门式刚架轻型钢结构工业厂房基础设计与研究

　　门式刚架轻型钢结构厂房系统，当跨度较大且吊车吨位较大（单跨2X20t或更大）时，水平风荷载并未因结构自重的降低而减小，结果造成结构基础垂直反力过小而弯矩较大，即基础偏心距过大，给基础设计造成很大困难。笔者就在若干工程的基础设计中遇到的一些问题及解决方法进行探讨。

　　二、轻钢结构基础设计特点与要求对于钢结构厂房铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，设计相对比较简单；而对于刚接柱脚，基础则要受偏心荷载作用，偏心距为对门式刚架轻型钢结构厂房来说，以下因素往往决定了基础的受力特点：1）厂房多带吊车，有时吊车吨位较大，横向水平位移难以控制，要求柱脚刚接，纵向水平荷载由柱间支撑承受，故柱脚多为铰接；2）由于钢结构自振周期较长，而结构自重较轻，水平地震作用相对较小，水平控制荷载多为风荷载加吊车水平制动荷载；3）结构重量轻，风荷载和吊车水平制动荷载相对较大，造成基础偏心距e较大，一般*大偏心距可达1.52.0m左右；4）门式刚架轻型钢结构厂房单层或单层带夹层，基础多采用单独基础，而且埋深较浅。

　　厂房基础的设计要求（1）根据文，偏心基础的设计应遵循以下原则：当6/6时两端均要求满足其中，6为基础宽度；/为垂直于力矩作用方向的基础底面边长；a为合力作用点至基础底面*大压力边缘的距离；/为地基土承载力设计值（考虑深度和宽度修正）。

　　由于偏心荷载作用下基础底面反力的不均匀性，可能使基础发生倾斜，甚至会影响厂房特别是带有吊车的工业厂房的正常使用，因此对基底土压力分布作以下限制：1）对于八<180kN/m2，吊车起重量大于75t的单层厂房柱基，或对于/k<105kN/m2，吊车起重量大于15t的露天跨柱基，要求/>/ A>0.25，其中/k为地基承载力标准值；2）对于承受一般吊车荷载的柱基，要求即不出现基础底面与地基脱离。要满足此条件，偏心距*大为6/6；3）对于仅有风荷载而无吊车荷载的柱基，允许基础底面不完全与地基接触，但接触部分长度与基础长度之比同时还应验算基础底板受拉一边在底板自重及上部土的重力荷载作用下的抗弯强度。

　　（2）文对门式刚架柱脚的设计也作了规定：门式刚架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚锚栓。当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。

　　由于以上受力特点及设计要求，对于有吊车的工业厂房结构通常采用刚性柱脚。该柱脚形式可以提高厂房的整体刚度，从而减少侧移。但这样一来，基础一般作用有较大的弯矩。这个问题在门式刚架轻型钢结构体系中尤为明显。由于自重轻，水平荷载与竖向荷载比值较大，在风荷载及吊车的共同作用下，厂房边列柱柱底荷载偏心距较大。根据笔者的工程设计经验，偏心距一般在1.0m左右，有时甚至达到1.52.0m.根据以上分析，按常规的单独基础设计，基础的宽度将达到6~12m，这在实际工程中是难以接受的。通过研究分析，我们认为可以采用以下方法加以解决：根据式（1），在柱脚内力（M，V，V）和基础形式（6，/已确定的情况下，增加基础压重G是减少e的较好措施，实际工程中通常有两种方法可以操作：厂房设底部加重墙：一般为粘土砖，并使其重量通过地基梁传到基础上。设墙高为H（―般为基础顶面至窗台的高度），厚为柱距为砖墙的重度为，则每个基础因此而增加的重力为G'=HwLDwyw/2.一般，= 540mm，H=2.0~3.0m，y20kN/m3，可得G=50~150kN，而V值的数量级在100~1000kN范围内变化。可见，若能充分利用维护墙重，不失为减少基础偏心距的好办法。但此法往往受墙体材料、墙高及建筑要求的限制。

　　增加基础埋深：增加基础埋深对基础设计来说变化有两个，其一是考虑深度修正后的地基承载力设计值/增大，但这对受偏心距控制的基础来说无关紧要；其二是基础底面以上压重G增大，这对降低偏心距来说是有利的。

　　实际工程中通过增加基础埋深来降低偏心距可以有两种作法：一是保持柱底不变，即通过增加混凝土基础的高度/1来实现Z显然采用这种办法来增加G并非经济之举，并且增加/1的同时会增大由柱脚水平剪力V引起的附加弯矩Vfc；另一种作法是降低柱底标篼使A不变，但该方法使刚架柱长度加大，又使柱脚的反力增加（特别是M值），同时刚架用钢量和基础工程量增加。所以，通过增加基础埋深来降低偏心距e的作法在一定范围内是有效的，在设计中要综合考虑，全面衡量。

　　此方法只适用于偏心距e较小的情况，其原理就是使基础本身受力偏心，相当于针对较大的W增加一个偏心基础受力图反向的弯矩从‘=他'，使基础满足设计要求。此种基础形式在工程中较少采用，一般若吊车吨位不太大，可以考虑采用柱下偏心基础的形式。但此时为保证基础不致过分倾斜，基础与基底土接触不脱离，基础底面偏心距必须满足：柱脚处的*大和*小弯矩值；V，V，G分别为相应的轴力、剪力和压重。

　　偏心基础一般可以减少基础尺寸，但对于大吨位和重级工作制吊车，该方法应谨慎使用。

　　对于偏心距过大的基础，当采用以上方法不能解决时，可以考虑桩基础。常用的桩种类较多，除碎石桩、压孔桩和灌注桩外，应用较多的为预制钢筋混凝土桩。但采用桩基不仅增加了设计施工的复杂性，而且造价往往较高，因而是门式刚架轻型钢结构厂房基础设计中*后不得已采用的基础形式。

　　笔者结合参加的几个门式刚架轻型钢结构工业厂房基础设计，分析了在不同荷载偏心距e下，以上几种解决方法的有效性、合理性和经济性，具体结论为<1.5m时，增加压重的方法较为有效；5m时，采用偏心基础较为有效；e>0.5m时，采用桩基较为有效。

　　四、基础的构造与施工筋笼定位当采用靴梁式刚性柱脚时，需要在钢筋混凝土基础中预埋锚栓，而锚栓的定位往往是施工中一件令人头疼的问题。以往的方法是或将锚栓焊于钢筋混凝土基础的预埋底板上，或在四根锚栓上临时套上木板卡子然后进行混凝土的浇注和振捣。但这些方法不能将锚栓完全固定，很难取得较好的效果，需要反复调整，甚至将凝固好的基础混凝土打掉重来。为克服锚栓定位误差的问题，特设计了如所示的钢筋笼，并将锚栓和基础底部钢筋网牢牢固定在一起。这样既保证四根锚栓的相对位置不变，又使基础施工方便快捷。以上列举的两工程施工结果表明，该改进方法令人满意。

　　地基梁施工当门式刚架轻型钢结构工业厂房的维护墙全部或部分采用自承重砌体墙时，必须设计地基梁以承受墙体的自重。通常地基梁均做成简支，采用预制或现浇方式。采用现侥方式时，由（上接第7页）靴放松荷载。当滑靴和滑轨移去后，75mm直径的永久性固定螺栓被装上并用力拉紧。

　　然后，将永久性的座垫插入栓好。桁架组合件下降到核心墙的座垫后，焊接到轴承板上，*后用螺栓固定。

　　低层桁架和悬臂桁架用塔式起重机或履带式起重机安装。较小的桁架用分散的方式分成小件运到工地，它们在地面装配成件后提升就位。屋面结构的施工过程顺利，屋顶桁架吊装操作见。

　　跨越水道的多层中庭连结楼在开始全面施工前，需要首先完成一组建于海中的钻孔桩作为水道中的临时支承，而永久的支承则装在90m跨的两端。

　　钢桁架的底部和中间杆件用液压起重机和船用起重机进行安装。除此之外，一部桅杆式吊机亦安装在中庭钢构架中部以协助装吊工作。大型构架安装完成后，拆除桅杆式于地基梁底部支模的要求，地基梁两边的砖壁必须分开砌筑，不能一次砌筑。因此，施工较麻烦。采用预制形式相对简单些，但需要在地基的两端及基础顶部预埋焊件。施工时都不太方便。

　　<空隙地基梁下部作法预制加现浇地基梁作法笔者在地基梁设计中采用了预制加现浇的方式，即将地基梁的主体部分事先在预制；厂或现场预制好，但两端留出部分钢筋。这样，这部分的地基梁可和钢柱脚混凝土保护层一并现浇，省时省力，取得了较好的效果。