Projekt prefabrikovaného skladu Peru Logistics: Strukturální analýza a schéma návrhu

Projekt logistického skladu v Peru: Strukturální analýza a schéma návrhu

 

 

Tento projekt je logistický sklad v Peru s lichoběžníkovou hlavní rovinou. Základní rozměrové parametry jsou: šířka 80,59~114,1m (dvě rovnoběžné strany lichoběžníku), délka 190m a výška budovy 15,2m; konstrukční rozpětí je 23~24m a rozteč sloupů (vzdálenost mezi každým rozpětím) je 22m. Původní návrh klienta převzal konstrukci krovu. Na základě velikosti rozpětí, charakteristik zatížení a požadavků na využití logistického skladu navrhne CBC klientovi mřížkovou strukturu. které mohou dokonale uspokojit požadavky klientů a snížit celkovou spotřebu oceli.

 

 

Příhradová konstrukce je plošný silový{0}}nosný systém, který se skládá převážně z horních pásů, spodních pásů a prvků ze sítě. Jeho silové-nosné charakteristiky jsou soustředěny v rovině: horní pásy nesou tlak, spodní pásy tah a prvky stojiny (diagonální prvky a vertikální prvky) přenášejí smykovou sílu. Celkové zatížení je vyváženo osovou silou prutů. V kombinaci s parametry projektu má jeho silové-ložisko zjevná omezení:

1. Nedostatečná přizpůsobivost rozpětí: Rozpětí tohoto projektu dosahuje 23~24m, což patří do kategorie střední-rozpětí (podle Technické specifikace pro vesmírné mřížkové struktury JGJ 7-2010 je střední rozpětí 30m~60m a 23~24m středního rozpětí se blíží spodní hranici). U příhradové konstrukce pod tímto rozpětím je nutné výrazně zvětšit velikost průřezu pásnic a prvků stojiny, aby byly splněny požadavky na pevnost a stabilitu, což pravděpodobně povede k nadbytečným prvkům, zvýšené vlastní hmotnosti a nízké hospodárnosti.

2. Nevyvážená prostorová síla: Rovina skladu je lichoběžníková. Jako plošná konstrukce se vazník obtížně přizpůsobuje prostorovému rozložení sil lichoběžníkové roviny a pravděpodobně dochází k lokální koncentraci napětí (zejména v oblasti přechodu šířky lichoběžníku); zároveň asymetrická zatížení, která se mohou vyskytovat v logistickém skladu, jako jsou náklady na stohování střechy a náklady na vybavení, dále zhorší -mimo-rovinnou sílu příhradového nosníku, což bude vyžadovat další podpůrné systémy a zvýší složitost návrhu.

3. Nedostatečná celková tuhost: Tuhost příhradové konstrukce závisí hlavně na kooperativním působení prvků v rovině a mimo{1}}z-rovinná tuhost je slabá. Při zatížení větrem a seismickém působení (Peru se nachází v seismické zóně, takže je třeba vzít v úvahu seismické požadavky), je snadné vytvořit velké vychýlení a horizontální posun, což má vliv na bezpečnost skladu. Jsou vyžadovány další podpěry odolné proti bočnímu posunutí, což zvyšuje obtížnost konstrukce a náklady.

 

 

Mřížková struktura je prostorová tyčová systémová struktura, tvořená spojením více tyčí přes uzly podle určitého zákona, v souladu s příslušnými požadavky Technické specifikace pro vesmírné mřížkové konstrukce JGJ 7-2010. Jeho silonosnou charakteristikou je prostorová kooperativní síla, která je pro tento projekt vhodnější než příhradová konstrukce. Analýza specifické síly je následující:

1. Přiměřenější forma nosnosti-síly: Struktura mřížky je staticky neurčitý systém vysokého-řádu a předpokládá se, že uzly jsou kloubově spojené. Tyče přenášejí převážně axiální tah nebo tlak, bez zjevného ohybového momentu a smykové síly. Síla je rovnoměrná a cesta přenosu síly je jasná, což může poskytnout plnou vůli tahovým a tlakovým vlastnostem oceli, účinně snížit silové zatížení jedné tyče a přizpůsobit se požadavku na rozpětí 23 ~ 24 m.

2. Silná prostorová přizpůsobivost: Pro lichoběžníkovou rovinu lze uspořádání mřížky optimalizovat (přijetím trojúhelníkového pyramidového systému nebo čtyřbokého pyramidového systému), aby se přizpůsobilo postupné změně šířky z 80,59 m na 114,1 m, čímž se zabrání místní koncentraci napětí; jeho prostorové silové-charakteristiky ložisek mu zároveň umožňují efektivně rozkládat asymetrická zatížení (jako je zatížení stohováním střechy a zatížení zařízení), aniž by bylo nutné přidávat velký počet-z{5}}rovinných podpěr, a strukturální integrita je silnější.

3. Vynikající tuhost a stabilita: Tyče mřížové konstrukce jsou propleteny tak, aby vytvořily trojrozměrný nosný systém prostorové síly- a celková tuhost je mnohem vyšší než u příhradové konstrukce. Při zatížení větrem a seismickém působení lze průhyb a vodorovné posunutí řídit v rozsahu povoleném specifikací (podle specifikace nesmí průhyb při zatížení střechy překročit 1/250 rozpětí); přitom trojúhelníkový jehlan jako nejmenší geometricky neměnná jednotka tvořící prostorovou strukturu může zlepšit celkovou stabilitu konstrukce, aniž by bylo nutné zřizovat složitý systém odolný proti bočnímu posunu.

4. Adaptabilita zatížení: V kombinaci s charakteristikami zatížení logistického skladu (zatížení střechy, provozní zatížení, zatížení prachem a možné zatížení zařízení) může konstrukce mřížky rovnoměrně přenášet zatížení na podpěry přiměřeným rozdělením velikosti mřížky, čímž se zabrání poškození konstrukce způsobené nadměrným místním zatížením; současně může splňovat požadavky na seismické opevnění a seismické působení je vypočítáno metodou spektra odezvy superpozice režimu, aby byla zajištěna bezpečnost konstrukce za seismických podmínek.

 

 

V kombinaci s lichoběžníkovým rozměrem, rozpětím a požadavky na zatížení tohoto projektu využívá mřížková struktura dvouvrstvou mřížku čtyřhranného jehlanu (vhodná pro lichoběžníkovou rovinu, s jednoduchou strukturou, rovnoměrnou silou a vhodná pro tovární výrobu a -instalaci na místě). Konstrukce ocelového rámu se řídí zásadou „bezpečnosti a použitelnosti, hospodárnosti a racionality“. Konkrétní schéma je následující (všechny materiály jsou vybírány v souladu s místními peruánskými normami a národními normami a ocel Q355B je preferována pro vyvážení pevnosti a hospodárnosti):

 

1. Rozvržení mřížky: Je použita dvouvrstvá mřížka čtyřbokého jehlanu s velikostí mřížky 2,5 m×2,5 m (vhodná pro rozteč sloupů 22 m, aby byla zajištěna rovnoměrná síla tyčí); počet mřížek na úzkém konci lichoběžníku (šířka 80,59 m) je 32 × 76 (směr šířka × směr délky) a počet mřížek na širokém konci (šířka 114,1 m) je 46 × 76. Přechodová oblast realizuje šířkový gradient úpravou úhlu mřížky, aby se zabránilo koncentraci napětí.

2. Výška mřížky: V kombinaci s rozpětím 23~24 m je výška mřížky 2,2 m (výška-poměr rozpětí je asi 1/11, což splňuje požadavek „výška{7}}poměr rozpětí mřížky může být 1/18~1/10“ ve specifikaci), což zajišťuje strukturální tuhost a stabilitu budovy, 5 m a splnění limitu.

3. Návrh podpory: Je přijata smíšená forma obvodové podpory a bodové podpory. Podpěry jsou nastaveny na úzkém konci, širokém konci a na obou stranách podélného směru. Podpěry jsou kluzné podpěry z PTFE (v souladu s novými konstrukčními požadavky specifikace), které mohou účinně uvolňovat teplotní napětí a současně přenášet vertikální a horizontální síly; podpůrné uzly používají svařované uzly s dutou koulí, aby byla zajištěna spolehlivost spojení.

 

Podle silové analýzy má část tyče kruhovou ocelovou trubku (symetrické charakteristiky průřezu, rovnoměrná síla, snadné zpracování a připojení). Velikosti průřezů tyčí v různých částech jsou následující (v kombinaci s výsledky výpočtu vnitřní síly, splňující požadavky na pevnost, tuhost a stabilitu):

Horní tětiva: Medvědí tlak. Podle vnitřní síly se volí kruhové ocelové trubky φ168×6 (úzký konec a přechodová oblast) a φ180×8 (plocha s velkou silou na širokém konci); štíhlostní poměr je řízen v rozmezí 150, aby byly splněny požadavky na stabilitu kompresních prvků.

Spodní tětiva: Medvědí napětí. Jsou vybrány kruhové ocelové trubky φ159×6 (úzký konec) a φ168×6 (široký konec); štíhlostní poměr je řízen do 200, aby byly splněny požadavky na tuhost tahových prvků a kontrola stability není vyžadována (požaduje se pouze pevnostní kontrola).

Stěnové prvky (diagonální prvky a svislé prvky): Přenášejí axiální sílu s relativně malou silou. Jsou vybrány kruhové ocelové trubky φ114×4 (obecná oblast) a φ127×5 (přechodová oblast s velkou silou); úhel mezi diagonálním členem a tětivou je řízen mezi 40° ~ 60° pro zajištění účinnosti přenosu síly.

Uzly: Jsou převzaty uzly svařované duté koule. Průměr koule se určuje podle počtu tyčí a velikosti průřezu a volí se φ200×8 (obecné uzly) a φ250×10 (podporované uzly s velkou silou); spotřeba oceli uzlů je regulována na přibližně 18 % celkové spotřeby oceli v síti, což je v souladu s konvenční úrovní průmyslu.

 

V kombinaci s lichoběžníkovou plochou, uspořádáním rastru a velikostí průřezu, s ohledem na spotřebu oceli uzlů a spojovacího příslušenství (šrouby, svary) (vypočteno jako 10 % celkové spotřeby oceli), se celková spotřeba oceli na rastrovou konstrukci tohoto projektu vypočítá následovně (bez základové a sloupové konstrukce, pouze pro rastrovou část):

Horní tětiva: Celková délka je cca 3860m. Hmotnost na metr ocelové trubky φ168×6 je 24,7 kg a hmotnost na metr ocelové trubky φ180×8 je 35,8 kg, celkem asi 102,3 t;

Spodní tětiva: Celková délka je cca 3720m. Hmotnost na metr ocelové trubky φ159×6 je 22,6 kg a hmotnost na metr ocelové trubky φ168×6 je 24,7 kg, celkem asi 85,7 t;

Členové webu: Celková délka je cca 7980m. Hmotnost na metr ocelové trubky φ114×4 je 10,8 kg a hmotnost na metr ocelové trubky φ127×5 je 15,1 kg, celkem asi 96,2 t;

Uzly a spojovací příslušenství: Celková spotřeba oceli je cca 28,4t (počítáno jako 10% celkové hmotnosti výše uvedených tyčí);

Celková spotřeba oceli mřížky: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Jednotková spotřeba oceli je asi 18,2 kg/㎡ (vypočteno na základě průměrné plochy lichoběžníkové roviny), což je v souladu s běžným rozsahem spotřeby oceli na jednotku dvouvrstvých mřížkových konstrukcí (15~20 kg/㎡) a má dobrou hospodárnost.

 

 

1. Lepší přizpůsobivost rozpětí: U středního-rozpětí 23~24m může mřížková konstrukce plně využít axiální sílu tyčí, vyhnout se nadměrné velikosti průřezu tyčí, snížit vlastní hmotnost-a ušetřit spotřebu oceli, což je ekonomičtější než příhradová konstrukce.

2. Silnější prostorová integrita: Mřížková struktura je trojrozměrný prostorový systém, který se může lépe přizpůsobit lichoběžníkové rovině skladu, účinně rozptýlit místní koncentraci napětí a má lepší adaptabilitu na asymetrické zatížení (jako je zatížení stohováním střechy), aniž by bylo nutné přidávat velký počet-z{3}}rovinných podpěr, což zjednodušuje konstrukci a zjednodušuje konstrukci.

3. Vyšší tuhost a stabilita: Díky prostorovému propletení tyčí má mřížková struktura vynikající celkovou tuhost a stabilitu. Při zatížení větrem a seismickým působením je deformace malá, což může lépe splňovat bezpečnostní požadavky logistických skladů (zejména s ohledem na seismické vlastnosti Peru), a bezpečnost provozu je vyšší.

4. Pohodlná konstrukce a krátká doba výstavby: Strukturu mřížky lze prefabrikovat v továrně s vysokou přesností zpracování a jednoduchou-instalací na místě; uzly jsou standardizované, což je výhodné pro montáž a výstavbu a může to efektivně zkrátit dobu výstavby, což je vhodné pro potřeby výstavby velkých-logistických skladů.

5. Dobrá odolnost a snadná údržba: Na kruhové ocelové trubkové části není snadné hromadit prach a vodu a má dobrou odolnost proti korozi po antikorozní úpravě; struktura je jednoduchá, počet zranitelných částí je malý a náklady na pozdější údržbu jsou nízké, což je v souladu s dlouhodobou-požadavkem na provoz logistických skladů.

 

 

1. Vyšší počáteční náklady na návrh a zpracování: Struktura mřížky je prostorový systém, návrh je složitější a požadavek na přesnost zpracování uzlů je vyšší; svařované uzly duté koule mají vyšší náklady na zpracování než uzly nosníku, což vede k vyšším počátečním nákladům na návrh a zpracování.

2. Vyšší požadavky na stavební technologii: Instalace mřížové konstrukce na místě- vyžaduje profesionální zvedací zařízení a stavební týmy a je přísně vyžadována přesnost instalace uzlů a tyčí. Ve srovnání s konstrukcí krovu je práh stavební technologie vyšší a náklady na výstavbu mohou být mírně zvýšeny.

3. Větší počet tyčí a uzlů: Ve srovnání s příhradovou konstrukcí má mřížková konstrukce více tyčí a uzlů, což do určité míry zvyšuje pracnost dopravy materiálu a-montáže na místě, ale tuto nevýhodu lze kompenzovat tovární prefabrikací a standardizovanou konstrukcí.

 

 

V kombinaci s charakteristikami projektu (lichoběžníková rovina, rozpětí 23 ~ 24 m, požadavky na zatížení logistického skladu a seismické požadavky v Peru) je mřížková struktura pro tento projekt vhodnější než příhradová konstrukce. Přestože jsou počáteční náklady na návrh a zpracování mřížkové struktury o něco vyšší, má zjevné výhody v přizpůsobivosti rozpětí, prostorové integritě, tuhosti a stabilitě a může účinně snížit pozdější náklady na údržbu a zajistit dlouhodobý-bezpečný provoz skladu. Z hlediska komplexní hospodárnosti a bezpečnosti je návrh optimalizace přechodu z příhradové konstrukce na nosnou konstrukci rozumný a proveditelný.