工業廠房工程的基礎設計及應用研究

呂 光 （銅陵有色設計研究院有限責任公司，安徽 銅陵 244000）

1 引言

隨著我國工業領域的快速化發展，對于工業廠房工程的需求與日俱增。在行業領域中普遍存在兩種關鍵性問題，其一，工業工程的設計需求極為龐雜和多樣，另一方面，從事設計領域的相關人員，對工業廠房的基礎設計存在諸多疑問，結合這兩種現象，引發一系列的爭論和研究，成為行業重要的研究課題。

2 工程設計案例

某工業建筑開展工程設計，采用主流的設計結構——鋼架結構形式，建筑面積約為4000m，同時廠房共計三層，其中層高存在差異化設計，一層層高為11m，二層層高5m，三層層高5m，工業廠房的設計需求是滿足不同結構構件的生產和制作，其中縱向跨度最大為10m，橫向跨度最大為12m，廠房總體標高為21m。

由于廠房風荷載較大，因此需要結合工字型鋼結構柱，充分考慮風荷載存在的疊加效應，確保相應的活荷載對廠房的影響在可承受的實際范圍內，另外將相關荷載的作用力，有效傳輸到建筑的基礎部分，因此該工業建筑的基礎設計極為重要，務必要確保基礎承載力的設計標準，滿足實際的需求和條件，同時符合對應的建筑安全要求，針對基礎在受力之后，開展相關荷載的有效計算，以最大的受力形式對工程進行系統的考量和分析，確保工程的基礎滿足相應的受力需求，結合不同的柱形結構，以柱腳面積、柱腳寬度、埋深、自重范圍等多項指標，檢驗工程基礎的設計方案，是否符合相應的需求和條件，進而選擇最佳的設計標準，確保工程基礎的有效設計。

2 基礎設計特點以及設計要求

2.1 工業廠房受力特點

由于工程廠房為結構廠房，因此相關廠房基礎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，在基礎接受到偏心荷載作用力之后，對應的偏心距E的計算公式為：

其中，M代表工程廠房基礎的整體彎矩，N代表工程廠房的基礎軸力，V代表工程廠房的基礎水平剪力，G代表工程廠房基礎底面以上的整體壓力，H代表工程廠房基礎的整體高度。

以鉸接型基礎進行分析，對應設計要求較為簡單，通常僅僅考慮基礎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設計，較為簡單。

案例工程廠房為輕型結構形式的工業廠房，包含部分吊裝設備，因此考慮吊裝過程中存在設備以及貨物重量，結合相關重量的擺動幅度以及偏心力的具體作用，利用剛接型基礎的相關理論知識進行設計和計算，進而保證工程的有序開展。由于基礎設計的埋置深度不高，因此可以借助單一型基礎設計進行計算，對應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的承載力，根據對應的結果，結合實際的使用需求，確保工程的實際應用滿足相關設計要求。

2.2 廠房設計要求

本案例中的廠房設計要求，務必要滿足《建筑地基基礎設計規范》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數據進行計算，另外廠房建筑面積約為4000m，共計三層中，需要結合現代化的設計理念，借助BIM應用技術開展相關內容的設計。針對基礎設計內容，可以按照BIM技術中的Bentley軟件進行相關設計工作。Bentley軟件經常應用于工業設計，特別是工業建筑的基礎設計，可以實現建筑軟件端的優勢，將偏心力的數據進行精確的計算。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傾斜的各種原因和可能性，甚至對建筑廠房的吊裝重量進行設計，對于有特殊要求的吊裝設備，需要進一步提升建筑的基礎設計強度，提升廠房的基礎設計標準，優化鋼結構設計的同時，充分提升鋼結構的承載能力。Bentley軟件設計的案例工業廠房效果圖，見圖1所示。

圖1 Bentley軟件設計的案例工業廠房效果圖

3 基礎形式布置

案例中的廠房，是以現代化的工業廠房基礎形式進行布置，廠房傳遞到基礎的應力作用較小，因此在考慮建筑的基礎形式時，可以結合當前廠房應用過程中存在普遍問題進行針對性地改善設計。由于廠房風荷載較大，需要結合工字型鋼結構柱，考慮風荷載存在的疊加效應。因此，提升案例廠房基礎設計的要求，需要結合對應的設計形式，保障實際應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荷載的作用力要求，從而提高基礎設計的實際尺寸，但是受不同實際情況的影響，基礎設計尺寸往往無法有效改變，因此借助三種改善方式，提高基礎的受力情況。

3.1 提高壓重系數

借助BIM技術的Bentley軟件，可以在軟件中設計對相關力學數據的有效計算，同時結合對應的改善措施，提高工業廠房基礎的壓重系數。簡單來說，進一步增加案例廠房基礎的實際應力，提高基礎的壓重比例，增加柱腳基礎的同時，有效提升基礎的承載受力情況，另外，在實際的設計應用過程中，充分考慮企業設計、施工成本，特別是建筑施工成本的性價比，因此，提高壓重系數的設計方式，往往存在一定的局限性，不少企業出于施工成本的考慮，無法大范圍增加基礎的實際重量，進而無法達到相應的穩定性要求，存在一定的限制性，無法達到相應的設計需求。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，不僅沒有達到增重的基本要求，同時還引發一系列的施工問題，特別是在工程正式應用過程中，吊頂重量超過基礎的實際標準，導致一系列工程事故的產生。

3.2 增加埋深

根據案例廠房基礎設計以及跨度數據，需要增加廠房的埋置深度，也是提高廠房基礎穩定性與承載力的重要舉措，尤其是對基礎承載能力提升，借助埋置深度的提升，可以充分改善建筑基礎的承載狀況。根據借助BIM技術的Bentley軟件有效計算，增加埋置深度達到穩固基礎的目的，需要提高建筑基礎深度，從而增加上層土的覆蓋深度，以減少埋置深度基礎的底面積來實現基礎穩定性的提升，由此可見，該施工方式同樣存在一定的局限性，并且部分工業產房無法無限制減少基礎底面積，一系列需要滿足相應的設計，促使埋置深度達到合理的施工要求。

3.3 樁基礎

在本案例中，樁基礎的設計形式，是以上兩種情況無法有效解決采取的設計方案，一方面，樁基礎的實際要求極為復雜，同時對應的施工內容極為多樣，施工周期較長，對應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對該設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，稍有不慎必然引發工程施工成本增加，另一方面，不同于傳統民用建筑，樁基礎施工成本增加，必然導致整個工程的施工成本激增，施工企業務必要充分考慮工程設計方案的性價比，從而確保工程的有序開展。見圖2所示，案例廠房樁基礎施工作業圖。

圖2 案例廠房樁基礎施工作業圖

4 基礎設計特征指標

結合我國國家相關內容的設計要求，開展工業廠房建筑基礎設計，務必要滿足對應的設計規范，同時結合多種基礎布置方案進行科學地選擇和分析，結合廠房建筑的實際因素進行考量，聯系實際的需求和條件，開展工業廠房的基礎設計。例如，廠房基礎平面布置圖、剖面圖、基礎截面尺寸、基礎布筋配置等一系列內容進行設計和考量，結合借助BIM技術的Bentley軟件開展相關內容優化，減少設計過程中的人為誤差或者缺陷，避免基礎設計方案存在無法解決的問題。

5 結論

綜上所述，工業廠房工程的基礎設計以及應用，務必要充分考慮各項影響因素，同時結合相關基礎設計形式以及設計方案，充分利用各項有效資源以及現代化應用技術，提升廠房建筑基礎設計成效的同時，提升廠房建筑的實際功能。