论述轻钢结构基础设计的特点

[摘 要]钢结构是现在建筑工程建设中最为常见的结构形式，在十九世纪时我国已经采用钢结构进行相应的建筑设计。新时期工程师经过长期的时间经验累积，不断对其进行改良和优化，钢结构的应用无论是在工程建设的数量还是工程建设的质量都有着很大的进步和提升。目前我国钢结构在设计以及施工方面都达到了较高的水平，对于各项先进的设计方法和施工技巧都已经形成系统的理论体系，而且我国完成建设并投入使用的钢结构设计取得了十分良好的效果，代表着我国建筑行业的巨大进步。轻钢结构是钢结构重要的组成部分，本文基于我国钢结构应用实际情况，阐述轻钢结构基础设计特点。希望对相应的技术人员有所帮助，促进我国钢结构领域发展。

[关键词]轻钢结构；基础设计；工程质量

中图分类号：TU392.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0392-01

轻钢结构在我国民用建筑和工业建筑中的应用十分广泛，该结构的应用便于施工，可以有效地缩短工程建设所需要花费的时间，同时结构的重量有所减少，但是轻钢结构的上部承载力不高。轻钢结构与混凝土结构相比较，需要得工序少，相同结构的工程造价要比混凝土结构少很多。因为轻钢结构的设计特点所以被越来越多的设计人员和施工人员所青睐并且应用到工程实际建设中去，下面就对此进行详细的阐述。

一、基础形式选择

轻钢结构的基础形式有很多，但是其中最为常见的形式就是柱下独立基础也是目前应用最为广泛的，各个基础之间运用基础梁进行相互连接，防止可能出现的不均匀沉降现象。有的施工区域地质条件非常的复杂，对施工造成极其不利的影响，这样可以采用柱下条基的基础形式。当建筑的上部结构荷载较大时，或是工程建设区域在软土地区时，这些情况下都多采用桩基础，但是需要特别注意的是，在建筑结构中不能增加双向的基础拉梁时，不宜应用单桩基础，不然很难保证建筑结构的稳定性，对工程建设的质量造成极其不利的影响，设计人员需要高度的重视，严格的按照轻钢结构的设计规范进行设计，保证设计的合理性、科学性和适用性。

二、柱脚传力形式和特点

钢筋混凝土框架结构与基础的连接均为刚接，即有弯矩传递于基础，这样的情况下基础的尺寸比较大。与混凝土结构不同，轻钢结构的上部结构既可以设计成刚接，也可以设计成铰接，同样的一个荷载形式下，柱脚刚接与柱脚铰接相比，通常刚接上部结构用钢量要偏小，但基础较大。

刚接与铰接的区别在于柱底是否有转动约束，即刚接柱脚可以传递弯矩，铰接柱脚不能传递弯矩。这样对刚接柱脚的基础设计时，上部力就有轴力，剪力加弯矩，铰接柱脚仅有

轴力和剪力。刚接或铰接柱脚关键取决于锚栓布 置，铰接柱脚一般采用2个或4个锚栓，且居于柱子截面以内，以保证其充分转动，美国质量环境安全规范要求所有的钢结构的底板必须是4个锚栓，以考虑其在施工安装时的安全性，尽管设置在柱子截面内的2个锚栓或4个锚栓其实还是能传递很小一部分弯矩的，但在实际建模计算时，还是认为其是铰接。刚接柱脚一般采用4个或4个以上锚栓连接，锚栓位置居于柱外侧，并保证柱底板有必要的刚度抵抗转动，可以认为柱脚不能转动。

三、基础典型的破坏形式

因为轻钢结构自身重量比较小，而且往往具备很大的跨度，所以轻钢结构的基础破坏形式与混凝土结构受到外力的破坏形式存在很大的差异。混凝土结构中的柱体尺寸并不是很大，所以柱体底部存在的水平力就相对较小，在结构应用过程中出现滑桩现象的概率很低，而且混凝土结构中上部的重量往往很大，这样能够有效的抵抗风荷载对于建筑结构施加的不良外力，结构的基础不会受到外力的影响产生上拔的现象。对于混凝土结构而言，能够对基础造成巨大损害的就是冲切破坏，冲切破坏详细的说就是建筑的上部结构会有一定的下压力，当底部结构的承载力不足时，就会对结构的基础造成严重的冲切，导致工程的质量有所下降。但总的来说，对基础设计的控制因素是向下的竖向力。

轻钢结构则不同，除了上部结构的竖向力以外，还存在一个较大的水平力（如风荷载产生的），对于某些结构，如半开敞式结构，风荷载作用还会产生一个向上的力，这时如果结构自重不能抵消向上的风荷载，那么基础还需要考虑上拔力的工况，同时固接柱脚情况下，还存在较大的弯矩作用。因此轻钢结构物相对于混凝土结构物而言，由于自重轻，破坏形式更易出现倾覆、滑移和上拔的可能，其主要原因是上部结构自重小。面临上述问题，通常采用的做法是加大基础埋深，即提高基础自身的覆土重以抵抗倾覆和上拔以及提高基础的被动土压力以抵抗水平力。另外对于轻钢结构基础，因为要有预埋螺栓用于上部结构和基础的连接，因此保证锚栓与基础的可靠连接，既要保证锚栓的长度使其与基础混凝土可靠粘结，也要保证锚栓与基础的边缘有一定的距离使基础不会发生劈裂破坏。

四、基础设计的主要内容

基础设计一般包括根据地基承载力特征值（根据宽度和深度修正后的）和上部结构传来的荷载（标准组合）来确定基础底面积、通过上部结构传来的荷载（基本组合）来确定基础的高度（主要控制因素是抗冲切）和配筋计算（基底反力对基础底板产生的弯矩），在满足内力的计算情况下，还要符合相关的构造措施。轻钢结构基础除上述内容以外，还须进行柱底板设计和锚栓设计，柱底板尺寸是根据柱与基础连接部位混凝土的局部承压来确定的，与基础混凝土强度有关，但其制作又与上部结构连在一起，按照常规柱底板设计归入上部结构；锚栓在上部结构和基础之间起桥梁作用，但基础施工时应将锚栓埋入，故属于基础部分。

锚栓是将上部结构荷载传给基础，在上部结构和下部结构之间起桥梁作用。锚栓主要有两个基本作用：作为安装时临时支撑，保证钢柱定位和安装稳定性，将柱脚底板内力传给基础。对于铰接柱脚，锚栓直径由构造确定，一般不小于M20；对于刚接柱脚，锚栓直径由计算确定，一般不小于M30。锚栓长度由钢结构设计手册确定，若锚栓埋入基础中长度不能满足要求，则考虑将其焊于附加钢筋。为方便柱安装和调整，一般柱底板上锚栓孔较锚栓直径大3mm～4mm，底板上须设置垫板，垫板尺寸一般为100×100，厚度根据计算确定，垫板上开孔较锚栓直径大1mm～2mm，待安装、校正完毕后将垫板焊于底板上。另外需要注意的是，在对基础底板进行抗水平力设计时，我国钢结构设计规范是不允许锚栓抗剪的，剪力是靠底板在上部向下的竖向力作用下与基础顶面的摩擦力来传递的，若单靠摩擦力的作用不能抵抗水平力的情况下，要采用抗剪键将柱底的水平力传递到基础上。抗剪键的设计要考虑混凝土的局部抗压强度和抗剪键的截面抗弯能力。

五、与上部结构连接

基础与上部结构是二次施工完成的，其间存在连接问题。混凝土结构的基础是通过预留插筋的方式，留有施工缝连接上部结构，而对于轻钢结构基础，则通过预埋锚栓的方式进行连接。

六、其他的构造措施

除上述提到的几个方面之外，轻钢结构还有一些构造措施有别于其他结构的基础，比如基础顶面须设置二次浇灌层，以便调平柱底板。埋入式柱脚应在钢柱埋入部分设置栓钉；柱底板尺寸应在基础短柱箍筋范围内，以免局部对基础保护层压坏等等。

参考文献：

[1] 赵荣超. 关于钢结构工程设计施工的一点体会[J]. 科技创新导报. 2012（08）

[2] 涂斌. 某与混凝土结构搭接的钢结构项目的分析与设计[J]. 科技资讯. 2012（08）

[3] 张旭，万璐. 多层钢结构设计的一些思考[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）. 2012（03）