浅谈钢结构厂房基础设计要点

1 钢结构厂房基础简介

近年来，随着我国工业的迅速发展，厂房建设的需求量也不断增大，人们对厂房建筑也提出了更高的要求。在新的工业发展局势下，不仅要满足结构厂房基本的功能，还必须具有足够的安全性和对生产环境的适应性，厂房基础是保证厂房结构安全、满足厂房多方面功能的保障，因此加强对厂房基础的设计研究是非常有价值的。随着我国经济和技术的进步，我国钢铁产量迅速增加，具有优质性能的钢材也大量出现，钢结构厂房建设具有易操作、省时、高效的特点，在日后的维护过程中，钢结构厂房承重能力较好，可以通过简单的焊接技术进行修复，而且还具有抗震能力强的优势。钢结构厂房的应用已经渗透到很多大型的工业厂房以及公共建筑等方面，对促进我国经济的迅速增长起到了很大的推动作用。

正是因为钢结构厂房具有这些独特的优势、运用如此广泛，加强厂房的基础建设才显得尤为重要。钢结构厂房基础是指承受整个厂房建筑、工艺设备、管道、钢结构本身以及地震作用等载荷，并将作用力传给地基的土建结构。在钢结构厂房建筑规模不断扩大的生产形势下，厂房的基础设计往往会成为整个工程项目能否顺利完成的关键因素。因此，加强钢结构厂房的基础设计，系统分析基础的受力特征对促进钢结构厂房的安全建设，更好地为工业发展服务具有非常重要的意义。

2 钢结构厂房基础的受力特点

由于通常钢结构厂房的高度相对不高，对于不同功能的厂房吊车吨位要求不同，技术精度要求较高，形成了其具有跨度较大、有一定吊车吨位、技术要求高、偏心载荷较大等特点。当厂房设有多台吊车而且吊车吨位较大时，很难控制横向的水平位移，因此在横向上进行柱脚刚接;在纵向上的水平荷载由纵向柱承受，因此柱脚多为铰接。基于厂房结构的这些特征，再加上钢结构本身的密度较小、质量较轻，导致在柱底垂向上的受力相对较小。另外，由于钢材本身的物理特征，钢结构自振周期较长，水平方向上的地震作用相对比较小，因此吊车的水平制动载荷以及自然条件下风的载荷成为控制结构稳定的横向水平载荷，造成基础的偏心较大(最大可达115～215m，由偏心所造成的弯矩也是比较大的)，而厂房所受的纵向水平荷载则通过柱间的支撑系统传至基础顶面。因此，钢结构厂房基础顶面承受较小的竖向力和相对较大的水平力和弯矩。

3 钢结构厂房基础设计的要点

3.1 做好基础形式的选择

在众多建筑工程以及企业厂房中，由于建筑物的规模、用途各有不同，结构所承受的载荷大小和性质也有一定的差异，而且建筑所处地理位置的地质结构特征使得建筑物对不均匀沉降有一定的敏感性，因此为达到不同条件下厂房结构的稳定，选择的结构基础形式并不相同。在进行钢结构厂房的基础形式进行选择时，要充分考虑这些因素的影响，对地质条件、土层性质和分布以及地下水情况进行系统地分析，充分结合该地区的具体情况来开展工作。

一般来说，钢结构厂房的柱距和跨度都比较大，因此在地质条件比较好时，可以采用独立的基础形式;在地质条件不太乐观或者建筑要求较高时，常采用桩基础。桩基础是我国发展较早、较成熟的一种基础形式，因其具有承载能力高、沉降量小且沉降均匀等优点，可以适用于任意工程地质条件，尤其是在软弱地基上的建筑结构中具有非常广泛的应用。根据建筑基础的受力原理可以将桩基础分为摩擦桩和承载桩，在选择时，根据实际的工程情况，摩擦桩多用于地层没有坚硬的承载层或者承载层较深的工程建筑中;而承载桩是使基桩座落在承载层之上，可以承载构造物。

例如，由于地理条件及气候差异导致我国南北方土层具有不同的性质，通常选用不同的基础形式。在我国北方地区，地层土多为粘性土，因此通常采用独立基础，而南方及沿海地区多为沙土或杂填土，而且地下水位较高，因此多采用桩基础。当然，对于北方地质条件较差的一些地区也通常采用桩基础的形式，具体的选择方法要结合钢结构厂房所建的实际条件进行系统的分析，不能一概而论。

此外，在偏心距较小的情况下，为满足基础设计的要求，有时会采用偏心基础。偏心基础形式可以减小基础尺寸，该基础形式在工程设计中较少采用，通常当吊车吨位不太大时考虑采用柱下偏心基础形式。

3.2 做好基础的受力分析

钢结构厂房基础具有顶面承受较小的竖向力和相对较大的水平力和弯矩的受力特点，在基础设计时必须根据这些特点着重对竖向及水平的受力和弯矩情况进行具体的分析，根据结构特征确定载荷分布进而对基础部分的承受能力和稳定性进行一定的校核。根据基础的受力分析，可以指导厂房结构的建设、钢材的选择以及厂房基础形式的确定。在对钢结构厂房进行结构基础受力分析时，不能定性地确定某一方向的承受力，必须根据初步选择的基础形式和地质条件进行严格的实验、分析以及数据计算，给出地基所能承受的具体各个方向受力大小的范围，对所设计的结构进行分析和验证，确保实际建筑的厂房结构所产生的载荷作用在基础能够承受的稳定范围之内。例如，对于有吊车的钢结构厂房，由于在工程设计中通常采用刚性柱脚，那么在进行基础设计时，就要充分考虑刚性柱脚的受力特征，并对其受力情况进行严密的分析，按设计的结构校核是否能满足整体刚度的要求，除受力之外，还要计算其所承受弯矩的大小，确定侧移。

基础的受力分析是进行整个刚厂房结构稳定性、安全性的保障，只有对基础的受力进行清晰的认识，才能保证基础形式以及整个厂房结构设计的正确选择。

3.3 严格按照设计步骤进行设计

钢结构厂房基础的设计包含受力、结构、形式以及与地面结构的配伍性等多方面的内容，影响因素较多，因此在进行设计时，必须按照一定的顺序、独立的设计步骤循序渐进，不能为了减少分析量和计算量随意减少某些特定的步骤，这对设计的完整性以及基础的稳定性都是至关重要的。

严格按照厂房基础设计步骤进行设计，首先要确定柱底的位置及桩柱的安排布局等，并结合基础的埋置深度初步计算出基础的高度。然后根据地基的承载力特征值确定基底的安排面积使面积满足相关的设计要求，当基础为偏心受压基础时，应注意基底的最大应力不能超过地基承载能力的的1.2倍;当钢结构厂房有一定吨位的吊车时，最小应力应大于零。再次，根据设计的基础结构确定基础的冲切强度并对其高度进行验证，应该满足基础的冲切面上由于土反力而产生的局部载荷的设计值，满足其小于基础破坏斜截面的抗剪强度。完成上一步骤后，就可以根据基础的抗弯强度来计算基础底板内的受力钢筋了。最后，根据上述步骤中涉及的计算结果以及地区的构造要求绘制施工图。整个过程是一个相互衔接不断完善的过程，在后期是分析校核中若发现不满足强度、稳定性等要求，则按照此步骤再进行进一步的完善。

3.4 做好关键问题的处理

在钢结构厂房的基础设计中经常出现一些关键性的问题，比如桩底构造、钢筋保护层、基础的抗浮等，这些问题的出现对基础的稳定有着很大的影响，因此必须妥善处理好这些关键问题。对于桩底构造而言，增大桩底直径可提高承载力约4%～9%，再加上桩的深度一般比较大、井底环境差，因此，设计时桩底不宜按锅底形面积计算，应留有一定的安全储备。对于钢筋保护层，有规范规定:基础钢筋的保护层，设垫层时为40mm;不设垫层时为70mm。因此，设计时应采用基础下加设垫层的做法，以确保保护层的厚度。面对基础的抗浮情况，在地下水位较高的地区的水池、地下车库等的基础设计中，抗浮问题就比较突出，在基础设计中一般应满足满足浮力不大于基础及其上构筑物的重量之和，还要保障基础与构筑物的可靠连接，使其连接件也能满足抵抗浮力的要求。抗浮不足而造成工程事故时有发生，在设计过程中应加以特别重视。做好关键问题的处理，对于减少厂房结构出现稳定性失误具有很有效的规避作用，在进行基础设计时，必须加强对这些关键问题的思考。

4 总结

钢结构厂房的基础设计是保证厂房顺利建设的重要环节，对整个厂房结构的稳定、工作安全都起着非常关键的作用。在进行厂房基础设计时必须综合考虑基础形式的选择、基础的受力分析、完整精密的设计步骤以及对关键问题的解决等，这对于整个钢结构厂房的建设具有非常重要的意义。

[1]范利鹏.研究钢结构厂房设计[J].工程技术，2013(2).

[2]李远.关于钢结构厂房基础设计的几个问题[J].基础工程设计，2012(11).