钢结构厂房基础设计原理
长钢设计规划院陈彦涛
【摘要】工业钢结构厂房的基础常采用柱下单独基础和柱下桩基础两种形式。

通过对常用形式设计步骤的论述，总结了设计中容易忽视的桩底构造、钢筋保护层、基础的抗浮问题。

并对基础施工中预埋螺栓的定位方法进行以比较。

【关键词】钢结构;基础设计;预埋螺栓;定位
时下,随着社会的进步、经济的发展、钢材产量的逐年增加和科学技术的发展，越来越多的大、中型工业厂房、仓库等均采用了钢结构形式。

钢结构厂房以其重量轻、承载能力强、整体刚度及抗震性能好、施工周期短、构件布置修改相对方便的优点被社会接受和认可。

而地基基础作为房屋结构的一部分，它承担建筑物上部结构的所有荷载，并由之传于支承它的地基。

工业厂房楼面荷载大,设备重量大,有些设备还产生动力荷载，因此对基础的强度、刚度、稳定性的要求就极为重要。

同时，基础又是地下隐蔽工程，一旦失事难以补救，甚至不可挽救。

所以,在建筑物的结构设计中，基础设计尤为重要。

现就钢结构厂房基础设计的原理及应注意的几个问题加以讨论。

1 基础形式：
基础形式的选择，需要根据建筑物的规模、用途、荷载大小与性质以及对不均匀沉降的敏感性，再研究下部地质条件、土层分布、土的性质以及地下水的情况等进行综合分析，因地制宜。

对于钢结构厂房一般柱距、跨度不会太小，所以当地质条件比较好时，常采用独立基础；当地质条件较差时常采用桩基础。

桩基础可分端承桩和摩擦桩两种，根据工程情况选用。

北方地区地质土以黏性土为主，故较多采用独立基础，杂填土较厚时可采用人工挖孔灌注桩；南方以及沿海地区以沙土及杂填土为主，且填土厚度较大，地下水位也比较高，采用桩基础的较多。

一般情况下，柱下采用独立承台，如果地面布置设备较多，设备自重又比较大，设备下亦需采用桩基时，可以考虑全部或部分采用满堂桩基础。

2 基础设计
2.1 独立基础设计步骤
1).根据柱底位置以及基础埋置深度，初步拟定基础高度。

2) 根据地基承载力特征值确定基底面积:A≥(Fk+Gk)/fa 。

若为偏心受压基础，
基底最大应力不能超过1.2倍的地基承载力。

对于有吊车的厂房，最小应力应大于零。

3).根据基础的冲切强度验算其高度：F
L ≤0.7β
hp
f
t
a
m
h。

要求基础冲切面上由土反
力产生的局部荷载设计值，不能大于基础破坏斜截面的抗剪强度。

4).根据基础的抗弯强度计算基础底板内的受力钢筋:
M I =（1/12）a2
I
[(2l+a‘)（P
max
+P-2G/A）+(P
max
-P)l]；A
Si
=M
I
/(0.9h
f
y
)。

由于独立
基础底板在地基反力Pn的作用下，在两个方向均发生弯曲，所以两个方向都要进行受力计算，钢筋面积按两个方向的最大弯矩计算。

5).根据计算结果及构造要求绘制施工图。

2.2 桩基础桩基础的设计内容包括：
1).单桩竖向承载力特征值（Ra=q
pa A
p
+U
p
∑q
sia
l
i
）,其大小应通过单桩竖向静载荷确
定；水平承载力特征值（Rha），其大小取决于桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值及桩顶嵌固情况等因素，应通过现场水平载荷试验确定。

2).验算桩本身的承载力，桩轴心受压时Q≤A
p f
c
ψ
c
，当桩承受拔力时，应进行抗拔
及桩身抗裂验算。

3).根据上部结构荷载确定单柱下桩的根数。

4).承台的设计。

承台分单桩承台及多桩承台，桩基承台应满足抗冲切、抗剪力、抗弯承载力和上部结构的要求，其构造要求及计算公式依照《建筑地基基础设计规范》[1]的有关规定进行设计。

5).根据计算结果及构造要求绘制施工图。

3 基础设计中容易忽视的几个问题
3.1 桩底构造对于现浇大直径人工成孔灌注桩，桩底一般设计为锅底形状，这样可以增大桩与地基持力层的接触面。

经计算，增大桩底直径可提高承载力约4%~9%。

但实际上是难以得到保证的。

由于桩的深度一般比较大（从十余米到几十米），井底环境又差，即使是逐个检查也难以查验准确，所以,设计时桩底不宜按锅底形面积计算，将其作为安全储备为宜。

3.2 钢筋保护层规范规定：基础钢筋的保护层，设垫层时为40mm；不设垫层时为70mm。

由于施工时70mm 厚的保护层难以保证，所以,设计时宜采用基础下加设垫
层的做法，以保证保护层的厚度。

3.3 基础的抗浮
当地下水位比较高时，基础设计时必须考虑基础的抗浮计算。

使得基础以上建筑物及填土的重量大于土中水对建筑物的浮力。

在地下水位较高的地区直埋式油罐、水池、地下车库等的基础设计中，抗浮问题就比较突出、这是由于其体积一般比较大，所受浮力远大于其自身重量。

所以在基础设计中一般应满足满足浮力不大于基础及其上土、建（构）筑物的自身重量之和γG（一般为0.9）倍以外，还要保障基础与建（构）筑物的可靠连接，使其连接件也能
满足抵抗浮力的要求。

否则在浮力作用下基础与上部建（构）筑物脱离浮出，造成一定的损失。

据调查，在工程建建设过程中因为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。

4 基础施工
钢结构厂房的基础施工，既要满足其本身的强度、刚度要求，又要满足与其上部钢结构连接的要求[2]。

基础混凝土表面标高要求：①对于单层厂房，柱底支承面标高允许偏差为±3.0mm，②对于多高层首先应符合设计要求，当设计无要求时其柱底支承面标高允许偏差为±2.0mm。

预埋地脚螺栓本身及其位置的允许偏差要求：
①地脚螺栓尺寸的允许偏差为：0mm~+30mm（螺栓露出长度）；0mm~+30mm（螺纹长度）②地脚螺栓中心偏移的允许偏差：单层厂房为5.0mm；多高层厂房为2.0mm。

以上要求都比较容易满足，难点在于基础内预埋螺栓的定位。

预埋螺栓位置的准确与否，直接影响上部钢结构的安装。

现就几种预埋螺栓的定位方法加以比较。

1)加设钢板开孔定位法。

此方法所用钢板为永久性、一次性模具，定位准确，但造价较高。

2)木模定位法。

依据柱脚预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，柱脚设计亦尽不相同，所以木模也不好得到多次利用，另外木模的制作也相当繁琐。

3)软定位法。

也就是待预埋螺栓就位固定后，用草绳等物缠绕于其上部，然后浇筑混凝土基础，混凝土初凝后拔出缠绕物，再按要求调整预埋螺栓位置，预湿混凝土表面后用细石混凝土进行二次浇灌即可。

此种方法比较经济。

5 结论
工业厂房为满足其工艺要求，结构布置千变万化，其基础设计也随之而变。

只有把握基础设计的原理，严格遵守国家现行规范规定，注意设计中容易忽视的问题，确保施工质量，才能保证整个工程的质量。

【参考文献】
【1】GB50007-2002 建筑地基基础设计规范[S].
【2】GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范[S].
【3】GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S].。