Peru Logistics Warehouse Project: Grid Structural Analysis and Design Scheme

Peru Logistics Warehouse Project: Grid Structural Analysis and Design Scheme

 

Dette projekt er et logistiklager i Peru, med et trapezformet hovedplan. Kernedimensionerne er: bredde 80,59~114,1m (de to parallelle sider af trapezet), længde 190m, bygningshøjde 15,2m; det strukturelle spænd er 23~24m, og søjleafstanden (afstanden mellem hvert spænd) er 22m. Kundens oprindelige design vedtog en truss-struktur. Baseret på spændvidden, belastningsegenskaberne og brugskravene for logistiklageret, foreslår CBC at optimere den strukturelle form til en gitterstruktur. Det følgende er en detaljeret analyse fra fire aspekter: strukturel kraft, stålrammedesign, materialesektion og dosering, og fordele og ulemper ved denne strukturelle form.

 

 

 

Truss-strukturen er et plant kraft-bærende system, hovedsageligt sammensat af øvre akkorder, nedre akkorder og webelementer. Dets kraft-bærende karakteristika er koncentreret i planet: de øvre korder bærer tryk, de nedre korder bærer spænding, og vævselementerne (diagonale elementer og lodrette elementer) overfører forskydningskraft. Den samlede belastning afbalanceres af elementernes aksiale kraft. Kombineret med projektparametrene har dens kraft-leje åbenlyse begrænsninger:

 

1. Utilstrækkelig spændviddetilpasningsevne: Dette projekts spændvidde når 23~24m, hvilket tilhører kategorien medium-spændvidde (ifølge den tekniske specifikation for rumgitterstrukturer JGJ 7-2010, er mellemspændvidden 30m~60m, og 23~24m er tæt på den nedre grænse). For truss-strukturen under dette spænd er det nødvendigt i høj grad at øge sektionsstørrelsen af ​​akkorder og vævselementer for at opfylde kravene til styrke og stabilitet, hvilket sandsynligvis vil føre til overflødige elementer, øget egenvægt og dårlig økonomi.

 

2. Ubalanceret rumlig kraft: Lagerplanet er trapezformet. Som en plan struktur er bindingsværket vanskeligt at tilpasse til den rumlige kraftfordeling af det trapezformede plan, og lokal spændingskoncentration vil sandsynligvis forekomme (især i det trapezformede breddeovergangsområde); samtidig vil de asymmetriske belastninger, der kan eksistere i logistiklageret, såsom tagstablingsbelastninger og udstyrsbelastninger, yderligere forværre trussens ud-}af- plane kraft, hvilket kræver yderligere støttesystemer og øger designkompleksiteten.

 

3. Utilstrækkelig overordnet stivhed: Stivheden af ​​truss-strukturen afhænger hovedsageligt af medlemmernes samarbejde i planet, og stivheden uden for-planet er svag. Under vindbelastning og seismisk påvirkning (Peru er placeret i en seismisk zone, så seismiske krav skal tages i betragtning), er det let at producere stor afbøjning og vandret forskydning, hvilket påvirker lagerets sikkerhed. Yderligere sideforskydningsbestandige understøtninger er påkrævet, hvilket øger konstruktionsbesværet og -omkostningerne.

 

Gitterstrukturen er en rumlig stangsystemstruktur, dannet ved at forbinde flere stænger gennem knudepunkter i henhold til en bestemt lov, i overensstemmelse med de relevante krav i den tekniske specifikation for rumgitterstrukturer JGJ 7-2010. Dens kraftbærende egenskab er rumlig kooperativ kraft, som er mere egnet til dette projekt end truss-strukturen. Den specifikke kraftanalyse er som følger:

 

1. Mere rimelig kraft-bærende form: Gitterstrukturen er et statisk ubestemt system af høj-orden, og noderne antages at være hængslede. Stængerne bærer hovedsageligt aksial spænding eller tryk uden tydeligt bøjningsmoment og forskydningskraft. Kraften er ensartet, og kraftoverførselsvejen er klar, hvilket kan give fuldt spil til stålets træk- og kompressionsegenskaber, effektivt reducere kraftbelastningen af ​​en enkelt stang og tilpasse sig spændvidden på 23 ~ 24m.

 

2. Stærk rumlig tilpasningsevne: For det trapezformede plan kan gitterlayoutet optimeres (vedtagelse af trekantet pyramidesystem eller firkantet pyramidesystem) for at tilpasse sig den gradvise ændring af bredden fra 80,59 m til 114,1 m, hvilket undgår lokal spændingskoncentration; samtidig gør dens rumlige kraft-bærende karakteristika det i stand til effektivt at sprede asymmetriske belastninger (såsom tagstablingsbelastninger og udstyrsbelastninger), uden at det er nødvendigt at tilføje et stort antal ud-af-planstøtter, og den strukturelle integritet er stærkere.

 

3. Fremragende stivhed og stabilitet: Stængerne i gitterstrukturen er sammenvævet for at danne et tre-dimensionelt rumligt kraft-lejesystem, og den samlede stivhed er meget højere end spærstrukturens. Under vindbelastning og seismisk påvirkning kan afbøjningen og den vandrette forskydning kontrolleres inden for det område, som specifikationen tillader (ifølge specifikationen må afbøjningen under tagspændingsbelastning ikke overstige 1/250 af spændvidden). samtidig kan den trekantede pyramide, som den mindste geometrisk invariante enhed, der udgør den rumlige struktur, forbedre den overordnede stabilitet af strukturen, uden at det er nødvendigt at opsætte et komplekst lateralt forskydningsmodstandsdygtigt system.

 

4. Belastningstilpasningsevne: Kombineret med belastningsegenskaberne for logistiklageret (tagdødlast, levende belastning, støvbelastning og mulig udstyrsbelastning) kan gitterstrukturen jævnt overføre belastningen til understøtningerne ved rimeligt at dividere gitterstørrelsen, undgå strukturelle skader forårsaget af overdreven lokal belastning; samtidig kan den opfylde de seismiske befæstningskrav, og den seismiske handling beregnes ved hjælp af mode superposition responsspektrummetoden for at sikre strukturens sikkerhed under seismiske forhold.

 

 

Kombineret med dette projekts trapezformede størrelse, spændvidde og belastningskrav anvender gitterstrukturen et dobbelt-lags firkantet pyramidegitter (velegnet til trapezformet plan, med enkel struktur, ensartet kraft og praktisk til fabriksproduktion og-installation på stedet). Stålrammedesignet følger princippet om "sikkerhed og anvendelighed, økonomi og rationalitet". Den specifikke ordning er som følger (alle materialer er valgt i overensstemmelse med lokale peruvianske standarder og nationale standarder, og Q355B stål foretrækkes for at balancere styrke og økonomi):

 

1. Gitterlayout: Et dobbelt-lags firkantet pyramidegitter er vedtaget med en gitterstørrelse på 2,5m×2,5m (egnet til 22m søjleafstand for at sikre ensartet kraft af stængerne); antallet af gitre i den smalle ende af trapezet (80,59 m bred) er 32×76 (bredderetning × længderetning), og antallet af gitre i den brede ende (114,1m bred) er 46×76. Overgangsområdet realiserer breddegradient ved at justere gittervinklen for at undgå stresskoncentration.

 

2. Gitterhøjde: Kombineret med spændvidden på 23~24m er gitterhøjden 2,2m (højden-spændvidden er ca. 1/11, hvilket opfylder kravet om "højde-spændvidden for gitteret kan være 1/18~1/10" i specifikationen), hvilket sikrer, at strukturen og bygningens stabilitets- og stivhedsgrænser opfyldes. 15,2m.

 

3. Støttedesign: En blandet form for perifer støtte og punktstøtte er vedtaget. Understøtninger sættes i den smalle ende, brede ende og begge sider af længderetningen. Understøtningerne er PTFE glidende understøtninger (i overensstemmelse med de nye strukturelle krav i specifikationen), som effektivt kan frigive temperaturspændinger og overføre lodrette og vandrette kræfter på samme tid; Støtteknudepunkterne anvender svejsede hulkugleknudepunkter for at sikre forbindelsens pålidelighed.

 

 

Ifølge kraftanalysen vedtager sektionen af ​​stangen cirkulært stålrør (symmetriske sektionskarakteristika, ensartet kraft, nem behandling og forbindelse). Sektionsstørrelserne af stænger i forskellige dele er som følger (kombineret med de interne kraftberegningsresultater, der opfylder kravene til styrke, stivhed og stabilitet):

Øvre akkord: Bear pres. Ifølge den indre kraft vælges φ168×6 (smal ende og overgangsområde) og φ180×8 (areal med stor kraft i den brede ende) cirkulære stålrør; slankhedsforholdet kontrolleres inden for 150 for at opfylde stabilitetskravene for kompressionselementer.

Nedre akkord: Bjørnespænding. φ159×6 (smal ende) og φ168×6 (bred ende) cirkulære stålrør er valgt; slankhedsforholdet kontrolleres inden for 200 for at opfylde stivhedskravene for spændingselementer, og stabilitetskontrol er ikke påkrævet (kun styrkekontrol er påkrævet).

Baneelementer (diagonale elementer og lodrette elementer): Overfør aksial kraft med relativt lille kraft. φ114×4 (generelt areal) og φ127×5 (overgangsareal med stor kraft) cirkulære stålrør vælges; vinklen mellem diagonalelementet og korden styres mellem 40 grader ~ 60 grader for at sikre kraftoverførselseffektivitet.

Noder: Svejste hulkugleknuder er vedtaget. Kuglediameteren bestemmes i henhold til antallet af stænger og sektionsstørrelse, og φ200×8 (generelle knudepunkter) og φ250×10 (støtteknuder med stor kraft) vælges; nodernes stålforbrug styres til omkring 18 % af nettets samlede stålforbrug, hvilket er på linje med industriens konventionelle niveau.

 

Kombineret med det trapezformede areal, gitterlayout og sektionsstørrelse, i betragtning af stålforbruget af knudepunkter og tilslutningstilbehør (bolte, svejsninger) (beregnet som 10% af det samlede stålforbrug), beregnes det samlede stålforbrug af gitterstrukturen i dette projekt som følger (ekskl. fundament og søjlestruktur, kun for gitterdelen):

 

Øvre akkord: Den samlede længde er omkring 3860m. Vægten pr. meter af φ168×6 stålrør er 24,7 kg, og vægten pr. meter af φ180×8 stålrør er 35,8 kg, i alt omkring 102,3t;

 

Nedre akkord: Den samlede længde er omkring 3720m. Vægten pr. meter af φ159×6 stålrør er 22,6 kg, og vægten pr. meter af φ168×6 stålrør er 24,7 kg, i alt omkring 85,7t;

 

Webmedlemmer: Den samlede længde er omkring 7980m. Vægten pr. meter af φ114×4 stålrør er 10,8 kg, og vægten pr. meter af φ127×5 stålrør er 15,1 kg, i alt omkring 96,2t;

 

Noder og tilslutningstilbehør: Det samlede stålforbrug er ca. 28,4t (beregnet som 10% af den samlede vægt af ovenstående stænger);

 

Samlet stålforbrug for nettet: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Enhedsstålforbruget er omkring 18,2 kg/㎡ (beregnet ud fra det gennemsnitlige areal af det trapezformede plan), hvilket er på linje med det konventionelle forbrugsinterval for enhedsstål for dobbeltlagsstrukturer (15~20kg/㎡) og har god økonomi.

 

 

1. Bedre spændviddetilpasningsevne: For det mellemstore-spænd på 23~24m kan gitterstrukturen udnytte stængernes aksiale kraft fuldt ud, undgå overdreven sektionsstørrelse af stængerne, reducere egen-vægt og spare stålforbrug, hvilket er mere økonomisk end spærstrukturen.

 

2. Stærkere rumlig integritet: Gitterstrukturen er et tre-dimensionelt rumligt system, som bedre kan tilpasse sig det trapezformede plan af lageret, effektivt sprede lokale spændingskoncentrationer og har bedre tilpasningsevne til asymmetriske belastninger (såsom tagstablingsbelastninger), uden at det er nødvendigt at tilføje et stort antal ud{2}understøttelse og forenkle strukturen{{2} reducere konstruktionsbesvær.

 

3. Højere stivhed og stabilitet: Den rumlige sammenvævning af stænger gør, at gitterstrukturen har fremragende samlet stivhed og stabilitet. Under vindbelastning og seismisk handling er deformationen lille, hvilket bedre kan opfylde sikkerhedskravene til logistiklagre (især i betragtning af Perus seismiske egenskaber), og driftssikkerheden er højere.

 

4. Praktisk konstruktion og kort konstruktionsperiode: Gitterstrukturen kan præfabrikeres på fabrikken med høj forarbejdningspræcision og enkel -installation på stedet; knudepunkterne er standardiserede, hvilket er praktisk til montage og konstruktion og effektivt kan forkorte byggeperioden, hvilket er velegnet til byggebehovet for store-logistiklagre.

 

5. God holdbarhed og nem vedligeholdelse: Den cirkulære stålrørssektion er ikke let at akkumulere støv og vand og har god korrosionsbestandighed efter anti-korrosionsbehandling; strukturen er enkel, antallet af sårbare dele er lille, og de senere vedligeholdelsesomkostninger er lave, hvilket er i tråd med den langsigtede-driftsefterspørgsel på logistiklagre.

 

 

1. Højere indledende design- og behandlingsomkostninger: Gitterstrukturen er et rumligt system, designet er mere komplekst, og kravet til nodebehandlingspræcision er højere; de svejsede hulkugleknudepunkter har højere behandlingsomkostninger end truss-knudepunkterne, hvilket fører til højere oprindelige design- og forarbejdningsomkostninger.

 

2. Højere krav til konstruktionsteknologi: -installationen af ​​gitterstrukturen på stedet kræver professionelt hejseudstyr og konstruktionsteams, og installationspræcisionen af ​​noder og stænger er strengt påkrævet. Sammenlignet med truss-strukturen er konstruktionsteknologistærsklen højere, og byggeomkostningerne kan øges lidt.

 

3. Større antal stænger og noder: Sammenlignet med truss-strukturen har gitterstrukturen flere stænger og noder, hvilket øger arbejdsbyrden ved materialetransport og -montage til en vis grad, men denne ulempe kan opvejes af fabrikspræfabrikation og standardiseret konstruktion.

 

Kombineret med projektets egenskaber (trapezformet plan, 23 ~ 24m spændvidde, logistiklagerbelastningskrav og seismiske krav i Peru), er gitterstrukturen mere egnet til dette projekt end trussstrukturen. Selvom de oprindelige design- og behandlingsomkostninger for gitterstrukturen er lidt højere, har den åbenlyse fordele med hensyn til spændviddetilpasning, rumlig integritet, stivhed og stabilitet og kan effektivt reducere de senere vedligeholdelsesomkostninger og sikre den langsigtede sikker drift af lageret. Fra et perspektiv af omfattende økonomi og sikkerhed er optimeringsforslaget om at skifte fra truss-struktur til gitterstruktur rimeligt og gennemførligt.