近年来 , 钢结构厂房以其自重轻 、抗震性能 、结构布置灵活 、 加工安装速度快等特点在煤炭工程中广泛应用 。 本文仅讨论围护结构采用压型钢板或夹芯板的门式刚架轻型钢结构和钢排架结构单层厂房 ( 下文均简称 “钢结构厂房” ) 。 对于吊车吨位较大的钢结构厂房 , 由于上部结构自重过轻 , 柱底轴力较小 、弯矩相对较大 , 造成基础的偏心距过大 , 给基础设计带来一些困难 。
1 钢结构厂房基础的受力特点
钢结构厂房基础通常采用单基础 , 按偏心受压设计 。
对于高度不高且不带吊车的门式刚架钢结构厂房 , 柱脚与基础的连接通常按铰接设计 。基础顶面仅受由上部结构产生的竖向压力及风荷载产生的水平力 。水平风荷载产生的基础底面附加偏心弯矩较小 , 基础设计相对简单 。
对高度较高且带有桥式吊车的门式刚架钢结构厂房及钢排架结构厂房 , 尤其是当吊车吨位较大 ( 单跨两台 20t 吊车或更大) 时 , 为了有效提高结构的抗侧移刚度以控制横向位移 , 柱脚通常设计为横向刚接 、纵向铰接 。厂房所受纵
向水平荷载通过柱间支撑传至基础顶面 。而在横向 , 因为钢结构自重轻 , 结构自振周期长 , 水平地震作用相对较小 ,起控制作用的横向水平荷载通常为吊车水平制动荷载加风公式 , 两杆轴力可以不相等 。 公式以弹性稳定理论为依据 ,
适用于两杆长度相同 、 截面也相同的交叉斜杆 。
1) 相交另一杆受压 , 两杆截面相同并在交叉点均不中断 , 则 :
式中
2) 相交另一杆受压 , 此另一杆在交叉点中断但以节点板搭接 , 则 :
3) 相交另一杆受拉 , 两杆截面相同并在交叉点均不中断 , 则 :
4) 相交另一杆受拉 , 此拉杆在交叉点中断但以节点板搭接 , 则 :
新规范和旧规范计算长度系数对比见表 1 。
由表可见 ,旧规范有时偏于保守 , 有时又不太安全 。
在新规范的应用中笔者发现 , 新钢规中对轴心受力构件有了一些新的规定和计算方法 ; 旧规范有时偏于保守 ,有时又不太安全 , 所以大家在设计工作中 , 一定要与时俱进 , 不断学习新规范 , 才能做出既经济又安全的好设计 。
2 基础设计的基本要求
基础底面的反力因相对过大的偏心荷载作用而分布不均匀 , 可能造成基础发生较大倾斜 , 甚至影响到厂房尤其是带吊车厂房的正常使用 。因此 , 工业厂房基础底面的地基土所受压力还需满足以下规定 :
1) 对于无吊车荷载的柱基础 , 当计入风荷载作用时 ,允许基础底面地基土有零应力区存在 , 但满足非零应力区长度与基础长度之比 L’/ L ≥ 0175 , 同时还验算基础底板受拉一侧在基础自重及上部土重作用下的抗弯强度 。
2) 对于承受一般吊车荷载作用的柱基础 , 不允许基础底面地基土有零应力区存在 , 即 pmin ≥ 0 , 若满足此条件 ,要求基底偏心距 e ≤b/ 6 。
3 基础设计的一般方法
根据以上所述基础的受力特点和设计要求 , 对于柱脚刚接的有吊车单层钢结构厂房边柱 , 当吊车吨位较大时 ,若按常规单基础设计 , 偏心距往往成为基础底面大小的控制条件 , 地基承载力不起控制作用 , 较大的偏心距将造成基础底面尺寸过大 ( 有时边长达到 6m 以上) , 很不经济 ,工程中无法接受 。笔者经过对一些具体工程的分析比较 ,认为在设计过程中此类问题可通过以下方法得以解决 :
3.1 采用偏心基础
当基础底面偏心距较小 ( 一般情况 e ≤ 015m) 时 , 此方法比较有效 。 其原理相当于在较大的弯距作用方向预加一个反向的弯矩 , 以减小偏心作用 。但由于厂房所受水平风荷载及吊车荷载均为双向作用 , 设计时应选取正反两方向的不利组合分别加以验算和控制 。目前的钢结构设计程序“STS”还无法验算偏心基础 , 设计人员可选定几组不利组合 , 借助 “ 理正”等其它辅助程序加以验算 。
偏心基础通常可减小基础尺寸 , 但对于吨位较大的吊车和工作级别为 A6～A8 的吊车 , 此方法应慎用 。
3.2 增加基础的附加重量
当基础底面偏心距 ( 015m < e ≤ 112m) 时 , 此方法比较有效 。 增加基础的附加重量 , 可以通过两种途径实现 :
1) 增加基础的埋深 : 基础埋深加大则基础上部土重相应增加 , 基底偏心距相应减小 。此时可将基础设计成带钢筋混凝土短柱的单基础 , 短柱的截面尺寸通常由钢柱脚底板大小决定 , 其配筋按计算确定 。但是在增加基础埋深的同时 , 由柱脚水平剪力引起的基础底面附加弯矩也会相应增加 , 基底偏心距也可能有所增大 。因此设计时应综合考虑以上两种因素 , 经试算比较后 , 选取合理的基础埋深 。
2) 厂房外围护结构下部采用加重墙 : 墙体可采用非粘土的烧结砖 , 并使其重量通过墙下的地梁传至基础 。墙体厚度可采用 370mm , 高度自地梁顶面至底层窗台 。为了增加墙高 , 底层窗台可根据情况适当抬高 。地梁可以预制 ,也可以与基础短柱现浇 , 现浇地梁有利于调整相邻基础的不均匀沉降 。
工程设计中 , 上述两种途径结合使用效果更好 。
3.3 采用桩基础
当基础底面偏心距较大 ( e >112m) 且持力层埋深较深 ,采用上述方法不能解决时 ; 或厂房吊车吨位较大 、地面长期大面积堆载超过 60kN/ m2、基底土为中 、高压缩性土 ,考虑堆载对基础的附加影响时 , 宜采用桩基础 。桩基的类型可根据地基土质情况和当地施工条件综合确定 。本公司，是一家以主营祥亿钢结构企业。四川祥亿钢结构有限公司成立于2006年，主要从事大型钢结构房屋的营建事业，公司坚持以“一体化工程体系”服务于客户以“多角化，多元化”为发展目标，为公司与更多客户架构非凡的基业。
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