進入21世紀,隨著社會的進步、經濟的發展、鋼材產量的逐年增加和科學技術的發展,越來越多的大、中型工業廠房、倉庫等均采用了鋼結構形式。鋼結構廠房以其重量輕、承載能力強、整體剛度及抗震性能好、施工周期短、構件布置修改相對方便的優點被社會接受和認可。而地基基礎作為房屋結構的一部分,它承擔建筑物上部結構的所有荷載,并由之傳于支承它的地基。工業廠房樓面荷載大,設備重量大,有些設備還產生動力荷載,因此對基礎的強度、剛度、穩定性的要求就極為重要。同時,基礎又是地下隱蔽工程,一旦失事難以補救,甚至不可挽救。所以,在建筑物的結構設計中,基礎設計尤為重要。現就鋼結構廠房基礎設計的原理及應注意的幾個問題加以討論。
1、湖南膜結構基礎形式: 礎形式的選擇,需要根據建筑物的規模、用途、荷載大小與性質以及對不均勻沉降的敏感性,再研究下部地質條件、土層分布、土的性質以及地下水的情況等進行綜合分析,因地制宜。對于鋼結構廠房一般柱距、跨度不會太小,所以當地質條件比較好時,常采用獨立基礎;當地質條件較差時常采用樁基礎。樁基礎可分端承樁和摩擦樁兩種,根據工程情況選用。北方地區地質土以黏性土為主,故較多采用獨立基礎,雜填土較厚時可采用人工挖孔灌注樁;南方以及沿海地區以沙土及雜填土為主,且填土厚度較大,地下水位也比較高,采用樁基礎的較多。一般情況下,柱下采用獨立承臺,如果地面布置設備較多,設備自重又比較大,設備下亦需采用樁基時,可以考慮全部或部分采用滿堂樁基礎。
2 、湖南張拉膜基礎設計:
2.1 獨立基礎設計步驟
1).根據柱底位置以及基礎埋置深度,初步擬定基礎高度。
2) 根據地基承載力特征值確定基底面積:A≥(Fk+Gk)/fa 。若為偏心受壓基礎,基底最大應力不能超過1.2倍的地基承載力。對于有吊車的廠房,最小應力應大于零。
3).根據基礎的沖切強度驗算其高度:FL≤0.7βhpftamh0。要求基礎沖切面上由土反力產生的局部荷載設計值,不能大于基礎破壞斜截面的抗剪強度。
4).根據基礎的抗彎強度計算基礎底板內的受力鋼筋:
MI=(1/12)a2I[(2l+a‘)(Pmax+P-2G/A)+(Pmax-P)l];ASi=MI/(0.9h0fy)。由于獨立基礎底板在地基反力Pn的作用下,在兩個方向均發生彎曲,所以兩個方向都要進行受力計算,鋼筋面積按兩個方向的最大彎矩計算。
5).根據計算結果及構造要求繪制施工圖。
2.2 樁基礎樁基礎的設計內容包括:
1).單樁豎向承載力特征值(Ra=qpaAp+Up∑qsiali),其大小應通過單樁豎向靜載荷確定;水平承載力特征值(Rha),其大小取決于樁的材料強度、截面剛度、入土深度、土質條件、樁頂水平位移允許值及樁頂嵌固情況等因素,應通過現場水平載荷試驗確定。
2).驗算樁本身的承載力,樁軸心受壓時Q≤Apfcψc,當樁承受拔力時,應進行抗拔及樁身抗裂驗算。
3).根據上部結構荷載確定單柱下樁的根數。
4).承臺的設計。承臺分單樁承臺及多樁承臺,樁基承臺應滿足抗沖切、抗剪力、抗彎承載力和上部結構的要求,其構造要求及計算公式依照《建筑地基基礎設計規范》[1]的有關規定進行設計。
5).根據計算結果及構造要求繪制施工圖。
3 、湖南張拉膜基礎設計中容易忽視的幾個問題:
3.1 樁底構造對于現澆大直徑人工成孔灌注樁,樁底一般設計為鍋底形狀,這樣可以增大樁與地基持力層的接觸面。經計算,增大樁底直徑可提高承載力約4%~9%。但實際上是難以得到保證的。由于樁的深度一般比較大(從十余米到幾十米),井底環境又差,即使是逐個檢查也難以查驗準確,所以,設計時樁底不宜按鍋底形面積計算,將其作為安全儲備為宜。
3.2 鋼筋保護層規范規定:基礎鋼筋的保護層,設墊層時為40mm;不設墊層時為70mm。由于施工時70mm 厚的保護層難以保證,所以,設計時宜采用基礎下加設墊層的做法,以保證保護層的厚度。
3.3 基礎的抗浮
當地下水位比較高時,基礎設計時必須考慮基礎的抗浮計算。使得基礎以上建筑物及填土的重量大于土中水對建筑物的浮力。在地下水位較高的地區直埋式油罐、水池、地下車庫等的基礎設計中,抗浮問題就比較突出、這是由于其體積一般比較大,所受浮力遠大于其自身重量。所以在基礎設計中一般應滿足滿足浮力不大于基礎及其上土、建(構)筑物的自身重量之和γG(一般為0.9)倍以外,還要保障基礎與建(構)筑物的可靠連接,使其連接件也能
滿足抵抗浮力的要求。否則在浮力作用下基礎與上部建(構)筑物脫離浮出,造成一定的損失。據調查,在工程建建設過程中因為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。
4、周口張拉膜 基礎施工:
鋼結構廠房的基礎施工,既要滿足其本身的強度、剛度要求,又要滿足與其上部鋼結構連接的要求[2]。基礎混凝土表面標高要求:①對于單層廠房,柱底支承面標高允許偏差為±3.0mm,②對于多高層首先應符合設計要求,當設計無要求時其柱底支承面標高允許偏差為±2.0mm。
預埋地腳螺栓本身及其位置的允許偏差要求:
①地腳螺栓尺寸的允許偏差為:0mm~+30mm(螺栓露出長度);0mm~+30mm(螺紋長度)②地腳螺栓中心偏移的允許偏差:單層廠房為5.0mm;多高層廠房為2.0mm。以上要求都比較容易滿足,難點在于基礎內預埋螺栓的定位。預埋螺栓位置的準確與否,直接影響上部鋼結構的安裝。現就幾種預埋螺栓的定位方法加以比較。
1)加設鋼板開孔定位法。此方法所用鋼板為永久性、一次性模具,定位準確,但造價較高。
2)木模定位法。依據柱腳預埋螺栓位置尺寸由木工下料制作。此法可只制作部分模具,但需分段施工,再者由于建筑物的不同,柱腳設計亦盡不相同,所以木模也不好得到多次利用,另外木模的制作也相當繁瑣。
3)軟定位法。也就是待預埋螺栓就位固定后,用草繩等物纏繞于其上部,然后澆筑混凝土基礎,混凝土初凝后拔出纏繞物,再按要求調整預埋螺栓位置,預濕混凝土表面后用細石混凝土進行二次澆灌即可。此種方法比較經濟。
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