如何防止鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)下沉需從基礎(chǔ)承臺(tái)做起，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)廠房每平方米達(dá)到25KG以上基礎(chǔ)承臺(tái)需要達(dá)到1米高、1米寬和1米深，每平方米灰到35KG以上的鋼結(jié)構(gòu)廠房需要做圈梁和1.2米的基礎(chǔ)，具體還需要根據(jù)地面自身情況。
當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)廠房已施工完畢，又沒(méi)有做好前期的投入，哪么我們?cè)撊绾畏乐逛摻Y(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)下沉，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是加固，將所有的鋼結(jié)構(gòu)立柱用工字鋼或槽鋼圈起來(lái)，形成一個(gè)網(wǎng)狀。此方法能防止鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)下沉作用。
近年來(lái) , 鋼結(jié)構(gòu)廠房以其自重輕 、抗震性能優(yōu)越 、結(jié)構(gòu)布置靈活 、 加工安裝速度快等特點(diǎn)在煤炭工程中廣泛應(yīng)用 。 本文僅討論圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用壓型鋼板或夾芯板的門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)和鋼排架結(jié)構(gòu)單層廠房 ( 下文均簡(jiǎn)稱(chēng) “鋼結(jié)構(gòu)廠房” ) 。 對(duì)于吊車(chē)噸位較大的鋼結(jié)構(gòu)廠房 , 由于上部結(jié)構(gòu)自重過(guò)輕 , 柱底軸力較小 、彎矩相對(duì)較大 , 造成基礎(chǔ)的偏心距過(guò)大 , 給基礎(chǔ)設(shè)計(jì)帶來(lái)一些困難 。
1 鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)
鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)通常采用單獨(dú)基礎(chǔ) , 按偏心受壓設(shè)計(jì) 。
對(duì)于高度不高且不帶吊車(chē)的門(mén)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(shè)計(jì) 。基礎(chǔ)頂面僅受由上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向壓力及風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力 。水平風(fēng)荷載產(chǎn)生的基礎(chǔ)底面附加偏心彎矩較小 , 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單 。
對(duì)高度較高且?guī)в袠蚴降踯?chē)的門(mén)式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房及鋼排架結(jié)構(gòu)廠房 , 尤其是當(dāng)?shù)踯?chē)噸位較大 ( 單跨兩臺(tái) 20t 吊車(chē)或更大) 時(shí) , 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(shè)計(jì)為橫向剛接 、縱向鉸接 。廠房所受縱
向水平荷載通過(guò)柱間支撐傳至基礎(chǔ)頂面 。而在橫向 , 因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自重輕 , 結(jié)構(gòu)自振周期長(zhǎng) , 水平地震作用相對(duì)較小 ,起控制作用的橫向水平荷載通常為吊車(chē)水平制動(dòng)荷載加風(fēng)公式 , 兩桿軸力可以不相等 。 公式以彈性穩(wěn)定理論為依據(jù) ,
適用于兩桿長(zhǎng)度相同 、 截面也相同的交叉斜桿 。
1) 相交另一桿受壓 , 兩桿截面相同并在交叉點(diǎn)均不中斷 , 則 :
式中
2) 相交另一桿受壓 , 此另一桿在交叉點(diǎn)中斷但以節(jié)點(diǎn)板搭接 , 則 :
3) 相交另一桿受拉 , 兩桿截面相同并在交叉點(diǎn)均不中斷 , 則 :
4) 相交另一桿受拉 , 此拉桿在交叉點(diǎn)中斷但以節(jié)點(diǎn)板搭接 , 則 :
新規(guī)范和舊規(guī)范計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)對(duì)比見(jiàn)表 1 。
由表可見(jiàn) ,舊規(guī)范有時(shí)偏于保守 , 有時(shí)又不太安全 。
在新規(guī)范的應(yīng)用中筆者發(fā)現(xiàn) , 新鋼規(guī)中對(duì)軸心受力構(gòu)件有了一些新的規(guī)定和計(jì)算方法 ; 舊規(guī)范有時(shí)偏于保守 ,有時(shí)又不太安全 , 所以大家在設(shè)計(jì)工作中 , 一定要與時(shí)俱進(jìn) , 不斷學(xué)習(xí)新規(guī)范 , 才能做出既經(jīng)濟(jì)又安全的好設(shè)計(jì) 。
2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求
基礎(chǔ)底面的反力因相對(duì)過(guò)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(chē)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(duì)于無(wú)吊車(chē)荷載的柱基礎(chǔ) , 當(dāng)計(jì)入風(fēng)荷載作用時(shí) ,允許基礎(chǔ)底面地基土有零應(yīng)力區(qū)存在 , 但必須滿足非零應(yīng)力區(qū)長(zhǎng)度與基礎(chǔ)長(zhǎng)度之比 L’/ L ≥ 0175 , 同時(shí)還必須驗(yàn)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(qiáng)度 。
2) 對(duì)于承受一般吊車(chē)荷載作用的柱基礎(chǔ) , 不允許基礎(chǔ)底面地基土有零應(yīng)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(shè)計(jì)的一般方法
根據(jù)以上所述基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求 , 對(duì)于柱腳剛接的有吊車(chē)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房邊柱 , 當(dāng)?shù)踯?chē)噸位較大時(shí) ,若按常規(guī)單獨(dú)基礎(chǔ)設(shè)計(jì) , 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(guò)大 ( 有時(shí)邊長(zhǎng)達(dá)到 6m 以上) , 很不經(jīng)濟(jì) ,工程中無(wú)法接受 。筆者經(jīng)過(guò)對(duì)一些具體工程的分析比較 ,認(rèn)為在設(shè)計(jì)過(guò)程中此類(lèi)問(wèn)題可通過(guò)以下方法得以解決 :
3.1 采用偏心基礎(chǔ)
當(dāng)基礎(chǔ)底面偏心距較小 ( 一般情況 e ≤ 015m) 時(shí) , 此方法比較有效 。 其原理相當(dāng)于在較大的彎距作用方向預(yù)加一個(gè)反向的彎矩 , 以減小偏心作用 。但由于廠房所受水平風(fēng)荷載及吊車(chē)荷載均為雙向作用 , 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選取正反兩方向的不利組合分別加以驗(yàn)算和控制 。目前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序“STS”還無(wú)法驗(yàn)算偏心基礎(chǔ) , 設(shè)計(jì)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(yàn)算 。
偏心基礎(chǔ)通常可減小基礎(chǔ)尺寸 , 但對(duì)于噸位較大的吊車(chē)和工作級(jí)別為 A6～A8 的吊車(chē) , 此方法應(yīng)慎用 。
3.2 增加基礎(chǔ)的附加重量
當(dāng)基礎(chǔ)底面偏心距 ( 015m < e ≤ 112m) 時(shí) , 此方法比較有效 。 增加基礎(chǔ)的附加重量 , 可以通過(guò)兩種途徑實(shí)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(yīng)增加 , 基底偏心距相應(yīng)減小 。此時(shí)可將基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成帶鋼筋混凝土短柱的單獨(dú)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(jì)算確定 。但是在增加基礎(chǔ)埋深的同時(shí) , 由柱腳水平剪力引起的基礎(chǔ)底面附加彎矩也會(huì)相應(yīng)增加 , 基底偏心距也可能有所增大 。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(hù)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(guò)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(tái) 。為了增加墻高 , 底層窗臺(tái)可根據(jù)情況適當(dāng)抬高 。地梁可以預(yù)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(shè)計(jì)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(dāng)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(shí) ; 或廠房吊車(chē)噸位較大 、地面長(zhǎng)期大面積堆載超過(guò) 60kN/ m2、基底土為中 、高壓縮性土 ,必須考慮堆載對(duì)基礎(chǔ)的附加影響時(shí) , 宜采用樁基礎(chǔ) 。樁基的類(lèi)型可根據(jù)地基土質(zhì)情況和當(dāng)?shù)厥┕l件綜合確定 .
