如何防止鋼結構廠房基礎下沉？
2018-05-03 09:58 中國鋼結構資訊網 系統管理員
如何防止鋼結構廠房基礎下沉需從基礎承臺做起，當鋼結構廠房每平方米達到25KG以上基礎承臺需要達到1米高、1米寬和1米深，每平方米灰到35KG以上的鋼結構廠房需要做圈梁和1.2米的基礎，具體還需要根據地面自身情況。
當鋼結構廠房已施工完畢，又沒有做好前期的投入，哪么我們該如何防止鋼結構廠房基礎下沉，簡單的來說就是加固，將所有的鋼結構立柱用工字鋼或槽鋼圈起來，形成一個網狀。此方法能防止鋼結構廠房的基礎下沉作用。
近年來 , 鋼結構廠房以其自重輕 、抗震性能優越 、結構布置靈活 、 加工安裝速度快等特點在煤炭工程中廣泛應用 。 本文僅討論圍護結構采用壓型鋼板或夾芯板的門式剛架輕型鋼結構和鋼排架結構單層廠房 ( 下文均簡稱 “鋼結構廠房” ) 。 對于吊車噸位較大的鋼結構廠房 , 由于上部結構自重過輕 , 柱底軸力較小 、彎矩相對較大 , 造成基礎的偏心距過大 , 給基礎設計帶來一些困難 。
1 鋼結構廠房基礎的受力特點
鋼結構廠房基礎通常采用單獨基礎 , 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構廠房 , 柱腳與基礎的連接通常按鉸接設計 。基礎頂面僅受由上部結構產生的豎向壓力及風荷載產生的水平力 。水平風荷載產生的基礎底面附加偏心彎矩較小 , 基礎設計相對簡單 。
對高度較高且帶有橋式吊車的門式剛架鋼結構廠房及鋼排架結構廠房 , 尤其是當吊車噸位較大 ( 單跨兩臺 20t 吊車或更大) 時 , 為了有效提高結構的抗側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頂面 。而在橫向 , 因為鋼結構自重輕 , 結構自振周期長 , 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 。 公式以彈性穩定理論為依據 ,
適用于兩桿長度相同 、 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均不中斷 , 則 :
式中
2) 相交另一桿受壓 , 此另一桿在交叉點中斷但以節點板搭接 , 則 :
3) 相交另一桿受拉 , 兩桿截面相同并在交叉點均不中斷 , 則 :
4) 相交另一桿受拉 , 此拉桿在交叉點中斷但以節點板搭接 , 則 :
新規范和舊規范計算長度系數對比見表 1 。
由表可見 ,舊規范有時偏于保守 , 有時又不太安全 。
在新規范的應用中筆者發現 , 新鋼規中對軸心受力構件有了一些新的規定和計算方法 ; 舊規范有時偏于保守 ,有時又不太安全 , 所以大家在設計工作中 , 一定要與時俱進 , 不斷學習新規范 , 才能做出既經濟又安全的好設計 。
2 基礎設計的基本要求
基礎底面的反力因相對過大的偏心荷載作用而分布不均勻 , 可能造成基礎發生較大傾斜 , 甚至影響到廠房尤其是帶吊車廠房的正常使用 。因此 , 工業廠房基礎底面的地基土所受壓力還需滿足以下規定 :
1) 對于無吊車荷載的柱基礎 , 當計入風荷載作用時 ,允許基礎底面地基土有零應力區存在 , 但必須滿足非零應力區長度與基礎長度之比 L’/ L ≥ 0175 , 同時還必須驗算基礎底板受拉一側在基礎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 , 不允許基礎底面地基土有零應力區存在 , 即 pmin ≥ 0 , 若滿足此條件 ,必須要求基底偏心距 e ≤b/ 6 。
3 基礎設計的一般方法
根據以上所述基礎的受力特點和設計要求 , 對于柱腳剛接的有吊車單層鋼結構廠房邊柱 , 當吊車噸位較大時 ,若按常規單獨基礎設計 , 偏心距往往成為基礎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底面尺寸過大 ( 有時邊長達到 6m 以上) , 很不經濟 ,工程中無法接受 。筆者經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
當基礎底面偏心距較小 ( 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 。目前的鋼結構設計程序“STS”還無法驗算偏心基礎 , 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 。
偏心基礎通常可減小基礎尺寸 , 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 增加基礎的附加重量
當基礎底面偏心距 ( 015m < e ≤ 112m) 時 , 此方法比較有效 。 增加基礎的附加重量 , 可以通過兩種途徑實現 :
1) 增加基礎的埋深 : 基礎埋深加大則基礎上部土重相應增加 , 基底偏心距相應減小 。此時可將基礎設計成帶鋼筋混凝土短柱的單獨基礎 , 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 。但是在增加基礎埋深的同時 , 由柱腳水平剪力引起的基礎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 , 經試算比較后 , 選取合理的基礎埋深 。
2) 廠房外圍護結構下部采用加重墻 : 墻體可采用非粘土的燒結磚 , 并使其重量通過墻下的地梁傳至基礎 。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 , 底層窗臺可根據情況適當抬高 。地梁可以預制 ,也可以與基礎短柱現澆 , 現澆地梁有利于調整相鄰基礎的不均勻沉降 。
工程設計中 , 上述兩種途徑結合使用效果更好 。
3.3 采用樁基礎
當基礎底面偏心距較大 ( 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的附加影響時 , 宜采用樁基礎 。樁基的類型可根據地基土質情況和當地施工條件綜合確定 .
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