1 鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，廠房建設(shè)的需求量也不斷增大，人們對(duì)廠房建筑也提出了更高的要求。在新的工業(yè)發(fā)展局勢(shì)下，不僅要滿足結(jié)構(gòu)廠房基本的功能，還必須具有足夠的安全性和對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)性，廠房基礎(chǔ)是保證廠房結(jié)構(gòu)安全、滿足廠房多方面功能的保障，因此加強(qiáng)對(duì)廠房基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)研究是非常有價(jià)值的。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量迅速增加，具有優(yōu)質(zhì)性能的鋼材也大量出現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)具有易操作、省時(shí)、高效的特點(diǎn)，在日后的維護(hù)過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)廠房承重能力較好，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的焊接技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，而且還具有抗震能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)用已經(jīng)滲透到很多大型的工業(yè)廠房以及公共建筑等方面，對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)起到了很大的推動(dòng)作用。

正是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)廠房具有這些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)、運(yùn)用如此廣泛，加強(qiáng)廠房的基礎(chǔ)建設(shè)才顯得尤為重要。鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)是指承受整個(gè)廠房建筑、工藝設(shè)備、管道、鋼結(jié)構(gòu)本身以及地震作用等載荷，并將作用力傳給地基的土建結(jié)構(gòu)。在鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大的生產(chǎn)形勢(shì)下，廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)往往會(huì)成為整個(gè)工程項(xiàng)目能否順利完成的關(guān)鍵因素。因此，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分析基礎(chǔ)的受力特征對(duì)促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全建設(shè)，更好地為工業(yè)發(fā)展服務(wù)具有非常重要的意義。

2 鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)

由于通常鋼結(jié)構(gòu)廠房的高度相對(duì)不高，對(duì)于不同功能的廠房吊車(chē)噸位要求不同，技術(shù)精度要求較高，形成了其具有跨度較大、有一定吊車(chē)噸位、技術(shù)要求高、偏心載荷較大等特點(diǎn)。當(dāng)廠房設(shè)有多臺(tái)吊車(chē)而且吊車(chē)噸位較大時(shí)，很難控制橫向的水平位移，因此在橫向上進(jìn)行柱腳剛接;在縱向上的水平荷載由縱向柱承受，因此柱腳多為鉸接。基于廠房結(jié)構(gòu)的這些特征，再加上鋼結(jié)構(gòu)本身的密度較小、質(zhì)量較輕，導(dǎo)致在柱底垂向上的受力相對(duì)較小。另外，由于鋼材本身的物理特征，鋼結(jié)構(gòu)自振周期較長(zhǎng)，水平方向上的地震作用相對(duì)比較小，因此吊車(chē)的水平制動(dòng)載荷以及自然條件下風(fēng)的載荷成為控制結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的橫向水平載荷，造成基礎(chǔ)的偏心較大(最大可達(dá)115～215m，由偏心所造成的彎矩也是比較大的)，而廠房所受的縱向水平荷載則通過(guò)柱間的支撐系統(tǒng)傳至基礎(chǔ)頂面。因此，鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)頂面承受較小的豎向力和相對(duì)較大的水平力和彎矩。

3 鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 做好基礎(chǔ)形式的選擇

在眾多建筑工程以及企業(yè)廠房中，由于建筑物的規(guī)模、用途各有不同，結(jié)構(gòu)所承受的載荷大小和性質(zhì)也有一定的差異，而且建筑所處地理位置的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征使得建筑物對(duì)不均勻沉降有一定的敏感性，因此為達(dá)到不同條件下廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，選擇的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式并不相同。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)形式進(jìn)行選擇時(shí)，要充分考慮這些因素的影響，對(duì)地質(zhì)條件、土層性質(zhì)和分布以及地下水情況進(jìn)行系統(tǒng)地分析，充分結(jié)合該地區(qū)的具體情況來(lái)開(kāi)展工作。

一般來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱距和跨度都比較大，因此在地質(zhì)條件比較好時(shí)，可以采用獨(dú)立的基礎(chǔ)形式;在地質(zhì)條件不太樂(lè)觀或者建筑要求較高時(shí)，常采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)是我國(guó)發(fā)展較早、較成熟的一種基礎(chǔ)形式，因其具有承載能力高、沉降量小且沉降均勻等優(yōu)點(diǎn)，可以適用于任意工程地質(zhì)條件，尤其是在軟弱地基上的建筑結(jié)構(gòu)中具有非常廣泛的應(yīng)用。根據(jù)建筑基礎(chǔ)的受力原理可以將樁基礎(chǔ)分為摩擦樁和承載樁，在選擇時(shí)，根據(jù)實(shí)際的工程情況，摩擦樁多用于地層沒(méi)有堅(jiān)硬的承載層或者承載層較深的工程建筑中;而承載樁是使基樁座落在承載層之上，可以承載構(gòu)造物。

例如，由于地理?xiàng)l件及氣候差異導(dǎo)致我國(guó)南北方土層具有不同的性質(zhì)，通常選用不同的基礎(chǔ)形式。在我國(guó)北方地區(qū)，地層土多為粘性土，因此通常采用獨(dú)立基礎(chǔ)，而南方及沿海地區(qū)多為沙土或雜填土，而且地下水位較高，因此多采用樁基礎(chǔ)。當(dāng)然，對(duì)于北方地質(zhì)條件較差的一些地區(qū)也通常采用樁基礎(chǔ)的形式，具體的選擇方法要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)廠房所建的實(shí)際條件進(jìn)行系統(tǒng)的分析，不能一概而論。

此外，在偏心距較小的情況下，為滿足基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求，有時(shí)會(huì)采用偏心基礎(chǔ)。偏心基礎(chǔ)形式可以減小基礎(chǔ)尺寸，該基礎(chǔ)形式在工程設(shè)計(jì)中較少采用，通常當(dāng)?shù)踯?chē)噸位不太大時(shí)考慮采用柱下偏心基礎(chǔ)形式。

3.2 做好基礎(chǔ)的受力分析

鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)具有頂面承受較小的豎向力和相對(duì)較大的水平力和彎矩的受力特點(diǎn)，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)這些特點(diǎn)著重對(duì)豎向及水平的受力和彎矩情況進(jìn)行具體的分析，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征確定載荷分布進(jìn)而對(duì)基礎(chǔ)部分的承受能力和穩(wěn)定性進(jìn)行一定的校核。根據(jù)基礎(chǔ)的受力分析，可以指導(dǎo)廠房結(jié)構(gòu)的建設(shè)、鋼材的選擇以及廠房基礎(chǔ)形式的確定。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)受力分析時(shí)，不能定性地確定某一方向的承受力，必須根據(jù)初步選擇的基礎(chǔ)形式和地質(zhì)條件進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)、分析以及數(shù)據(jù)計(jì)算，給出地基所能承受的具體各個(gè)方向受力大小的范圍，對(duì)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和驗(yàn)證，確保實(shí)際建筑的廠房結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的載荷作用在基礎(chǔ)能夠承受的穩(wěn)定范圍之內(nèi)。例如，對(duì)于有吊車(chē)的鋼結(jié)構(gòu)廠房，由于在工程設(shè)計(jì)中通常采用剛性柱腳，那么在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，就要充分考慮剛性柱腳的受力特征，并對(duì)其受力情況進(jìn)行嚴(yán)密的分析，按設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)校核是否能滿足整體剛度的要求，除受力之外，還要計(jì)算其所承受彎矩的大小，確定側(cè)移。

基礎(chǔ)的受力分析是進(jìn)行整個(gè)剛廠房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性的保障，只有對(duì)基礎(chǔ)的受力進(jìn)行清晰的認(rèn)識(shí)，才能保證基礎(chǔ)形式以及整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確選擇。

3.3 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)包含受力、結(jié)構(gòu)、形式以及與地面結(jié)構(gòu)的配伍性等多方面的內(nèi)容，影響因素較多，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須按照一定的順序、獨(dú)立的設(shè)計(jì)步驟循序漸進(jìn)，不能為了減少分析量和計(jì)算量隨意減少某些特定的步驟，這對(duì)設(shè)計(jì)的完整性以及基礎(chǔ)的穩(wěn)定性都是至關(guān)重要的。

嚴(yán)格按照廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先要確定柱底的位置及樁柱的安排布局等，并結(jié)合基礎(chǔ)的埋置深度初步計(jì)算出基礎(chǔ)的高度。然后根據(jù)地基的承載力特征值確定基底的安排面積使面積滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)基礎(chǔ)為偏心受壓基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)注意基底的最大應(yīng)力不能超過(guò)地基承載能力的的1.2倍;當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)廠房有一定噸位的吊車(chē)時(shí)，最小應(yīng)力應(yīng)大于零。再次，根據(jù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)確定基礎(chǔ)的沖切強(qiáng)度并對(duì)其高度進(jìn)行驗(yàn)證，應(yīng)該滿足基礎(chǔ)的沖切面上由于土反力而產(chǎn)生的局部載荷的設(shè)計(jì)值，滿足其小于基礎(chǔ)破壞斜截面的抗剪強(qiáng)度。完成上一步驟后，就可以根據(jù)基礎(chǔ)的抗彎強(qiáng)度來(lái)計(jì)算基礎(chǔ)底板內(nèi)的受力鋼筋了。最后，根據(jù)上述步驟中涉及的計(jì)算結(jié)果以及地區(qū)的構(gòu)造要求繪制施工圖。整個(gè)過(guò)程是一個(gè)相互銜接不斷完善的過(guò)程，在后期是分析校核中若發(fā)現(xiàn)不滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性等要求，則按照此步驟再進(jìn)行進(jìn)一步的完善。

3.4 做好關(guān)鍵問(wèn)題的處理

在鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)一些關(guān)鍵性的問(wèn)題，比如樁底構(gòu)造、鋼筋保護(hù)層、基礎(chǔ)的抗浮等，這些問(wèn)題的出現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)的穩(wěn)定有著很大的影響，因此必須妥善處理好這些關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)于樁底構(gòu)造而言，增大樁底直徑可提高承載力約4%～9%，再加上樁的深度一般比較大、井底環(huán)境差，因此，設(shè)計(jì)時(shí)樁底不宜按鍋底形面積計(jì)算，應(yīng)留有一定的安全儲(chǔ)備。對(duì)于鋼筋保護(hù)層，有規(guī)范規(guī)定:基礎(chǔ)鋼筋的保護(hù)層，設(shè)墊層時(shí)為40mm;不設(shè)墊層時(shí)為70mm。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用基礎(chǔ)下加設(shè)墊層的做法，以確保保護(hù)層的厚度。面對(duì)基礎(chǔ)的抗浮情況，在地下水位較高的地區(qū)的水池、地下車(chē)庫(kù)等的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，抗浮問(wèn)題就比較突出，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中一般應(yīng)滿足滿足浮力不大于基礎(chǔ)及其上構(gòu)筑物的重量之和，還要保障基礎(chǔ)與構(gòu)筑物的可靠連接，使其連接件也能滿足抵抗浮力的要求?？垢〔蛔愣斐晒こ淌鹿蕰r(shí)有發(fā)生，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)加以特別重視。做好關(guān)鍵問(wèn)題的處理，對(duì)于減少?gòu)S房結(jié)構(gòu)出現(xiàn)穩(wěn)定性失誤具有很有效的規(guī)避作用，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)這些關(guān)鍵問(wèn)題的思考。

4 總結(jié)

鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是保證廠房順利建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、工作安全都起著非常關(guān)鍵的作用。在進(jìn)行廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮基礎(chǔ)形式的選擇、基礎(chǔ)的受力分析、完整精密的設(shè)計(jì)步驟以及對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的解決等，這對(duì)于整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)具有非常重要的意義。

[1]范利鵬.研究鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)[J].工程技術(shù)，2013(2).

[2]李遠(yuǎn).關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題[J].基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)，2012(11).