淺談鋼結構廠房基礎設計要點

1 鋼結構廠房基礎簡介

近年來，隨著我國工業的迅速發展，廠房建設的需求量也不斷增大，人們對廠房建筑也提出了更高的要求。在新的工業發展局勢下，不僅要滿足結構廠房基本的功能，還必須具有足夠的安全性和對生產環境的適應性，廠房基礎是保證廠房結構安全、滿足廠房多方面功能的保障，因此加強對廠房基礎的設計研究是非常有價值的。隨著我國經濟和技術的進步，我國鋼鐵產量迅速增加，具有優質性能的鋼材也大量出現，鋼結構廠房建設具有易操作、省時、高效的特點，在日后的維護過程中，鋼結構廠房承重能力較好，可以通過簡單的焊接技術進行修復，而且還具有抗震能力強的優勢。鋼結構廠房的應用已經滲透到很多大型的工業廠房以及公共建筑等方面，對促進我國經濟的迅速增長起到了很大的推動作用。

正是因為鋼結構廠房具有這些獨特的優勢、運用如此廣泛，加強廠房的基礎建設才顯得尤為重要。鋼結構廠房基礎是指承受整個廠房建筑、工藝設備、管道、鋼結構本身以及地震作用等載荷，并將作用力傳給地基的土建結構。在鋼結構廠房建筑規模不斷擴大的生產形勢下，廠房的基礎設計往往會成為整個工程項目能否順利完成的關鍵因素。因此，加強鋼結構廠房的基礎設計，系統分析基礎的受力特征對促進鋼結構廠房的安全建設，更好地為工業發展服務具有非常重要的意義。

2 鋼結構廠房基礎的受力特點

由于通常鋼結構廠房的高度相對不高，對于不同功能的廠房吊車噸位要求不同，技術精度要求較高，形成了其具有跨度較大、有一定吊車噸位、技術要求高、偏心載荷較大等特點。當廠房設有多臺吊車而且吊車噸位較大時，很難控制橫向的水平位移，因此在橫向上進行柱腳剛接;在縱向上的水平荷載由縱向柱承受，因此柱腳多為鉸接。基于廠房結構的這些特征，再加上鋼結構本身的密度較小、質量較輕，導致在柱底垂向上的受力相對較小。另外，由于鋼材本身的物理特征，鋼結構自振周期較長，水平方向上的地震作用相對比較小，因此吊車的水平制動載荷以及自然條件下風的載荷成為控制結構穩定的橫向水平載荷，造成基礎的偏心較大(最大可達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柱間的支撐系統傳至基礎頂面。因此，鋼結構廠房基礎頂面承受較小的豎向力和相對較大的水平力和彎矩。

3 鋼結構廠房基礎設計的要點

3.1 做好基礎形式的選擇

在眾多建筑工程以及企業廠房中，由于建筑物的規模、用途各有不同，結構所承受的載荷大小和性質也有一定的差異，而且建筑所處地理位置的地質結構特征使得建筑物對不均勻沉降有一定的敏感性，因此為達到不同條件下廠房結構的穩定，選擇的結構基礎形式并不相同。在進行鋼結構廠房的基礎形式進行選擇時，要充分考慮這些因素的影響，對地質條件、土層性質和分布以及地下水情況進行系統地分析，充分結合該地區的具體情況來開展工作。

一般來說，鋼結構廠房的柱距和跨度都比較大，因此在地質條件比較好時，可以采用獨立的基礎形式;在地質條件不太樂觀或者建筑要求較高時，常采用樁基礎。樁基礎是我國發展較早、較成熟的一種基礎形式，因其具有承載能力高、沉降量小且沉降均勻等優點，可以適用于任意工程地質條件，尤其是在軟弱地基上的建筑結構中具有非常廣泛的應用。根據建筑基礎的受力原理可以將樁基礎分為摩擦樁和承載樁，在選擇時，根據實際的工程情況，摩擦樁多用于地層沒有堅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，可以承載構造物。

例如，由于地理條件及氣候差異導致我國南北方土層具有不同的性質，通常選用不同的基礎形式。在我國北方地區，地層土多為粘性土，因此通常采用獨立基礎，而南方及沿海地區多為沙土或雜填土，而且地下水位較高，因此多采用樁基礎。當然，對于北方地質條件較差的一些地區也通常采用樁基礎的形式，具體的選擇方法要結合鋼結構廠房所建的實際條件進行系統的分析，不能一概而論。

此外，在偏心距較小的情況下，為滿足基礎設計的要求，有時會采用偏心基礎。偏心基礎形式可以減小基礎尺寸，該基礎形式在工程設計中較少采用，通常當吊車噸位不太大時考慮采用柱下偏心基礎形式。

3.2 做好基礎的受力分析

鋼結構廠房基礎具有頂面承受較小的豎向力和相對較大的水平力和彎矩的受力特點，在基礎設計時必須根據這些特點著重對豎向及水平的受力和彎矩情況進行具體的分析，根據結構特征確定載荷分布進而對基礎部分的承受能力和穩定性進行一定的校核。根據基礎的受力分析，可以指導廠房結構的建設、鋼材的選擇以及廠房基礎形式的確定。在對鋼結構廠房進行結構基礎受力分析時，不能定性地確定某一方向的承受力，必須根據初步選擇的基礎形式和地質條件進行嚴格的實驗、分析以及數據計算，給出地基所能承受的具體各個方向受力大小的范圍，對所設計的結構進行分析和驗證，確保實際建筑的廠房結構所產生的載荷作用在基礎能夠承受的穩定范圍之內。例如，對于有吊車的鋼結構廠房，由于在工程設計中通常采用剛性柱腳，那么在進行基礎設計時，就要充分考慮剛性柱腳的受力特征，并對其受力情況進行嚴密的分析，按設計的結構校核是否能滿足整體剛度的要求，除受力之外，還要計算其所承受彎矩的大小，確定側移。

基礎的受力分析是進行整個剛廠房結構穩定性、安全性的保障，只有對基礎的受力進行清晰的認識，才能保證基礎形式以及整個廠房結構設計的正確選擇。

3.3 嚴格按照設計步驟進行設計

鋼結構廠房基礎的設計包含受力、結構、形式以及與地面結構的配伍性等多方面的內容，影響因素較多，因此在進行設計時，必須按照一定的順序、獨立的設計步驟循序漸進，不能為了減少分析量和計算量隨意減少某些特定的步驟，這對設計的完整性以及基礎的穩定性都是至關重要的。

嚴格按照廠房基礎設計步驟進行設計，首先要確定柱底的位置及樁柱的安排布局等，并結合基礎的埋置深度初步計算出基礎的高度。然后根據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的設計要求，當基礎為偏心受壓基礎時，應注意基底的最大應力不能超過地基承載能力的的1.2倍;當鋼結構廠房有一定噸位的吊車時，最小應力應大于零。再次，根據設計的基礎結構確定基礎的沖切強度并對其高度進行驗證，應該滿足基礎的沖切面上由于土反力而產生的局部載荷的設計值，滿足其小于基礎破壞斜截面的抗剪強度。完成上一步驟后，就可以根據基礎的抗彎強度來計算基礎底板內的受力鋼筋了。最后，根據上述步驟中涉及的計算結果以及地區的構造要求繪制施工圖。整個過程是一個相互銜接不斷完善的過程，在后期是分析校核中若發現不滿足強度、穩定性等要求，則按照此步驟再進行進一步的完善。

3.4 做好關鍵問題的處理

在鋼結構廠房的基礎設計中經常出現一些關鍵性的問題，比如樁底構造、鋼筋保護層、基礎的抗浮等，這些問題的出現對基礎的穩定有著很大的影響，因此必須妥善處理好這些關鍵問題。對于樁底構造而言，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、井底環境差，因此，設計時樁底不宜按鍋底形面積計算，應留有一定的安全儲備。對于鋼筋保護層，有規范規定:基礎鋼筋的保護層，設墊層時為40mm;不設墊層時為70mm。因此，設計時應采用基礎下加設墊層的做法，以確保保護層的厚度。面對基礎的抗浮情況，在地下水位較高的地區的水池、地下車庫等的基礎設計中，抗浮問題就比較突出，在基礎設計中一般應滿足滿足浮力不大于基礎及其上構筑物的重量之和，還要保障基礎與構筑物的可靠連接，使其連接件也能滿足抵抗浮力的要求。抗浮不足而造成工程事故時有發生，在設計過程中應加以特別重視。做好關鍵問題的處理，對于減少廠房結構出現穩定性失誤具有很有效的規避作用，在進行基礎設計時，必須加強對這些關鍵問題的思考。

4 總結

鋼結構廠房的基礎設計是保證廠房順利建設的重要環節，對整個廠房結構的穩定、工作安全都起著非常關鍵的作用。在進行廠房基礎設計時必須綜合考慮基礎形式的選擇、基礎的受力分析、完整精密的設計步驟以及對關鍵問題的解決等，這對于整個鋼結構廠房的建設具有非常重要的意義。

[1]范利鵬.研究鋼結構廠房設計[J].工程技術，2013(2).

[2]李遠.關于鋼結構廠房基礎設計的幾個問題[J].基礎工程設計，2012(11).