Projeto de armazém pré-fabricado de logística do Peru: análise estrutural e esquema de projeto

Projeto de Armazém Logístico do Peru: Análise Estrutural e Esquema de Projeto

 

 

Este projeto é um armazém logístico no Peru, com plano principal trapezoidal. Os parâmetros dimensionais principais são: largura 80,59 ~ 114,1 m (os dois lados paralelos do trapézio), comprimento em 190 m e altura do edifício em 15,2 m; o vão estrutural é de 23 ~ 24m e o espaçamento entre colunas (distância entre cada vão) é de 22m. O projeto original do cliente adotava uma estrutura em treliça. Com base no tamanho do vão, nas características da carga e nas necessidades de utilização do armazém logístico, a CBC sugere ao cliente uma estrutura de grade. o que pode satisfazer perfeitamente os requisitos dos clientes e reduzir o uso geral de aço.

 

 

A estrutura de treliça é um sistema de suporte-de força planar, composto principalmente de cordas superiores, cordas inferiores e membros da alma. Suas características de suporte de força estão concentradas no plano: os banzos superiores suportam pressão, os banzos inferiores suportam tensão e os membros da alma (membros diagonais e membros verticais) transmitem força de cisalhamento. A carga total é equilibrada pela força axial dos membros. Combinado com os parâmetros do projeto, sua força-tem limitações óbvias:

1. Adaptabilidade de vão insuficiente: O vão deste projeto atinge 23 ~ 24 m, que pertence à categoria de vão médio - (de acordo com a Especificação Técnica para Estruturas de Grade Espacial JGJ 7 - 2010, o vão médio é de 30 m ~ 60 m, e 23 ~ 24 m está próximo do limite inferior do vão médio). Para a estrutura de treliça sob este vão, é necessário aumentar significativamente o tamanho da seção das cordas e dos membros da alma para atender aos requisitos de resistência e estabilidade, o que provavelmente levará a membros redundantes, aumento do peso próprio e baixa economia.

2. Força espacial desequilibrada: O plano do armazém é trapezoidal. Como uma estrutura plana, a treliça é difícil de se adaptar à distribuição espacial de forças do plano trapezoidal, e é provável que ocorra concentração de tensão local (especialmente na área de transição da largura trapezoidal); ao mesmo tempo, as cargas assimétricas que podem existir no armazém logístico, como cargas de empilhamento no telhado e cargas de equipamentos, agravarão ainda mais a força fora do-plano da treliça, exigindo sistemas de suporte adicionais e aumentando a complexidade do projeto.

3. Rigidez geral insuficiente: A rigidez da estrutura da treliça depende principalmente da ação cooperativa dos membros no plano, e a rigidez fora-do{2}}plano é fraca. Sob carga de vento e ação sísmica (o Peru está localizado numa zona sísmica, portanto os requisitos sísmicos devem ser considerados), é fácil produzir grandes deflexões e deslocamentos horizontais, afetando a segurança do armazém. São necessários suportes adicionais resistentes ao deslocamento lateral, aumentando a dificuldade e o custo da construção.

 

 

A estrutura de grade é uma estrutura de sistema de haste espacial, formada pela conexão de múltiplas hastes através de nós de acordo com uma determinada lei, seguindo os requisitos relevantes da Especificação Técnica para Estruturas de Grade Espacial JGJ 7-2010. Sua característica de suporte de força é a força cooperativa espacial, que é mais adequada para este projeto do que a estrutura de treliça. A análise de força específica é a seguinte:

1. Forma de suporte de força-mais razoável: a estrutura da grade é um sistema estaticamente indeterminado de-ordem alta e os nós são considerados articulados. As hastes suportam principalmente tensão ou pressão axial, sem momento fletor e força de cisalhamento óbvios. A força é uniforme e o caminho de transmissão de força é claro, o que pode dar pleno desempenho às propriedades de tração e compressão do aço, reduzir efetivamente a carga de força de uma única haste e se adaptar ao requisito de vão de 23 ~ 24 m.

2. Forte adaptabilidade espacial: Para o plano trapezoidal, o layout da grade pode ser otimizado (adotando sistema de pirâmide triangular ou sistema de pirâmide quadrangular) para se adaptar à mudança gradual de largura de 80,59m para 114,1m, evitando concentração de tensões locais; ao mesmo tempo, suas características de suporte-de força espacial permitem dispersar efetivamente cargas assimétricas (como cargas de empilhamento no telhado e cargas de equipamentos), sem a necessidade de adicionar um grande número de suportes fora-do-plano, e a integridade estrutural é mais forte.

3. Excelente rigidez e estabilidade: as hastes da estrutura da grade são entrelaçadas para formar um sistema de suporte de força espacial-tridimensional, e a rigidez geral é muito maior do que a da estrutura de treliça. Sob carga de vento e ação sísmica, a deflexão e o deslocamento horizontal podem ser controlados dentro da faixa permitida pela especificação (de acordo com a especificação, a deflexão sob carga móvel do telhado não deve exceder 1/250 do vão); ao mesmo tempo, a pirâmide triangular, como a menor unidade geometricamente invariante que compõe a estrutura espacial, pode melhorar a estabilidade geral da estrutura, sem a necessidade de configurar um sistema complexo resistente ao deslocamento lateral.

4. Adaptabilidade de carga: Combinada com as características de carga do armazém logístico (carga morta no telhado, carga viva, carga de poeira e possível carga de equipamento), a estrutura da grade pode transmitir uniformemente a carga aos suportes, dividindo razoavelmente o tamanho da grade, evitando danos estruturais causados ​​​​por carga local excessiva; ao mesmo tempo, pode atender aos requisitos de fortificação sísmica, e a ação sísmica é calculada pelo método do espectro de resposta de superposição de modo para garantir a segurança da estrutura sob condições sísmicas.

 

 

Combinado com o tamanho trapezoidal, extensão e requisitos de carga deste projeto, a estrutura da grade adota uma grade piramidal quadrangular de camada dupla-(adequada para plano trapezoidal, com estrutura simples, força uniforme e conveniente para produção em fábrica e instalação no-local). O projeto da estrutura de aço segue o princípio de “segurança e aplicabilidade, economia e racionalidade”. O esquema específico é o seguinte (todos os materiais são selecionados de acordo com os padrões peruanos locais e os padrões nacionais, e o aço Q355B é preferido para equilibrar resistência e economia):

 

1. Layout da grade: É adotada uma grade piramidal quadrangular de camada dupla, com tamanho de grade de 2,5m × 2,5m (adequado para espaçamento de coluna de 22m para garantir força uniforme das hastes); o número de grades na extremidade estreita do trapézio (80,59m de largura) é 32×76 (direção da largura x direção do comprimento), e o número de grades na extremidade mais larga (114,1m de largura) é 46×76. A área de transição realiza gradiente de largura ajustando o ângulo da grade para evitar concentração de tensão.

2. Altura da grade: Combinada com o vão de 23 ~ 24 m, a altura da grade é de 2,2 m (a proporção de altura - vão é de cerca de 1/11, o que atende ao requisito de "a proporção de altura - vão da grade pode ser 1/18 ~ 1/10 "na especificação), garantindo a rigidez e estabilidade estrutural e atendendo ao limite de altura do edifício de 15,2 m.

3. Projeto de suporte: É adotada uma forma mista de suporte periférico e suporte pontual. Os suportes são colocados na extremidade estreita, na extremidade larga e em ambos os lados da direção do comprimento. Os suportes são suportes deslizantes de PTFE (em linha com os novos requisitos estruturais da especificação), que podem efetivamente liberar o estresse térmico e transmitir forças verticais e horizontais ao mesmo tempo; os nós de suporte adotam nós de esfera oca soldados para garantir a confiabilidade da conexão.

 

De acordo com a análise de força, a seção da haste adota tubo de aço circular (características de seção simétrica, força uniforme, fácil processamento e conexão). Os tamanhos das seções das hastes em diferentes partes são os seguintes (combinados com os resultados do cálculo da força interna, atendendo aos requisitos de resistência, rigidez e estabilidade):

Acorde superior: Pressão de urso. De acordo com a força interna, são selecionados tubos de aço circulares φ168×6 (extremidade estreita e área de transição) e φ180×8 (área com grande força na extremidade larga); a relação de esbeltez é controlada dentro de 150 para atender aos requisitos de estabilidade dos membros de compressão.

Acorde inferior: tensão do urso. São selecionados tubos de aço circulares φ159×6 (extremidade estreita) e φ168×6 (extremidade larga); a relação de esbeltez é controlada dentro de 200 para atender aos requisitos de rigidez dos membros de tensão, e a verificação de estabilidade não é necessária (apenas a verificação de resistência é necessária).

Membros da alma (membros diagonais e membros verticais): Transmitem força axial, com força relativamente pequena. φ114×4 (área geral) e φ127×5 (área de transição com grande força) tubos de aço circulares são selecionados; o ângulo entre o membro diagonal e a corda é controlado entre 40 graus ~ 60 graus para garantir a eficiência da transmissão de força.

Nós: Nós de esfera oca soldados são adotados. O diâmetro da esfera é determinado de acordo com o número de hastes e tamanho da seção, e φ200×8 (nós gerais) e φ250×10 (nós de suporte com grande força) são selecionados; o consumo de aço dos nós é controlado em cerca de 18% do consumo total de aço da rede, o que está em linha com o nível convencional da indústria.

 

Combinado com a área trapezoidal, layout da grade e tamanho da seção, considerando o consumo de aço dos nós e acessórios de conexão (parafusos, soldas) (calculado como 10% do consumo total de aço), o consumo total de aço da estrutura da grade deste projeto é calculado da seguinte forma (excluindo estrutura de fundação e pilares, apenas para a parte da grade):

Corda superior: O comprimento total é de cerca de 3860m. O peso por metro do tubo de aço φ168×6 é 24,7kg, e o peso por metro do tubo de aço φ180×8 é 35,8kg, totalizando cerca de 102,3t;

Corda inferior: O comprimento total é de cerca de 3720m. O peso por metro do tubo de aço φ159×6 é 22,6kg, e o peso por metro do tubo de aço φ168×6 é 24,7kg, totalizando cerca de 85,7t;

Membros da Web: O comprimento total é de cerca de 7.980 m. O peso por metro do tubo de aço φ114×4 é 10,8kg, e o peso por metro do tubo de aço φ127×5 é 15,1kg, totalizando cerca de 96,2t;

Nós e acessórios de conexão: O consumo total de aço é de cerca de 28,4t (calculado como 10% do peso total das hastes acima);

Consumo total de aço da rede: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. O consumo unitário de aço é de cerca de 18,2kg/㎡ (calculado com base na área média do plano trapezoidal), o que está alinhado com a faixa convencional de consumo unitário de aço de estruturas de grade de dupla{3}}camada (15~20kg/㎡) e tem boa economia.

 

 

1. Melhor adaptabilidade do vão: Para o vão médio-de 23~24m, a estrutura da grade pode aproveitar ao máximo a força axial das hastes, evitar o tamanho excessivo da seção das hastes, reduzir o-peso próprio e economizar consumo de aço, o que é mais econômico do que a estrutura de treliça.

2. Integridade espacial mais forte: a estrutura da grade é um sistema espacial tri-dimensional, que pode se adaptar melhor ao plano trapezoidal do armazém, dispersar efetivamente a concentração de tensão local e ter melhor adaptabilidade a cargas assimétricas (como cargas de empilhamento no telhado), sem a necessidade de adicionar um grande número de suportes fora do-do{3}}plano, simplificando a estrutura e reduzindo a dificuldade de construção.

3. Maior rigidez e estabilidade: O entrelaçamento espacial das hastes faz com que a estrutura da grade tenha excelente rigidez e estabilidade geral. Sob carga de vento e ação sísmica, a deformação é pequena, o que pode atender melhor aos requisitos de segurança dos armazéns logísticos (especialmente considerando as características sísmicas do Peru), e a segurança da operação é maior.

4. Construção conveniente e curto período de construção: A estrutura da grade pode ser pré-fabricada na fábrica, com alta precisão de processamento e instalação simples-no local; os nós são padronizados, o que é conveniente para montagem e construção, e pode efetivamente reduzir o período de construção, o que é adequado para a demanda de construção de armazéns logísticos de grande-escala.

5. Boa durabilidade e fácil manutenção: A seção circular do tubo de aço não é fácil de acumular poeira e água e possui boa resistência à corrosão após tratamento anti-corrosão; a estrutura é simples, o número de peças vulneráveis ​​é pequeno e o custo de manutenção posterior é baixo, o que está alinhado com a demanda de operação-de longo prazo dos armazéns logísticos.

 

 

1. Maior custo inicial de projeto e processamento: A estrutura da grade é um sistema espacial, o projeto é mais complexo e a exigência de precisão de processamento do nó é maior; os nós de esfera oca soldados têm custos de processamento mais elevados do que os nós de treliça, o que leva a um projeto inicial e custos de processamento mais elevados.

2. Requisitos mais elevados para tecnologia de construção: a instalação-no local da estrutura de grade requer equipamentos de elevação profissionais e equipes de construção, e a precisão de instalação de nós e hastes é estritamente necessária. Em comparação com a estrutura de treliça, o limite da tecnologia de construção é mais elevado e o custo de construção pode ser ligeiramente aumentado.

3. Maior número de hastes e nós: Em comparação com a estrutura de treliça, a estrutura de grade tem mais hastes e nós, o que aumenta a carga de trabalho de transporte de material e montagem-no local até certo ponto, mas essa desvantagem pode ser compensada pela pré-fabricação de fábrica e construção padronizada.

 

 

Combinada com as características do projeto (plano trapezoidal, vão de 23 a 24 m, requisitos de carga do armazém logístico e requisitos sísmicos no Peru), a estrutura de grade é mais adequada para este projeto do que a estrutura de treliça. Embora o custo inicial de projeto e processamento da estrutura de grade seja um pouco mais alto, ela tem vantagens óbvias em termos de adaptabilidade de extensão, integridade espacial, rigidez e estabilidade, e pode efetivamente reduzir o custo de manutenção posterior e garantir a operação segura-do armazém a longo prazo. Do ponto de vista da economia e segurança abrangentes, a sugestão de otimização de mudar da estrutura de treliça para a estrutura de rede é razoável e viável.