风力发电机组基础设计研究摘要
能源和环境是当今人类生存和发展需要解决的紧迫问题。不可再生能源的大
量开采、能源利用中环境的破坏等一系列问题迫使我们在开发利用常规能源的同时，应该更加注重开发可再生的清洁能源，如风能、太阳能、潮汐能、生物质能
和水能等。风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各国政府、能源界和环保界
的高度重视，发展风力发电事业是目前国内外电力事业发展趋势之一。地球上风
力资源蕴藏量大,清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经
济效益和社会效益。
近年来，国内许多风电场工程已相继建成发电或正在建设，但涉及风电机组
安全的风电机组基础设计却一直没有系统、详细的理论支持，设计中一般借鉴电
力工程、建筑工程等设计理论，造成风电机组基础设计有的偏于保守，有的偏不
安全，个别已建风电场风机机组在极端工况时甚至出现基础倾倒破坏的现象，经
济损失较大。
关键词风机基础偏心受压基底允许脱开面积地基变形计算
稳定性计算裂缝宽度验算疲劳强度验算
1 风电发展概况
世界上，欧洲国家最早开始利用风力发电。19世纪末，丹麦首先开始探索风
力发电，建立了世界上第一座风力发电试验站。20世纪30年代，丹麦、瑞典、
苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这
种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用。20世纪70年代，美国、丹麦建成大中型发电机组电站。自20世纪90年代以来，丹麦、德国大力发
展风力发电站，每年风力发电量的增长率均在30%以上，并制定出长期发展规划。
除德国和丹麦外，荷兰、瑞典、法国、挪威、芬兰、意大利和西班牙等国家也出
台了5年、10年风力发电普及计划。
20世纪90年代是我国风力发电的发展阶段，主要设备采用的是进口设备并
由国外政府贷款协助完成。“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。全国
风电规划目标：国家发改委制定《国家风力发电中长期发展规划》，并广泛征集
各省发改委（计委）和有关单位的意见，提出了到2020年全国建设2000万kW
风电装机的宏伟目标，风电要在能源供应和减排温室气体方面起显著作用是2020
年以后。
1.
国内风机基础设计发展概况
目前国内风机基础的设计水平整体处于较落后的水平，体现在以下几个方面：1.与其他大型工程相比较，没有针对风电场设计的正式国家规范、规程，仅有的
两本技术标准《风电场工程等级划分及设计安全标准（试行）》（FD002-2007）、《风电机组地基基础设计规定（试行）》（FD003-2007）内容较不完善，无法有
效保证风机基础设计的合理性。2.在计算机辅助工具日益盛行的今天，设计者对
计算软件的使用没有统一认识，且设计者广泛采用的部分软件本身技术含量较低、功能落后。目前，国际上可以应用于风机基础设计的软件主要有：工程模拟有限
元软件ABAQUS、Bentley工程软件有限公司开发的国际化通用结构分析与设计软
件STAAD/CHINA、通用有限元分析软件ANSYS等三款软件。国内设计人员主要采
用CFD风电工程软件-塔架地基基础设计软件WTF进行风机基础初步设计。WTF是
北京木联能软件技术有限公司与中国水电工程顾问集团公司联合开发的，与《风
电机组地基基础设计规定（试行）》（FD003-2007）的配套设计软件。施工图设
计主要采用美国PTC公司旗下的一款工程计算软件MATHCAD作为计算编制工具，
手工逐项输入计算，类似于国内20世纪90年代以前民用设计采用的手工计算，
其计算结果必然千差万别。3.实际工程中采用的基础形式单一、配筋混乱，缺乏
必要的技术创新。4.风机生产厂家无法对所提风机荷载提供详细计算书，导致缺
乏必要的外部监督、检查。鉴于以上原因，必然导致国内风机基础设计水平整体
比较落后，有的偏于保守，有的偏不安全。
1.
风机基础设计要点
根据《风电机组地基基础设计规定（试行）》（FD003-2007）（以下简称风
机基础规定）和《高耸结构设计规范》（GB50135-2006）（以下简称高耸规范），风机基础计算主要包含以下几点：
3.1地基承载力计算
3.2地基抗压计算
地基抗压验算应分别计算极端荷载工况、正常运行荷载工况以及多遇地震荷
载工况。由于各种工况计算原理相似，取三种工况的最不利荷载进行计算。各工
况荷载具体由风机生产厂家提供。荷载效应取标准组合，标准组合下各荷载分项
系数均为γb=1.0。
3.2.1轴心荷载作用下
根据风机基础规定第8.3.1和第8.3.2条，当基础承受轴心荷载时，
应满足式：p
k ≤f
a
根据风机基础规定第8.3.1和第8.3.2条，当基础承受偏心荷载时，应满足
式p
kmax ≤1.2 f
a
1 ）圆形基础承受偏心荷载时
Pkmax=
A
C =τr
1
根据高耸规范附录C，e/r
1=0.25时基础实际受压宽度为2 r
1
，未脱开；
e/r
1
>0.43时表示基础脱开面积已超过25%。
3.3基底允许脱开面积的验算
根据风机基础规定第8.1.4条：
各计算工况基底允许脱开面积指标
对圆形基础，根据高耸规范附录C，e/r
1=0.25时基础实际受压宽度为2 r
1
，
未脱开；e/r
1
>0.43时表示基础脱开面积已超过25%。
3.3.1 极端荷载工况下的验算
在极端荷载工况下，基底处于偏心受压状态。通过偏心距大小，确定基底的
偏心状态；计算可得出基底受压面积宽度A
c
,近而根据几何关系计算得出基底脱
开面积A
T
。
3.3.2 多遇地震工况下验算
（通常，正常运行工况和多遇地震工况作用下内力相比较多遇地震工况下荷载组合更为不利 ,所以取多遇地震工况下的内力计算）
根据高耸规范7.2.2条，基础承受偏心荷载作用时，
