工业厂房工程的基础设计及应用研究

吕 光 （铜陵有色设计研究院有限责任公司，安徽 铜陵 244000）

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4000m，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。

2 基础设计特点以及设计要求

2.1 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：

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。

2.2 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4000m，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。

图1 Bentley软件设计的案例工业厂房效果图

3 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。

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。见图2所示，案例厂房桩基础施工作业图。

图2 案例厂房桩基础施工作业图

4 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。

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。