工业厂房地坪是满足厂房使用功能的一项重要载体，承受厂房使用过程中的各种荷载。在沿海软土地区，一般是通过地基处理的方式来满足地坪承载力和沉降的要求^[1,2]。但是，大量的工程经验表明，由于软土地基自身的复杂性和施工控制等原因，地基处理有时效果并不好，地坪易发生沉降或开裂，甚至影响生产的正常运行^[3,4,5]。鉴于此，在沿海软土地区的工业厂房地坪中采用桩基础架空地坪就越来越有优势。所谓架空地坪，即地坪采用钢筋混凝土梁板，基础为桩基，荷载通过地坪梁板直接传给桩基。显然，相对于传统的地基处理方式，桩基础架空地坪具有承载力高、沉降量小、施工质量可控、周期短等优势。尤其是后期使用中，地坪沉降量很小，平整度高，为精细化生产和技术升级提供可靠保证。

　　 近年来，桩基础架空地坪已成功应用于多个大型工业项目中，包括天津波海航空复材厂房(2000年)、天津空客A320系列厂房(2008年)、天津中直总装厂房(2011年)、上海中国商飞ARJ厂房(2016年)、天津空客A330交付工程(2016年)以及浙江舟山波音B737MAX飞机交付工程(2017年)等，其中大部分工程已建成使用多年，效果良好。

　　 桩基础架空地坪与传统的工业厂房地坪相比，同时兼具地坪和楼板的特点，因而设计更加复杂。虽然已经有了较多的工程实例，积累了一定经验^[6,7,8]，但是对于桩基础架空地坪这种形式，却缺乏较为系统的经验总结和分析比较。本文基于以往的工程经验，针对架空地坪的特点，进行较为系统的总结和分析，从架空地坪的荷载、布置形式、桩及地板的分析、造价以及一些具体构造问题进行了总结和研究。

　　 工业厂房地坪是实现其使用功能的主要载体之一，厂房的大部分功能运行都在其地坪上完成。由于工业厂房使用功能的多样性和复杂性，导致其作用荷载比较复杂。对于大多数厂房来说，地坪的荷载一般可以分为如下几类:1)固定设施荷载，即按照工艺流程、位置和型号等确定的大型设备或设施荷载，如厂房中各种机床、特种设备、固定工架等，仓储厂房中货架也可以作为固定设施荷载;2)移动设施荷载，包括叉车、大型厂房中运输车辆或牵引车辆、航空总装厂房中的飞机等移动设施荷载;3)地坪堆载，包括生产运输中原料、产品等堆载。

　　 架空地坪类似于楼盖结构，其受力分析较传统放置于地基上的地坪要复杂，因此设计之前，应根据厂房的使用功能，与相关专业一起，仔细分析地坪荷载分布和可能发生的布置，将荷载精细化。

　　 架空地坪设计中，除非功能较为单一的厂房，否则采用单一包络的地坪活荷载是不对的。一方面造成桩基础和地板设计的巨大浪费，另一方面，有可能因为局部设备荷载较大不能包络而造成安全隐患。

　　 实际设计中，可以根据厂房功能和工艺布置将地坪荷载分为不同类型或区域:1)大型固定设施或设备、特殊精度要求的固定设施、工装夹具、专门的功能区或重型堆载区等均作为专门区域，由工艺给出位置、荷载、埋深等专门要求;2)大型移动设施，如叉车、运输或牵引车辆、飞机等，确定轮压、轮距以及运行区域，按移动荷载考虑;3)一般小型的固定和移动设施荷载以及一般性堆载等可作为均布活荷载，均布活荷载要适当留有富裕，利于未来的升级改造。

　　 架空地坪一般主要有两种结构布置形式:平板式和梁板式。梁板式又可分为单向梁板式和双向梁板式(图1)，梁板式架空地坪中荷载通过地坪梁传给承台及桩基，当布置单向地坪梁时，地坪板为单向板;当布置双向地坪梁时，地坪板为双向板。平板式架空地坪地坪板受力方式类似无梁楼盖，钢筋混凝土的地坪板直接支承于桩基承台之上。

　　 相对平板式架空地坪，梁板式架空地坪可以减小地坪板的厚度，较为节省材料。但是地坪板与普通楼板不同，梁板式架空地坪施工中的地坪梁是需要模板的，这些模板是不可拆除和不可重复利用的，从而增加了费用和工期。而平板式架空地坪地坪板则不存在这些问题。而且，一般工业厂房地坪板厚度由于耐久性和厂房使用等要求相对一般楼板要厚，这样梁板式架空地坪节省板厚的优势就打了折扣。图2为实际工程中两种架空地坪现场施工图。

　　 以一个工程实例来比较不同的梁板式和平板式架空地坪。某厂房^[9]位于天津，地坪采用桩基础架空地坪，地面活荷载20kN/m²，采用PC管桩，桩径500mm，单桩承载力特征值750kN。原设计采用如图3(a)所示的梁板布置，主梁网格采用8.0m×8.4m，板厚250mm，地坪梁截面尺寸为450×800。优化后改用如图3(b)所示的梁板布置，主梁网格仍为8.0m×8.4m，但中间设十字交叉次梁，将板格变为4.0m×4.2m，板厚改为180mm。本文中将群桩变为单桩，桩距5.0m×5.0m，梁板式架空地坪的板厚180mm，梁截面尺寸为300×500，如图3(c)所示;平板式架空地坪的板厚250mm，如图3(d)所示。计算得到架空地坪四种不同布置下配筋如图3所示，材料用量如表1所示。

　　 由表1可见，平板式架空地坪造价更加节省，而且施工方便，是优选的布置形式。同样也说明，即使对于梁板式架空地坪，不同桩距、不同梁板布置，其造价相差甚远，一般来讲按桩基承载力计算得到的桩网格下的梁板布置也是最优的。当然，梁板式架空地坪在局部有较大集中荷载时受力直接、刚度大，地坪梁可同时兼做基础梁，实际设计中还要根据工程情况具体分析。

　　 在桩基的受力分析中，传统的计算方法，一般假设地坪中桩基为不动支点。对于平板式架空地坪，设q_D为地坪恒荷载，q_L为地坪均布活荷载，A为单桩受荷面积，R为单桩承载力特征值，则有:

　　 当有集中荷载P时，式(1)变为:

　　 对于地坪上的集中荷载，尤其是对于移动设施荷载，可以考虑桩基的竖向弹性刚度。如图4所示，假定在某一桩顶处有集中荷载P作用，如果桩基按竖向不动点考虑，则桩基1处压力N₁=P。但是，实际桩基是有变形的，在集中荷载P作用下，桩基1发生竖向变形，是梁和板的弹性支点。由于地坪梁板的作用，周边桩基承担部分荷载，此时N₁<P。桩基的竖向弹性刚度可以参考相关规范^[10]通过计算得到，也可以根据试桩报告结果直接计算得到。

　　 在弹性刚度下，桩基压力N₁与地坪板厚度、桩距以及桩自身竖向刚度k有关。图5分别给出了不同板厚和不同桩距下桩基压力变化趋势，显然，随着板厚的增加，周边桩分担了更多的荷载，集中荷载P作用的桩基压力N₁减小;随着桩距的增大，集中荷载P作用的桩基承担了更多的压力，而且，桩基竖向刚度越大，集中荷载P作用下桩基压力就越大。

　　 在架空地坪地坪板的受力分析中应考虑活荷载的不利布置，均布活荷载下不利布置与一般楼盖结构相同，但厂房地坪中经常有诸如叉车、运输车辆等移动设施荷载，计算时应根据轮压大小、轮距以及桩距确定不利布置。

　　 以航空厂房为例，机库或总装厂房的飞机轮压是地坪的主要活荷载。对于平板式架空地坪，当飞机轮压作用于跨中板带中部时(图6(a))，板下弯矩和跨中板带支座处板上弯矩达到最大，当飞机轮压作用于柱上板带中部时(图6(b))，柱帽处弯矩达到最大，在求解地坪板上、下弯矩时，就要考虑上述两种活荷载不利布置情况。

　　 飞机轮压等移动设施荷载为局部集中荷载，在传统的梁板内力分析中，往往要得到板的等效活荷载^[11]。对于平板式架空地坪，显然不能简单地以四边简支板求得板的等效活荷载，应考虑不同位置、不同边界条件的影响。表2为3种机型轮压作用于不同板跨时计算得到的板的等效均布活荷载^[12]。可见平板式架空地坪的等效均布活荷载在不同板跨、不同位置处均不相同，相差很大。

　　 等效活荷载计算复杂，还容易造成误解。随着计算手段的进步，局部荷载下板的受力分析变得简单易行，而且概念明确。对于架空地坪，在移动设施荷载作用时，直接计算最不利荷载就可以了，无需转化为等效活荷载

　　 软土地区常用的地基处理方式有堆载预压、真空预压、水泥土搅拌桩以及刚柔复合地基等，预压类地基处理需要一定的时间成本，这里不做比较。本文主要以两个工程实例为例，分别对水泥土搅拌桩以及刚柔复合地基处理地坪与桩基础架空地坪的造价进行比较。

　　 工程实例1^[1]。上海浦东某物流厂房，地坪活荷载50kN/m²。拟建场地地基土主要由黏性土、粉性土及砂土组成，其中淤泥质土层平均厚度近12m。

　　 地基处理方式为水泥土搅拌桩，桩径为500mm，桩间距1.0m×1.0m，采用长、短桩方案，短桩桩长7m，长桩桩长19m。复合地基承载力设计值f_sp,d=100kPa，计算沉降量为68.73mm，配筋地坪板厚度250mm。

　　 按照施工完成后的结算价格，得到地基处理部分单位造价约为400元/m²(包括褥垫层等)，地坪单位造价为230元/m²，，总的单位造价为630元/m²。

　　 采用桩基础架空地坪，采用PC管桩，桩径500mm，桩长30m，单桩承载力特征值1 100kN，地坪板厚250mm，附加100mm厚建筑面层。计算得到的桩距为4.0m×4.5m，计算沉降量约为6.0mm。

　　 按照当地定额并结合报价，得到桩基部分单位造价为290元/m²，承台、地坪板及面层单位造价为336元/m²，加上其他费用后总的单位造价为751元/m²。

　　 工程实例2。浙江舟山某机库，活荷载20kN/m²，承受B737飞机轮压。场地土层自上而下为素填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土、黏土、粉质黏土、细砂等，其中软土层平均厚度40m左右。

　　 地基处理方式采用刚柔性桩复合地基，柔性桩为水泥土搅拌桩，桩径500mm，桩距1.4m×1.4m，桩长12m;刚性桩为桩径400mm管桩，桩距4.2m×4.2m，桩长30m。计算得到的复合地基承载力120kPa,30年工后沉降量为180mm。配筋地坪厚度250mm。

　　 按照当地定额并结合当地报价，得到地基处理部分单位造价为816元/m²(包括回填和褥垫层等)，地坪单位造价为230元/m²，总的单位造价为1 046元/m²。

　　 采用桩基础架空地坪，采用PC管桩，桩径500mm，平均桩长45m，单桩承载力特征值1 200kN，桩间距6m×6m，地坪板厚300mm，附加100mm厚建筑面层。计算得到的沉降量约8.0mm。

　　 按照当地定额并结合当地报价，得到桩基部分单位造价为190元/m²，承台、地坪板及面层单位造价为386元/m²，另有回填部分单位造价98元/m²，加上其他费用后总的单位造价为817元/m²。

　　 工程实例1中，采用桩基础架空地坪比采用地基处理地坪造价提高了约20%，这也是大多数工程实例的情况。工程实例2中，采用桩基础架空地坪反而比采用地基处理地坪造价低，降低了约22%，这是因为拟建场地软土层很厚，同时对地坪沉降控制很严造成的。事实上，在工程实例2中，即使地基处理造价高了很多，仍不能满足工艺使用要求。

　　 一般来说在沿海软土地区，如果厂房使用对地坪沉降要求严格，桩基础架空地坪是首选方案，考虑后期使用维护，采用桩基础架空地坪方案具有综合的投资优势。如果使用中对地坪只有承载能力的要求，而对沉降要求不高，采用地基处理地坪造价更低。

　　 桩基础架空地坪较一般地坪设计施工均复杂。设计中，各个专业要通力合作，密切配合。由工艺专业确定大型设备基础位置、埋深以及荷载，移动设备的轮压等，由建筑专业明确面层做法，协调管沟、地井等的位置和深度。

　　 (1)架空地坪板的厚度。工业厂房地坪板厚度不宜过薄，这一方面是地坪板耐久性要求，另一方面也便于满足工业厂房各种使用要求。除一些功能比较明确单一的厂房地坪之外，建议对于平板式架空地坪，地坪板厚度≥200mm;对于梁板式架空地坪，地坪板厚度≥180mm。

　　 (2)建筑面层。架空地坪应根据厂房功能确定是否在地坪结构板上加建筑面层。加设面层可以设置排水坡度、埋设一些管线，面层分缝后可以防止地坪表面产生裂缝。应该注意的是，为了防止荷载作用下面层起皮，后浇的面层不宜太薄，一般其厚度应≥80mm。

　　 架空地坪也可以不设面层，此时建议按照图7施工，要求地坪板上保护层加厚，保护层厚度≥50mm，地坪板施工完毕后，在板表面切割假缝，假缝间距8～12m、深度30mm，防止板表面产生裂缝。

　　 (3)承台做法。对于架空地坪下的单桩承台，习惯上做成方形承台(图8)，也可以做类似锥形承台(图9)。锥形承台便于混凝土浇筑，节省模板，而且对桩的防冲切也更有利。锥形承台配筋应按防冲切配置。

　　 (4)室内外进、出处的处理

　　 厂房地坪采用桩基础架空地坪时，地坪沉降量极小，但室外地坪一般是不处理的，室内外地坪存在很大的沉降差，设计时要特别注意。对于进出室内外的管线，如果不采取措施，可能会造成管线被剪断的情况。通常的做法是设置进线井(图10)，将管线集中布置于井内，并设置柔性接头。

　　 对于大门等需要室内外地坪平缓过渡之处，可按图11做法，在出室外处做一段刚性配筋板，刚性配筋板一边通过牛腿搭到室内地坪，另一边直接放置于室外地基之上，这样避免室内外地坪出现突然落差，可使室内外地坪平缓过渡。

　　 本文对架空地坪的设计进行了较为全面的分析研究，主要得到以下结论:

　　 (1)在沿海软土地区，工业厂房采用桩基础架空地坪时，地坪沉降量小，施工质量可控。

　　 (2)对比梁板式和平板式的架空地坪，考虑经济性和施工便捷性，应优先选用平板式架空地坪。

　　 (3)在架空地坪设计中要对地坪荷载进行更精细的分析，可将荷载分为大型固定设施荷载、移动设施荷载、均布活荷载3种类型。

　　 (4)在桩基础架空地坪的设计中，考虑桩的弹性变形可得到更合理的结果。

　　 (5)在架空地坪的地坪板计算中，要注意移动设施荷载的不利布置。

　　 (6)在沿海软土地区，当工艺使用对厂房地坪沉降要求严格时，采用桩基础架空地坪具有综合的造价优势。