Проект за логистичен склад в Перу: Структурен анализ на мрежата и схема за проектиране

Проект за логистичен склад в Перу: Структурен анализ на мрежата и схема за проектиране

 

Този проект е логистичен склад в Перу с трапецовидна основна равнина. Основните размери са: ширина 80,59~114,1m (двете успоредни страни на трапеца), дължина 190m, височина на сградата 15,2m; структурният участък е 23 ~ 24 m, а разстоянието между колоните (разстоянието между всеки участък) е 22 m. Оригиналният дизайн на клиента възприема структура на ферми. Въз основа на размера на обхвата, характеристиките на натоварването и изискванията за използване на логистичния склад, CBC предлага оптимизиране на структурната форма до мрежова структура. Следва подробен анализ от четири аспекта: структурна сила, дизайн на стоманена рамка, сечение на материала и дозировка, както и предимствата и недостатъците на тази структурна форма.

 

 

 

Конструкцията на фермата е равнинна{0}}носеща система, съставена главно от горни корди, долни корди и ребрени елементи. Характеристиките на-носенето на неговата сила са концентрирани в равнината: горните корди понасят натиск, долните корди понасят напрежение, а ребрените елементи (диагонални и вертикални елементи) предават сила на срязване. Общото натоварване се балансира от аксиалната сила на елементите. В комбинация с параметрите на проекта, неговата сила-има очевидни ограничения:

 

1. Недостатъчна адаптивност на обхвата: Разстоянието на този проект достига 23~24m, което принадлежи към средната-категория на обхвата (според техническата спецификация за конструкции на пространствена решетка JGJ 7-2010, средният обхват е 30m~60m, а 23~24m е близо до долната граница на средния обхват). За структурата на фермата под този участък е необходимо значително да се увеличи размерът на сечението на кордите и елементите на мрежата, за да се изпълнят изискванията за здравина и стабилност, което вероятно ще доведе до излишни елементи, увеличено собствено тегло и лоша икономия.

 

2. Неуравновесена пространствена сила: Равнината на склада е трапецовидна. Като равнинна структура, фермата е трудна за адаптиране към пространственото разпределение на силата на трапецовидната равнина и е вероятно да възникне локална концентрация на напрежение (особено в преходната зона на трапецовидната ширина); в същото време асиметричните натоварвания, които могат да съществуват в логистичния склад, като натоварвания от подреждане на покрива и натоварвания на оборудване, допълнително ще утежнят силата на --равнината на фермата, изисквайки допълнителни системи за поддържане и усложнявайки дизайна.

 

3. Недостатъчна цялостна коравина: Коравината на конструкцията на фермата зависи главно от съвместното действие на елементите в равнината, а коравината извън--равнината е слаба. При натоварване от вятър и сеизмично действие (Перу се намира в сеизмична зона, така че трябва да се вземат предвид сеизмичните изисквания), лесно е да се произведе голямо отклонение и хоризонтално изместване, което засяга безопасността на склада. Необходими са допълнителни опори, устойчиви на странично изместване, което увеличава трудността и цената на конструкцията.

 

Решетъчната структура е структура на пространствена прътова система, образувана чрез свързване на множество пръти през възли съгласно определен закон, следвайки съответните изисквания на Техническата спецификация за пространствени решетъчни структури JGJ 7-2010. Неговата характеристика на носене на сила е пространствена кооперативна сила, която е по-подходяща за този проект от конструкцията на фермата. Конкретният анализ на силата е както следва:

 

1. По-разумна-носеща форма: Мрежовата структура е статично неопределена система от висок-порядък и се предполага, че възлите са шарнирни. Прътите понасят главно аксиално напрежение или натиск, без очевиден момент на огъване и сила на срязване. Силата е еднаква и пътят на предаване на силата е ясен, което може да даде пълна игра на свойствата на опън и натиск на стоманата, ефективно да намали силовото натоварване на единичен прът и да се адаптира към изискването за обхват от 23 ~ 24 m.

 

2. Силна пространствена адаптивност: За трапецовидна равнина, оформлението на решетката може да бъде оптимизирано (приемане на триъгълна пирамидална система или четириъгълна пирамидална система), за да се адаптира към постепенната промяна на ширината от 80,59 m до 114,1 m, като се избягва локална концентрация на напрежение; в същото време характеристиките му на пространствена{3}}носеща сила му позволяват ефективно да разпръсква асиметрични натоварвания (като натоварвания от подреждане на покрива и натоварвания на оборудване), без да е необходимо да се добавят голям брой--подпори извън равнината, а структурната цялост е по-здрава.

 

3. Отлична твърдост и стабилност: Пръчките на структурата на решетката са преплетени, за да образуват три-пространствена силова-носеща система и общата твърдост е много по-висока от тази на конструкцията на фермата. При натоварване от вятър и сеизмично действие, деформацията и хоризонталното изместване могат да се контролират в границите, позволени от спецификацията (според спецификацията, деформацията при активно натоварване на покрива не трябва да надвишава 1/250 от обхвата); в същото време триъгълната пирамида, като най-малката геометрично инвариантна единица, съставяща пространствената структура, може да подобри цялостната стабилност на конструкцията, без да е необходимо да се създава сложна система, устойчива на странично изместване.

 

4. Адаптивност на натоварването: В комбинация с характеристиките на натоварването на логистичния склад (мъртво натоварване на покрива, живо натоварване, натоварване от прах и възможно натоварване на оборудването), структурата на мрежата може равномерно да предава натоварването към опорите чрез разумно разделяне на размера на мрежата, избягвайки структурни повреди, причинени от прекомерно локално натоварване; в същото време той може да отговори на изискванията за сеизмично укрепване и сеизмичното действие се изчислява чрез метода на спектъра на реакцията на суперпозиция, за да се гарантира безопасността на конструкцията при сеизмични условия.

 

 

В комбинация с изискванията за трапецовиден размер, обхват и натоварване на този проект, структурата на решетката приема дву-слойна четириъгълна пирамидална мрежа (подходяща за трапецовидна равнина, с проста структура, еднаква сила и удобна за фабрично производство и -монтиране на място). Дизайнът на стоманената рамка следва принципа на "безопасност и приложимост, икономичност и рационалност". Специфичната схема е както следва (всички материали са избрани в съответствие с местните перуански стандарти и националните стандарти, а стоманата Q355B е предпочитана за балансиране на здравина и икономичност):

 

1. Оформление на решетката: Приема се дву-слойна четириъгълна пирамидална решетка с размер на мрежата 2,5m×2,5m (подходящо за 22m разстояние между колоните, за да се осигури еднаква сила на прътите); броят на решетките в тесния край на трапеца (ширина 80,59 m) е 32 × 76 (посока на ширина × посока на дължина), а броят на решетките в широкия край (ширина 114,1 m) е 46 × 76. Преходната зона реализира градиент на ширината чрез регулиране на ъгъла на мрежата, за да се избегне концентрацията на напрежение.

 

2. Височина на решетката: Комбинирана с обхвата от 23~24m, височината на решетката е 2,2m (коефициентът на височина-обхват е около 1/11, което отговаря на изискването „съотношението на височината-на обхвата на решетката може да бъде 1/18~1/10“ в спецификацията), осигурявайки структурна твърдост и стабилност и отговаряйки на ограничението за височина на сградата 15,2м.

 

3. Дизайн на опора: Приема се смесена форма на периферна опора и точкова опора. Подпорите са поставени в тесния край, широкия край и от двете страни на посоката на дължината. Опорите са PTFE плъзгащи се опори (в съответствие с новите структурни изисквания на спецификацията), които могат ефективно да освободят температурния стрес и да предават вертикални и хоризонтални сили едновременно; опорните възли приемат заварени кухи сферични възли, за да осигурят надеждност на връзката.

 

 

Според анализа на силата, секцията на пръта приема кръгла стоманена тръба (симетрични характеристики на сечението, еднаква сила, лесна обработка и свързване). Размерите на сечението на прътите в различните части са както следва (комбинирани с резултатите от изчисляването на вътрешната сила, отговарящи на изискванията за якост, твърдост и стабилност):

Горен акорд: Мечи натиск. Според вътрешната сила са избрани кръгли стоманени тръби φ168×6 (тесен край и преходна зона) и φ180×8 (област с голяма сила в широкия край); съотношението на тънкост се контролира в рамките на 150, за да отговори на изискванията за стабилност на компресионните елементи.

Долен акорд: Мечешко напрежение. избрани са кръгли стоманени тръби φ159×6 (тесен край) и φ168×6 (широк край); коефициентът на тънкост се контролира в рамките на 200, за да отговори на изискванията за твърдост на опънатите елементи и не се изисква проверка на стабилността (изисква се само проверка на якостта).

Мрежови елементи (диагонални елементи и вертикални елементи): Предават аксиална сила със сравнително малка сила. Избрани са кръгли стоманени тръби φ114×4 (обща площ) и φ127×5 (преходна зона с голяма сила); ъгълът между диагоналния елемент и хордата се контролира между 40 градуса ~60 градуса, за да се осигури ефективност на предаване на силата.

Възли: Прилагат се заварени кухи сферични възли. Диаметърът на сферата се определя според броя на прътите и размера на сечението и са избрани φ200×8 (общи възли) и φ250×10 (поддържащи възли с голяма сила); потреблението на стомана на възлите се контролира на около 18% от общото потребление на стомана в мрежата, което е в съответствие с конвенционалното ниво на индустрията.

 

В комбинация с трапецовидната площ, разположението на решетката и размера на сечението, като се има предвид потреблението на стомана на възли и свързващи аксесоари (болтове, заварки) (изчислено като 10% от общото потребление на стомана), общото потребление на стомана на структурата на решетката на този проект се изчислява, както следва (с изключение на основата и колонната конструкция, само за частта на мрежата):

 

Горен пояс: Общата дължина е около 3860м. Теглото на метър стоманена тръба φ168 × 6 е 24,7 kg, а теглото на метър стоманена тръба φ180 × 8 е 35,8 kg, общо около 102,3 t;

 

Долен пояс: Общата дължина е около 3720 м. Теглото на метър стоманена тръба φ159×6 е 22,6 кг, а теглото на метър стоманена тръба φ168×6 е 24,7 кг, общо около 85,7 тона;

 

Уеб членове: Общата дължина е около 7980m. Теглото на метър стоманена тръба φ114×4 е 10,8 кг, а теглото на метър стоманена тръба φ127×5 е 15,1 кг, общо около 96,2 тона;

 

Възли и свързващи аксесоари: Общото потребление на стомана е около 28,4 t (изчислено като 10% от общото тегло на горните пръти);

 

Общо потребление на стомана за мрежата: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Единичната консумация на стомана е около 18,2 kg/㎡ (изчислена на базата на средната площ на трапецовидната равнина), което е в съответствие с конвенционалния диапазон на единична консумация на стомана на дву-слойни мрежови структури (15~20 kg/㎡) и има добра икономия.

 

 

1. По-добра адаптивност на обхвата: За среден-обхват от 23~24m структурата на решетката може да използва напълно аксиалната сила на прътите, да избегне прекомерния размер на сечението на прътите, да намали собственото-тегло и да спести потреблението на стомана, което е по-икономично от структурата на фермата.

 

2. По-силна пространствена цялост: Решетъчната структура е три-измерна пространствена система, която може по-добре да се адаптира към трапецовидната равнина на склада, ефективно да разпръсне локалната концентрация на напрежение и има по-добра адаптивност към асиметрични натоварвания (като натоварвания от натрупване на покрив), без да е необходимо да се добавят голям брой опори извън--равнината, опростявайки структурата и намаляване на строителните трудности.

 

3. По-висока твърдост и стабилност: Пространственото преплитане на пръти прави мрежовата структура с отлична цялостна твърдост и стабилност. При натоварване от вятър и сеизмично действие деформацията е малка, което може по-добре да отговори на изискванията за безопасност на логистичните складове (особено като се имат предвид сеизмичните характеристики на Перу), а безопасността на работа е по-висока.

 

4. Удобна конструкция и кратък период на изграждане: Мрежовата структура може да бъде фабрично сглобена във фабриката, с висока прецизност на обработка и лесна -инсталация на място; възлите са стандартизирани, което е удобно за сглобяване и изграждане и може ефективно да съкрати периода на строителство, което е подходящо за търсенето на строителство на големи-мащабни логистични складове.

 

5. Добра издръжливост и лесна поддръжка: Секцията от кръгла стоманена тръба не е лесна за натрупване на прах и вода и има добра устойчивост на корозия след анти{1}}корозионна обработка; структурата е проста, броят на уязвимите части е малък и по-късните разходи за поддръжка са ниски, което е в съответствие с дългосрочните-оперативни изисквания на логистичните складове.

 

 

1. По-високи първоначални разходи за проектиране и обработка: Мрежовата структура е пространствена система, дизайнът е по-сложен и изискването за прецизност на обработка на възела е по-високо; заварените кухи сферични възли имат по-високи разходи за обработка от възлите на фермите, което води до по-високи първоначални разходи за проектиране и обработка.

 

2. По-високи изисквания за строителна технология: -монтажът на решетъчните конструкции на място изисква професионално повдигащо оборудване и строителни екипи, като прецизността на монтажа на възлите и прътите е строго задължителна. В сравнение с конструкцията на фермата, прагът на строителната технология е по-висок и разходите за строителство могат да бъдат леко увеличени.

 

3. По-голям брой пръти и възли: В сравнение със структурата на фермите, структурата на решетката има повече пръти и възли, което увеличава до известна степен натоварването на транспортирането на материала и -сглобяването на място, но този недостатък може да бъде компенсиран чрез фабрично предварително производство и стандартизирана конструкция.

 

В комбинация с характеристиките на проекта (трапецовидна равнина, 23~24m обхват, изисквания за натоварване на логистичния склад и сеизмични изисквания в Перу), мрежовата структура е по-подходяща за този проект от структурата на фермата. Въпреки че първоначалните разходи за проектиране и обработка на мрежовата структура са малко по-високи, тя има очевидни предимства в адаптивността на обхвата, пространствената цялост, твърдостта и стабилността и може ефективно да намали по-късните разходи за поддръжка и да осигури дългосрочна-безопасна работа на склада. От гледна точка на всеобхватна икономика и безопасност, предложението за оптимизиране на промяната от структура на ферми към структура на мрежата е разумно и осъществимо.