浅谈门式刚架结构平房粮仓柱脚及基础设计实例与要点.doc

1、浅谈门式刚架结构平房粮仓柱脚及基础设计实例与要点摘要：门式刚架结构形式的平房粮仓具备投资省、施工周期短、适应性强等优点，因而被大量应用于新建、改建的项目中。门式刚架平房粮仓与普通门式刚架房屋相比较，前者的刚架结构要承受由堆粮产生的较大侧推力，在此工况下，其柱脚及基础设计也与普通情况有较大的区别。本文结合实例提供一种设计方法，并将其中的要点与各位同行分享。关键词：门式刚架，平房粮仓，抗剪键，配筋地坪 中图分类号： TU318 文献标识码： A Heelbungalow barn;shear key;reinforced ground 1 前言 平房粮仓按其结构形式的不同, 可分为折线形屋架平房仓

2、、门式刚架平房仓、拱板平房仓等。其中，门式刚架平房仓有结构自重轻、屋面防水性能好、施工速度快、建设周期短等诸多优点，故其备受青睐。 门式刚架平房粮仓下部结构无论在资金还是人力投入方面在整个房屋建设中都占了相当大的比重。此结构的最大的优点在于重量轻，但这个优点也给下部结构设计带来较大的困难，因为平房粮仓的粮食堆载对刚架产生很大的侧推力，此力传递到柱脚及基础时，柱脚抗剪以及基础抗滑移验算就成了令人头疼的事情，为了在保证安全的前提下取得经济性，势必想出更好的解决方案。本文所做的研究旨在通过对门式刚架平房粮仓的刚架柱脚及其基础的设计实例的分析，寻找出一些规律并给出个人的建议，希望能为其它类似的工程项目

3、提供参考。 2 工程概况 益海嘉里某物流有限公司房仓工程，位于辽宁省，采用门式刚架的结构形式，钢柱及钢梁均采用焊接 H 型截面，双层压型钢板复合保温屋面，砌体墙，墙体通过多层钢筋混凝土圈梁与钢柱连接。房仓长211.49m，宽 48.74m，檐口高度 9.90m，建筑面积 10308.02m2，室内相对标高为0.000m，室内外高差为 0.300m。本工程设计使用年限 50 年，结构安全等级二级，抗震设防烈度为 7 度(0.1g)，设计分组为第一组，抗震设防类别为丙类，场地类型为类，地基基础设计等级为丙级，基础持力层为复合地基，复合地基承载力特征值 fspk=150kPa。 3 荷载作用 本工程

4、刚架承受的常规荷载包括：屋面恒荷载为 0.30kN/m2；屋面活荷载为 0.3 kN/m2；基本风压为 0.65 kN/m2（标准值） ，地面粗糙度 B 类；基本雪压为 0.40 kN/m2（标准值） 。除上述荷载之外，本工程最特殊的荷载为粮食堆载产生的侧压力，下面重点计算此项荷载。 在粮食平房仓设计规范15.1.3 中平堆散装粮食对仓壁的压力标准值应按下列规定计算： 1、计算深度 s 处粮食作用于仓壁单位面积上的水平压力标准值按下式计算： (3-1) 2、计算深度 s 处粮食作用于单位面积上的竖向摩擦力标准值按下式计算： (3-2) 3、平堆散装粮食对地面的垂直压力标准值可按下式计算: (3

5、-3) 粮食侧压力系数 k 值，由粮食平房仓设计规范1公式 5.1.3-5计算，或按该规范附录 B 取值。 计算简图如图 3-1 所示。 图 3-1 粮食堆载示意图 图 3-2 基础受力示意图 在本工程中，粮食荷载按散装大豆平堆 7.0m 高度考虑，粮食重力密度 7.1 kN/m2，侧压力系数 0.405。由上述公式，可求出： =13.42kN/m2，=5.77kN/m2，=33.13kN/m2。 在 PKPM-STS 软件中按照一侧堆载和两侧堆载两种荷载工况分别进行计算，根据软件自动组合后的输出结果，选出最不利的荷载工况得出基础顶面受力（图中数值均为标准值）情况如图 3-2 所示。 4 刚架

6、柱脚及基础设计 柱脚是门式刚架与基础连接的重要节点， 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102：2002)第 7.2.20 条规定：柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力，此水平剪力可由底板与混凝土基础间的摩擦力(摩擦系数取 0.4)或抗剪键承受。一般情况下，柱脚底部的剪力大于 0.4 倍的轴力()时，就要设置抗剪键。以图 3-2 中的剪力值带入公式计算，从所得出的结果可以看出，本工程设置抗剪键难以实现。 通过对各种柱脚进行逐一验算，插入式柱脚作为最佳方案入选，该类型柱脚采用柱外的混凝土来抵抗水平剪力，并充分利用外包钢筋混凝土结构的良好抗弯性能，能够较好地承受本工程的水平剪力和弯矩，其

7、计算方法按照建筑钢结构设计手册2第六章第五节中公式 6-5-2326 的规定执行。 对应于插入式柱脚的基础为杯口基础，根据建筑地基基础设计规范3中扩展基础计算的相关规定得出满足本工程地基承载力及基础抗倾覆验算要求的基础底面积为 A=bl=6.5m4.0m=26m2。 粮食平房仓设计规范1第 6.2.9 规定：当基础承受的水平荷载较大，而竖向荷载相对较小时，基础的抗滑移应按下式验算。 (4-1) 上式中。从计算结果可以看出，尽管基础底面积已经达到 26m2，但基础抗滑移验算仍然无法满足要求，针对此情况，笔者查阅了大量资料，现归纳一下解决本文中所遇到的问题的部分常见方法： 增加基础压重 G。通常采

8、取两种方法实现：增加房屋外墙厚度和高度；增大基础埋深。 加大基础偏心距，但应符合建筑地基基础设计规范3关于基础偏心距的相关规定。 采用桩基础。 对于本工程，上述方法中除了第二种以外的其它两种的可操作性不强，而且也无经济性优势，有无更好的办法呢，笔者经过摸索，提出了一种配筋地坪基础与基础底面倾斜的组合法，并按规范的相关规定设置合适的基础偏心距。 配筋地坪基础是将平房粮仓的室内地坪植入钢筋并将其与基础通过钢筋拉结起来，充分利用粮食堆载产生的竖向荷载对地面形成的压力，利用基础结构与下方土体之间的摩擦力来抵消粮食堆载产生的水平荷载。本工程的配筋地坪基础在实际计算中，通过使用通用有限元软件 ANSYS模

9、拟受力状态，并综合考虑实际受力状态与理想受力状态的差异后，假定配筋地坪基础能够承担柱底剪力的 2/3。在厂房室内四周 3.5m 范围地坪结构层内配筋，钢筋详细配置为 E10200（E 代表 HRB400 级钢筋）受力筋，d8200（d 代表 HPB300 级钢筋）分配筋。 基础底面倾斜则理解为水平面上的受力经过平行及垂直于斜面的两个方向分解后，得到平行于斜面的分量（相比不倾斜的基础底面，该分量减小了）和垂直于斜面的分量（增大了基础底面与地面的摩擦力，对受力有利） ，而分量的大小与倾斜坡度有关，本工程取 1:15 的坡度。 基础偏心距按照建筑地基基础设计规范3的规定，其取值为。 5 结语 本工程

10、柱脚与基础通过上述方法处理后，基础底面积由 26m2 减少为A=bl=5.0m3.3m=16.5m2，由此可见，其实际效果十分明显。 本工程从建成至今也有三年的实际运行时间，粮食堆载最高时达到了 7.0m，从目前掌握的数据看，地坪没有出现裂缝的情况，基础也未出现滑动的迹象，其状态良好。 配筋地坪基础、基础底面倾斜、基础偏心三种方法组合使用时，后两种都有较为成熟的理论依据作为支撑，但前者的理论依据较为缺乏，只能通过不断地实验与实践来掌握其规律。今后若干年，笔者需要认真观察本工程的实际运行情况，再做一些必要的总结，只希望通过本文能为其它类似项目提供借鉴。 参考文献 1 GB 50320-2001,粮食平房仓设计规范s.北京,中国计划出版社. 2 赵熙元,建筑钢结构设计手册M.北京,冶金工业出版社,1995. 3 GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范s.北京,中国建筑工业出版社.