门式轻钢结构基础设计浅探

尹建强

新疆乌京基础设施建设管理有限公司新疆830000

摘要：近年来，经济快速发展推动了建筑行业的大幅进步，建筑工程中的门式轻钢结构由于具备自重轻、稳定性好，以及施工周期短等优势而备受市场青睐，在工业厂房、超市以及房屋加层等方面都有着较为广泛的应用。文章基于对门式轻钢结构的概念、特点以及应用优势等分析，深入探讨了门式轻钢结构基础设计，以期能够为促进门式轻钢结构应用的进一步发展提供有效参考。

关键词：门式轻钢结构；应用优势；结构设计

我国轻钢结构发展始于上世纪八十年代末，轻钢结构应自重轻、抗震性能高、稳定性强、施工灵活且施工周期短等优势被广泛应用于工业厂房、仓库、集贸市场、超市等建筑结构中，尤其是其已拆除与材料回收利用效率高，得到了国家可持续发展政策的大力支持。

一、门式轻钢结构概念及形式

门式轻钢结构是一种较为特殊的建筑体系结构，主要是以等截面、变截面等轻型H型钢，作为粱、柱材料，形成单跨、多跨等形式门形刚架结构。建筑的檩条、墙梁结构多以C型、Z型冷弯薄壁型钢为材料。屋面、墙面则多采用压型钢板、轻质夹芯板等材料形成围护结构。各个构建之间主要采用强度较高的螺栓、自攻螺丝等配件进行连接。采用这些构件和相关密封材料将梁、柱等承重结构，与墙面、屋面等围护结构进行现场组装施工成为预制装配式钢结构建筑体系。

二、门式轻钢结构优点分析

（一）自重轻

玻璃棉、压型金属板、冷弯薄壁型钢，是门式轻钢结构常用的用于墙面、屋面等围护结构材料，这些材料较之钢筋混凝土在质量方面都轻得多。据工程实例分析统计，单层门式轻钢结构建筑梁、柱等承重结构在钢使用量方面通常在10～30kg/m2，仅占相同跨度、荷载钢筋混凝土结构自重的20%～30%。

（二）施工便捷且综合效益高

构件与配件预制是门式轻钢结构施工的显著特点，只需在现场进行组装安装即可，不但质量有所保障且施工较为便捷。各个构件之间一般使用高强螺栓进行连接即可，因此可以大幅推动施工进程。门式轻钢结构建筑在每平米造价上要低于钢筋混凝土结构造价，然而前者还具备施工周期短，收益快的优势，因此具备较高的投资效益。

（三）构造简单施工灵活

较之传统的砼结构，门式轻钢结构在大跨度空间结构构造方面有着较大优势，不但构造方法简单，而且在柱网布置方面也极为灵活，可以在充分保障建筑功能要求前提，有效地确定承重柱跨度与钢架间距，较大的灵活施工优势是传统结构所不具备的。

（四）环保且可持续发展空间大

门式轻钢结构施工属于干法施工，并不像砼结构那样需要大量用水，在施工方面占用的土地资源相对较少，不需要使用大量大型施工设备因此不会产生大量噪声，扬尘现象也不明显。轻钢结构大多构件由钢材制成，组装拆卸都较为便捷，部分构件可多次重复利用，钢材回收利用率也相对较高，很好地实现资源可持续发展。

三、门式轻钢结构基础设计分析

（一）经济跨度设计分析

柱网布置灵活是门式轻钢结构显著特征，因此在对柱子布置进行设计时除了确保较高合理性来确保达到建筑使用功能要求之外，还应充分考虑柱子经济跨度。柱子经济跨度设计对构件生产工艺与建筑功能性有着较大决定性作用。通常来说，在满足以上要求前且柱高、荷载等一定前提下，合理地增加跨度设计，整体用钢需求并不会明显增加，但是却能够节约工程基础造价，实现较高综合效益。例如，檐高6m，柱距7.5m，荷载要求一致时，跨度为18m～30m刚架用钢量约为18～28kg/m2，跨度21m～48m，用钢量约为25～40kg/m2，跨度大于48m，直接采用多跨刚架，能够比单跨刚架节约18%左右钢材。因此，早对门式轻钢结构进行设计时应结合具体要求设计合适的跨度，实现较好经济效益。

（二）门式轻钢结构钢材选择

Q235、Q345钢是门式轻钢结构应用较为普遍的两种钢材型号。在实际应用时，应根据施工实际与结构构件承载应力、重要程度等进行合理选择。对于门式刚架结构重要受力构件，通常使用Q235B、Q345A等级之上钢材。在钢材应用设计过程中，应注意Q345A钢材含碳量虽然能够进行焊接，但焊接效果不理想，稳定性不强，因此对于吊车梁等承重较大结构材料应采用Q345B等级以上材料。

（三）基础形式及柱脚型式的确定

较之砼结构，门式轻钢结构基础于柱脚承受着较小竖向力与较大水平应力，刚性柱脚弯矩也较大，受风力作用影响较大。因此在对基础形式选择设计时，应结合工程施工地质与整体结构形式等进行综合分析、考虑。在轻钢结构中柱网尺寸大，上部结构对柱脚产生的内应力小，所以通常进行独立基础设计为主。对于地质情况不理想的情况可选择条形基础，对于洞穴回填度深且大情况，可选择合适的桩基础。

刚接、铰接是门式钢结构常见的柱脚设计。铰接柱脚主要受轴力与水平力影响，而刚接柱脚还受到弯矩的影响作用，因此柱脚型式设计面对基础大小有着直接决定作用，并决定对于侧移水平的控制。一般来说，结构对于侧移控制要求较高宜选择刚接柱脚设计。比如，吊车荷载对于侧移较为敏感，侧移过大极易出现吊车卡轨问题，这种情况则应将柱脚设计为刚接柱脚。对于地质环境较差施工，铰接柱脚传力简单，不需要考虑弯矩，对于基础设计较为有利且能够降低基础造价。

门式轻钢结构基础柱脚螺栓设计方面，如果螺栓较为靠近混凝土基础边缘则极易发生基础劈裂问题。而螺栓长度不足螺栓无法紧固基础使基础遭到破坏。因此，为了避免出现劈裂、拔出破坏现象，在柱脚螺栓设计方面，螺栓到短柱边缘距离大于安全距离，通常在15CM以上。对于螺栓锚固长度设计方面，主要分为弯钩式与锚板式螺栓，前者最小锚固长度应确保在基础埋深的25倍以上，后者锚栓最小锚固长度应是基础埋深的16倍。

（四）基础设计及构造

门式轻钢结构较为常见基础类型主要有独立基础，对于地质条件不佳情况也会结合桩基础等基础结构使用。在独立基础设计方面，关键在于基础底面尺寸、高度以及底板配筋、结构等的设计。对于基础底面积确定，应结合基础受力分析，选择轴心受力基础或者偏心受力基础。前者设计较为简单，而偏心受力基础的基底面积需要经过合理试算才能确定。在确定基底面积前提下，由于受偏心荷载，基底应力出现分布差异，应合理地增大基底面积进行地基承载应力验算。在基础高度确定方面，应结合柱与基础交接点混凝土承载程度进行设计。为了避免出现冲切破坏，在进行设计时应确保基础冲切力不超出冲切面处混凝土强度约束。在底板钢筋计算方面，应以抗弯计算来确定基础底板配筋，基于对轴心荷载、偏心荷载作用分析，来对底板截面弯矩进行合理设计。在构造要求方面，首先确保锥形基础边高在20cm以上，阶梯形基础阶高在40cm左右，将垫层厚度控制在7cm以上并确保垫层砼强度高于C10。扩展基础受力钢筋直径应大于1cm，间距在10～20cm左右为宜。若是独立基础砼强度等级小于柱结构强度时，还应对独立基础顶面局部承载力进行验算，以确保基础结构的稳定性。

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