中宽带轧线BOX设备基础设计概述

孙永久

(中冶华天工程技术有限公司，江苏南京 210000)

0 引言

轧钢工程中宽带板材设备基础，以前多设计成地坑式，即基础直接埋地，轧线地坪再开很多管沟及电缆沟，液压站间通过管廊相连，还有很多大管子直接埋于地下，这对于后期的生产维护及检修造成了很多不便，也极大的影响了厂房的美观。

现在，随着我国经济的飞速发展，业主对使用要求的提高，很多轧线设备基础设计成BOX式，即主轧跨设计成全地下室，主要的管道及电缆全放于地下室管廊内，液压润滑站也放在BOX内，这样主厂房地坪再也不用开很多地沟，管道及电缆在地下室，既美化了厂房，也方便管道及设备的维护及更换。

我在设计江苏省张家港沙钢1450热轧带钢主轧跨设备基础时，就是主轧线全从加热炉到层流冷却段均设计为BOX基础，下面就我在设计过程中的一些心得经验和大家交流一下，希望对大家在进行同类基础设计时有些帮助。

1 BOX基础的布置

1.1 柱网布置

一般按6m柱网布置，但必须结合设备资料与工艺要求，地下液压润滑站区域不能布置柱子，其他工艺要求不能布柱的区域也要避开。柱列布置尽量对齐，以方便电缆及管道的穿行。

粗精轧区域轧机及电机的荷载较大，基础应设计成大基墩直接坐落于BOX底板上，地下液压润滑站因为要求封闭，所以其外壁可以直接设计成钢筋混凝土壁，并设防火门。

1.2 主厂房柱基的设计

主轧跨主厂房柱基设计时最好与地下室的底板整浇，杯口短柱与BOX外壁整浇，这样既对结构有利，也方便施工，但地下室底板设计时要进行详细的计算，包括地基承载力的计算及底板抗冲切的计算。

基础杯口短柱顶与顶板平并与顶板整浇，因为基础短柱一般大，为方便地下室管道及人的穿行，短柱下可根据需要开洞口，见图1。

1.3 渣沟壁的布置

一般粗精轧至漩流池区域渣沟较深，渣沟溜槽底比BOX底板低，此区域可以直接将渣沟侧墙设计成两道钢筋混凝土承重墙从BOX底板至顶板，此墙只承受垂直荷载，无水平荷载，所以不需太厚，一般可设计成400mm厚左右即可。但此墙将BOX地下室分隔成了左右两个独立的区域，不方便人们的操作及穿行，所以应每隔50m左右在渣沟侧墙上开洞并设防火门。

渣沟设计时还要考虑工人清渣通道，如渣沟比地下室底板低得多，还应布置从地下室至渣沟的楼梯，以便工人下去清渣及检修。

而在精轧后的层流冷却区域，由于一般渣沟较浅，沟底离BOX底板较高，可以设计成吊挂在顶板下或在渣沟壁处间隔一定距离设柱支承，渣沟壁按梁计算。

1.4 楼梯的布置

设计时应根据工艺及使用要求，结合结构的布置，间隔一段距离合理的设置下地下室的楼梯，因为楼梯在地下，所以最好设计成混凝土楼梯。由于地下室地面一般在－7m左右，故应多设几个梯段，每个梯段不宜太长。

楼梯不宜离轧线太近，最好在BOX两侧墙处布置，以侧墙为楼梯间的外壁。管廊也要考虑楼梯上下。

1.5 电缆及管道通廊的布置

由于这些通廊有防火要求，所以要求设计成封闭系统，一般做成混凝土隧道，可以吊挂在顶板下，或隧道侧壁支承于混凝土柱上，侧壁按混凝土墙设计，隧道的出入口应设防火门。

1.6 防火分区

地下室必须按防火规范要求进行分区，分区隔墙可用砖墙或混凝土墙，人行及设备通道必须设防火门。

2 BOX基础的地下室防水及排水设计

2.1 地下室的防水设计

地下室的外墙及渣沟必须用C30以上防水混凝土，如地下水较多，外墙及底板还应做外防水。基础还应按规范要求设伸缩缝，如局部区域设缝较困难时，可将伸缩缝间距适当加长，但必须采用补偿收缩混凝土，并且混凝土中的纵向钢筋应加强，一般建议伸缩缝间距不超过60m。

伸缩缝处BOX外壁、底板及渣沟壁应设计钢板止水带或橡胶止水带。由于橡胶止水带易老化，我们在设计中多用钢板止水带。

2.2 地下室的排水设计

因地下室较深，并且很多设备均在地下，所以地下室不能存有积水，设计时可在外墙内侧及渣沟侧壁设计200×200的排水沟，沿渣沟壁可以每隔20m设一排水管将水排至渣沟，外壁内侧每隔50m设1000×1000积水坑一座，排水沟向积水坑方向找坡，这样即使有水流入地下室，也可以很快排出去，使地下室没有积水。

3 BOX基础的荷载及计算

3.1 BOX 顶板荷载

顶板荷载按工艺专业所提的地坪荷载进行设计，但有几处设计中必须注意:

1)粗精轧电机处顶板。

安装前置于顶板上如不采取措施，顶板需设计成非常厚，我们一般要求电机放于地下室顶板上时应在电机下垫上厚钢板，或在顶板下采取临时支撑，这样可减小顶板的计算荷载，所以顶板可设计得稍薄一些但一般不小于10t/m2，所以此区域顶板也不宜太薄。

2)汽车通道。

主轧跨内至少有一处汽车通道，此区域范围内顶板应根据工艺提的汽车级别按汽车荷载计算，顶板设计时适当加厚。

3.2 BOX侧墙的计算

侧壁计算时，除考虑侧面土和地下水的荷载外，还应考虑地坪荷载，即地坪竖向荷载对侧壁产生的附加侧向压力，应将地坪活荷载乘以侧压力系数转化为侧墙的水平荷载。

侧墙计算时，按底部固定支座，顶板处铰接支座模型。但要注意的是主厂房基础短柱与侧壁整浇时，应取两个短柱范围内的板按三面固支，顶部铰接的双向板，不能简单地按单向板计算，否则水平钢筋可能偏小。在伸缩缝处的侧板应按伸缩缝为自由边计算。

3.3 BOX底板的设计

地下室外墙计算时底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端)，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配。同时底板作为地下室柱的基础，还要进行抗剪和抗冲切计算。

4 沙钢1450热带BOX基础简介

该工程位于江苏省张家港市，靠近长江边，地下水位很高，地基较差。基础采用预应力混凝土管桩，BOX底板厚800mm，地下室地面标高为－8.0m，外侧墙底部厚800mm，渣沟壁400mm，管廊壁厚均为250mm，顶板为梁板结构，板厚300mm。该工程于2008年设计，2009年投产使用至今，效果很好，虽然开始投资比直埋式基础要多，但据业主反映，他们后期维护成本降低了很多，并且管道的更换非常方便。

[1]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[2]GB50009-2001，建筑结构荷载规范[S].

[3]王祖凤.浅谈混凝土结构加固设计方法[J].山西建筑，2011，37(3):26-27.