利用 STAAD® 開展結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)，為不穩(wěn)定土體上的復(fù)雜水池系統(tǒng)開發(fā)穩(wěn)定的基礎(chǔ)
治理河流
新德里不僅是印度的首都，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)也一直是印度最重要的城市之一。這座城市于 1911 年作為新的政府所在地，歷經(jīng) 20 年時(shí)間建成了許多宏偉建筑，這些建筑融合了英國(guó)古典風(fēng)格和印度傳統(tǒng)風(fēng)格。1947 年印度獨(dú)立后，新德里已發(fā)展成為印度北部最大的商業(yè)中心。
伴隨著地位的提升和持續(xù)發(fā)展，這座城市長(zhǎng)期以來(lái)也存在嚴(yán)重污染的問(wèn)題，尤其是橫穿新德里并被印度教徒奉為圣河的亞穆納河，因大量污水流入而污染嚴(yán)重。雖然該市在該地區(qū)建有一座污水處理廠，但該廠的設(shè)備已經(jīng)老舊，污水未經(jīng)處理就排入河中。
當(dāng)?shù)卣疄橹卫沓鞘形廴�，決定用 Coronation Pillar 污水處理廠替代現(xiàn)有的污水處理廠。該設(shè)施總投資 51.5 億印度盧比。L&T Construction 承擔(dān)了處理廠的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)。L&T Construction 高級(jí)工程經(jīng)理 Mathimaran M 表示：“通過(guò)更換老舊設(shè)備，我們嘗試提高污水處理的整體效率和效果，確保負(fù)責(zé)任地將處理過(guò)的水排入亞穆納河。”
采用創(chuàng)新技術(shù)的復(fù)雜水池
新的污水處理設(shè)施遠(yuǎn)不止彌補(bǔ)其舊處理廠的缺陷和提升其性能這么簡(jiǎn)單。Coronation Pillar 采用厭氧-缺氧-好氧 (A2O) 工藝，污水依次通過(guò)三個(gè)水池，以去除氮、磷和其他污染物。與其他方法相比，該工藝處理水的速度更快，成本效益更高。此外，該廠還配備了一個(gè) 3 兆瓦的沼氣發(fā)電設(shè)施，可直接利用處理后的副產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)碳發(fā)電，滿足工廠 70% 的電力需求。
然而，L&T Construction 很快就發(fā)現(xiàn)，采用這些創(chuàng)新技術(shù)存在困難。由于可用空間有限，且大部分設(shè)施位于地下，很難放置和連接每個(gè)構(gòu)件。水池和框架結(jié)構(gòu)形成了復(fù)雜的幾何形狀，使結(jié)構(gòu)分析成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。Mathimaran 表示：“在采用 STAAD 之前，我們使用手動(dòng)電子表格進(jìn)行分析，但對(duì)于組合式水池和框架結(jié)構(gòu)，手動(dòng)分析很難有效地模擬組合結(jié)構(gòu)的特性，無(wú)法產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。”此外，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地的土體容易因地震而液化和過(guò)度沉降，這就需要使用大量相對(duì)昂貴的振沖碎石樁作為支撐。L&T Construction 必須超越傳統(tǒng)方法的局限性，確保對(duì)污水廠開展安全、有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
預(yù)測(cè)復(fù)雜形狀的特性
L&T Construction 是 Bentley 應(yīng)用程序的長(zhǎng)期用戶，他們了解可以利用 STAAD 進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)和分析，于是利用 STAAD 來(lái)確定如何為異形構(gòu)件提供有效的結(jié)構(gòu)支撐，以及如何將所有構(gòu)件整合在單一區(qū)域內(nèi)，而不是在鄰近的場(chǎng)地上建造發(fā)電裝置。由于生物反應(yīng)器由八個(gè)通過(guò)伸縮接頭連接的部分組成，L&T Construction 使用 STAAD 捕捉接頭的結(jié)構(gòu)影響以及眾多內(nèi)部隔墻的狀況，然后分析它們?cè)诟鞣N荷載下的綜合效果。Mathimaran 表示：“由于缺乏與邊界條件和荷載模式相匹配的精確規(guī)范和手冊(cè)，人工設(shè)計(jì)得出的結(jié)果無(wú)法反映實(shí)際情況。經(jīng)過(guò)分析，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)確定墻基和地面板比普通的筏板基礎(chǔ)效果更好。
污水處理池包括污泥消化池，這是一個(gè)頂部帶有錐形圓頂?shù)膱A形池子。手動(dòng)方法無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這種設(shè)計(jì)的特性，因?yàn)閳A墻的頂部利用穹頂固定。通過(guò)利用 STAAD 的有限元分析和建模功能，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲得了準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)效果，并利用它們來(lái)優(yōu)化結(jié)構(gòu)組件的尺寸。L&T Construction 還利用該應(yīng)用程序?qū)椭膭偠纫黄鹩?jì)算，不再分開計(jì)算，從而減少了筏板基礎(chǔ)的應(yīng)力和移動(dòng)。
改進(jìn)設(shè)計(jì)并縮小占地面積
通過(guò)將生物反應(yīng)器與工廠的其他組件安裝在同一地塊上，他們不再需要在總面積為 32400 平方米的第二個(gè)地塊上建造廠房。Mathimaran 表示：“在新德里這樣的城市，土地價(jià)格極其昂貴，STAAD 軟件助力節(jié)省 17.8% 的土地成本。”采用同一場(chǎng)地還省去了擬建第二工廠與主工廠之間 80 米間距所需的各種管道、電纜和其他連接。數(shù)字化結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)不僅大幅減少了工廠的占地面積，還降低了安全支撐設(shè)施所需的振沖碎石樁數(shù)量，使成本降低了 5%。通過(guò)使用數(shù)字化分析，設(shè)計(jì)人員可以快速評(píng)估多種設(shè)計(jì)方案，并確定更安全、更經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸，與人工方案相比，所需的時(shí)間減少了 75%。
借助 STAAD 的有限元建模，L&T Construction 優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并將設(shè)計(jì)和分析所需的總體時(shí)間縮短了 10%。在此過(guò)程中，該團(tuán)隊(duì)提高了可交付成果的質(zhì)量，制作了清晰的報(bào)告和圖紙，從而更好地向利益相關(guān)方傳達(dá)了設(shè)計(jì)意圖。Mathimaran 表示：“（可視化）促進(jìn)了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的有效協(xié)調(diào)和溝通，提高了項(xiàng)目的整體效率和成功率。”Coronation Pillar 污水處理廠于 2023 年竣工，大大減少了亞穆納河污染。其沼氣發(fā)電機(jī)大幅降低了工廠對(duì)新德里電網(wǎng)的依賴，每年可減少相當(dāng)于 14450 噸的二氧化碳排放量。
