Projekt logističnega skladišča v Peruju: strukturna analiza mreže in shema oblikovanja

Projekt logističnega skladišča v Peruju: Strukturna analiza mreže in shema oblikovanja

 

Ta projekt je logistično skladišče v Peruju s trapezoidno glavno ravnino. Dimenzije jedra so: širina 80,59~114,1 m (dve vzporedni stranici trapeza), dolžina 190 m, višina stavbe 15,2 m; strukturni razpon je 23 ~ 24 m, razmik med stebri (razdalja med vsakim razponom) pa 22 m. Naročnikova prvotna zasnova je sprejela strukturo palic. Na podlagi velikosti razpona, značilnosti obremenitve in zahtev glede uporabe logističnega skladišča CBC predlaga optimizacijo strukturne oblike na mrežno strukturo. Sledi podrobna analiza s štirih vidikov: strukturna sila, zasnova jeklenega okvirja, prerez materiala in doziranje ter prednosti in slabosti te strukturne oblike.

 

 

 

Nosilna konstrukcija je ravninski{0}}nosilni sistem, ki je v glavnem sestavljen iz zgornjih tetiv, spodnjih tetiv in spletnih členov. Njegove sile-nosilne značilnosti so skoncentrirane v ravnini: zgornje tetive prenašajo pritisk, spodnje tetive prenašajo napetost, prečni členi (diagonalni in navpični členi) pa prenašajo strižno silo. Celotna obremenitev je uravnotežena z aksialno silo elementov. V kombinaciji s projektnimi parametri ima njegova moč-očitne omejitve:

 

1. Nezadostna prilagodljivost razpona: Razpon tega projekta doseže 23~24m, kar spada v kategorijo srednjega-razpona (v skladu s Tehnično specifikacijo za prostorske mrežne konstrukcije JGJ 7-2010 je srednji razpon 30m~60m, 23~24m pa je blizu spodnje meje srednjega razpona). Za rešetkasto strukturo pod tem razponom je treba močno povečati velikost prereza tetiv in spletnih členov, da bi izpolnili zahteve glede trdnosti in stabilnosti, kar bo verjetno povzročilo odvečne člene, povečano lastno težo in slabo ekonomičnost.

 

2. Neuravnotežena prostorska sila: ravnina skladišča je trapezna. Kot ravna konstrukcija je nosilec težko prilagoditi prostorski porazdelitvi sile trapezne ravnine in verjetno bo prišlo do lokalne koncentracije napetosti (zlasti v prehodnem območju trapezne širine); hkrati bodo asimetrične obremenitve, ki lahko obstajajo v logističnem skladišču, kot so obremenitve zlaganja na streho in obremenitve opreme, še povečale silo nosilca iz--ravnine, kar bo zahtevalo dodatne podporne sisteme in povečalo zapletenost načrtovanja.

 

3. Nezadostna splošna togost: togost nosilne konstrukcije je v glavnem odvisna od kooperativnega delovanja členov v ravnini, togost zunaj--ravnine pa je šibka. Pod obremenitvijo vetra in potresnim delovanjem (Peru se nahaja v potresnem območju, zato je treba upoštevati potresne zahteve) je enostavno ustvariti velik odklon in horizontalni premik, kar vpliva na varnost skladišča. Potrebne so dodatne podpore, ki so odporne na bočne premike, kar poveča težave pri gradnji in stroške.

 

Mrežna konstrukcija je prostorska paličasta sistemska konstrukcija, ki nastane s povezovanjem več palic skozi vozlišča po določenem zakonu, ki sledi ustreznim zahtevam Tehnične specifikacije za prostorske mrežne konstrukcije JGJ 7-2010. Njena nosilna lastnost je prostorska kooperativna sila, ki je za ta projekt primernejša od nosilne konstrukcije. Posebna analiza sile je naslednja:

 

1. Razumnejša{1}}nosilna oblika: Mrežna struktura je statično nedoločen-sistem visokega reda in predpostavlja se, da so vozlišča na tečajih. Palice večinoma prenašajo osno napetost ali pritisk, brez očitnega upogibnega momenta in strižne sile. Sila je enakomerna in pot prenosa sile je jasna, kar lahko v celoti omogoči natezne in tlačne lastnosti jekla, učinkovito zmanjša obremenitev sile ene same palice in se prilagodi zahtevanemu razponu 23 ~ 24 m.

 

2. Močna prostorska prilagodljivost: Za trapezoidno ravnino je mogoče optimizirati postavitev mreže (sprejem trikotnega piramidnega sistema ali štirikotnega piramidnega sistema), da se prilagodi postopnemu spreminjanju širine od 80,59 m do 114,1 m, pri čemer se izognemo lokalni koncentraciji napetosti; hkrati pa njegove prostorske nosilne lastnosti-mogočajo učinkovito razpršitev asimetričnih obremenitev (kot so obremenitve strešnega zlaganja in obremenitve opreme), ne da bi bilo treba dodajati veliko število podpor--izven ravnine, strukturna celovitost pa je močnejša.

 

3. Odlična togost in stabilnost: palice mrežne strukture so prepletene, da tvorijo tri-dimenzionalni prostorski{2}}nosilni sistem, skupna togost pa je veliko višja kot pri nosilni strukturi. Pri obremenitvi vetra in potresnem delovanju je mogoče upogib in vodoravni premik nadzorovati v območju, ki ga dovoljuje specifikacija (v skladu s specifikacijo upogib pod živo obremenitvijo strehe ne sme presegati 1/250 razpona); hkrati pa lahko trikotna piramida kot najmanjša geometrično invariantna enota, ki sestavlja prostorsko strukturo, izboljša celotno stabilnost konstrukcije, ne da bi bilo treba vzpostaviti kompleksen sistem, odporen na stranske premike.

 

4. Prilagodljivost obremenitve: v kombinaciji z značilnostmi obremenitve logističnega skladišča (mrtva obremenitev strehe, živa obremenitev, obremenitev prahu in možna obremenitev opreme) lahko mrežna struktura enakomerno prenese obremenitev na nosilce z razumno razdelitvijo velikosti mreže, pri čemer se izogne ​​strukturni poškodbi, ki jo povzroči prekomerna lokalna obremenitev; hkrati lahko izpolnjuje zahteve potresne utrdbe, potresno delovanje pa se izračuna z metodo odzivnega spektra superpozicije, da se zagotovi varnost konstrukcije v potresnih pogojih.

 

 

V kombinaciji z zahtevami glede trapezne velikosti, razpona in obremenitve tega projekta mrežna struktura sprejme dvo-slojno štirikotno piramidno mrežo (primerno za trapezoidno ravnino, s preprosto strukturo, enotno silo in primerno za tovarniško proizvodnjo in-namestitev na mestu). Zasnova jeklenega okvirja sledi načelu "varnost in uporabnost, ekonomičnost in racionalnost". Specifična shema je naslednja (vsi materiali so izbrani v skladu z lokalnimi perujskimi standardi in nacionalnimi standardi, jeklo Q355B pa je prednostno za uravnoteženje moči in ekonomičnosti):

 

1. Postavitev mreže: Sprejeta je dvo-slojna štirikotna piramidna mreža z velikostjo mreže 2,5 m × 2,5 m (primerno za 22 m razmika med stolpci, da se zagotovi enakomerna sila palic); število mrež na ozkem koncu trapeza (širine 80,59 m) je 32×76 (smer širine × smer dolžine), število mrež na širokem koncu (širine 114,1 m) pa 46×76. Območje prehoda realizira gradient širine s prilagajanjem kota mreže, da se prepreči koncentracija napetosti.

 

2. Višina mreže: skupaj z razponom 23~24 m je višina mreže 2,2 m (razmerje višine-razpona je približno 1/11, kar izpolnjuje zahtevo "razmerje višine-razpona mreže je lahko 1/18~1/10" v specifikaciji), kar zagotavlja strukturno togost in stabilnost ter izpolnjuje omejitev višine zgradbe 15,2 m.

 

3. Zasnova podpore: Sprejeta je mešana oblika periferne podpore in točkovne podpore. Podpore so postavljene na ozkem koncu, širokem koncu in na obeh straneh dolžinske smeri. Nosilci so drsni nosilci iz PTFE (v skladu z novimi strukturnimi zahtevami specifikacije), ki lahko učinkovito sprostijo temperaturne obremenitve in hkrati prenašajo navpične in vodoravne sile; podporna vozlišča uporabljajo varjena votla kroglasta vozlišča, da zagotovijo zanesljivost povezave.

 

 

Glede na analizo sile, odsek palice sprejme krožno jekleno cev (simetrične značilnosti odseka, enotna sila, enostavna obdelava in povezava). Velikosti presekov palic v različnih delih so naslednje (v kombinaciji z rezultati izračuna notranje sile, ki izpolnjujejo zahteve glede trdnosti, togosti in stabilnosti):

Zgornji akord: Medvedji pritisk. Glede na notranjo silo so izbrane krožne jeklene cevi φ168×6 (ozek konec in prehodno območje) in φ180×8 (območje z veliko silo na širokem koncu); razmerje vitkosti je nadzorovano znotraj 150, da se izpolnijo zahteve glede stabilnosti kompresijskih elementov.

Spodnji akord: Medvedja napetost. izbrane so okrogle jeklene cevi φ159×6 (ozek konec) in φ168×6 (široki konec); razmerje vitkosti je nadzorovano znotraj 200, da se izpolnijo zahteve glede togosti napenjalnih elementov, preverjanje stabilnosti pa ni potrebno (potrebno je le preverjanje trdnosti).

Spletni členi (diagonalni členi in navpični členi): prenašajo aksialno silo z relativno majhno silo. izbrane so krožne jeklene cevi φ114×4 (splošno območje) in φ127×5 (prehodno območje z veliko silo); kot med diagonalnim členom in tetivo je nadzorovan med 40 in 60 stopinjami, da se zagotovi učinkovitost prenosa sile.

Vozlišča: Uporabljena so varjena votla krogla. Premer krogle je določen glede na število palic in velikost odseka, izbrani pa so φ200×8 (splošna vozlišča) in φ250×10 (podporna vozlišča z veliko silo); poraba jekla v vozliščih je nadzorovana pri približno 18 % celotne porabe jekla v omrežju, kar je v skladu s konvencionalno ravnjo industrije.

 

V kombinaciji s trapezoidnim območjem, postavitvijo mreže in velikostjo odseka, ob upoštevanju porabe jekla vozlišč in povezovalnih dodatkov (vijakov, zvarov) (izračunano kot 10 % celotne porabe jekla), se skupna poraba jekla mrežne strukture tega projekta izračuna na naslednji način (brez strukture temeljev in stebrov, samo za del mreže):

 

Zgornja tetiva: Skupna dolžina je približno 3860m. Teža na meter jeklene cevi φ168×6 je 24,7 kg, teža na meter jeklene cevi φ180×8 pa 35,8 kg, kar skupaj znaša približno 102,3 t;

 

Spodnja tetiva: Skupna dolžina je približno 3720m. Teža na meter jeklene cevi φ159×6 je 22,6 kg, teža na meter jeklene cevi φ168×6 pa 24,7 kg, kar skupaj znaša približno 85,7 t;

 

Spletni člani: Skupna dolžina je približno 7980m. Teža na meter jeklene cevi φ114×4 je 10,8 kg, teža na meter jeklene cevi φ127×5 pa 15,1 kg, skupaj približno 96,2 t;

 

Vozlišča in povezovalni dodatki: skupna poraba jekla je približno 28,4 t (izračunano kot 10 % skupne teže zgornjih palic);

 

Skupna poraba jekla v omrežju: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Poraba jekla na enoto je približno 18,2 kg/㎡ (izračunano na podlagi povprečne površine trapezne ravnine), kar je v skladu z običajnim obsegom porabe jekla na enoto dvo-slojnih mrežnih struktur (15~20 kg/㎡) in ima dobro ekonomičnost.

 

 

1. Boljša prilagodljivost razpona: za srednji-razpon 23~24m lahko rešetkasta struktura v celoti izkoristi aksialno silo palic, se izogne ​​preveliki velikosti preseka palic, zmanjša lastno-težo in prihrani porabo jekla, kar je bolj ekonomično kot paličasta struktura.

 

2. Močnejša prostorska celovitost: Mrežna struktura je tri-dimenzionalni prostorski sistem, ki se lahko bolje prilagodi trapezni ravnini skladišča, učinkovito razprši koncentracijo lokalnih napetosti in ima boljšo prilagodljivost asimetričnim obremenitvam (kot so obremenitve zlaganja na strehi), ne da bi bilo treba dodati veliko število podpor iz--ravnine, kar poenostavi strukturo in zmanjšanje težav pri gradnji.

 

3. Večja togost in stabilnost: prostorsko prepletanje palic omogoča odlično splošno togost in stabilnost mrežne strukture. Pod obremenitvijo vetra in potresnim delovanjem je deformacija majhna, kar lahko bolje izpolnjuje varnostne zahteve logističnih skladišč (zlasti glede na seizmične značilnosti Peruja), varnost delovanja pa je višja.

 

4. Priročna konstrukcija in kratek čas gradnje: mrežno strukturo je mogoče tovarniško izdelati z visoko natančnostjo obdelave in preprosto na-namestitvijo na kraju samem; vozlišča so standardizirana, kar je primerno za montažo in gradnjo ter lahko učinkovito skrajšajo obdobje gradnje, kar je primerno za zahteve po gradnji velikih-logističnih skladišč.

 

5. Dobra vzdržljivost in enostavno vzdrževanje: na odseku okrogle jeklene cevi se težko nabira prah in voda ter ima dobro korozijsko odpornost po proti-korozijski obdelavi; struktura je preprosta, število ranljivih delov je majhno, poznejši stroški vzdrževanja pa nizki, kar je v skladu z dolgoročno-operativnostjo logističnih skladišč.

 

 

1. Višji začetni stroški zasnove in obdelave: Mrežna struktura je prostorski sistem, zasnova je bolj zapletena in zahteva po natančnosti obdelave vozlišča je višja; varjena votla kroglasta vozlišča imajo višje stroške obdelave kot nosilna vozlišča, kar vodi do višjih začetnih stroškov načrtovanja in obdelave.

 

2. Višje zahteve za gradbeno tehnologijo: -montaža mrežne strukture na kraju samem zahteva strokovno opremo za dviganje in gradbene ekipe, natančnost namestitve vozlišč in palic pa je strogo zahtevana. V primerjavi s paličasto konstrukcijo je prag tehnologije gradnje višji, stroški gradnje pa se lahko nekoliko povečajo.

 

3. Večje število palic in vozlišč: V primerjavi s paličasto strukturo ima mrežasta struktura več palic in vozlišč, kar do določene mere poveča delovno obremenitev transporta materiala in-montaže na mestu, vendar je to pomanjkljivost mogoče izravnati s tovarniško montažo in standardizirano konstrukcijo.

 

V kombinaciji z značilnostmi projekta (trapezna ravnina, razpon 23 ~ 24 m, zahteve glede obremenitve logističnega skladišča in potresne zahteve v Peruju) je mrežna struktura primernejša za ta projekt kot nosilna struktura. Čeprav so začetni stroški zasnove in obdelave mrežne strukture nekoliko višji, ima očitne prednosti v prilagodljivosti razpona, prostorski celovitosti, togosti in stabilnosti ter lahko učinkovito zmanjša kasnejše stroške vzdrževanja in zagotovi dolgoročno-varno delovanje skladišča. Z vidika celovitega gospodarstva in varnosti je predlog za optimizacijo prehoda s paličaste strukture na mrežno strukturo razumen in izvedljiv.