础设计软件支持基础施工图的自动生成和开挖土方量，混凝土用量，钢筋用量，防腐面层面积等工程量统计，提升设计师出图效率的同时也更有助于对项目成本把控。