呂 光 （銅陵有色設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 銅陵 244000）

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(jì)需求極為龐雜和多樣，另一方面，從事設(shè)計(jì)領(lǐng)域的相關(guān)人員，對工業(yè)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)案例

某工業(yè)建筑開展工程設(shè)計(jì)，采用主流的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)——鋼架結(jié)構(gòu)形式，建筑面積約為4000m，同時(shí)廠房共計(jì)三層，其中層高存在差異化設(shè)計(jì)，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(jì)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(shí)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(jì)極為重要，務(wù)必要確?；A(chǔ)承載力的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足實(shí)際的需求和條件，同時(shí)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(jì)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(xiàng)指標(biāo)，檢驗(yàn)工程基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保工程基礎(chǔ)的有效設(shè)計(jì)。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)要求

2.1 工業(yè)廠房受力特點(diǎn)

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(jì)算公式為：

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(jì)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(jì)算方式對比剛接型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，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(jì)和計(jì)算，進(jìn)而保證工程的有序開展。由于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的埋置深度不高，因此可以借助單一型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，對應(yīng)的承載力同樣可以單獨(dú)計(jì)算，同時(shí)在不考慮其他影響因素的作用下，可以單獨(dú)計(jì)算廠房某一個(gè)基礎(chǔ)的承載力，根據(jù)對應(yīng)的結(jié)果，結(jié)合實(shí)際的使用需求，確保工程的實(shí)際應(yīng)用滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

2.2 廠房設(shè)計(jì)要求

本案例中的廠房設(shè)計(jì)要求，務(wù)必要滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)算，另外廠房建筑面積約為4000m，共計(jì)三層中，需要結(jié)合現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理念，借助BIM應(yīng)用技術(shù)開展相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。針對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)工作。Bentley軟件經(jīng)常應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)，特別是工業(yè)建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，可以實(shí)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(jì)算。另外，軟件還能夠充分考慮地基的不均勻沉降問題，同時(shí)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(jì)，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(jì)強(qiáng)度，提升廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，充分提升鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。Bentley軟件設(shè)計(jì)的案例工業(yè)廠房效果圖，見圖1所示。

圖1 Bentley軟件設(shè)計(jì)的案例工業(yè)廠房效果圖

3 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(shí)，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(jì)。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(jì)的要求，需要結(jié)合對應(yīng)的設(shè)計(jì)形式，保障實(shí)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(jì)的實(shí)際尺寸，但是受不同實(shí)際情況的影響，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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。

3.1 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(jì)對相關(guān)力學(xué)數(shù)據(jù)的有效計(jì)算，同時(shí)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(shí)際應(yīng)力，提高基礎(chǔ)的壓重比例，增加柱腳基礎(chǔ)的同時(shí)，有效提升基礎(chǔ)的承載受力情況，另外，在實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，充分考慮企業(yè)設(shè)計(jì)、施工成本，特別是建筑施工成本的性價(jià)比，因此，提高壓重系數(shù)的設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)需求。另外，在實(shí)際施工過程中，過往案例存在部分“偷梁換柱”等實(shí)際問題，不僅沒有達(dá)到增重的基本要求，同時(shí)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(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致一系列工程事故的產(chǎn)生。

3.2 增加埋深

根據(jù)案例廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)，促使埋置深度達(dá)到合理的施工要求。

3.3 樁基礎(chǔ)

在本案例中，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)形式，是以上兩種情況無法有效解決采取的設(shè)計(jì)方案，一方面，樁基礎(chǔ)的實(shí)際要求極為復(fù)雜，同時(shí)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(jì)方案同樣顧慮重重，一方面，時(shí)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(gè)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(jì)方案的性價(jià)比，從而確保工程的有序開展。見圖2所示，案例廠房樁基礎(chǔ)施工作業(yè)圖。

圖2 案例廠房樁基礎(chǔ)施工作業(yè)圖

4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)特征指標(biāo)

結(jié)合我國國家相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)要求，開展工業(yè)廠房建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，務(wù)必要滿足對應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)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(shí)際因素進(jìn)行考量，聯(lián)系實(shí)際的需求和條件，開展工業(yè)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。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(jì)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(jì)過程中的人為誤差或者缺陷，避免基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案存在無法解決的問題。

5 結(jié)論

綜上所述，工業(yè)廠房工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用，務(wù)必要充分考慮各項(xiàng)影響因素，同時(shí)結(jié)合相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式以及設(shè)計(jì)方案，充分利用各項(xiàng)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(jì)成效的同時(shí)，提升廠房建筑的實(shí)際功能。