張連杰

（林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京 100010）

0 引言

近年來，伴隨國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和“十四五”規(guī)劃的實(shí)施，工業(yè)行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程不斷加快，工業(yè)生產(chǎn)能力不斷提升，企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化水平不斷提高[1]，這就對(duì)工業(yè)廠房的建設(shè)提出了更高的要求。

工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化水平不斷提高，預(yù)示著廠房內(nèi)出現(xiàn)大面積密集堆料、無基礎(chǔ)的機(jī)床和無軌運(yùn)輸車輛等產(chǎn)生的地面荷載的可能性將會(huì)不斷增多，這就對(duì)廠房地面的使用提出了更高的承載能力要求。下面，本文將從“地面的基本構(gòu)造”和“地面墊層厚度取值”兩個(gè)方面，對(duì)工業(yè)廠房地面設(shè)計(jì)進(jìn)行探究。

1 工業(yè)廠房地面的基本構(gòu)造

工業(yè)廠房地面一般由面層、墊層和基層組成。當(dāng)它們不能充分滿足適用要求或構(gòu)造要求時(shí)，可增設(shè)其他構(gòu)造層，如結(jié)合層、找平層、隔離層等[2]。

1.1 地面面層

工業(yè)廠房地面面層的選擇，應(yīng)服從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、美觀性的設(shè)計(jì)原則，根據(jù)建筑功能、使用要求、工程特征和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。

當(dāng)?shù)孛嬖谑褂眠^程中對(duì)防菌、潔凈等方面有使用要求時(shí)（如有無菌要求的實(shí)驗(yàn)用房、生產(chǎn)精密儀器車間等），地面面層應(yīng)根據(jù)使用功能需求選用防塵、潔凈或防菌地面；當(dāng)?shù)孛嬖谑褂眠^程中對(duì)防靜電有要求時(shí)（如通信機(jī)房等），地面面層需選用表層靜電耗散性材料的防靜電地面，同時(shí)設(shè)置相關(guān)的防靜電措施；當(dāng)?shù)孛嬖谑褂眠^程中經(jīng)常通行車輛、從車輛上傾卸物品或堆放重物料時(shí)，地面面層應(yīng)根據(jù)荷載作用形式選用耐磨或耐撞擊地面；當(dāng)?shù)孛嬖谑褂眠^程中存在可能會(huì)受到腐蝕性介質(zhì)（酸、堿性物質(zhì)等）作用時(shí)，地面面層應(yīng)采用防腐蝕地面，其面層材料應(yīng)根據(jù)腐蝕性介質(zhì)的酸性、堿性類別和作用情況等因素進(jìn)行選擇；當(dāng)?shù)孛嬖谑褂眠^程中存在受機(jī)油作用情況時(shí)，地面面層應(yīng)采用防油滲地面。目前，我國普遍存在無特殊使用要求的大型工業(yè)廠房地面，通常采用聚氨酯耐磨地面涂料，具有既滿足耐磨性要求，又清潔美觀的特性。

1.2 地面墊層

地面墊層主要的作用是承受并將地面荷載傳至地面基層，墊層按照構(gòu)造及材料性質(zhì)不同可以分為剛性、半剛性和柔性3 種。

剛性墊層是指用混凝土、瀝青混凝土和鋼筋混凝土等材料做成的墊層[3]，其主要特點(diǎn)是整體性好、強(qiáng)度大、防滲透性能好，適用于主要荷載為大面積密集堆料、無機(jī)械支撐的設(shè)備安裝或無軌運(yùn)輸車等對(duì)地面變形要求較高的情況，或?qū)Φ孛婺透g性、防滲透性要求較高的情況。半剛性墊層是指由灰土、三合土、四合土等材料做成的墊層，其主要特征為在受力時(shí)出現(xiàn)的塑性變形現(xiàn)象，且由于其使用原料主要是建筑垃圾和工業(yè)廢物，因此材料成本相對(duì)較低；柔性墊層主要用于防凍脹層使用。

地面墊層的選擇應(yīng)與面層材料相適應(yīng)，同時(shí)需要考慮地面荷載的種類和作用特征，以及使用要求等因素?？v觀我國現(xiàn)代工業(yè)建筑，混凝土墊層是使用較為廣泛的地面墊層。按照目前國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）規(guī)定的有關(guān)要求，一般混凝土墊層的強(qiáng)度級(jí)別不應(yīng)小于C15，在其需要兼顧面層時(shí)，混凝土強(qiáng)度級(jí)別不應(yīng)小于C20。地面在實(shí)際使用過程中需要對(duì)裂縫加以嚴(yán)格控制，當(dāng)作用在地面上的靜荷載或活荷載較大時(shí)，須在混凝土墊層中按負(fù)荷計(jì)算設(shè)置鋼筋或在墊層中加增鋼纖維，以此來控制地面開裂。

1.3 地面基層

地面基層是承受上部荷載的土壤層[4]。鋪設(shè)地面墊層的地基應(yīng)均勻密實(shí)，如此才能保證地面設(shè)計(jì)和使用的安全性和穩(wěn)定性，避免不均勻沉降造成如地面下沉、地面起鼓、地面開裂等工程問題的發(fā)生。

對(duì)于軟弱地基，如淤泥質(zhì)土、雜填土、沖填土、高壓縮性土等，受力后會(huì)產(chǎn)生沉降變形。如果直接在軟弱地基上鋪設(shè)地面，設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮在使用過程中可能由地基變形造成的危害。軟弱地基需要按照目前國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）規(guī)定的有關(guān)要求進(jìn)行加固處理。當(dāng)采取換填土措施時(shí)，填土應(yīng)分層夯實(shí)，按照填土夯實(shí)的設(shè)計(jì)要求施工，并經(jīng)驗(yàn)收確認(rèn)填土質(zhì)量合格，方可鋪設(shè)地面。當(dāng)遇到地基處理難度較大和費(fèi)用交高的情況時(shí)，應(yīng)在有關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)支持下，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算的手段對(duì)各種地基處理方案的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，選用技術(shù)成熟、使用安全、經(jīng)濟(jì)合理的地基處理方法。

2 工業(yè)廠房地面墊層厚度取值

地面土墊層的厚度取值和材料選擇，要綜合考慮地基土的壓縮模量、地面的使用要求與作用荷載特征等多種因素。通常情況下，工業(yè)廠房地面墊層采用混凝土墊層，確定墊層的厚度的手段是計(jì)算?；炷翂|層厚度在計(jì)算時(shí)，需要考慮作用在地面上的主要荷載類型、荷載大小、間距等多方面因素。根據(jù)專家學(xué)者們多年來對(duì)正常使用條件下的地面荷載的調(diào)查與分析，主要有以下3 種類型：大面積密集堆料作用荷載、無機(jī)械支撐的設(shè)備安裝作用荷載和無軌運(yùn)輸車荷載。

在既要滿足“承載力極限狀態(tài)”，又要滿足“正常使用極限狀態(tài)”的雙重要求下，對(duì)混凝土墊層的厚度進(jìn)行取值。地面墊層厚度取值有“經(jīng)計(jì)算確定地面墊層厚度取值”和“經(jīng)查表確定地面墊層厚度取值”兩種確定方法。

2.1 經(jīng)計(jì)算確定地面墊層厚度取值

混凝土地面墊層厚度計(jì)算與作用于地面的荷載類型、選用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和壓實(shí)填土的地基變形模量等因素息息相關(guān)。同時(shí)，需要注意當(dāng)遇到“大面積密集堆料、無機(jī)械支撐的設(shè)備安裝或無軌運(yùn)輸車”3 種可變荷載作用于地面時(shí)，地面墊層厚度應(yīng)大于等于100mm，其他地面墊層厚度應(yīng)大于等于80mm。

以地面使用可變荷載為130kN/m2、地面墊層混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C20、回填土的變形模量取20N/mm2為例，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）規(guī)定的有關(guān)計(jì)算方法，對(duì)工業(yè)廠房地面混凝土墊層厚度的計(jì)算過程下。

2.1.1 滿足承載能力極限狀態(tài)下的最小墊層厚度計(jì)算

（1）假設(shè)各支點(diǎn)與地坪接觸面積為300mm×300mm，即可得到各支點(diǎn)面積。

（2）當(dāng)量半徑計(jì)算。

（3）支點(diǎn)荷載計(jì)算。

式中：S——荷載基本組合設(shè)計(jì)值，kN/m2；GK——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2，本示例中取值為0；QKi——可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值，本示例中取值為130kN/m2；γG——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，取值為1.2；γQi——可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，取值為1.4；CG——永久荷載效應(yīng)系數(shù)，取值為1.0；CQi——可變荷載效應(yīng)系數(shù)，取值為1.0；φCi——?jiǎng)恿ο禂?shù)（搬運(yùn)或裝卸以及車輪起、剎車產(chǎn)生的動(dòng)力），取值區(qū)間為1.1～1.2，本示例中取值為1.1。

（4）墊層厚度計(jì)算。

式中：h——墊層厚度，mm；r0——重要性系數(shù)，按《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）表C.1.3 的要求確定，本示例中取值為1.0；kc——荷載區(qū)域系數(shù)，取值為kc＝2.0；ft——混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）表C.1.4 的規(guī)定確定，本示例中取值為1.1MPa；β——綜合剛度系數(shù)，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）表C.1.6 的要求確定，本示例中取值為1.8×10-3mm。

2.1.2 滿足正常使用極限狀態(tài)下的最小墊層厚度計(jì)算

抗裂度要求是評(píng)價(jià)能否滿足正常使用極限狀態(tài)要求的指標(biāo)。因此，混凝土墊層滿足抗裂度要求的厚度即為混凝土墊層正常使用極限狀態(tài)下的厚度。

（1）根據(jù)已知條件可知支點(diǎn)荷載取值。

（2）相對(duì)剛度半徑計(jì)算。

式中：L——相對(duì)剛度半徑，mm；h——混凝土墊層厚度，mm；Ec——混凝土彈性模量，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）表C.1.4 的要求確定，本示例中取值為2.55×104N/mm2；E0——壓實(shí)填土地基的變形模量，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）表C.1.5 的要求確定，本示例中取值為20N/mm2。

（3）墊層厚度計(jì)算。

式中：hf——混凝土墊層滿足抗裂度要求的厚度，mm；kc——荷載區(qū)域系數(shù)，取值為kc＝1.0。

2.1.3 計(jì)算結(jié)果

設(shè)計(jì)地坪混凝土墊層厚度建議取值為200mm。計(jì)算時(shí)值得注意的是：當(dāng)圓形或當(dāng)量圓形荷載計(jì)算半徑與相對(duì)剛度半徑比值≤0.2 時(shí)，應(yīng)按照目前國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）規(guī)定的有關(guān)要求進(jìn)行附加沖切驗(yàn)算。由于本示例中當(dāng)量圓形荷載計(jì)算半徑與相對(duì)剛度半徑比值為0.25，故不需要進(jìn)行附加沖切驗(yàn)算。

2.2 經(jīng)查表確定地面墊層厚度取值

為簡化設(shè)計(jì)流程、提高工作效率，通過多年的探索和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）中總結(jié)出：當(dāng)工業(yè)廠房地面遇到“大面積密集堆料、無機(jī)械支撐的設(shè)備安裝或無軌運(yùn)輸車”3 種可變荷載作用，且地基回填土壓實(shí)系數(shù)≥0.94 時(shí)，地面混凝土墊層厚度確定如表1 所示[5]。

表1 混凝土墊層厚度

3 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和“十四五”規(guī)劃的實(shí)施，我國工業(yè)發(fā)展進(jìn)程仍會(huì)不斷的加快，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷向科技化、機(jī)械自動(dòng)化方向發(fā)展，使得工業(yè)廠房的建設(shè)規(guī)模越來越大，對(duì)工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)和使用要求也會(huì)越來越高。我們在設(shè)計(jì)過程中，需要不斷探索、不斷創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出更加具有適用性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性的現(xiàn)代化特色工業(yè)建筑，以適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展需求。