式刚架轻型钢结构工业厂房基础设计

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1、钢结构工业厂房的基础设计摘要：对钢结构工业厂房来说，自重过轻或水平推力过大造成基础偏心距过大。根据所从事的几个门式刚架轻型钢结构及网架结构基础设计中遇到的问题提出了采用增加基础压重、偏心基础和桩基础的解决方法。详细阐述了在厂房的基础设计中基础形式的选择和优化，并提出了一些切实可行的构造措施。关键词：轻型钢结构门式刚架基础偏心距一、概述钢结构厂房系统中，当跨度较大且吊车吨位较大（单跨2×20t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，另一种情况是大跨度拱形网架的自身结构水平推力过大，结果也造成基础弯矩较大，即基础偏心距过大，这给基

2、础设计造成很大困难。本人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、钢结构基础设计特点与要求1.基础受力特点对于钢结构厂房铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，由于没有附加弯矩引起的偏心距e的作用，设计相对比较简单；而对于刚接柱脚，基础则要受附加弯矩及钢柱柱底水平力引起的偏心荷载共同作用（图1），偏心距为e=（M+Vh）/（N+G）⑴对于网架结构厂房来说，以下因素也往往决定了基础的受力特点：1）大跨度拱形网壳结构，使自身支座处水平推力较大，甚至比竖向反力还大，这时由水平力引起的水平位移将难以控制；2）大跨度平板网架结构，由于自身挠度引起支座处的水平反力也比较大，这

3、时传递到基底的弯矩也比较大，从而使基础偏心距e较大。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）厂房多台吊车，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，从而造成基础偏心距e较大，一般最大偏心距可达1.5～2.0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，而且埋深觉浅。2.厂房基础的设计要求⑴根据《建筑地基基础设计规范

4、》中规定，偏心基础的设计应遵循以下原则：当e≤b/6时pmax=（F+G）/A+M/W⑵pmin=（F+G）/A+M/W⑶当e＞b/6时pmax=2（F+G）/3la两端均要求满足pmax≤1.2f其中，b为基础宽度；l为垂直于力距作用方向的基础底面边长；a为合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离；f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不作以下限制：1）对于fk＜180kN/m2，吊车起重量大于75t的单层厂房柱基，或对于fk＜105kN/m2

5、，吊车起重量大于15t的露天跨柱基，要求pmin/pmax≥0.25，其中fk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pmin≥0，即不出现基础底面与地基脱离。要满足此条件，偏心距e最大位b/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L1′/L1≥0.75，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。⑵《门式刚架房屋钢结构设计规程》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

6、成刚接。三、基础形式的选择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注脚。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1.5～2.0m。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：1.增加基础压重G根据式⑴，在柱脚内力（M

7、，V，N）和基础形式（b，h）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：①厂房设底部加重墙：一般为粘土砖，并使其重量通过基础梁传到基础上。设墙高为Hw（一般为基础顶面至窗台的高度），厚为Dw，柱距为Hw，砖墙的重度为Уw，则每个基础因此而增加的重力为G′=HwLwDw/2。一般Lw=6～9m，Dw=370～540mm，Hw=2.0～3.0m，Уw≈20KN/m3，可得G′=50～150KN，而N值的数量级在100～1000KN范围内变化。可见，若能充分利用维护墙