Projekt magazynu logistycznego w Peru: analiza strukturalna i schemat projektowania siatki

Projekt magazynu logistycznego w Peru: analiza strukturalna i schemat projektowania siatki

 

Projekt ten to magazyn logistyczny w Peru, o trapezowej płaszczyźnie głównej. Wymiary rdzenia to: szerokość 80,59 ~ 114,1 m (dwa równoległe boki trapezu), długość 190 m, wysokość budynku 15,2 m; rozpiętość konstrukcyjna wynosi 23 ~ 24 m, a rozstaw słupów (odległość między przęsłami) wynosi 22 m. W oryginalnym projekcie klienta zastosowano konstrukcję kratownicową. W oparciu o wielkość przęsła, charakterystykę obciążenia i wymagania użytkowe magazynu logistycznego, CBC sugeruje optymalizację formy konstrukcyjnej do struktury siatkowej. Poniżej znajduje się szczegółowa analiza czterech aspektów: siły konstrukcyjnej, konstrukcji ramy stalowej, przekroju i dawki materiału oraz zalet i wad tej formy konstrukcyjnej.

 

 

 

Konstrukcja kratownicy to płaski system-nośny, składający się głównie z pasów górnych i dolnych oraz elementów środników. Jego charakterystyka nośna-siły jest skoncentrowana w płaszczyźnie: górne pasy przenoszą nacisk, dolne pasy przenoszą rozciąganie, a elementy środnika (elementy ukośne i pionowe) przenoszą siłę ścinającą. Całkowite obciążenie jest równoważone przez siłę osiową elementów. W połączeniu z parametrami projektu jego przenoszenie siły-ma oczywiste ograniczenia:

 

1. Niewystarczająca zdolność adaptacji rozpiętości: rozpiętość tego projektu sięga 23~24 m, co należy do kategorii średniej-rozpiętości (zgodnie ze Specyfikacją techniczną dla konstrukcji z siatki kosmicznej JGJ 7-2010 średnia rozpiętość wynosi 30m~60m, a 23~24m jest bliska dolnej granicy średniej rozpiętości). W przypadku konstrukcji kratowej o tej rozpiętości konieczne jest znaczne zwiększenie przekroju pasów i elementów środników, aby spełnić wymagania dotyczące wytrzymałości i stabilności, co prawdopodobnie doprowadzi do zbędnych elementów, zwiększonego ciężaru własnego i słabej ekonomiki.

 

2. Niezrównoważona siła przestrzenna: Płaszczyzna magazynu jest trapezowa. Kratownica, jako konstrukcja płaska, ma trudności z przystosowaniem się do przestrzennego rozkładu sił w płaszczyźnie trapezu i istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia lokalnej koncentracji naprężeń (szczególnie w obszarze przejściowym szerokości trapezu); jednocześnie obciążenia asymetryczne, które mogą występować w magazynie logistycznym, takie jak obciążenie związane z układaniem dachów i obciążenie sprzętem, jeszcze bardziej zwiększą siłę-wychodzącą z- kratownicy, co będzie wymagać dodatkowych systemów podpór i zwiększać złożoność projektu.

 

3. Niewystarczająca sztywność ogólna: sztywność konstrukcji kratownicy zależy głównie od wspólnego działania elementów w płaszczyźnie, a sztywność-poza-płaszczyzną jest słaba. Pod obciążeniem wiatrem i działaniem sejsmicznym (Peru leży w strefie sejsmicznej, dlatego należy wziąć pod uwagę wymagania sejsmiczne) łatwo jest spowodować duże ugięcie i przemieszczenie poziome, wpływające na bezpieczeństwo magazynu. Wymagane są dodatkowe podpory odporne na przemieszczenia boczne, co zwiększa trudność i koszt budowy.

 

Konstrukcja kratowa to przestrzenna konstrukcja systemu prętowego, utworzona przez połączenie wielu prętów poprzez węzły zgodnie z określonym prawem, zgodnie z odpowiednimi wymaganiami Specyfikacji Technicznej dla kosmicznych konstrukcji siatkowych JGJ 7-2010. Jego cechą nośną jest przestrzenna siła współpracy, która jest bardziej odpowiednia dla tego projektu niż konstrukcja kratownicy. Analiza siły właściwej wygląda następująco:

 

1. Bardziej rozsądna forma-przenoszenia siły: struktura siatki jest systemem statycznie niewyznaczalnym-wysokiego rzędu i zakłada się, że węzły są przegubowe. Pręty przenoszą głównie rozciąganie lub nacisk osiowy, bez widocznego momentu zginającego i siły ścinającej. Siła jest jednolita, a droga przenoszenia siły jasna, co pozwala w pełni wykorzystać właściwości stali na rozciąganie i ściskanie, skutecznie zmniejszyć obciążenie siłowe pojedynczego pręta i dostosować się do wymagań rozpiętości 23 ~ 24 m.

 

2. Silna zdolność adaptacji przestrzennej: W przypadku płaszczyzny trapezowej układ siatki można zoptymalizować (przyjmując system piramidy trójkątnej lub piramidy czworokątnej), aby dostosować się do stopniowej zmiany szerokości z 80,59 m na 114,1 m, unikając lokalnej koncentracji naprężeń; jednocześnie jego charakterystyka nośna-przestrzenna umożliwia skuteczne rozpraszanie obciążeń asymetrycznych (takich jak obciążenia od układania dachów i obciążenia sprzętu), bez konieczności dodawania dużej liczby podpór-z-płaszczyzny, a integralność konstrukcji jest silniejsza.

 

3. Doskonała sztywność i stabilność: pręty konstrukcji kratowej są przeplatane, tworząc trójwymiarowy-wymiarowy układ przenoszący siły-, a ogólna sztywność jest znacznie wyższa niż konstrukcja kratownicy. Pod obciążeniem wiatrem i działaniem sejsmicznym ugięcie i przemieszczenie poziome można kontrolować w zakresie dozwolonym w specyfikacji (zgodnie ze specyfikacją ugięcie pod obciążeniem użytkowym dachu nie powinno przekraczać 1/250 rozpiętości); jednocześnie piramida trójkątna, jako najmniejsza, niezmienna geometrycznie jednostka tworząca konstrukcję przestrzenną, może poprawić ogólną stabilność konstrukcji, bez konieczności tworzenia skomplikowanego układu odpornego na przemieszczenia boczne.

 

4. Możliwość dostosowania obciążenia: w połączeniu z charakterystyką obciążenia magazynu logistycznego (ciężar własny dachu, obciążenie użytkowe, obciążenie pyłem i możliwe obciążenie sprzętu), konstrukcja siatki może równomiernie przenosić obciążenie na podpory poprzez rozsądny podział rozmiaru siatki, unikając uszkodzeń konstrukcyjnych spowodowanych nadmiernym obciążeniem lokalnym; jednocześnie może spełnić wymagania dotyczące fortyfikacji sejsmicznych, a działanie sejsmiczne jest obliczane za pomocą metody widma odpowiedzi superpozycji modów, aby zapewnić bezpieczeństwo konstrukcji w warunkach sejsmicznych.

 

 

W połączeniu z wymaganiami dotyczącymi rozmiaru trapezu, rozpiętości i obciążenia w tym projekcie, w strukturze siatki zastosowano dwu-warstwową czworokątną siatkę ostrosłupową (odpowiednią dla płaszczyzny trapezowej, o prostej konstrukcji, jednolitej sile i wygodnej do produkcji fabrycznej i-montażu na miejscu). Konstrukcja stalowej ramy jest zgodna z zasadą „bezpieczeństwa i zastosowania, oszczędności i racjonalności”. Konkretny schemat jest następujący (wszystkie materiały są wybierane zgodnie z lokalnymi normami peruwiańskimi i normami krajowymi, a preferowana jest stal Q355B, aby zrównoważyć wytrzymałość i oszczędność):

 

1. Układ siatki: Zastosowano dwuwarstwową, czworokątną siatkę ostrosłupową o wymiarach 2,5 m x 2,5 m (odpowiednią dla rozstawu kolumn 22 m, aby zapewnić równomierną siłę prętów); liczba siatek na wąskim końcu trapezu (szerokość 80,59 m) wynosi 32 × 76 (kierunek szerokości × kierunek długości), a liczba siatek na szerszym końcu (szerokość 114,1 m) wynosi 46 × 76. Obszar przejściowy realizuje gradient szerokości poprzez regulację kąta siatki, aby uniknąć koncentracji naprężeń.

 

2. Wysokość siatki: w połączeniu z rozpiętością 23 ~ 24 m wysokość siatki wynosi 2,2 m (współczynnik-wysokości rozpiętości wynosi około 1/11, co spełnia wymaganie „stosunek rozpiętości wysokości- siatki może wynosić 1/18 ~ 1/10” w specyfikacji), zapewniając sztywność i stabilność konstrukcji oraz zgodność z limitem wysokości budynku wynoszącym 15,2 m.

 

3. Projekt wsparcia: Przyjęto mieszaną formę wsparcia peryferyjnego i punktowego. Podpory ustawia się na wąskim końcu, na szerokim końcu i po obu stronach w kierunku długości. Podporami są podpory ślizgowe z PTFE (zgodnie z nowymi wymaganiami konstrukcyjnymi specyfikacji), które mogą skutecznie uwalniać naprężenia temperaturowe i jednocześnie przenosić siły pionowe i poziome; węzły wsporcze przyjmują spawane węzły z wydrążonymi kulami, aby zapewnić niezawodność połączenia.

 

 

Zgodnie z analizą siły w przekroju pręta zastosowano okrągłą rurę stalową (symetryczna charakterystyka przekroju, jednolita siła, łatwa obróbka i połączenie). Wymiary przekroju prętów w poszczególnych częściach są następujące (w połączeniu z wynikami obliczeń siły wewnętrznej, spełniającymi wymagania wytrzymałości, sztywności i stabilności):

Górny akord: Niedźwiedź nacisk. W zależności od siły wewnętrznej wybiera się okrągłe rury stalowe φ168×6 (wąski koniec i obszar przejściowy) i φ180×8 (obszar o dużej sile na szerokim końcu); współczynnik smukłości jest kontrolowany w zakresie 150, aby spełnić wymagania stabilności elementów ściskanych.

Dolny akord: napięcie niedźwiedzia. Wybrano okrągłe rury stalowe φ159×6 (wąski koniec) i φ168×6 (szeroki koniec); współczynnik smukłości jest kontrolowany w zakresie 200, aby spełnić wymagania dotyczące sztywności cięgien, a kontrola stateczności nie jest wymagana (wymagane jest jedynie sprawdzenie wytrzymałości).

Elementy środnika (elementy ukośne i elementy pionowe): Przenoszą siłę osiową przy stosunkowo małej sile. wybiera się okrągłe rury stalowe φ114×4 (obszar ogólny) i φ127×5 (obszar przejściowy z dużą siłą); kąt między elementem ukośnym a cięciwą jest kontrolowany w zakresie 40–60 stopni, aby zapewnić skuteczność przenoszenia siły.

Węzły: Przyjęto spawane węzły z pustymi kulami. Średnicę kuli określa się na podstawie liczby prętów i wielkości przekroju i wybiera się φ200×8 (węzły ogólne) i φ250×10 (węzły podporowe o dużej sile); zużycie stali w węzłach jest kontrolowane na poziomie około 18% całkowitego zużycia stali w sieci, co odpowiada konwencjonalnemu poziomowi w branży.

 

W połączeniu z powierzchnią trapezu, układem siatki i rozmiarem przekroju, biorąc pod uwagę zużycie stali na węzły i akcesoria łączące (śruby, spoiny) (liczone jako 10% całkowitego zużycia stali), całkowite zużycie stali na konstrukcję kratową tego projektu oblicza się w następujący sposób (bez konstrukcji fundamentów i słupów, tylko dla części kratowej):

 

Akord górny: Całkowita długość wynosi około 3860 m. Masa jednego metra rury stalowej φ168×6 wynosi 24,7 kg, a ciężar jednego metra rury stalowej φ180×8 wynosi 35,8 kg, co daje łącznie około 102,3 t;

 

Dolny cięciw: Całkowita długość wynosi około 3720 m. Masa jednego metra rury stalowej φ159×6 wynosi 22,6 kg, a ciężar jednego metra rury stalowej φ168×6 wynosi 24,7 kg, co daje łącznie około 85,7 t;

 

Członkowie sieci: Całkowita długość wynosi około 7980 m. Masa jednego metra rury stalowej φ114×4 wynosi 10,8 kg, a ciężar jednego metra rury stalowej φ127×5 wynosi 15,1 kg, co daje łącznie około 96,2 t;

 

Węzły i osprzęt łączący: Całkowite zużycie stali wynosi około 28,4t (w przeliczeniu na 10% całkowitej masy ww. prętów);

 

Całkowite zużycie stali w sieci: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Jednostkowe zużycie stali wynosi około 18,2 kg/㎡ (obliczone na podstawie średniej powierzchni płaszczyzny trapezu), co jest zgodne z konwencjonalnym zakresem jednostkowego zużycia stali dla konstrukcji z dwu-warstwowej siatki (15~20 kg/㎡) i charakteryzuje się dobrą ekonomiką.

 

 

1. Lepsze możliwości dostosowania rozpiętości: w przypadku średniej-rozpiętości 23–24 m konstrukcja kratowa może w pełni wykorzystać siłę osiową prętów, uniknąć nadmiernych rozmiarów przekroju prętów, zmniejszyć-ciężar własny i zmniejszyć zużycie stali, co jest bardziej ekonomiczne niż konstrukcja kratownicy.

 

2. Większa integralność przestrzenna: konstrukcja siatkowa to trójwymiarowy-wymiarowy układ przestrzenny, który może lepiej dostosować się do trapezoidalnej płaszczyzny magazynu, skutecznie rozpraszać lokalną koncentrację naprężeń i ma lepszą zdolność dostosowywania się do obciążeń asymetrycznych (takich jak obciążenia układania dachów) bez konieczności dodawania dużej liczby-podpór-poza płaszczyzną, co upraszcza konstrukcję i zmniejsza trudność konstrukcyjną.

 

3. Wyższa sztywność i stabilność: Przestrzenne przeplatanie się prętów sprawia, że ​​struktura siatki ma doskonałą ogólną sztywność i stabilność. Pod obciążeniem wiatrem i działaniem sejsmicznym odkształcenie jest niewielkie, co może lepiej spełniać wymagania bezpieczeństwa magazynów logistycznych (szczególnie biorąc pod uwagę charakterystykę sejsmiczną Peru), a bezpieczeństwo pracy jest wyższe.

 

4. Wygodna konstrukcja i krótki czas budowy: konstrukcja kraty może być prefabrykowana w fabryce, z dużą precyzją obróbki i prostą-instalacją na miejscu; węzły są ustandaryzowane, co jest wygodne w montażu i budowie oraz może skutecznie skrócić okres budowy, co jest odpowiednie dla potrzeb budowlanych-magazynów logistycznych o dużej skali.

 

5. Dobra trwałość i łatwa konserwacja: na okrągłym odcinku rury stalowej nie gromadzi się łatwo kurz i woda, a po obróbce antykorozyjnej-ma dobrą odporność na korozję; konstrukcja jest prosta, liczba wrażliwych części jest niewielka, a późniejsze koszty konserwacji są niskie, co jest zgodne z długoterminowym-zapotrzebowaniem magazynów logistycznych na eksploatację.

 

 

1. Wyższe początkowe koszty projektu i przetwarzania: Struktura siatki jest systemem przestrzennym, projekt jest bardziej złożony, a wymagania dotyczące precyzji przetwarzania węzłów są wyższe; spawane węzły z pustymi kulami mają wyższy koszt przetwarzania niż węzły kratownicy, co prowadzi do wyższych kosztów początkowego projektowania i przetwarzania.

 

2. Wyższe wymagania dotyczące technologii budowlanej:-montaż konstrukcji kratowej na miejscu wymaga profesjonalnego sprzętu dźwigowego i ekip budowlanych, a także precyzji montażu węzłów i prętów. W porównaniu z konstrukcją kratownicową próg technologii budowy jest wyższy, a koszt budowy może nieznacznie wzrosnąć.

 

3. Większa liczba prętów i węzłów: w porównaniu z konstrukcją kratownicową konstrukcja kratowa ma więcej prętów i węzłów, co w pewnym stopniu zwiększa obciążenie związane z transportem materiału i-montażem na miejscu, ale tę wadę można zrekompensować fabryczną prefabrykacją i znormalizowaną konstrukcją.

 

W połączeniu z charakterystyką projektu (płaszczyzna trapezowa, rozpiętość 23 ~ 24 m, wymagania dotyczące obciążenia magazynu logistycznego i wymagania sejsmiczne w Peru), konstrukcja kratowa jest bardziej odpowiednia dla tego projektu niż konstrukcja kratownicowa. Chociaż początkowy koszt projektu i przetwarzania konstrukcji kratowej jest nieco wyższy, ma ona oczywiste zalety w zakresie możliwości dostosowania rozpiętości, integralności przestrzennej, sztywności i stabilności, a także może skutecznie zmniejszyć późniejsze koszty konserwacji i zapewnić-bezpieczną eksploatację magazynu w dłuższej perspektywie. Z punktu widzenia kompleksowej ekonomii i bezpieczeństwa sugestia optymalizacji przejścia z konstrukcji kratowej na konstrukcję kratową jest uzasadniona i wykonalna.