利用 STAAD^® 开展结构分析和设计，为不稳定土体上的复杂水池系统开发稳定的基础

治理河流

新德里不仅是印度的首都，一个多世纪以来也一直是印度最重要的城市之一。这座城市于 1911 年作为新的政府所在地，历经 20 年时间建成了许多宏伟建筑，这些建筑融合了英国古典风格和印度传统风格。1947 年印度独立后，新德里已发展成为印度北部最大的商业中心。

伴随着地位的提升和持续发展，这座城市长期以来也存在严重污染的问题，尤其是横穿新德里并被印度教徒奉为圣河的亚穆纳河，因大量污水流入而污染严重。虽然该市在该地区建有一座污水处理厂，但该厂的设备已经老旧，污水未经处理就排入河中。

当地政府为治理城市污染，决定用 Coronation Pillar 污水处理厂替代现有的污水处理厂。该设施总投资 51.5 亿印度卢比。L&T Construction 承担了处理厂的设计、施工和运营。L&T Construction 高级工程经理 Mathimaran M 表示：“通过更换老旧设备，我们尝试提高污水处理的整体效率和效果，确保负责任地将处理过的水排入亚穆纳河。”

采用创新技术的复杂水池

新的污水处理设施远不止弥补其旧处理厂的缺陷和提升其性能这么简单。Coronation Pillar 采用厌氧-缺氧-好氧 (A²O) 工艺，污水依次通过三个水池，以去除氮、磷和其他污染物。与其他方法相比，该工艺处理水的速度更快，成本效益更高。此外，该厂还配备了一个 3 兆瓦的沼气发电设施，可直接利用处理后的副产品进行无碳发电，满足工厂 70% 的电力需求。

然而，L&T Construction 很快就发现，采用这些创新技术存在困难。由于可用空间有限，且大部分设施位于地下，很难放置和连接每个构件。水池和框架结构形成了复杂的几何形状，使结构分析成为一项挑战。Mathimaran 表示：“在采用 STAAD 之前，我们使用手动电子表格进行分析，但对于组合式水池和框架结构，手动分析很难有效地模拟组合结构的特性，无法产生令人满意的结果。”此外，设计团队还发现场地的土体容易因地震而液化和过度沉降，这就需要使用大量相对昂贵的振冲碎石桩作为支撑。L&T Construction 必须超越传统方法的局限性，确保对污水厂开展安全、有效的结构设计。

预测复杂形状的特性

L&T Construction 是 Bentley 应用程序的长期用户，他们了解可以利用 STAAD 进行数字化设计和分析，于是利用 STAAD 来确定如何为异形构件提供有效的结构支撑，以及如何将所有构件整合在单一区域内，而不是在邻近的场地上建造发电装置。由于生物反应器由八个通过伸缩接头连接的部分组成，L&T Construction 使用 STAAD 捕捉接头的结构影响以及众多内部隔墙的状况，然后分析它们在各种荷载下的综合效果。Mathimaran 表示：“由于缺乏与边界条件和荷载模式相匹配的精确规范和手册，人工设计得出的结果无法反映实际情况。经过分析，项目团队确定墙基和地面板比普通的筏板基础效果更好。

污水处理池包括污泥消化池，这是一个顶部带有锥形圆顶的圆形池子。手动方法无法准确预测这种设计的特性，因为圆墙的顶部利用穹顶固定。通过利用 STAAD 的有限元分析和建模功能，项目团队获得了准确的结构效果，并利用它们来优化结构组件的尺寸。L&T Construction 还利用该应用程序将墙和柱的刚度一起计算，不再分开计算，从而减少了筏板基础的应力和移动。

改进设计并缩小占地面积

通过将生物反应器与工厂的其他组件安装在同一地块上，他们不再需要在总面积为 32400 平方米的第二个地块上建造厂房。Mathimaran 表示：“在新德里这样的城市，土地价格极其昂贵，STAAD 软件助力节省 17.8% 的土地成本。”采用同一场地还省去了拟建第二工厂与主工厂之间 80 米间距所需的各种管道、电缆和其他连接。数字化结构分析和设计不仅大幅减少了工厂的占地面积，还降低了安全支撑设施所需的振冲碎石桩数量，使成本降低了 5%。通过使用数字化分析，设计人员可以快速评估多种设计方案，并确定更安全、更经济的结构尺寸，与人工方案相比，所需的时间减少了 75%。

借助 STAAD 的有限元建模，L&T Construction 优化了结构设计并将设计和分析所需的总体时间缩短了 10%。在此过程中，该团队提高了可交付成果的质量，制作了清晰的报告和图纸，从而更好地向利益相关方传达了设计意图。Mathimaran 表示：“（可视化）促进了项目团队内部的有效协调和沟通，提高了项目的整体效率和成功率。”Coronation Pillar 污水处理厂于 2023 年竣工，大大减少了亚穆纳河污染。其沼气发电机大幅降低了工厂对新德里电网的依赖，每年可减少相当于 14450 吨的二氧化碳排放量。