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    谈工业厂房工程基础设计及应用

    时间:2021-03-23 08:45来源:未知 作者:admin 点击:
    摘要:工业厂房工程的基础设计关乎到工程的整体质量需求,因此具有极为重要的意义和作用。文章以工业厂房工程的基础设计以及相关应用为主要研究对象,结合作者多年工业厂房的设计经验,以及相关工程实例,进行深入地研究和分析,为工业厂房工程的基础设计以
      
    摘要:工业厂房工程的基础设计关乎到工程的整体质量需求,因此具有极为重要的意义和作用。文章以工业厂房工程的基础设计以及相关应用为主要研究对象,结合作者多年工业厂房的设计经验,以及相关工程实例,进行深入地研究和分析,为工业厂房工程的基础设计以及具体应用,提出一系列行之有效的应用建议。
     
    关键词:工业厂房;基础设计;设计方案
     
    1引言
     
    随着我国工业领域的快速化发展,对于工业厂房工程的需求与日俱增。在行业领域中普遍存在两种关键性问题,其一,工业工程的设计需求极为庞杂和多样,另一方面,从事设计领域的相关人员,对工业厂房的基础设计存在诸多疑问,结合这两种现象,引发一系列的争论和研究,成为行业重要的研究课题。
     
    2工程设计案例
     
    某工业建筑开展工程设计,采用主流的设计结构———钢架结构形式,建筑面积约为4000m2,同时厂房共计三层,其中层高存在差异化设计,一层层高为11m,二层层高5m,三层层高5m,工业厂房的设计需求是满足不同结构构件的生产和制作,其中纵向跨度最大为10m,横向跨度最大为12m,厂房总体标高为21m。由于厂房风荷载较大,因此需要结合工字型钢结构柱,充分考虑风荷载存在的叠加效应,确保相应的活荷载对厂房的影响在可承受的实际范围内,另外将相关荷载的作用力,有效传输到建筑的基础部分,因此该工业建筑的基础设计极为重要,务必要确保基础承载力的设计标准,满足实际的需求和条件,同时符合对应的建筑安全要求,针对基础在受力之后,开展相关荷载的有效计算,以最大的受力形式对工程进行系统的考量和分析,确保工程的基础满足相应的受力需求,结合不同的柱形结构,以柱脚面积、柱脚宽度、埋深、自重范围等多项指标,检验工程基础的设计方案,是否符合相应的需求和条件,进而选择最佳的设计标准,确保工程基础的有效设计。
     
    3基础设计特点以及设计要求
     
    3.1工业厂房受力特点
     
    由于工程厂房为结构厂房,因此相关厂房基础的选择形式包括铰接型、刚接型两种形式,特别是刚接型基础,在基础接受到偏心荷载作用力之后,对应的偏心距E的计算公式为:E=(M+V×H)/(N+G)其中,M代表工程厂房基础的整体弯矩,N代表工程厂房的基础轴力,V代表工程厂房的基础水平剪力,G代表工程厂房基础底面以上的整体压力,H代表工程厂房基础的整体高度。以铰接型基础进行分析,对应设计要求较为简单,通常仅仅考虑基础的承受轴心荷载作用,几乎不用考虑偏心力的影响,因此相对来说,计算方式对比刚接型基础设计,较为简单。案例工程厂房为轻型结构形式的工业厂房,包含部分吊装设备,因此考虑吊装过程中存在设备以及货物重量,结合相关重量的摆动幅度以及偏心力的具体作用,利用刚接型基础的相关理论知识进行设计和计算,进而保证工程的有序开展。由于基础设计的埋置深度不高,因此可以借助单一型基础设计进行计算,对应的承载力同样可以单独计算,同时在不考虑其他影响因素的作用下,可以单独计算厂房某一个基础的承载力,根据对应的结果,结合实际的使用需求,确保工程的实际应用满足相关设计要求。
     
    3.2厂房设计要求
     
    本案例中的厂房设计要求,务必要满足《建筑地基基础设计规范》的具体要求,考虑案例中的厂房层高要求,需要对厂房偏心力等相关数据进行计算,另外厂房建筑面积约为4000m2,共计三层中,需要结合现代化的设计理念,借助BIM应用技术开展相关内容的设计。针对基础设计内容,可以按照BIM技术中的Bentley软件进行相关设计工作。Bentley软件经常应用于工业设计,特别是工业建筑的基础设计,可以实现建筑软件端的优势,将偏心力的数据进行精确的计算。另外,软件还能够充分考虑地基的不均匀沉降问题,同时还能够考虑由于基础倾斜的各种原因和可能性,甚至对建筑厂房的吊装重量进行设计,对于有特殊要求的吊装设备,需要进一步提升建筑的基础设计强度,提升厂房的基础设计标准,优化钢结构设计的同时,充分提升钢结构的承载能力。Bentley软件设计的案例工业厂房效果图,见图1所示。
     
    4基础形式布置
     
    案例中的厂房,是以现代化的工业厂房基础形式进行布置,厂房传递到基础的应力作用较小,因此在考虑建筑的基础形式时,可以结合当前厂房应用过程中存在普遍问题进行针对性地改善设计。由于厂房风荷载较大,需要结合工字型钢结构柱,考虑风荷载存在的叠加效应。因此,提升案例厂房基础设计的要求,需要结合对应的设计形式,保障实际应用过程中厂房荷载的有效传递,另外,充分考虑吊车自重等相关荷载的作用力要求,从而提高基础设计的实际尺寸,但是受不同实际情况的影响,基础设计尺寸往往无法有效改变,因此借助三种改善方式,提高基础的受力情况。
     
    4.1提高压重系数
     
    借助BIM技术的Bentley软件,可以在软件中设计对相关力学数据的有效计算,同时结合对应的改善措施,提高工业厂房基础的压重系数。简单来说,进一步增加案例厂房基础的实际应力,提高基础的压重比例,增加柱脚基础的同时,有效提升基础的承载受力情况,另外,在实际的设计应用过程中,充分考虑企业设计、施工成本,特别是建筑施工成本的性价比,因此,提高压重系数的设计方式,往往存在一定的局限性,不少企业出于施工成本的考虑,无法大范围增加基础的实际重量,进而无法达到相应的稳定性要求,存在一定的限制性,无法达到相应的设计需求。另外,在实际施工过程中,过往案例存在部分“偷梁换柱”等实际问题,不仅没有达到增重的基本要求,同时还引发一系列的施工问题,特别是在工程正式应用过程中,吊顶重量超过基础的实际标准,导致一系列工程事故的产生。
     
    4.2增加埋深
     
    根据案例厂房基础设计以及跨度数据,需要增加厂房的埋置深度,也是提高厂房基础稳定性与承载力的重要举措,尤其是对基础承载能力提升,借助埋置深度的提升,可以充分改善建筑基础的承载状况。根据借助BIM技术的Bentley软件有效计算,增加埋置深度达到稳固基础的目的,需要提高建筑基础深度,从而增加上层土的覆盖深度,以减少埋置深度基础的底面积来实现基础稳定性的提升,由此可见,该施工方式同样存在一定的局限性,并且部分工业产房无法无限制减少基础底面积,一系列需要满足相应的设计,促使埋置深度达到合理的施工要求[1]。
     
    4.3桩基础
     
    在本案例中,桩基础的设计形式,是以上两种情况无法有效解决采取的设计方案,一方面,桩基础的实际要求极为复杂,同时对应的施工内容极为多样,施工周期较长,对应的施工成本会有所增加,因此考虑施工周期以及施工成本等多种因素,不少工程的施工企业对该设计方案同样顾虑重重,一方面,时间对于工程的施工成本影响作用巨大,稍有不慎必然引发工程施工成本增加,另一方面,不同于传统民用建筑,桩基础施工成本增加,必然导致整个工程的施工成本激增,施工企业务必要充分考虑工程设计方案的性价比,从而确保工程的有序开展[2]。见图2所示,案例厂房桩基础施工作业图。
     
    5基础设计特征指标
     
    结合我国国家相关内容的设计要求,开展工业厂房建筑基础设计,务必要满足对应的设计规范,同时结合多种基础布置方案进行科学地选择和分析,结合厂房建筑的实际因素进行考量,联系实际的需求和条件,开展工业厂房的基础设计。例如,厂房基础平面布置图、剖面图、基础截面尺寸、基础布筋配置等一系列内容进行设计和考量,结合借助BIM技术的Bentley软件开展相关内容优化,减少设计过程中的人为误差或者缺陷,避免基础设计方案存在无法解决的问题[3]。
     
    5结论
     
    综上所述,工业厂房工程的基础设计以及应用,务必要充分考虑各项影响因素,同时结合相关基础设计形式以及设计方案,充分利用各项有效资源以及现代化应用技术,提升厂房建筑基础设计成效的同时,提升厂房建筑的实际功能。
     
    参考文献
     
    [1]王栋,刘涛.核电厂总平面设计分析研究———基于福岛事故改进及运营经验分析[J].核科学与工程,2020,40(02):325-332.
     
    [2]程国丰.BIM技术在大型工业厂房工程建设中的应用探讨[J].科技资讯,2019,17(33):56-57.
     
    [3]高斌,霍永刚.寒冷地区核电站厂房防冻设计优化研究[J].中国标准化,2019(12):35-36.
     
    作者:吕光 单位: 铜陵有色设计研究院有限责任公司
    (责任编辑:mac)
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