Peru Logistics Warehouse Project: structuuranalyse en ontwerpschema van het raster

Peru Logistics Warehouse Project: structuuranalyse en ontwerpschema van het raster

 

Dit project is een logistiek magazijn in Peru, met een trapeziumvormig hoofdvlak. De kernafmetingen zijn: breedte 80,59 ~ 114,1 m (de twee parallelle zijden van het trapezium), lengte 190 m, bouwhoogte 15,2 m; de structurele overspanning is 23 ~ 24 m, en de kolomafstand (afstand tussen elke overspanning) is 22 m. In het oorspronkelijke ontwerp van de klant werd gebruik gemaakt van een vakwerkstructuur. Op basis van de overspanningsgrootte, belastingskarakteristieken en de gebruikseisen van het logistieke magazijn stelt CBC voor om de constructievorm te optimaliseren tot een rasterstructuur. Het volgende is een gedetailleerde analyse van vier aspecten: structurele kracht, stalen frameontwerp, materiaaldoorsnede en dosering, en de voor- en nadelen van deze structurele vorm.

 

 

 

De spantstructuur is een planair krachtdraagsysteem-, hoofdzakelijk samengesteld uit bovenste koorden, onderste koorden en lijfelementen. De kracht{2}}draageigenschappen zijn geconcentreerd in het vlak: de bovenste koorden dragen druk, de onderste koorden dragen spanning, en de lijfleden (diagonale leden en verticale leden) brengen schuifkracht over. De totale belasting wordt gecompenseerd door de axiale kracht van de leden. Gecombineerd met de projectparameters heeft de kracht ervan-duidelijke beperkingen:

 

1. Onvoldoende aanpassingsvermogen van de overspanning: de overspanning van dit project bedraagt ​​23 ~ 24 m, wat behoort tot de categorie gemiddelde - overspanningen (volgens de Technische Specificatie voor Ruimterasterconstructies JGJ 7-2010 is de gemiddelde overspanning 30 m ~ 60 m, en 23 ~ 24 m ligt dicht bij de ondergrens van de gemiddelde overspanning). Voor de spantconstructie onder deze overspanning is het noodzakelijk om de doorsnedegrootte van de koorden en lijfelementen aanzienlijk te vergroten om te voldoen aan de sterkte- en stabiliteitseisen, wat waarschijnlijk zal leiden tot overtollige elementen, verhoogd eigengewicht en een slechte economie.

 

2. Onevenwichtige ruimtelijke kracht: het magazijnvlak is trapeziumvormig. Omdat het een vlakke structuur is, is het vakwerk moeilijk aan te passen aan de ruimtelijke krachtverdeling van het trapeziumvormige vlak, en is het waarschijnlijk dat lokale spanningsconcentratie optreedt (vooral in het overgangsgebied van de trapeziumvormige breedte); Tegelijkertijd zullen de asymmetrische belastingen die zich in het logistieke magazijn kunnen voordoen, zoals belastingen op dakstapels en apparatuurbelastingen, de kracht van het vakwerk verder verergeren, waardoor aanvullende ondersteuningssystemen nodig zijn en de ontwerpcomplexiteit toeneemt.

 

3. Onvoldoende algehele stijfheid: de stijfheid van de vakwerkstructuur hangt voornamelijk af van de gezamenlijke actie van de leden in het vlak, en de stijfheid buiten-van- het vlak is zwak. Onder windbelasting en seismische actie (Peru ligt in een seismische zone, dus er moet rekening worden gehouden met seismische vereisten) is het gemakkelijk om grote doorbuigingen en horizontale verplaatsingen te veroorzaken, wat de veiligheid van het magazijn aantast. Extra zijdelingse verplaatsingsbestendige steunen zijn vereist, waardoor de constructieproblemen en de kosten toenemen.

 

De rasterstructuur is een ruimtelijke staafsysteemstructuur, gevormd door het verbinden van meerdere staven via knooppunten volgens een bepaalde wet, volgens de relevante vereisten van de Technische Specificatie voor Ruimterasterstructuren JGJ 7-2010. Het krachtdragende kenmerk is de ruimtelijke samenwerkingskracht, die geschikter is voor dit project dan de vakwerkstructuur. De specifieke krachtenanalyse is als volgt:

 

1. Redelijker kracht-dragende vorm: de rasterstructuur is een statisch onbepaald systeem van hoge- orde, en er wordt aangenomen dat de knooppunten scharnierend zijn. De staven dragen hoofdzakelijk axiale spanning of druk, zonder duidelijk buigmoment en schuifkracht. De kracht is uniform en het krachtoverdrachtspad is duidelijk, waardoor de trek- en drukeigenschappen van staal volledig kunnen worden benut, de krachtbelasting van een enkele staaf effectief kan worden verminderd en zich kan worden aangepast aan de overspanningseis van 23 ~ 24 m.

 

2. Sterk ruimtelijk aanpassingsvermogen: voor het trapeziumvormige vlak kan de rasterindeling worden geoptimaliseerd (door gebruik te maken van een driehoekig piramidesysteem of een vierhoekig piramidesysteem) om zich aan te passen aan de geleidelijke verandering van de breedte van 80,59 m naar 114,1 m, waarbij lokale spanningsconcentratie wordt vermeden; Tegelijkertijd zorgen de ruimtelijke kracht-draageigenschappen ervoor dat het asymmetrische belastingen (zoals dakstapelbelastingen en apparatuurbelastingen) effectief kan verspreiden, zonder de noodzaak om een ​​groot aantal steunen-van- het vlak toe te voegen, en is de structurele integriteit sterker.

 

3. Uitstekende stijfheid en stabiliteit: de staven van de roosterstructuur zijn met elkaar verweven om een ​​drie-dimensionaal ruimtelijk kracht-draagsysteem te vormen, en de algehele stijfheid is veel hoger dan die van de vakwerkstructuur. Bij windbelasting en seismische actie kunnen de doorbuiging en horizontale verplaatsing worden geregeld binnen het bereik dat is toegestaan ​​door de specificatie (volgens de specificatie mag de doorbuiging onder belasting van het dak niet groter zijn dan 1/250 van de overspanning); tegelijkertijd kan de driehoekige piramide, als de kleinste geometrisch onveranderlijke eenheid waaruit de ruimtelijke structuur bestaat, de algehele stabiliteit van de constructie verbeteren, zonder de noodzaak om een ​​complex systeem dat bestand is tegen zijdelingse verplaatsing op te zetten.

 

4. Aanpasbaarheid van de belasting: Gecombineerd met de belastingskarakteristieken van het logistieke magazijn (dode belasting op het dak, levende belasting, stofbelasting en mogelijke belasting van apparatuur), kan de rasterstructuur de belasting gelijkmatig overbrengen naar de steunen door de rastergrootte redelijk te verdelen, waardoor structurele schade veroorzaakt door overmatige lokale belasting wordt vermeden; tegelijkertijd kan het voldoen aan de seismische versterkingsvereisten, en de seismische actie wordt berekend door de mode-superpositie-responsspectrummethode om de veiligheid van de constructie onder seismische omstandigheden te garanderen.

 

 

Gecombineerd met de trapeziumvormige afmetingen, spanwijdte en belastingsvereisten van dit project, bestaat de rasterstructuur uit een dubbel-laags vierhoekig piramideraster (geschikt voor een trapeziumvormig vlak, met een eenvoudige structuur, uniforme kracht en handig voor fabrieksproductie en installatie op- locatie). Het stalen frameontwerp volgt het principe van "veiligheid en toepasbaarheid, zuinigheid en rationaliteit". Het specifieke schema is als volgt (alle materialen worden geselecteerd in overeenstemming met lokale Peruaanse normen en nationale normen, en Q355B-staal heeft de voorkeur vanwege de balans tussen sterkte en zuinigheid):

 

1. Rasterindeling: er wordt gebruik gemaakt van een dubbel-laags vierhoekig piramideraster, met een rastergrootte van 2,5 x 2,5 m (geschikt voor een kolomafstand van 22 meter om een ​​uniforme kracht van de staven te garanderen); het aantal roosters aan het smalle uiteinde van het trapezium (80,59 m breed) is 32×76 (breedterichting × lengterichting), en het aantal roosters aan het brede uiteinde (114,1 m breed) is 46×76. Het overgangsgebied realiseert een breedtegradiënt door de rasterhoek aan te passen om spanningsconcentratie te voorkomen.

 

2. Rasterhoogte: Gecombineerd met de overspanning van 23 ~ 24 m is de roosterhoogte 2,2 m (de hoogte- overspanningsverhouding is ongeveer 1/11, wat voldoet aan de eis van "de hoogte- overspanningsverhouding van het rooster kan 1/18 ~ 1/10 zijn" in de specificatie), waardoor de structurele stijfheid en stabiliteit wordt gewaarborgd en wordt voldaan aan de limiet van de bouwhoogte van 15,2 m.

 

3. Ondersteuningsontwerp: Er wordt gebruik gemaakt van een gemengde vorm van perifere ondersteuning en puntondersteuning. Steunen worden geplaatst aan het smalle uiteinde, het brede uiteinde en aan beide zijden van de lengterichting. De steunen zijn PTFE-glijsteunen (in overeenstemming met de nieuwe structurele eisen van de specificatie), die temperatuurstress effectief kunnen wegnemen en tegelijkertijd verticale en horizontale krachten kunnen overbrengen; de steunknooppunten gebruiken gelaste holle bolknooppunten om de betrouwbaarheid van de verbinding te garanderen.

 

 

Volgens de krachtanalyse neemt het gedeelte van de staaf een ronde stalen buis aan (symmetrische doorsnede-eigenschappen, uniforme kracht, eenvoudige verwerking en verbinding). De sectiegroottes van staven in verschillende delen zijn als volgt (gecombineerd met de resultaten van de interne krachtberekening, die voldoen aan de eisen van sterkte, stijfheid en stabiliteit):

Bovenakkoord: beerdruk. Volgens de interne kracht worden ronde stalen buizen van φ168×6 (smal uiteinde en overgangsgebied) en φ180×8 (gebied met grote kracht aan het brede uiteinde) geselecteerd; de slankheidsverhouding wordt binnen 150 geregeld om te voldoen aan de stabiliteitseisen van compressie-elementen.

Onderakkoord: Berenspanning. Er worden ronde stalen buizen van φ159×6 (smal uiteinde) en φ168×6 (breed uiteinde) geselecteerd; de slankheidsverhouding wordt binnen een bereik van 200 geregeld om aan de stijfheidseisen van de trekelementen te voldoen, en stabiliteitscontrole is niet vereist (alleen sterktecontrole is vereist).

Webleden (diagonale leden en verticale leden): zenden axiale kracht uit, met relatief kleine kracht. Er worden ronde stalen buizen van φ114×4 (algemeen gebied) en φ127×5 (overgangsgebied met grote kracht) geselecteerd; de hoek tussen het diagonale deel en het akkoord wordt geregeld tussen 40 graden en 60 graden om de efficiëntie van de krachtoverdracht te garanderen.

Knooppunten: Er worden gelaste holle bolknooppunten gebruikt. De boldiameter wordt bepaald op basis van het aantal staven en de sectiegrootte, en φ200×8 (algemene knooppunten) en φ250×10 (steunknooppunten met grote kracht) worden geselecteerd; het staalverbruik van knooppunten wordt beheerst op ongeveer 18% van het totale staalverbruik van het elektriciteitsnet, wat in lijn is met het conventionele niveau van de industrie.

 

Gecombineerd met het trapeziumvormige oppervlak, de rasterindeling en de sectiegrootte, rekening houdend met het staalverbruik van knooppunten en verbindingsaccessoires (bouten, lassen) (berekend als 10% van het totale staalverbruik), wordt het totale staalverbruik van de rasterstructuur van dit project als volgt berekend (exclusief funderings- en kolomstructuur, alleen voor het rastergedeelte):

 

Bovenakkoord: De totale lengte is ongeveer 3860 meter. Het gewicht per meter φ168×6 stalen buis is 24,7 kg, en het gewicht per meter φ180×8 stalen buis is 35,8 kg, in totaal ongeveer 102,3 ton;

 

Onderakkoord: De totale lengte is ongeveer 3720m. Het gewicht per meter φ159×6 stalen buis is 22,6 kg, en het gewicht per meter φ168×6 stalen buis is 24,7 kg, in totaal ongeveer 85,7 ton;

 

Webleden: De totale lengte is ongeveer 7980 meter. Het gewicht per meter φ114×4 stalen buis is 10,8 kg, en het gewicht per meter φ127×5 stalen buis is 15,1 kg, in totaal ongeveer 96,2 ton;

 

Knooppunten en verbindingsaccessoires: Het totale staalverbruik bedraagt ​​ongeveer 28,4 ton (berekend als 10% van het totale gewicht van de bovengenoemde staven);

 

Totaal staalverbruik van het elektriciteitsnet: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Het staalverbruik per eenheid bedraagt ​​ongeveer 18,2 kg/㎡ (berekend op basis van de gemiddelde oppervlakte van het trapeziumvormige vlak), wat in lijn is met het conventionele staalverbruik per eenheid van dubbel-laagse roosterstructuren (15~20 kg/㎡) en een goede economie kent.

 

 

1. Beter aanpassingsvermogen van de overspanning: voor de gemiddelde- overspanning van 23~24 m kan de roosterstructuur volledig gebruik maken van de axiale kracht van de staven, overmatige sectiegrootte van de staven vermijden, het eigen-gewicht verminderen en staalverbruik besparen, wat economischer is dan de spantstructuur.

 

2. Sterkere ruimtelijke integriteit: de rasterstructuur is een drie-dimensionaal ruimtelijk systeem, dat zich beter kan aanpassen aan het trapeziumvormige vlak van het magazijn, de lokale spanningsconcentratie effectief kan verspreiden en zich beter kan aanpassen aan asymmetrische belastingen (zoals stapelbelastingen op daken), zonder de noodzaak om een ​​groot aantal steunen-van- het vlak toe te voegen, waardoor de structuur wordt vereenvoudigd en de constructieproblemen worden verminderd.

 

3. Hogere stijfheid en stabiliteit: de ruimtelijke verwevenheid van staven zorgt ervoor dat de roosterstructuur een uitstekende algehele stijfheid en stabiliteit heeft. Onder windbelasting en seismische actie is de vervorming klein, wat beter kan voldoen aan de veiligheidseisen van logistieke magazijnen (vooral gezien de seismische kenmerken van Peru), en de bedrijfsveiligheid is hoger.

 

4. Handige constructie en korte bouwperiode: de rasterstructuur kan in de fabriek worden geprefabriceerd, met hoge verwerkingsprecisie en eenvoudige installatie ter plaatse-; de knooppunten zijn gestandaardiseerd, wat handig is voor montage en constructie, en de bouwperiode effectief kan verkorten, wat geschikt is voor de bouwvraag van grootschalige logistieke magazijnen op grote schaal.

 

5. Goede duurzaamheid en eenvoudig onderhoud: het ronde stalen buisgedeelte verzamelt niet gemakkelijk stof en water en heeft een goede corrosieweerstand na een anti-corrosiebehandeling; de structuur is eenvoudig, het aantal kwetsbare onderdelen is klein en de latere onderhoudskosten zijn laag, wat in lijn is met de langetermijnvraag naar exploitatie van logistieke magazijnen.

 

 

1. Hogere initiële ontwerp- en verwerkingskosten: de rasterstructuur is een ruimtelijk systeem, het ontwerp is complexer en de vereiste voor nauwkeurigheid van knooppuntverwerking is hoger; de gelaste holle bolknooppunten hebben hogere verwerkingskosten dan de vakwerkknooppunten, wat leidt tot hogere initiële ontwerp- en verwerkingskosten.

 

2. Hogere eisen aan bouwtechnologie: Voor de installatie op-site van de roosterstructuur zijn professionele hijsapparatuur en bouwteams nodig, en de installatieprecisie van knooppunten en staven is strikt vereist. Vergeleken met de vakwerkconstructie is de drempel voor de bouwtechnologie hoger en kunnen de constructiekosten enigszins hoger zijn.

 

3. Groter aantal staven en knooppunten: Vergeleken met de vakwerkstructuur heeft de rasterstructuur meer staven en knooppunten, waardoor de werklast van materiaaltransport en montage op locatie tot op zekere hoogte toeneemt, maar dit nadeel kan worden gecompenseerd door prefabricage in de fabriek en gestandaardiseerde constructie.

 

Gecombineerd met de projectkenmerken (trapeziumvormig vlak, overspanning van 23 ~ 24 m, belastingvereisten voor logistieke magazijnen en seismische vereisten in Peru), is de rasterstructuur geschikter voor dit project dan de vakwerkstructuur. Hoewel de initiële ontwerp- en verwerkingskosten van de rasterstructuur iets hoger zijn, heeft deze duidelijke voordelen op het gebied van aanpasbaarheid van overspanningen, ruimtelijke integriteit, stijfheid en stabiliteit, en kan de latere onderhoudskosten effectief worden verlaagd en de veilige werking van het magazijn op lange termijn- worden gegarandeerd. Vanuit het perspectief van alomvattende economie en veiligheid is de optimalisatiesuggestie om van vakwerkstructuur naar rasterstructuur te veranderen redelijk en haalbaar.