淺談門式剛架結(jié)構(gòu)平房糧倉柱腳及基礎設計實例與要點

1、<p>　　淺談門式剛架結(jié)構(gòu)平房糧倉柱腳及基礎設計實例與要點</p><p>　　摘要：門式剛架結(jié)構(gòu)形式的平房糧倉具備投資省、施工周期短、適應性強等優(yōu)點，因而被大量應用于新建、改建的項目中。門式剛架平房糧倉與普通門式剛架房屋相比較，前者的剛架結(jié)構(gòu)要承受由堆糧產(chǎn)生的較大側(cè)推力，在此工況下，其柱腳及基礎設計也與普通情況有較大的區(qū)別。本文結(jié)合實例提供一種設計方法，并將其中的要點與各位同行分享。 </p&

2、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：門式剛架，平房糧倉，抗剪鍵，配筋地坪 </p><p>　　中圖分類號： TU318文獻標識碼： A </p><p>　　Heel&Foundation Design examples and KeyPoints of </p><p>　　Portal FramestructureBungalow Barn <

3、;/p><p>　　Fu Ruijun </p><p>　　(Beijing Biotechina Environment Co., Ltd, Beijing 100083, China) </p><p>　　Abstract:The portal frame structure bungalow barn has the advantages of investm

4、ent saving, short construction period, strong adaptability, so it is widely used in construction, renovation project. Portal frame bungalow barn and common portal frame building are compared, the former rigid frame struc

5、ture to withstand greater thrust produced by grain piles, under this condition, the column pedestaland foundation design also has the big difference with the ordinary circumstances. This paper provides</p><p&g

6、t;　　Key words:portal frame;bungalow barn;shear key;reinforced ground </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　平房糧倉按其結(jié)構(gòu)形式的不同, 可分為折線形屋架平房倉、門式剛架平房倉、拱板平房倉等。其中，門式剛架平房倉有結(jié)構(gòu)自重輕、屋面防水性能好、施工速度快、建設周期短等諸多

7、優(yōu)點，故其備受青睞。 </p><p>　　門式剛架平房糧倉下部結(jié)構(gòu)無論在資金還是人力投入方面在整個房屋建設中都占了相當大的比重。此結(jié)構(gòu)的最大的優(yōu)點在于重量輕，但這個優(yōu)點也給下部結(jié)構(gòu)設計帶來較大的困難，因為平房糧倉的糧食堆載對剛架產(chǎn)生很大的側(cè)推力，此力傳遞到柱腳及基礎時，柱腳抗剪以及基礎抗滑移驗算就成了令人頭疼的事情，為了在保證安全的前提下取得經(jīng)濟性，勢必想出更好的解決方案。本文所做的研究旨在通過對門式剛架平房糧

8、倉的剛架柱腳及其基礎的設計實例的分析，尋找出一些規(guī)律并給出個人的建議，希望能為其它類似的工程項目提供參考。 </p><p><b>　　2 工程概況 </b></p><p>　　益海嘉里某物流有限公司房倉工程，位于遼寧省，采用門式剛架的結(jié)構(gòu)形式，鋼柱及鋼梁均采用焊接H型截面，雙層壓型鋼板復合保溫屋面，砌體墻，墻體通過多層鋼筋混凝土圈梁與鋼柱連接。房倉長211.49

9、m，寬48.74m，檐口高度9.90m，建筑面積10308.02m2，室內(nèi)相對標高為±0.000m，室內(nèi)外高差為0.300m。本工程設計使用年限50年，結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設防烈度為7度(0.1g)，設計分組為第一組，抗震設防類別為丙類，場地類型為Ⅱ類，地基基礎設計等級為丙級，基礎持力層為復合地基，復合地基承載力特征值fspk=150kPa。 </p><p><b>　　3 荷載作用 &l

10、t;/b></p><p>　　本工程剛架承受的常規(guī)荷載包括：屋面恒荷載為0.30kN/m2；屋面活荷載為0.3 kN/m2；基本風壓為0.65 kN/m2（標準值），地面粗糙度B類；基本雪壓為0.40 kN/m2（標準值）。除上述荷載之外，本工程最特殊的荷載為糧食堆載產(chǎn)生的側(cè)壓力，下面重點計算此項荷載。 </p><p>　　在《糧食平房倉設計規(guī)范》[1]5.1.3中平堆散裝糧食對

11、倉壁的壓力標準值應按下列規(guī)定計算： </p><p>　　1、計算深度s處糧食作用于倉壁單位面積上的水平壓力標準值按下式計算： </p><p><b>　　(3-1) </b></p><p>　　2、計算深度s處糧食作用于單位面積上的豎向摩擦力標準值按下式計算： </p><p><b>　　(3-2) &

12、lt;/b></p><p>　　3、平堆散裝糧食對地面的垂直壓力標準值可按下式計算: </p><p><b>　　(3-3) </b></p><p>　　糧食側(cè)壓力系數(shù)k值，由《糧食平房倉設計規(guī)范》[1]公式5.1.3-5計算，或按該規(guī)范附錄B取值。 </p><p>　　計算簡圖如圖3-1所示。 </

13、p><p>　　圖3-1糧食堆載示意圖 圖3-2 基礎受力示意圖 </p><p>　　在本工程中，糧食荷載按散裝大豆平堆7.0m高度考慮，糧食重力密度7.1 kN/m2，側(cè)壓力系數(shù)0.405。由上述公式，可求出： </p><p>　　=13.42kN/m2，=5.77kN/m2，=33.13kN/m2。 </p><p>　　在PKPM-ST

14、S軟件中按照一側(cè)堆載和兩側(cè)堆載兩種荷載工況分別進行計算，根據(jù)軟件自動組合后的輸出結(jié)果，選出最不利的荷載工況得出基礎頂面受力（圖中數(shù)值均為標準值）情況如圖3-2所示。 </p><p>　　4 剛架柱腳及基礎設計 </p><p>　　柱腳是門式剛架與基礎連接的重要節(jié)點，《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 102：2002)第7.2.20條規(guī)定：柱腳錨栓不宜用于承受柱腳底部的水平剪

15、力，此水平剪力可由底板與混凝土基礎間的摩擦力(摩擦系數(shù)取0.4)或抗剪鍵承受。一般情況下，柱腳底部的剪力大于0.4倍的軸力()時，就要設置抗剪鍵。以圖3-2中的剪力值帶入公式計算，從所得出的結(jié)果可以看出，本工程設置抗剪鍵難以實現(xiàn)。 </p><p>　　通過對各種柱腳進行逐一驗算，插入式柱腳作為最佳方案入選，該類型柱腳采用柱外的混凝土來抵抗水平剪力，并充分利用外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的良好抗彎性能，能夠較好地承受本工程

16、的水平剪力和彎矩，其計算方法按照《建筑鋼結(jié)構(gòu)設計手冊》[2]第六章第五節(jié)中公式6-5-23~26的規(guī)定執(zhí)行。 </p><p>　　對應于插入式柱腳的基礎為杯口基礎，根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》[3]中擴展基礎計算的相關(guān)規(guī)定得出滿足本工程地基承載力及基礎抗傾覆驗算要求的基礎底面積為A=b×l=6.5m×4.0m=26m2。《糧食平房倉設計規(guī)范》[1]第6.2.9規(guī)定：當基礎承受的水平荷載較大，

17、而豎向荷載相對較小時，基礎的抗滑移應按下式驗算。 </p><p><b>　　(4-1) </b></p><p>　　上式中。從計算結(jié)果可以看出，盡管基礎底面積已經(jīng)達到26m2，但基礎抗滑移驗算仍然無法滿足要求，針對此情況，筆者查閱了大量資料，現(xiàn)歸納一下解決本文中所遇到的問題的部分常見方法： </p><p>　　增加基礎壓重G。通常采取兩

18、種方法實現(xiàn)：①增加房屋外墻厚度和高度；②增大基礎埋深。 </p><p>　　加大基礎偏心距，但應符合《建筑地基基礎設計規(guī)范》[3]關(guān)于基礎偏心距的相關(guān)規(guī)定。 </p><p><b>　　采用樁基礎。 </b></p><p>　　對于本工程，上述方法中除了第二種以外的其它兩種的可操作性不強，而且也無經(jīng)濟性優(yōu)勢，有無更好的辦法呢，筆者經(jīng)過摸索

19、，提出了一種配筋地坪基礎與基礎底面傾斜的組合法，并按規(guī)范的相關(guān)規(guī)定設置合適的基礎偏心距。 </p><p>　　配筋地坪基礎是將平房糧倉的室內(nèi)地坪植入鋼筋并將其與基礎通過鋼筋拉結(jié)起來，充分利用糧食堆載產(chǎn)生的豎向荷載對地面形成的壓力，利用基礎結(jié)構(gòu)與下方土體之間的摩擦力來抵消糧食堆載產(chǎn)生的水平荷載。本工程的配筋地坪基礎在實際計算中，通過使用通用有限元軟件ANSYS模擬受力狀態(tài)，并綜合考慮實際受力狀態(tài)與理想受力狀態(tài)的差

20、異后，假定配筋地坪基礎能夠承擔柱底剪力的2/3。在廠房室內(nèi)四周3.5m范圍地坪結(jié)構(gòu)層內(nèi)配筋，鋼筋詳細配置為E10@200（E代表HRB400級鋼筋）受力筋，d8@200（d代表HPB300級鋼筋）分配筋。 </p><p>　　基礎底面傾斜則理解為水平面上的受力經(jīng)過平行及垂直于斜面的兩個方向分解后，得到平行于斜面的分量（相比不傾斜的基礎底面，該分量減小了）和垂直于斜面的分量（增大了基礎底面與地面的摩擦力，對受力有

21、利），而分量的大小與傾斜坡度有關(guān)，本工程取1:15的坡度。 </p><p>　　基礎偏心距按照《建筑地基基礎設計規(guī)范》[3]的規(guī)定，其取值為。 </p><p><b>　　5結(jié)語 </b></p><p>　　本工程柱腳與基礎通過上述方法處理后，基礎底面積由26m2減少為A=b×l=5.0m×3.3m=16.5m2，由此

22、可見，其實際效果十分明顯。 </p><p>　　本工程從建成至今也有三年的實際運行時間，糧食堆載最高時達到了7.0m，從目前掌握的數(shù)據(jù)看，地坪沒有出現(xiàn)裂縫的情況，基礎也未出現(xiàn)滑動的跡象，其狀態(tài)良好。 </p><p>　　配筋地坪基礎、基礎底面傾斜、基礎偏心三種方法組合使用時，后兩種都有較為成熟的理論依據(jù)作為支撐，但前者的理論依據(jù)較為缺乏，只能通過不斷地實驗與實踐來掌握其規(guī)律。今后若干年

23、，筆者需要認真觀察本工程的實際運行情況，再做一些必要的總結(jié)，只希望通過本文能為其它類似項目提供借鑒。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] GB 50320-2001,糧食平房倉設計規(guī)范[s].北京,中國計劃出版社. </p><p>　　[2] 趙熙元,建筑鋼結(jié)構(gòu)設計手冊[M].北京,冶金工業(yè)出版社,1