談工業(yè)廠房工程基礎(chǔ)設(shè)計及應(yīng)用

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摘要：工業(yè)廠房工程的基礎(chǔ)設(shè)計關(guān)乎到工程的整體質(zhì)量需求，因此具有極為重要的意義和作用。文章以工業(yè)廠房工程的基礎(chǔ)設(shè)計以及相關(guān)應(yīng)用為主要研究對象，結(jié)合作者多年工業(yè)廠房的設(shè)計經(jīng)驗，以及相關(guān)工程實例，進(jìn)行深入地研究和分析，為工業(yè)廠房工程的基礎(chǔ)設(shè)計以及具體應(yīng)用，提出一系列行之有效的應(yīng)用建議。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房；基礎(chǔ)設(shè)計；設(shè)計方案

1引言

隨著我國工業(yè)領(lǐng)域的快速化發(fā)展，對于工業(yè)廠房工程的需求與日俱增。在行業(yè)領(lǐng)域中普遍存在兩種關(guān)鍵性問題，其一，工業(yè)工程的設(shè)計需求極為龐雜和多樣，另一方面，從事設(shè)計領(lǐng)域的相關(guān)人員，對工業(yè)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計存在諸多疑問，結(jié)合這兩種現(xiàn)象，引發(fā)一系列的爭論和研究，成為行業(yè)重要的研究課題。

2工程設(shè)計案例

某工業(yè)建筑開展工程設(shè)計，采用主流的設(shè)計結(jié)構(gòu)———鋼架結(jié)構(gòu)形式，建筑面積約為4000m2，同時廠房共計三層，其中層高存在差異化設(shè)計，一層層高為11m，二層層高5m，三層層高5m，工業(yè)廠房的設(shè)計需求是滿足不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的生產(chǎn)和制作，其中縱向跨度最大為10m，橫向跨度最大為12m，廠房總體標(biāo)高為21m。由于廠房風(fēng)荷載較大，因此需要結(jié)合工字型鋼結(jié)構(gòu)柱，充分考慮風(fēng)荷載存在的疊加效應(yīng)，確保相應(yīng)的活荷載對廠房的影響在可承受的實際范圍內(nèi)，另外將相關(guān)荷載的作用力，有效傳輸?shù)浇ㄖ幕A(chǔ)部分，因此該工業(yè)建筑的基礎(chǔ)設(shè)計極為重要，務(wù)必要確保基礎(chǔ)承載力的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，滿足實際的需求和條件，同時符合對應(yīng)的建筑安全要求，針對基礎(chǔ)在受力之后，開展相關(guān)荷載的有效計算，以最大的受力形式對工程進(jìn)行系統(tǒng)的考量和分析，確保工程的基礎(chǔ)滿足相應(yīng)的受力需求，結(jié)合不同的柱形結(jié)構(gòu)，以柱腳面積、柱腳寬度、埋深、自重范圍等多項指標(biāo)，檢驗工程基礎(chǔ)的設(shè)計方案，是否符合相應(yīng)的需求和條件，進(jìn)而選擇最佳的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確保工程基礎(chǔ)的有效設(shè)計。

3基礎(chǔ)設(shè)計特點以及設(shè)計要求

3.1工業(yè)廠房受力特點

由于工程廠房為結(jié)構(gòu)廠房，因此相關(guān)廠房基礎(chǔ)的選擇形式包括鉸接型、剛接型兩種形式，特別是剛接型基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)接受到偏心荷載作用力之后，對應(yīng)的偏心距E的計算公式為：E=(M+V×H)/(N+G)其中，M代表工程廠房基礎(chǔ)的整體彎矩，N代表工程廠房的基礎(chǔ)軸力，V代表工程廠房的基礎(chǔ)水平剪力，G代表工程廠房基礎(chǔ)底面以上的整體壓力，H代表工程廠房基礎(chǔ)的整體高度。以鉸接型基礎(chǔ)進(jìn)行分析，對應(yīng)設(shè)計要求較為簡單，通常僅僅考慮基礎(chǔ)的承受軸心荷載作用，幾乎不用考慮偏心力的影響，因此相對來說，計算方式對比剛接型基礎(chǔ)設(shè)計，較為簡單。案例工程廠房為輕型結(jié)構(gòu)形式的工業(yè)廠房，包含部分吊裝設(shè)備，因此考慮吊裝過程中存在設(shè)備以及貨物重量，結(jié)合相關(guān)重量的擺動幅度以及偏心力的具體作用，利用剛接型基礎(chǔ)的相關(guān)理論知識進(jìn)行設(shè)計和計算，進(jìn)而保證工程的有序開展。由于基礎(chǔ)設(shè)計的埋置深度不高，因此可以借助單一型基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行計算，對應(yīng)的承載力同樣可以單獨計算，同時在不考慮其他影響因素的作用下，可以單獨計算廠房某一個基礎(chǔ)的承載力，根據(jù)對應(yīng)的結(jié)果，結(jié)合實際的使用需求，確保工程的實際應(yīng)用滿足相關(guān)設(shè)計要求。

3.2廠房設(shè)計要求

本案例中的廠房設(shè)計要求，務(wù)必要滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的具體要求，考慮案例中的廠房層高要求，需要對廠房偏心力等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，另外廠房建筑面積約為4000m2，共計三層中，需要結(jié)合現(xiàn)代化的設(shè)計理念，借助BIM應(yīng)用技術(shù)開展相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計。針對基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容，可以按照BIM技術(shù)中的Bentley軟件進(jìn)行相關(guān)設(shè)計工作。Bentley軟件經(jīng)常應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計，特別是工業(yè)建筑的基礎(chǔ)設(shè)計，可以實現(xiàn)建筑軟件端的優(yōu)勢，將偏心力的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的計算。另外，軟件還能夠充分考慮地基的不均勻沉降問題，同時還能夠考慮由于基礎(chǔ)傾斜的各種原因和可能性，甚至對建筑廠房的吊裝重量進(jìn)行設(shè)計，對于有特殊要求的吊裝設(shè)備，需要進(jìn)一步提升建筑的基礎(chǔ)設(shè)計強度，提升廠房的基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，充分提升鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。Bentley軟件設(shè)計的案例工業(yè)廠房效果圖，見圖1所示。

4基礎(chǔ)形式布置

案例中的廠房，是以現(xiàn)代化的工業(yè)廠房基礎(chǔ)形式進(jìn)行布置，廠房傳遞到基礎(chǔ)的應(yīng)力作用較小，因此在考慮建筑的基礎(chǔ)形式時，可以結(jié)合當(dāng)前廠房應(yīng)用過程中存在普遍問題進(jìn)行針對性地改善設(shè)計。由于廠房風(fēng)荷載較大，需要結(jié)合工字型鋼結(jié)構(gòu)柱，考慮風(fēng)荷載存在的疊加效應(yīng)。因此，提升案例廠房基礎(chǔ)設(shè)計的要求，需要結(jié)合對應(yīng)的設(shè)計形式，保障實際應(yīng)用過程中廠房荷載的有效傳遞，另外，充分考慮吊車自重等相關(guān)荷載的作用力要求，從而提高基礎(chǔ)設(shè)計的實際尺寸，但是受不同實際情況的影響，基礎(chǔ)設(shè)計尺寸往往無法有效改變，因此借助三種改善方式，提高基礎(chǔ)的受力情況。

4.1提高壓重系數(shù)

借助BIM技術(shù)的Bentley軟件，可以在軟件中設(shè)計對相關(guān)力學(xué)數(shù)據(jù)的有效計算，同時結(jié)合對應(yīng)的改善措施，提高工業(yè)廠房基礎(chǔ)的壓重系數(shù)。簡單來說，進(jìn)一步增加案例廠房基礎(chǔ)的實際應(yīng)力，提高基礎(chǔ)的壓重比例，增加柱腳基礎(chǔ)的同時，有效提升基礎(chǔ)的承載受力情況，另外，在實際的設(shè)計應(yīng)用過程中，充分考慮企業(yè)設(shè)計、施工成本，特別是建筑施工成本的性價比，因此，提高壓重系數(shù)的設(shè)計方式，往往存在一定的局限性，不少企業(yè)出于施工成本的考慮，無法大范圍增加基礎(chǔ)的實際重量，進(jìn)而無法達(dá)到相應(yīng)的穩(wěn)定性要求，存在一定的限制性，無法達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計需求。另外，在實際施工過程中，過往案例存在部分“偷梁換柱”等實際問題，不僅沒有達(dá)到增重的基本要求，同時還引發(fā)一系列的施工問題，特別是在工程正式應(yīng)用過程中，吊頂重量超過基礎(chǔ)的實際標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致一系列工程事故的產(chǎn)生。

4.2增加埋深

根據(jù)案例廠房基礎(chǔ)設(shè)計以及跨度數(shù)據(jù)，需要增加廠房的埋置深度，也是提高廠房基礎(chǔ)穩(wěn)定性與承載力的重要舉措，尤其是對基礎(chǔ)承載能力提升，借助埋置深度的提升，可以充分改善建筑基礎(chǔ)的承載狀況。根據(jù)借助BIM技術(shù)的Bentley軟件有效計算，增加埋置深度達(dá)到穩(wěn)固基礎(chǔ)的目的，需要提高建筑基礎(chǔ)深度，從而增加上層土的覆蓋深度，以減少埋置深度基礎(chǔ)的底面積來實現(xiàn)基礎(chǔ)穩(wěn)定性的提升，由此可見，該施工方式同樣存在一定的局限性，并且部分工業(yè)產(chǎn)房無法無限制減少基礎(chǔ)底面積，一系列需要滿足相應(yīng)的設(shè)計，促使埋置深度達(dá)到合理的施工要求[1]。

4.3樁基礎(chǔ)

在本案例中，樁基礎(chǔ)的設(shè)計形式，是以上兩種情況無法有效解決采取的設(shè)計方案，一方面，樁基礎(chǔ)的實際要求極為復(fù)雜，同時對應(yīng)的施工內(nèi)容極為多樣，施工周期較長，對應(yīng)的施工成本會有所增加，因此考慮施工周期以及施工成本等多種因素，不少工程的施工企業(yè)對該設(shè)計方案同樣顧慮重重，一方面，時間對于工程的施工成本影響作用巨大，稍有不慎必然引發(fā)工程施工成本增加，另一方面，不同于傳統(tǒng)民用建筑，樁基礎(chǔ)施工成本增加，必然導(dǎo)致整個工程的施工成本激增，施工企業(yè)務(wù)必要充分考慮工程設(shè)計方案的性價比，從而確保工程的有序開展[2]。見圖2所示，案例廠房樁基礎(chǔ)施工作業(yè)圖。

5基礎(chǔ)設(shè)計特征指標(biāo)

結(jié)合我國國家相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計要求，開展工業(yè)廠房建筑基礎(chǔ)設(shè)計，務(wù)必要滿足對應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，同時結(jié)合多種基礎(chǔ)布置方案進(jìn)行科學(xué)地選擇和分析，結(jié)合廠房建筑的實際因素進(jìn)行考量，聯(lián)系實際的需求和條件，開展工業(yè)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計。例如，廠房基礎(chǔ)平面布置圖、剖面圖、基礎(chǔ)截面尺寸、基礎(chǔ)布筋配置等一系列內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計和考量，結(jié)合借助BIM技術(shù)的Bentley軟件開展相關(guān)內(nèi)容優(yōu)化，減少設(shè)計過程中的人為誤差或者缺陷，避免基礎(chǔ)設(shè)計方案存在無法解決的問題[3]。

5結(jié)論

綜上所述，工業(yè)廠房工程的基礎(chǔ)設(shè)計以及應(yīng)用，務(wù)必要充分考慮各項影響因素，同時結(jié)合相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計形式以及設(shè)計方案，充分利用各項有效資源以及現(xiàn)代化應(yīng)用技術(shù)，提升廠房建筑基礎(chǔ)設(shè)計成效的同時，提升廠房建筑的實際功能。

參考文獻(xiàn)

[1]王棟,劉濤.核電廠總平面設(shè)計分析研究———基于福島事故改進(jìn)及運營經(jīng)驗分析[J].核科學(xué)與工程,2020,40(02):325-332.

[2]程國豐.BIM技術(shù)在大型工業(yè)廠房工程建設(shè)中的應(yīng)用探討[J].科技資訊,2019,17(33):56-57.

[3]高斌,霍永剛.寒冷地區(qū)核電站廠房防凍設(shè)計優(yōu)化研究[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化,2019(12):35-36.

作者：呂光 單位： 銅陵有色設(shè)計研究院有限責(zé)任公司