如何防止鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)下沉

鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)通常采用單獨基礎(chǔ) , 按偏心受壓設計 。

對于高度不高且不帶吊車的門式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房 , 柱腳與基礎(chǔ)的連接通常按鉸接設計 ?；A(chǔ)頂面僅受由上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向壓力及風荷載產(chǎn)生的水平力 。水平風荷載產(chǎn)生的基礎(chǔ)底面附加偏心彎矩較小 , 基礎(chǔ)設計相對簡單 。

對高度較高且?guī)в袠蚴降踯嚨拈T式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房及鋼排架結(jié)構(gòu)廠房 , 尤其是當?shù)踯噰嵨惠^大 ( 單跨兩臺 20t 吊車或更大) 時 , 為了有效提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度以控制橫向位移 , 柱腳通常設計為橫向剛接 、縱向鉸接 。廠房所受縱向水平荷載通過柱間支撐傳至基礎(chǔ)頂面 。而在橫向 , 因為鋼結(jié)構(gòu)自重輕 , 結(jié)構(gòu)自振周期長 , 水平地震作用相對較小 ,起控制作用的橫向水平荷載通常為吊車水平制動荷載加風公式 , 兩桿軸力可以不相等 。

基礎(chǔ)底面的反力因相對過大的偏心荷載作用而分布不均勻 , 可能造成基礎(chǔ)發(fā)生較大傾斜 , 甚至影響到廠房尤其是帶吊車廠房的正常使用 。因此 , 工業(yè)廠房基礎(chǔ)底面的地基土所受壓力還需滿足以下規(guī)定 :

1) 對于無吊車荷載的柱基礎(chǔ) , 當計入風荷載作用時 ,允許基礎(chǔ)底面地基土有零應力區(qū)存在 , 但必須滿足非零應力區(qū)長度與基礎(chǔ)長度之比 L’/ L ≥ 0175 , 同時還必須驗算基礎(chǔ)底板受拉一側(cè)在基礎(chǔ)自重及上部土重作用下的抗彎強度 。

2) 對于承受一般吊車荷載作用的柱基礎(chǔ) , 不允許基礎(chǔ)底面地基土有零應力區(qū)存在 , 即 pmin ≥ 0 , 若滿足此條件 ,必須要求基底偏心距 e ≤b/ 6 。

3、基礎(chǔ)設計的一般方法

根據(jù)以上所述基礎(chǔ)的受力特點和設計要求 , 對于柱腳剛接的有吊車單層鋼結(jié)構(gòu)廠房邊柱 , 當?shù)踯噰嵨惠^大時 ,若按常規(guī)單獨基礎(chǔ)設計 , 偏心距往往成為基礎(chǔ)底面大小的控制條件 , 地基承載力不起控制作用 , 較大的偏心距將造成基礎(chǔ)底面尺寸過大 ( 有時邊長達到 6m 以上) , 很不經(jīng)濟 ,工程中無法接受 。筆者經(jīng)過對一些具體工程的分析比較 ,認為在設計過程中此類問題可通過以下方法得以解決 :

3.1 采用偏心基礎(chǔ)

當基礎(chǔ)底面偏心距較小 ( 一般情況 e ≤ 015m) 時 , 此方法比較有效 。其原理相當于在較大的彎距作用方向預加一個反向的彎矩 , 以減小偏心作用 。但由于廠房所受水平風荷載及吊車荷載均為雙向作用 , 設計時應選取正反兩方向的不利組合分別加以驗算和控制 。目前的鋼結(jié)構(gòu)設計程序“STS”還無法驗算偏心基礎(chǔ) , 設計人員可選定幾組不利組合 , 借助 “ 理正”等其它輔助程序加以驗算 。

偏心基礎(chǔ)通常可減小基礎(chǔ)尺寸 , 但對于噸位較大的吊車和工作級別為 A6～A8 的吊車 , 此方法應慎用 。

3.2 增加基礎(chǔ)的附加重量

當基礎(chǔ)底面偏心距 ( 015m < e ≤ 112m) 時 , 此方法比較有效 。增加基礎(chǔ)的附加重量 , 可以通過兩種途徑實現(xiàn) :

1) 增加基礎(chǔ)的埋深 : 基礎(chǔ)埋深加大則基礎(chǔ)上部土重相應增加 , 基底偏心距相應減小 。此時可將基礎(chǔ)設計成帶鋼筋混凝土短柱的單獨基礎(chǔ) , 短柱的截面尺寸通常由鋼柱腳底板大小決定 , 其配筋按計算確定 。但是在增加基礎(chǔ)埋深的同時 , 由柱腳水平剪力引起的基礎(chǔ)底面附加彎矩也會相應增加 , 基底偏心距也可能有所增大 。因此設計時應綜合考慮以上兩種因素 , 經(jīng)試算比較后 , 選取合理的基礎(chǔ)埋深 。

2) 廠房外圍護結(jié)構(gòu)下部采用加重墻 : 墻體可采用非粘土的燒結(jié)磚 , 并使其重量通過墻下的地梁傳至基礎(chǔ) 。墻體厚度可采用 370mm , 高度自地梁頂面至底層窗臺 。為了增加墻高 , 底層窗臺可根據(jù)情況適當抬高 。地梁可以預制 ,也可以與基礎(chǔ)短柱現(xiàn)澆 , 現(xiàn)澆地梁有利于調(diào)整相鄰基礎(chǔ)的不均勻沉降 。

工程設計中 , 上述兩種途徑結(jié)合使用效果更好 。

3.3 采用樁基礎(chǔ)

當基礎(chǔ)底面偏心距較大 ( e >112m) 且持力層埋深較深 ,采用上述方法不能解決時 ; 或廠房吊車噸位較大 、地面長期大面積堆載超過 60kN/ m2、基底土為中 、高壓縮性土 ,必須考慮堆載對基礎(chǔ)的附加影響時 , 宜采用樁基礎(chǔ) 。樁基的類型可根據(jù)地基土質(zhì)情況和當?shù)厥┕l件綜合確定 。

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