Projecte de Magatzems Prefabricats de Perú Logistics: Esquema d'anàlisi i disseny estructural

Projecte Magatzem Logístic del Perú: Esquema d'anàlisi i disseny estructural

 

 

Aquest projecte és un magatzem logístic al Perú, amb un pla principal trapezoïdal. Els paràmetres dimensionals bàsics són: amplada 80,59 ~ 114,1 m (els dos costats paral·lels del trapezi), longitud en 190 m i alçada de l'edifici en 15,2 m; l'envergadura estructural és de 23 ~ 24 m, i l'espai entre columnes (distància entre cada pal) és de 22 m. El disseny original del client va adoptar una estructura de truss. A partir de la mida de l'envergadura, les característiques de càrrega i els requisits d'ús del magatzem logístic, CBC suggereix al client una estructura de xarxa. que pot satisfer perfectament els requisits dels clients i reduir l'ús global d'acer.

 

 

L'estructura de l'armadura és un sistema de suport de forces-planar, compost principalment per cordes superiors, cordes inferiors i membres de la xarxa. Les seves característiques de suport de força-es concentren en el pla: les cordes superiors suporten la pressió, les cordes inferiors suporten la tensió i els membres de la xarxa (membres diagonals i membres verticals) transmeten força de cisalla. La càrrega total s'equilibra amb la força axial dels membres. Combinat amb els paràmetres del projecte, el seu coixinet-de força té limitacions òbvies:

1. Adaptabilitat insuficient de l'envergadura: l'envergadura d'aquest projecte arriba als 23 ~ 24 m, que pertany a la categoria -span mitjà (segons l'Especificació tècnica per a estructures de quadrícula espacial JGJ 7-2010, l'envergadura mitjana és de 30 m ~ 60 m, i 23 ~ 24 m és a prop del límit inferior). Per a l'estructura de l'armadura sota aquest abast, és necessari augmentar molt la mida de la secció de les cordes i els membres de la web per complir els requisits de resistència i estabilitat, cosa que probablement condueixi a membres redundants, augment del pes propi i poca economia.

2. Força espacial desequilibrada: el pla del magatzem és trapezoïdal. Com a estructura plana, l'armadura és difícil d'adaptar a la distribució de forces espacials del pla trapezoïdal i és probable que es produeixi una concentració d'estrès local (especialment a l'àrea de transició d'amplada trapezoïdal); al mateix temps, les càrregues asimètriques que poden existir al magatzem logístic, com ara les càrregues d'apilament del sostre i les càrregues d'equips, agreujaran encara més la força fora-de-pla de l'armadura, requerint sistemes de suport addicionals i augmentant la complexitat del disseny.

3. Rigidesa general insuficient: la rigidesa de l'estructura de l'armadura depèn principalment de l'acció cooperativa dels membres del pla, i la rigidesa fora del pla és feble. Sota la càrrega del vent i l'acció sísmica (el Perú es troba en una zona sísmica, per la qual cosa s'han de tenir en compte els requisits sísmics), és fàcil produir una gran deflexió i desplaçament horitzontal, afectant la seguretat del magatzem. Es requereixen suports addicionals resistents al desplaçament lateral, augmentant la dificultat i el cost de la construcció.

 

 

L'estructura de quadrícula és una estructura de sistema de barres espacials, formada per la connexió de diverses barres a través de nodes d'acord amb una llei determinada, seguint els requisits rellevants de l'Especificació tècnica per a les estructures de quadrícula espacial JGJ 7-2010. La seva característica de suport de força és la força cooperativa espacial, que és més adequada per a aquest projecte que l'estructura de l'armadura. L'anàlisi de la força específica és la següent:

1. Forma de suport de força-més raonable: l'estructura de la quadrícula és un sistema d'ordre elevat-estàticament indeterminat, i se suposa que els nodes estan articulats. Les barres suporten principalment tensió o pressió axial, sense moment de flexió i força de tall evidents. La força és uniforme i la trajectòria de transmissió de força és clara, cosa que pot donar un joc total a les propietats de tracció i compressió de l'acer, reduir eficaçment la càrrega de força d'una sola vareta i adaptar-se al requisit d'envergadura de 23 ~ 24 m.

2. Forta adaptabilitat espacial: Per al pla trapezoïdal, es pot optimitzar la disposició de la quadrícula (adoptant sistema de piràmide triangular o sistema de piràmide quadrangular) per adaptar-se al canvi gradual d'amplada de 80,59 m a 114,1 m, evitant la concentració local d'estrès; al mateix temps, les seves característiques de suport-de força espacial li permeten dispersar eficaçment les càrregues asimètriques (com ara les càrregues d'apilament del sostre i les càrregues d'equips), sense necessitat d'afegir un gran nombre de suports-de-plans, i la integritat estructural és més forta.

3. Rigidesa i estabilitat excel·lents: les barres de l'estructura de la quadrícula s'entrellacen per formar un sistema de suport de forces espacials tridimensionals-, i la rigidesa general és molt superior a la de l'estructura de l'armadura. Sota la càrrega del vent i l'acció sísmica, la deflexió i el desplaçament horitzontal es poden controlar dins del rang permès per l'especificació (segons l'especificació, la deflexió sota la càrrega viva del sostre no ha de superar 1/250 de l'envergadura); al mateix temps, la piràmide triangular, com la unitat geomètricament invariant més petita que componen l'estructura espacial, pot millorar l'estabilitat general de l'estructura, sense la necessitat d'establir un complex sistema resistent al desplaçament lateral.

4. Adaptabilitat de càrrega: combinada amb les característiques de càrrega del magatzem logístic (càrrega morta del sostre, càrrega viva, càrrega de pols i possible càrrega d'equip), l'estructura de la xarxa pot transmetre uniformement la càrrega als suports dividint raonablement la mida de la xarxa, evitant danys estructurals causats per una càrrega local excessiva; al mateix temps, pot complir els requisits de fortificació sísmica i l'acció sísmica es calcula mitjançant el mètode d'espectre de resposta de superposició de mode per garantir la seguretat de l'estructura en condicions sísmiques.

 

 

Combinada amb la mida trapezoïdal, l'envergadura i els requisits de càrrega d'aquest projecte, l'estructura de la quadrícula adopta una quadrícula de piràmide quadrangular de doble-capa (adequada per a pla trapezoïdal, amb una estructura senzilla, força uniforme i convenient per a la producció en fàbrica i la instal·lació-in situ). El disseny del marc d'acer segueix el principi de "seguretat i aplicabilitat, economia i racionalitat". L'esquema específic és el següent (tots els materials es seleccionen d'acord amb els estàndards peruans locals i els estàndards nacionals, i es prefereix l'acer Q355B per equilibrar la força i l'economia):

 

1. Disposició de la quadrícula: s'adopta una quadrícula de piràmide quadrangular de doble-capa, amb una mida de quadrícula de 2,5 m × 2,5 m (adequada per a un espai de columnes de 22 m per garantir una força uniforme de les barres); el nombre de quadrícules a l'extrem estret del trapezi (80,59 m d'ample) és de 32 × 76 (direcció de l'amplada × direcció de la longitud) i el nombre de quadrícules a l'extrem ample (114,1 m d'ample) és de 46 × 76. L'àrea de transició realitza un gradient d'amplada ajustant l'angle de la quadrícula per evitar la concentració d'estrès.

2. Alçada de la quadrícula: combinada amb la distància de 23 ~ 24 m, l'alçada de la quadrícula és de 2,2 m (la relació d'alçada -span és d'aproximadament 1/11, que compleix el requisit de "la relació d'alçada- de la quadrícula pot ser d'1/18 ~ 1/10" a l'especificació), assegurant l'estabilitat de l'alçada i la rigidesa de l'edifici i el límit de l'estructura i la rigidesa. 15,2 m.

3. Disseny de suport: s'adopta una forma mixta de suport perifèric i suport puntual. Els suports es col·loquen a l'extrem estret, a l'extrem ample i als dos costats de la direcció de la longitud. Els suports són suports lliscants de PTFE (d'acord amb els nous requisits estructurals de l'especificació), que poden alliberar eficaçment l'estrès de temperatura i transmetre forces verticals i horitzontals alhora; els nodes de suport adopten nodes d'esfera buida soldada per garantir la fiabilitat de la connexió.

 

Segons l'anàlisi de la força, la secció de la vareta adopta un tub d'acer circular (característiques de secció simètrica, força uniforme, fàcil processament i connexió). Les mides de secció de les barres en diferents parts són les següents (combinades amb els resultats del càlcul de la força interna, que compleixen els requisits de resistència, rigidesa i estabilitat):

Corda superior: pressió de l'ós. Segons la força interna, es seleccionen tubs d'acer circulars φ168×6 (extrem estret i àrea de transició) i φ180×8 (àrea amb força gran a l'extrem ample); la relació d'esveltesa es controla dins de 150 per satisfer els requisits d'estabilitat dels membres de compressió.

Corda inferior: Tensió de l'ós. Es seleccionen tubs d'acer circulars φ159×6 (extrem estret) i φ168×6 (extrem ample); la relació d'esveltesa es controla dins de 200 per satisfer els requisits de rigidesa dels membres de tensió, i no es requereix una comprovació d'estabilitat (només es requereix una comprovació de resistència).

Elements web (membres diagonals i membres verticals): transmeten força axial, amb força relativament petita. Es seleccionen tubs d'acer circulars φ114×4 (àrea general) i φ127×5 (àrea de transició amb gran força); l'angle entre el membre diagonal i la corda es controla entre 40 graus ~ 60 graus per garantir l'eficiència de transmissió de força.

Nodes: S'adopten nodes d'esfera buida soldada. El diàmetre de l'esfera es determina segons el nombre de barres i la mida de la secció, i es seleccionen φ200×8 (nodes generals) i φ250×10 (nodes de suport amb gran força); el consum d'acer dels nodes es controla al voltant del 18% del consum total d'acer de la xarxa, que està en línia amb el nivell convencional de la indústria.

 

Combinat amb l'àrea trapezoïdal, la disposició de la quadrícula i la mida de la secció, tenint en compte el consum d'acer dels nodes i els accessoris de connexió (carns, soldadures) (calculat com el 10% del consum total d'acer), el consum total d'acer de l'estructura de la xarxa d'aquest projecte es calcula de la següent manera (excloent l'estructura de la base i la columna, només per a la part de la xarxa):

Corda superior: La longitud total és d'uns 3860m. El pes per metre de la canonada d'acer φ168 × 6 és de 24,7 kg i el pes per metre de la canonada d'acer φ180 × 8 és de 35,8 kg, amb un total d'unes 102,3 t;

Corda inferior: La longitud total és d'uns 3720m. El pes per metre de la canonada d'acer φ159 × 6 és de 22,6 kg i el pes per metre de la canonada d'acer φ168 × 6 és de 24,7 kg, amb un total d'unes 85,7 t;

Membres de la web: La longitud total és d'uns 7980m. El pes per metre del tub d'acer φ114×4 és de 10,8 kg i el pes per metre del tub d'acer φ127×5 és de 15,1 kg, amb un total d'unes 96,2 t;

Nodes i accessoris de connexió: el consum total d'acer és d'unes 28,4 t (calculat com el 10% del pes total de les barres anteriors);

Consum total d'acer de la xarxa: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. El consum d'acer de la unitat és d'uns 18,2 kg/㎡ (calculat a partir de l'àrea mitjana del pla trapezoïdal), que està en línia amb el rang de consum d'acer unitari convencional d'estructures de reixeta de doble -capa (15~20kg/㎡) i té una bona economia.

 

 

1. Millor adaptabilitat de la portada: per a un -span mitjà de 23 ~ 24 m, l'estructura de la quadrícula pot aprofitar al màxim la força axial de les barres, evitar una mida excessiva de la secció de les barres, reduir el pes propi i estalviar el consum d'acer, que és més econòmic que l'estructura de l'armadura.

2. Integritat espacial més forta: l'estructura de la quadrícula és un sistema espacial tridimensional, que pot adaptar-se millor al pla trapezoïdal del magatzem, dispersar eficaçment la concentració d'estrès local i té una millor adaptabilitat a càrregues asimètriques (com les càrregues d'apilament del sostre), sense necessitat d'afegir un gran nombre de{3}{2}}reducció de l'estructura de plànol{3}, simplificant el pla de construcció{3}} dificultat.

3. Major rigidesa i estabilitat: l'entrellaçat espacial de les barres fa que l'estructura de la quadrícula tingui una rigidesa i estabilitat generals excel·lents. Sota la càrrega del vent i l'acció sísmica, la deformació és petita, cosa que pot satisfer millor els requisits de seguretat dels magatzems logístics (especialment tenint en compte les característiques sísmiques del Perú), i la seguretat de l'operació és més alta.

4. Construcció còmoda i període de construcció curt: l'estructura de la xarxa es pot prefabricar a la fàbrica, amb una alta precisió de processament i una instal·lació senzilla al lloc-; els nodes estan estandarditzats, cosa que és convenient per al muntatge i la construcció, i poden escurçar de manera efectiva el període de construcció, que és adequat per a la demanda de construcció de magatzems logístics a gran-escala.

5. Bona durabilitat i fàcil manteniment: la secció circular del tub d'acer no és fàcil d'acumular pols i aigua, i té una bona resistència a la corrosió després del tractament anticorrosió; l'estructura és senzilla, el nombre de peces vulnerables és petit i el cost de manteniment posterior és baix, la qual cosa està en línia amb la demanda d'operacions a llarg termini-de magatzems logístics.

 

 

1. Major cost inicial de disseny i processament: l'estructura de la quadrícula és un sistema espacial, el disseny és més complex i el requisit de precisió de processament del node és més elevat; els nodes d'esfera buida soldada tenen un cost de processament més elevat que els nodes d'armadura, la qual cosa comporta un cost de disseny i processament inicial més elevat.

2. Requisits més elevats per a la tecnologia de construcció: la instal·lació-in situ de l'estructura de la xarxa requereix equips professionals d'elevació i equips de construcció, i la precisió d'instal·lació de nodes i varetes és estrictament necessària. En comparació amb l'estructura de l'armadura, el llindar de la tecnologia de construcció és més alt i el cost de la construcció pot augmentar lleugerament.

3. Major nombre de barres i nodes: en comparació amb l'estructura de l'armadura, l'estructura de la quadrícula té més barres i nodes, la qual cosa augmenta la càrrega de treball del transport de material i del-muntatge al lloc fins a cert punt, però aquest desavantatge es pot compensar amb la prefabricació de fàbrica i la construcció estandarditzada.

 

 

Combinat amb les característiques del projecte (pla trapezoïdal, amplitud de 23 ~ 24 m, requisits de càrrega del magatzem logístic i requisits sísmics al Perú), l'estructura de la xarxa és més adequada per a aquest projecte que l'estructura de l'armadura. Tot i que el cost inicial de disseny i processament de l'estructura de la xarxa és lleugerament superior, té avantatges evidents en l'adaptabilitat de l'abast, la integritat espacial, la rigidesa i l'estabilitat, i pot reduir eficaçment el cost de manteniment posterior i garantir el funcionament segur-a llarg termini del magatzem. Des de la perspectiva de l'economia i la seguretat integrals, el suggeriment d'optimització de canviar de l'estructura de l'armadura a l'estructura de la xarxa és raonable i factible.