工业厂房地坪桩零层板的应用

摘　要：车间大面积地坪使用载荷为30 kN/㎡、50kN/㎡，为避免由于各种不可控因素使地坪达不到设计要求，常采用地坪下布置工程桩，与架空配筋地坪形成板柱结构。天津地区常用的工程桩为预应力(高强)钢筋砼预制管桩，它可靠度高，施工周期短。结合工程实例，与大家分享工业建筑车间地坪(地坪桩、零层板)设计心得，其经验可供同类工程建设参考。

关键词：地坪桩，零层板，等代框架法，无梁楼盖
近2年，我们承接的软土地区厂房设计工程偏多，对于地坪生产使用载荷30 kN/㎡、50kN/㎡居多，分布面积大的情况，常常经过综合对比后，选用地坪做法——地坪桩、零层板方案，为此逐步积累经验，也做了一些分析，下面将初步研究分析的主要内容做初步介绍，望感兴趣的设计人共同探讨。
　　在天津，特别是靠近沿海的开发区由于地基软土层工程力学性质太差，厚度较大，地下淤泥及淤泥质粘土层厚度超过10米，一般地基处理很难达到控制沉降的作用，部分工程由于施工因素不能达到设计要求，因此普遍采用地坪下布置工程桩，与架空配筋地坪形成板柱结构。天津地区常用的工程桩为预应力(高强)钢筋砼预制管桩，具有可靠度高，施工方便进度快。经过几十年的工程实践证明这是一种非常有效的方式，地坪桩深入地下20米进入中低压缩性土层，与其他方法进行地基加固处理的地坪相比沉降量小很多，因此采用这种结构的地坪一般不会因沉降过大引起地坪开裂。但是其造价较高每平米造价根据地面使用荷载大小从四五百元至一千多元不等，占土建造价1/3~1/2。因此对其进行深入研究，为业主避免不必要的浪费很有必要。选择该类型地坪结构方案对提升设计竞争力起到不小的作用。
　　首先从受力分析方面浅谈一下：计算零层板(配筋地坪)和地坪桩组成的板柱结构，常用等代框架法，以往较常采用的计算软件是理正工具箱中的等代框架模块。根据使用经验该软件存在2个缺点，一是该软件不能考虑活荷载不利布置，二是由于桩顶与地坪连接按刚性假定处理，如果将影响柱刚度的柱截面参数和层高参数调整时，板受力在支座处和跨中的分配会随板柱刚度的变化有较大幅度的差异，对一个设计人来说对层高的输入是不好把握的，容易出现较大的设计偏差。这次所里由李文广根据相关规范和计算手册在EXCEL平台上编制了一个计算程序，该程序考虑了活荷载不利布置，同时采用桩顶与板铰接的假定。据以往经验将桩顶与板的连接简化成铰接计算方便，体现在结果上的偏差是支座配筋减小，跨中配筋增大。这种偏差只是支座和跨中受力分配的问题，一般不存在安全上的问题，且偏差值是在一定范围内可以预见到的。因此，按照过去的设计经验，将桩顶与板的连接视为铰接，另行编制计算程序，在设计上避免了出现较大的偏差的可能性。另外使用SATWE软件进行整体分析；使用SLABCAD软件对竖向荷载进行有限元分析，也可用来进行设计。用这些软件计算零层板配筋时，虽然可以考虑活荷载不利布置，但是板与柱的连接假定还是不能按铰接处理，还是存在柱刚度影响板受力的问题，同时由于考虑了柱(桩)在竖向荷载作用下的轴向变形，在边跨和中间跨或者当柱(桩)距存在差异引起的竖向变形差，其差值一般在1~3mm，此时板的支座配筋和跨中配筋以及相邻支座的配筋受到支座竖向变形的影响，产生变化，由于天津地区的桩基础绝大多数均为摩擦型桩，其沉降量远大于桩身的轴向压缩量，因此我们将支座变形量增大到8mm发现对相应板跨中和支座的配筋影响能够达到原配筋值的1/3~1/2。如何合理的将桩的长期沉降对零层板内力的影响考虑到计算软件和设计中有待进一步的研究。这就需要对已经完工投入使用的工程进行回访，调查其地坪上的实际使用荷载与原设计荷载之间的差异，观测其沉降和地坪外观裂缝情况，取得大量的一手资料再结合理论进行分析。
　　下面谈一下针对不同使用性质的厂房或是厂房内不同区域地坪，设计时区别对待不搞一刀切，提高设计水平、增强竞争力。地坪桩及零层板在土建造价中占有较大比重，其设计是否经济合理对项目土建的整体造价影响较大。由于其安全性尤其是沉降的大小和均匀性对不同厂房要求是不同的，某些厂房内的精密设备能否正常工作对地坪的不均匀沉降要求较高，有的厂房要求则比较宽松，这需要与业主密切沟通配合，前期和业主的配合很关键。首先明确划分地面使用各功能区，对厂房的某个区域或者整个厂房地面随着生产的需要可能会改变其用途，这一因素必须考虑。然后结合工艺设备的重量，尺寸以及平面布置，和其对变形的要求分别确定合理的计算零层板和地坪桩的等效均布荷载。以下就常见使用情况对地坪荷载特点进行初步划分：
　　1.对于模具堆放区：其特点是荷载较大且密集堆放，对零层板和地坪桩其等效均布荷载基本一致。设计上注意如果模具堆放区的地坪荷载与周边地坪荷载差异较大时会在其周边一定范围由于区域之间的差异，存在地面变形差异较大，针对该特点适当加强其周边板的配筋，预防由不均匀沉降变形引起的零层板裂缝。
　　2.对设备、库房货架区域、原材料以及成品、半成品存放区应按其最不利布置分别计算零层板和地坪桩等效均布荷载。其中对沉降要求控制较严的精密设备区域或是荷载较大的设备，可适当加密桩间距和提高板配筋以减小桩基沉降和零层板挠度变形。当设备震动较大时，可以和地坪脱开处理。在确定地坪荷载这个环节上有很多工程都是沿袭过去的经验或是大致估计一个数值，尤其是某些业主对工艺荷载不是很清楚，地面荷载提的不够准确。根据对个别工程的复核，按实际的荷载导算出的地面等效均布荷载远小于业主提出的数值。如何较为准确的确定其数值对以后的设计起着至关重要的影响。
　　还有一个问题有些设计人往往忽略，就是计算零层板所用的活荷载是等效均布荷载，除模具堆放区等个别情况是属于荷载满布，计算零层板和地坪桩荷载一致，其他多数情况在计算地坪桩承载力时应对其进行折减，以往的很多工程都没有做这项工作，主要原因是如何确定某个区域的地面荷载分布存在一定困难，也就是荷载折减系数不好确定，并且各个区域的使用情况也并不会固定不变，需要结构和工艺专业的密切配合，有时还要满足业主预留今后发展可能要增加的荷载。我们初步做了一个比较，以地坪使用荷载50kN/㎡来计算，选用直径400管桩，假设桩长20米，单桩承载力特征值

[1] [2]  下一页

按60t考虑，如果零层板和地坪桩都按50kN/㎡设计，则地坪桩间距应为3.3米，如果布置地坪桩考虑使用荷载折减系数0.75则桩间距为3.8米，零层板和地坪桩总造价可节省20元/㎡；如果地坪使用荷载为80kN/㎡，按荷载折减后的造价可节省50元/㎡。通过以上数据可见这类厂房地坪设计存在一定的优化设计的空间，对这部分零层板和地坪桩合理适度的优化设计会给业主节约不少投资。
　　以上仅是对零层板和地坪桩这一种形式所做的分析，当然在制定方案时，还应结合项目具体情况与业主的要求，综合分析比较多种方案，在可靠性和经济合理之间找到平衡。
参考文献:
[1]混凝土结构设计规范(GB50010-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]混凝土结构设计原理 [S].北京：中国建筑工业出版社.
[3]《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002).
[4]《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008).
[5]《天津预应力管桩技术规程》(DB29-110-2010).

上一页  [1] [2] 

本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/259112.html