Progetto di magazzino logistico in Perù: analisi strutturale della griglia e schema di progettazione

Progetto di magazzino logistico in Perù: analisi strutturale della griglia e schema di progettazione

 

Questo progetto è un magazzino logistico in Perù, con un piano principale trapezoidale. Le dimensioni principali sono: larghezza 80,59~114,1 m (i due lati paralleli del trapezio), lunghezza 190 m, altezza dell'edificio 15,2 m; la campata strutturale è di 23~24 m e la spaziatura delle colonne (distanza tra ciascuna campata) è di 22 m. Il progetto originale del cliente adottava una struttura a traliccio. In base alle dimensioni della campata, alle caratteristiche di carico e ai requisiti di utilizzo del magazzino logistico, CBC suggerisce di ottimizzare la forma strutturale con una struttura a griglia. Quella che segue è un'analisi dettagliata di quattro aspetti: forza strutturale, design del telaio in acciaio, sezione e dosaggio del materiale, nonché vantaggi e svantaggi di questa forma strutturale.

 

 

 

La struttura reticolare è un sistema portante di forza planare-, composto principalmente da tralicci superiori, tralicci inferiori e membri della rete. Le sue caratteristiche di resistenza-sono concentrate nel piano: le corde superiori sopportano la pressione, le corde inferiori sopportano la tensione e gli elementi della rete (elementi diagonali e elementi verticali) trasmettono la forza di taglio. Il carico complessivo è bilanciato dalla forza assiale degli elementi. In combinazione con i parametri del progetto, la sua portata-presenta evidenti limitazioni:

 

1. Adattabilità della campata insufficiente: la campata di questo progetto raggiunge i 23~24 m, che appartiene alla categoria della campata media- (secondo le specifiche tecniche per le strutture a griglia spaziale JGJ 7-2010, la campata media è di 30 m~60 m e 23~24 m è vicino al limite inferiore della campata media). Per la struttura reticolare sotto questa campata, è necessario aumentare notevolmente la dimensione della sezione dei correnti e degli elementi dell'anima per soddisfare i requisiti di resistenza e stabilità, il che probabilmente porterà a elementi ridondanti, aumento del peso proprio e scarsa economia.

 

2. Forza spaziale sbilanciata: il piano del magazzino è trapezoidale. Essendo una struttura planare, la travatura reticolare è difficile da adattare alla distribuzione spaziale delle forze del piano trapezoidale ed è probabile che si verifichi una concentrazione di sollecitazioni locali (specialmente nell'area di transizione della larghezza trapezoidale); allo stesso tempo, i carichi asimmetrici che possono esistere nel magazzino logistico, come i carichi di impilamento sul tetto e i carichi di attrezzature, aggraveranno ulteriormente la-forza fuori-del piano della travatura reticolare, richiedendo sistemi di supporto aggiuntivi e aumentando la complessità della progettazione.

 

3. Rigidità complessiva insufficiente: la rigidità della struttura reticolare dipende principalmente dall'azione cooperativa dei membri nel piano e la rigidità fuori-del-piano è debole. Sotto il carico del vento e l'azione sismica (il Perù si trova in una zona sismica, quindi è necessario considerare i requisiti sismici), è facile produrre una grande deflessione e spostamento orizzontale, compromettendo la sicurezza del magazzino. Sono necessari ulteriori supporti resistenti allo spostamento laterale, il che aumenta la difficoltà e il costo di costruzione.

 

La struttura a griglia è una struttura di sistema di aste spaziali, formata collegando più aste attraverso nodi secondo una determinata legge, seguendo i requisiti pertinenti delle Specifiche tecniche per le strutture a griglia spaziale JGJ 7-2010. La sua caratteristica portante è la forza cooperativa spaziale, che è più adatta a questo progetto rispetto alla struttura reticolare. L'analisi della forza specifica è la seguente:

 

1. Forma di carico-più ragionevole: la struttura a griglia è un sistema staticamente indeterminato-di ordine elevato e si presuppone che i nodi siano incernierati. Le aste sopportano principalmente tensione o pressione assiale, senza evidenti momenti flettenti e forze di taglio. La forza è uniforme e il percorso di trasmissione della forza è chiaro, il che può dare pieno gioco alle proprietà di trazione e compressione dell'acciaio, ridurre efficacemente il carico di forza di una singola asta e adattarsi ai requisiti di campata di 23~24 m.

 

2. Forte adattabilità spaziale: per il piano trapezoidale, la disposizione della griglia può essere ottimizzata (adottando un sistema piramidale triangolare o un sistema piramidale quadrangolare) per adattarsi al cambiamento graduale della larghezza da 80,59 m a 114,1 m, evitando la concentrazione locale delle tensioni; allo stesso tempo, le sue caratteristiche di portata spaziale-gli consentono di disperdere efficacemente carichi asimmetrici (come carichi di impilamento sul tetto e carichi di attrezzature), senza la necessità di aggiungere un gran numero di supporti-fuori-del piano e l'integrità strutturale è più forte.

 

3. Eccellente rigidità e stabilità: le aste della struttura a griglia sono intrecciate per formare un sistema portante di forza spaziale tridimensionale-e la rigidità complessiva è molto più elevata di quella della struttura a traliccio. Sotto il carico del vento e l'azione sismica, la deflessione e lo spostamento orizzontale possono essere controllati entro l'intervallo consentito dalle specifiche (secondo le specifiche, la deflessione sotto il carico dinamico del tetto non deve superare 1/250 della campata); allo stesso tempo, la piramide triangolare, in quanto più piccola unità geometricamente invariante che compone la struttura spaziale, può migliorare la stabilità complessiva della struttura, senza la necessità di predisporre un complesso sistema resistente allo spostamento laterale.

 

4. Adattabilità del carico: combinata con le caratteristiche di carico del magazzino logistico (carico morto sul tetto, carico mobile, carico di polvere ed eventuale carico di attrezzature), la struttura della griglia può trasmettere uniformemente il carico ai supporti dividendo ragionevolmente le dimensioni della griglia, evitando danni strutturali causati da un carico locale eccessivo; allo stesso tempo, può soddisfare i requisiti di fortificazione sismica e l'azione sismica viene calcolata mediante il metodo dello spettro di risposta di sovrapposizione modale per garantire la sicurezza della struttura in condizioni sismiche.

 

 

In combinazione con le dimensioni trapezoidali, la campata e i requisiti di carico di questo progetto, la struttura della griglia adotta una griglia piramidale quadrangolare a doppio-strato (adatta per il piano trapezoidale, con struttura semplice, forza uniforme e conveniente per la produzione in fabbrica e l'installazione in-luogo). Il design del telaio in acciaio segue il principio di "sicurezza e applicabilità, economia e razionalità". Lo schema specifico è il seguente (tutti i materiali sono selezionati in linea con gli standard locali peruviani e nazionali, e l'acciaio Q355B è preferito per bilanciare resistenza ed economia):

 

1. Layout della griglia: viene adottata una griglia piramidale quadrangolare a doppio-strato, con una dimensione della griglia di 2,5 m×2,5 m (adatta per una spaziatura delle colonne di 22 m per garantire una forza uniforme delle aste); il numero di griglie all'estremità stretta del trapezio (largo 80,59 m) è 32×76 (direzione larghezza × direzione lunghezza), e il numero di griglie all'estremità larga (larghezza 114,1 m) è 46×76. L'area di transizione realizza il gradiente di larghezza regolando l'angolo della griglia per evitare la concentrazione dello stress.

 

2. Altezza della griglia: combinata con la campata di 23~24 m, l'altezza della griglia è di 2,2 m (il rapporto altezza-campata è di circa 1/11, che soddisfa il requisito "il rapporto altezza-campata della griglia può essere 1/18~1/10" nelle specifiche), garantendo rigidità e stabilità strutturale e rispettando il limite di altezza dell'edificio di 15,2 m.

 

3. Progettazione del supporto: viene adottata una forma mista di supporto periferico e supporto puntuale. I supporti sono impostati sull'estremità stretta, sull'estremità larga e su entrambi i lati della direzione della lunghezza. I supporti sono supporti scorrevoli in PTFE (in linea con i nuovi requisiti strutturali del capitolato), in grado di rilasciare efficacemente le sollecitazioni termiche e trasmettere contemporaneamente forze verticali e orizzontali; i nodi di supporto adottano nodi a sfera cava saldati per garantire l'affidabilità della connessione.

 

 

Secondo l'analisi della forza, la sezione dell'asta adotta un tubo d'acciaio circolare (caratteristiche della sezione simmetrica, forza uniforme, facilità di lavorazione e connessione). Le dimensioni della sezione delle aste nelle diverse parti sono le seguenti (combinate con i risultati del calcolo della forza interna, soddisfacendo i requisiti di resistenza, rigidità e stabilità):

Accordo superiore: sopportare la pressione. In base alla forza interna, vengono selezionati tubi circolari in acciaio φ168×6 (estremità stretta e area di transizione) e φ180×8 (area con grande forza all'estremità larga); il rapporto di snellezza è controllato entro 150 per soddisfare i requisiti di stabilità degli elementi di compressione.

Accordo inferiore: tensione dell'orso. Sono selezionati tubi circolari in acciaio φ159×6 (estremità stretta) e φ168×6 (estremità larga); il rapporto di snellezza è controllato entro 200 per soddisfare i requisiti di rigidità degli elementi tesi e non è richiesto il controllo di stabilità (è richiesto solo il controllo di resistenza).

Membri del nastro (membri diagonali e membri verticali): trasmettono la forza assiale, con una forza relativamente piccola. Vengono selezionati tubi circolari in acciaio φ114×4 (area generale) e φ127×5 (area di transizione con grande forza); l'angolo tra l'elemento diagonale e la corda è controllato tra 40 gradi e 60 gradi per garantire l'efficienza della trasmissione della forza.

Nodi: vengono adottati nodi a sfera cava saldati. Il diametro della sfera è determinato in base al numero di aste e alle dimensioni della sezione e vengono selezionati φ200×8 (nodi generali) e φ250×10 (nodi di supporto con grande forza); il consumo di acciaio dei nodi è controllato a circa il 18% del consumo totale di acciaio della rete, in linea con il livello convenzionale del settore.

 

Combinato con l'area trapezoidale, la disposizione della griglia e le dimensioni della sezione, considerando il consumo di acciaio dei nodi e degli accessori di collegamento (bulloni, saldature) (calcolato come 10% del consumo totale di acciaio), il consumo totale di acciaio della struttura a griglia di questo progetto è calcolato come segue (escluse le fondamenta e la struttura delle colonne, solo per la parte della griglia):

 

Corda superiore: La lunghezza totale è di circa 3860 m. Il peso per metro del tubo d'acciaio φ168×6 è 24,7 kg e il peso per metro del tubo d'acciaio φ180×8 è 35,8 kg, per un totale di circa 102,3 t;

 

Corda inferiore: La lunghezza totale è di circa 3720 m. Il peso per metro del tubo d'acciaio φ159×6 è 22,6 kg e il peso per metro del tubo d'acciaio φ168×6 è 24,7 kg, per un totale di circa 85,7 t;

 

Membri Web: La lunghezza totale è di circa 7980 m. Il peso per metro del tubo d'acciaio φ114×4 è 10,8 kg e il peso per metro del tubo d'acciaio φ127×5 è 15,1 kg, per un totale di circa 96,2 t;

 

Nodi e accessori di collegamento: Il consumo totale di acciaio è di circa 28,4t (calcolato come il 10% del peso totale delle suddette aste);

 

Consumo totale di acciaio della rete: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Il consumo unitario di acciaio è di circa 18,2 kg/㎡ (calcolato in base all'area media del piano trapezoidale), che è in linea con l'intervallo di consumo unitario di acciaio convenzionale delle strutture a griglia a doppio-strato (15~20 kg/㎡) e presenta una buona economia.

 

 

1. Migliore adattabilità della campata: per la campata media- di 23~24 m, la struttura a griglia può sfruttare appieno la forza assiale delle aste, evitare dimensioni eccessive della sezione delle aste, ridurre il peso proprio- e risparmiare sul consumo di acciaio, che è più economico della struttura a traliccio.

 

2. Integrità spaziale più forte: la struttura a griglia è un sistema spaziale tridimensionale, che può adattarsi meglio al piano trapezoidale del magazzino, disperdere efficacemente la concentrazione di stress locale e ha una migliore adattabilità ai carichi asimmetrici (come i carichi di impilamento sul tetto), senza la necessità di aggiungere un gran numero di supporti fuori-del-piano, semplificando la struttura e riducendo le difficoltà di costruzione.

 

3. Maggiore rigidità e stabilità: l'intreccio spaziale delle aste fa sì che la struttura della griglia abbia un'eccellente rigidità e stabilità complessiva. Sotto il carico del vento e l'azione sismica, la deformazione è piccola, il che può soddisfare meglio i requisiti di sicurezza dei magazzini logistici (soprattutto considerando le caratteristiche sismiche del Perù) e la sicurezza operativa è maggiore.

 

4. Costruzione conveniente e periodo di costruzione breve: la struttura a griglia può essere prefabbricata in fabbrica, con elevata precisione di lavorazione e semplice installazione in loco-; i nodi sono standardizzati, il che è conveniente per l'assemblaggio e la costruzione e può abbreviare efficacemente il periodo di costruzione, il che è adatto alla domanda di costruzione di magazzini logistici su larga-scala.

 

5. Buona durata e facile manutenzione: la sezione circolare del tubo in acciaio non accumula facilmente polvere e acqua e ha una buona resistenza alla corrosione dopo il trattamento anticorrosione-; la struttura è semplice, il numero di parti vulnerabili è ridotto e i costi di manutenzione successivi sono bassi, il che è in linea con la domanda operativa a lungo termine- dei magazzini logistici.

 

 

1. Costi iniziali di progettazione ed elaborazione più elevati: la struttura della griglia è un sistema spaziale, la progettazione è più complessa e il requisito per la precisione dell'elaborazione dei nodi è maggiore; i nodi a sfera cava saldati hanno costi di lavorazione più elevati rispetto ai nodi a traliccio, il che porta a costi di progettazione e lavorazione iniziali più elevati.

 

2. Requisiti più elevati per la tecnologia di costruzione: l'-installazione in loco della struttura a griglia richiede attrezzature di sollevamento e squadre di costruzione professionali ed è strettamente richiesta la precisione di installazione di nodi e aste. Rispetto alla struttura reticolare, la soglia della tecnologia di costruzione è più elevata e il costo di costruzione potrebbe essere leggermente aumentato.

 

3. Numero maggiore di aste e nodi: rispetto alla struttura reticolare, la struttura a griglia ha più aste e nodi, il che aumenta in una certa misura il carico di lavoro del trasporto del materiale e dell'assemblaggio in loco, ma questo svantaggio può essere compensato dalla prefabbricazione in fabbrica e dalla costruzione standardizzata.

 

In combinazione con le caratteristiche del progetto (piano trapezoidale, campata di 23~24 m, requisiti di carico del magazzino logistico e requisiti sismici in Perù), la struttura a griglia è più adatta per questo progetto rispetto alla struttura a traliccio. Sebbene il costo iniziale di progettazione ed elaborazione della struttura a griglia sia leggermente superiore, presenta evidenti vantaggi in termini di adattabilità della campata, integrità spaziale, rigidità e stabilità e può ridurre efficacemente i costi di manutenzione successivi e garantire il funzionamento sicuro a lungo termine del magazzino. Dal punto di vista dell'economia e della sicurezza globale, il suggerimento di ottimizzazione di passare dalla struttura a traliccio alla struttura a griglia è ragionevole e fattibile.