海上测风塔基础设计及相关类项分析

总体而言，海上测风塔基础结构设计涉及的相关设计类项包括桩基设计、结构强度与稳定性分析、钢筋混凝土承台的强度验算、基础结构变形计算、混凝土结构的裂缝计算、基础结构的疲劳强度验算等，结构强度分析中还应包含结构连接节点的强度计算。由于海上测风塔设计使用年限较短，与海上风力发电机组基础结构不同，在海风和波浪、海冰等动力荷载作用下引起的疲劳损伤较为有限，一般可不作疲劳分析。

1.桩基设计

桩基设计包括桩型选择、持力层选择、桩径与壁厚、桩长和桩数确定等。桩数的确定采用荷载效应的标准组合，同时与桩基的竖向承载力、抗拔承载力和水平承载力有关，具体复核的内容与选定的海上测风塔基础结构型式有关。桩基础单桩承载力均采用特征值，取最不利环境条件和对应的水位条件组合来验算。地震工况时应复核多遇地震工况下单桩荷载与单桩抗震承载力特征值，此时水位采用抗震设计水位，并取最不利水位。

桩数确定时应考虑海床冲刷情况与防冲刷措施设计的影响。当多桩基础呈非轴对称布置时，应考虑风、浪、冰、流等环境要素沿不同入射方向角的影响。

2.结构强度与稳定性验算

结构强度与稳定性验算包括海上测风塔基础结构的拉、压、弯、剪、扭和内水压力等可能的多种内力组合形式下结构强度与整体稳定性、局部稳定性和翘曲稳定性的验算。

结构强度与稳定性验算采用荷载基本组合，各荷载需乘以相应的分项系数，并应考虑结构重要性系数的影响。抗震工况验算时多遇地震作为可变荷载来进行。取最不利环境条件和对应的水位条件组合，涉及的环境荷载均需乘以对应的荷载分项系数。海上测风塔桩基多采用钢管桩，其结构强度验算与稳定性验算与上部结构类似。

除了单桩基础型式外，由于其他型式基础结构中杆件众多，不同部位杆件的最不利内力组合可能不同，不应盲目采用某一固定组合进行所有杆件的结构强度与稳定性验算。结构强度与稳定性验算应考虑海床冲刷的影响，必要时可考虑腐蚀效应对杆件壁厚的影响。

3.承台结构强度验算

当采用桩基承台基础结构型式时，需要进行承台结构的强度验算。承台结构强度验算包括承台抗剪、抗弯、抗冲切和局部承压强度等几项。承台结构强度验算采用荷载基本组合。对于海上测风塔基础，通常将承台底面布置在最高水位对应的波峰以上，结构受力较为明确。当承台布置高程较低时，在水平方向上承台受到波浪的水平推力和倾覆力矩，在竖向上承台受到波浪的浮托力和浮托力矩，承台受力与水位密切相关，应进行慎重分析。(www.xing528.com)

4.变形计算

海上测风塔基础结构的变形包括基础的沉降、水平位移、倾斜率和泥面以上结构部分的倾斜与位移等几项。变形验算时采用荷载的标准组合或频遇值组合或准永久组合，取决于具体的计算项目。

变形验算时对应的水位取设计高水位和设计低水位之间的某一最不利水位。当基础结构为非轴对称结构时，应取最弱轴方向的变形计算结果作为代表值进行验算。基础结构变形计算中还应考虑结构腐蚀的影响和海床冲刷的影响。

5.钢筋混凝土结构裂缝计算

当基础采用桩基承台结构型式或桩基采用灌注桩或预应力钢筋混凝土管桩时，涉及钢筋混凝土结构的裂缝宽度验算问题。混凝土结构的裂缝验算采用荷载的标准组合或准永久组合，取决于裂缝控制等级。裂缝宽度验算时不考虑多遇地震作用工况，水位取设计高水位和设计低水位之间的某一最不利水位。

海上测风塔基础设计时，相关各主要设计内容与其对应的荷载和效应组合如表5-28所示。表中将桩基设计部分分为桩数确定和桩身结构强度验算两部分，桩数确定与桩基承载力特征值有关，荷载效应组合采用标准组合。桩身结构强度与稳定性验算则采用基本组合。由于承台结构属于钢筋混凝土结构，其强度计算项目与钢结构强度与稳定性计算项目不同，故承台结构强度和基础结构强度单独进行说明。裂缝宽度计算一般可采用准永久组合，当裂缝要求很严格时也可采用标准组合。倾斜与变形验算可采用标准组合，基础沉降计算采用准永久组合。

表5-28　海上测风塔基础设计内容、荷载效应组合和主要设计荷载

注：1.“√”表示该荷载参与组合；“—”表示该荷载不参与组合；“*”表示仅当多遇地震工况为基础设计的控制荷载工况时才进行该项验算。
2.进行荷载组合时，波浪荷载和冰荷载不同时考虑。
3.波浪荷载可以与水流荷载同时考虑，表中仅列出了分开考虑的情况。
4.施工工况根据具体情况单独考虑，表中未列出。