Fertiglagerprojekt von Peru Logistics: Strukturanalyse und Entwurfsschema

Peru Logistics Warehouse-Projekt: Strukturanalyse und Entwurfsschema

 

 

Bei diesem Projekt handelt es sich um ein Logistiklager in Peru mit einer trapezförmigen Hauptebene. Die wichtigsten Dimensionsparameter sind: Breite 80,59–114,1 m (die beiden parallelen Seiten des Trapezes), Länge 190 m und Gebäudehöhe 15,2 m; Die strukturelle Spannweite beträgt 23 bis 24 m und der Stützenabstand (Abstand zwischen den einzelnen Spannweiten) beträgt 22 m. Der ursprüngliche Entwurf des Kunden basiert auf einer Fachwerkkonstruktion. Basierend auf der Spannweite, den Belastungseigenschaften und den Nutzungsanforderungen des Logistiklagers schlägt CBC dem Kunden eine Rasterstruktur vor. Dadurch können die Anforderungen des Kunden perfekt erfüllt und der Gesamtstahlverbrauch gesenkt werden.

 

 

Die Fachwerkstruktur ist ein flächiges, krafttragendes System, das hauptsächlich aus Obergurten, Untergurten und Stegträgern besteht. Seine krafttragenden Eigenschaften sind in der Ebene konzentriert: Die Obergurte tragen Druck, die Untergurte tragen Spannung und die Stegelemente (Diagonalelemente und Vertikalelemente) übertragen Scherkräfte. Die Gesamtlast wird durch die Axialkraft der Stäbe ausgeglichen. In Kombination mit den Projektparametern weist die Kraftaufnahme offensichtliche Einschränkungen auf:

1. Unzureichende Anpassungsfähigkeit der Spannweite: Die Spannweite dieses Projekts erreicht 23–24 m, was zur Kategorie der mittleren Spannweite gehört (gemäß der Technischen Spezifikation für Weltraumgitterstrukturen JGJ 7-2010 beträgt die mittlere Spannweite 30–60 m, und 23–24 m liegen nahe an der Untergrenze der mittleren Spannweite). Für die Fachwerkstruktur unter dieser Spannweite ist es notwendig, die Querschnittsgröße der Gurte und Stegelemente erheblich zu vergrößern, um die Festigkeits- und Stabilitätsanforderungen zu erfüllen, was wahrscheinlich zu redundanten Elementen, erhöhtem Eigengewicht und schlechter Wirtschaftlichkeit führt.

2. Unausgeglichene Raumkraft: Die Lagerebene ist trapezförmig. Da es sich um eine ebene Struktur handelt, ist es schwierig, das Fachwerk an die räumliche Kraftverteilung der Trapezebene anzupassen, und es ist wahrscheinlich, dass lokale Spannungskonzentrationen auftreten (insbesondere im Übergangsbereich der Trapezbreite). Gleichzeitig verstärken die asymmetrischen Lasten, die im Logistiklager auftreten können, wie z. B. Stapellasten auf dem Dach und Gerätelasten, die Kraft des Fachwerks außerhalb der Ebene zusätzlich, was zusätzliche Stützsysteme erfordert und die Designkomplexität erhöht.

3. Unzureichende Gesamtsteifigkeit: Die Steifigkeit der Fachwerkstruktur hängt hauptsächlich von der kooperativen Wirkung der Elemente in der Ebene ab, und die Steifigkeit außerhalb der Ebene ist schwach. Unter Windlast und seismischer Einwirkung (Peru liegt in einer seismischen Zone, daher müssen seismische Anforderungen berücksichtigt werden) kann es leicht zu großen Durchbiegungen und horizontalen Verschiebungen kommen, was die Sicherheit des Lagers beeinträchtigt. Es sind zusätzliche, gegen seitliche Verschiebungen resistente Stützen erforderlich, was den Bauaufwand und die Kosten erhöht.

 

 

Die Gitterstruktur ist eine räumliche Stabsystemstruktur, die durch die Verbindung mehrerer Stäbe durch Knoten gemäß einem bestimmten Gesetz gebildet wird und den relevanten Anforderungen der Technischen Spezifikation für Weltraumgitterstrukturen JGJ 7-2010 entspricht. Seine krafttragende Eigenschaft ist die räumliche Kooperationskraft, die für dieses Projekt besser geeignet ist als die Fachwerkstruktur. Die spezifische Kraftanalyse ist wie folgt:

1. Vernünftigere krafttragende Form: Die Gitterstruktur ist ein statisch unbestimmtes System hoher Ordnung, und es wird angenommen, dass die Knoten gelenkig sind. Die Stäbe tragen hauptsächlich axiale Spannung oder Druck, ohne dass Biegemomente und Scherkräfte erkennbar sind. Die Kraft ist gleichmäßig und der Kraftübertragungsweg ist klar, wodurch die Zug- und Druckeigenschaften von Stahl voll zur Geltung kommen, die Kraftbelastung einer einzelnen Stange effektiv reduziert und an die Spannweite von 23 bis 24 m angepasst werden kann.

2. Starke räumliche Anpassungsfähigkeit: Für die Trapezebene kann das Rasterlayout optimiert werden (Annahme eines dreieckigen Pyramidensystems oder eines viereckigen Pyramidensystems), um sich an die allmähliche Änderung der Breite von 80,59 m auf 114,1 m anzupassen und lokale Spannungskonzentrationen zu vermeiden; Gleichzeitig ist es aufgrund seiner räumlichen Kraftaufnahmeeigenschaften in der Lage, asymmetrische Lasten (z. B. Dachstapellasten und Ausrüstungslasten) effektiv zu verteilen, ohne dass eine große Anzahl von Stützen außerhalb der Ebene hinzugefügt werden muss, und die strukturelle Integrität ist stärker.

3. Hervorragende Steifigkeit und Stabilität: Die Stäbe der Gitterstruktur sind miteinander verwoben und bilden ein dreidimensionales räumliches Kraftlagersystem. Die Gesamtsteifigkeit ist viel höher als die der Fachwerkstruktur. Unter Windlast und seismischer Einwirkung können die Durchbiegung und die horizontale Verschiebung innerhalb des in der Spezifikation zulässigen Bereichs kontrolliert werden (gemäß der Spezifikation darf die Durchbiegung unter Dachlast 1/250 der Spannweite nicht überschreiten); Gleichzeitig kann die dreieckige Pyramide als kleinste geometrisch invariante Einheit, aus der die räumliche Struktur besteht, die Gesamtstabilität der Struktur verbessern, ohne dass ein komplexes System zur Widerstandsfähigkeit gegen seitliche Verschiebungen aufgebaut werden muss.

4. Lastanpassungsfähigkeit: In Kombination mit den Lasteigenschaften des Logistiklagers (Dachlast, Nutzlast, Staublast und mögliche Gerätelast) kann die Gitterstruktur die Last durch eine sinnvolle Aufteilung der Gittergröße gleichmäßig auf die Stützen übertragen und so Strukturschäden durch übermäßige lokale Belastung vermeiden; Gleichzeitig kann es die Anforderungen an die seismische Befestigung erfüllen und die seismische Wirkung wird mit der Methode des Modenüberlagerungs-Reaktionsspektrums berechnet, um die Sicherheit der Struktur unter seismischen Bedingungen zu gewährleisten.

 

 

In Kombination mit der trapezförmigen Größe, der Spannweite und den Lastanforderungen dieses Projekts nimmt die Gitterstruktur ein zweischichtiges viereckiges Pyramidengitter an (geeignet für trapezförmige Ebenen, mit einfacher Struktur, gleichmäßiger Kraft und praktisch für die Fabrikproduktion und die Installation vor Ort). Die Stahlrahmenkonstruktion folgt dem Prinzip „Sicherheit und Anwendbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Rationalität“. Das konkrete Schema ist wie folgt (alle Materialien werden in Übereinstimmung mit lokalen peruanischen Standards und nationalen Standards ausgewählt, und Q355B-Stahl wird bevorzugt, um Festigkeit und Wirtschaftlichkeit in Einklang zu bringen):

 

1. Gitteranordnung: Es wird ein zweischichtiges viereckiges Pyramidengitter mit einer Gittergröße von 2,5 m x 2,5 m verwendet (geeignet für einen Säulenabstand von 22 m, um eine gleichmäßige Kraft der Stäbe sicherzustellen); Die Anzahl der Gitter am schmalen Ende des Trapezes (80,59 m breit) beträgt 32×76 (Breitenrichtung × Längenrichtung) und die Anzahl der Gitter am breiten Ende (114,1 m breit) beträgt 46×76. Der Übergangsbereich realisiert einen Breitengradienten durch Anpassen des Gitterwinkels, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.

2. Gitterhöhe: In Kombination mit der Spannweite von 23 bis 24 m beträgt die Gitterhöhe 2,2 m (das Höhenspannweitenverhältnis beträgt etwa 1/11, was der Anforderung „Das Höhenspannweitenverhältnis des Gitters kann 1/18 bis 1/10 betragen“ in der Spezifikation entspricht), wodurch die strukturelle Steifigkeit und Stabilität gewährleistet und die Grenze der Gebäudehöhe von 15,2 m eingehalten wird.

3. Unterstützungsdesign: Es wird eine Mischform aus peripherer Unterstützung und Punktunterstützung verwendet. Die Stützen werden am schmalen Ende, am breiten Ende und auf beiden Seiten der Längsrichtung angebracht. Bei den Stützen handelt es sich um PTFE-Gleitstützen (im Einklang mit den neuen strukturellen Anforderungen der Spezifikation), die Temperaturspannungen effektiv abbauen und gleichzeitig vertikale und horizontale Kräfte übertragen können; Die Stützknoten bestehen aus geschweißten Hohlkugelknoten, um die Zuverlässigkeit der Verbindung zu gewährleisten.

 

Gemäß der Kraftanalyse nimmt der Querschnitt der Stange ein kreisförmiges Stahlrohr an (symmetrische Querschnittseigenschaften, gleichmäßige Kraft, einfache Verarbeitung und Verbindung). Die Querschnittsgrößen der Stäbe in verschiedenen Teilen sind wie folgt (kombiniert mit den Ergebnissen der Schnittkraftberechnung, um die Anforderungen an Festigkeit, Steifigkeit und Stabilität zu erfüllen):

Obergurt: Druck aushalten. Entsprechend der inneren Kraft werden runde Stahlrohre φ168×6 (schmales Ende und Übergangsbereich) und φ180×8 (Bereich mit großer Kraft am breiten Ende) ausgewählt; Das Schlankheitsverhältnis wird auf 150 eingestellt, um den Stabilitätsanforderungen von Druckelementen gerecht zu werden.

Unterer Akkord: Spannung aushalten. Es werden kreisförmige Stahlrohre mit φ159×6 (schmales Ende) und φ168×6 (breites Ende) ausgewählt; Das Schlankheitsverhältnis wird innerhalb von 200 kontrolliert, um die Steifigkeitsanforderungen von Zuggliedern zu erfüllen, und eine Stabilitätsprüfung ist nicht erforderlich (nur eine Festigkeitsprüfung ist erforderlich).

Stegelemente (diagonale Elemente und vertikale Elemente): Übertragen Axialkräfte mit relativ geringer Kraft. Es werden kreisförmige Stahlrohre mit φ114×4 (allgemeiner Bereich) und φ127×5 (Übergangsbereich mit großer Kraft) ausgewählt; Der Winkel zwischen dem Diagonalelement und der Sehne wird auf einen Wert zwischen 40 und 60 Grad eingestellt, um eine effiziente Kraftübertragung sicherzustellen.

Knoten: Es werden geschweißte Hohlkugelknoten übernommen. Der Kugeldurchmesser wird entsprechend der Anzahl der Stäbe und der Abschnittsgröße bestimmt und φ200×8 (allgemeine Knoten) und φ250×10 (Stützknoten mit großer Kraft) ausgewählt; Der Stahlverbrauch der Knoten wird auf etwa 18 % des gesamten Stahlverbrauchs des Netzes begrenzt, was dem herkömmlichen Niveau der Branche entspricht.

 

In Kombination mit der Trapezfläche, dem Rasterlayout und der Abschnittsgröße und unter Berücksichtigung des Stahlverbrauchs von Knoten und Verbindungszubehör (Bolzen, Schweißnähte) (berechnet als 10 % des gesamten Stahlverbrauchs) wird der gesamte Stahlverbrauch der Gitterstruktur dieses Projekts wie folgt berechnet (ohne Fundament und Säulenstruktur, nur für den Gitterteil):

Obergurt: Die Gesamtlänge beträgt ca. 3860m. Das Gewicht pro Meter eines Stahlrohrs mit einem Durchmesser von 168 x 6 beträgt 24,7 kg, und das Gewicht pro Meter eines Stahlrohrs mit einem Durchmesser von 180 x 8 beträgt 35,8 kg, was insgesamt etwa 102,3 t ergibt.

Untergurt: Die Gesamtlänge beträgt ca. 3720m. Das Gewicht pro Meter eines Stahlrohrs φ159×6 beträgt 22,6 kg, und das Gewicht pro Meter eines Stahlrohrs φ168×6 beträgt 24,7 kg, was insgesamt etwa 85,7 t ergibt;

Web-Mitglieder: Die Gesamtlänge beträgt ca. 7980m. Das Gewicht pro Meter eines Stahlrohrs φ114×4 beträgt 10,8 kg, und das Gewicht pro Meter eines Stahlrohrs φ127×5 beträgt 15,1 kg, was insgesamt etwa 96,2 t ergibt;

Knoten und Verbindungszubehör: Der Gesamtstahlverbrauch beträgt etwa 28,4 t (berechnet als 10 % des Gesamtgewichts der oben genannten Stäbe);

Gesamtstahlverbrauch des Gitters: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Der Stahleinheitsverbrauch liegt bei etwa 18,2 kg/㎡ (berechnet auf der Grundlage der durchschnittlichen Fläche der Trapezebene), was mit dem herkömmlichen Stahleinheitsverbrauchsbereich von zweischichtigen Gitterstrukturen (15–20 kg/㎡) übereinstimmt und eine gute Wirtschaftlichkeit aufweist.

 

 

1. Bessere Anpassungsfähigkeit der Spannweite: Bei einer mittleren Spannweite von 23 bis 24 m kann die Gitterstruktur die Axialkraft der Stäbe voll ausnutzen, übermäßige Abschnittsgrößen der Stäbe vermeiden, das Eigengewicht reduzieren und den Stahlverbrauch senken, was wirtschaftlicher ist als die Fachwerkstruktur.

2. Stärkere räumliche Integrität: Die Gitterstruktur ist ein dreidimensionales räumliches System, das sich besser an die trapezförmige Ebene des Lagers anpassen kann, die lokale Spannungskonzentration effektiv verteilt und eine bessere Anpassungsfähigkeit an asymmetrische Lasten (z. B. Stapellasten auf dem Dach) aufweist, ohne dass eine große Anzahl von Stützen außerhalb der Ebene hinzugefügt werden muss, was die Struktur vereinfacht und die Konstruktionsschwierigkeiten verringert.

3. Höhere Steifigkeit und Stabilität: Durch die räumliche Verflechtung der Stäbe weist die Gitterstruktur insgesamt eine hervorragende Steifigkeit und Stabilität auf. Unter Windlast und seismischer Einwirkung ist die Verformung gering, wodurch die Sicherheitsanforderungen von Logistiklagern besser erfüllt werden können (insbesondere unter Berücksichtigung der seismischen Eigenschaften Perus) und die Betriebssicherheit höher ist.

4. Bequeme Konstruktion und kurze Bauzeit: Die Gitterstruktur kann im Werk vorgefertigt werden, mit hoher Verarbeitungspräzision und einfacher -Installation vor Ort; Die Knoten sind standardisiert, was für Montage und Bau praktisch ist und die Bauzeit effektiv verkürzen kann, was für den Baubedarf großer Logistiklager geeignet ist.

5. Gute Haltbarkeit und einfache Wartung: Der kreisförmige Stahlrohrabschnitt sammelt nicht leicht Staub und Wasser und weist nach der Korrosionsschutzbehandlung eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Die Struktur ist einfach, die Anzahl der gefährdeten Teile ist gering und die späteren Wartungskosten sind gering, was den langfristigen Betriebsanforderungen von Logistiklagern entspricht.

 

 

1. Höhere anfängliche Entwurfs- und Verarbeitungskosten: Die Gitterstruktur ist ein räumliches System, das Design ist komplexer und die Anforderungen an die Genauigkeit der Knotenverarbeitung sind höher. Die geschweißten Hohlkugelknoten haben höhere Verarbeitungskosten als die Fachwerkknoten, was zu höheren anfänglichen Entwurfs- und Verarbeitungskosten führt.

2. Höhere Anforderungen an die Bautechnik: Die -Installation der Gitterstruktur vor Ort erfordert professionelle Hebezeuge und Bauteams, und die Installationsgenauigkeit von Knoten und Stangen ist unbedingt erforderlich. Im Vergleich zur Fachwerkkonstruktion ist die bautechnische Schwelle höher und die Baukosten können leicht erhöht sein.

3. Größere Anzahl von Stäben und Knoten: Im Vergleich zur Fachwerkstruktur verfügt die Gitterstruktur über mehr Stäbe und Knoten, was den Arbeitsaufwand für den Materialtransport und die -Montage vor Ort bis zu einem gewissen Grad erhöht. Dieser Nachteil kann jedoch durch werkseitige Vorfertigung und standardisierte Konstruktion ausgeglichen werden.

 

 

In Kombination mit den Projekteigenschaften (trapezförmige Ebene, 23–24 m Spannweite, Anforderungen an die Belastung des Logistiklagers und seismische Anforderungen in Peru) ist die Gitterstruktur für dieses Projekt besser geeignet als die Fachwerkstruktur. Obwohl die anfänglichen Entwurfs- und Verarbeitungskosten der Gitterstruktur etwas höher sind, bietet sie offensichtliche Vorteile in Bezug auf die Anpassungsfähigkeit der Spannweite, die räumliche Integrität, die Steifigkeit und die Stabilität und kann die späteren Wartungskosten effektiv reduzieren und den langfristigen sicheren Betrieb des Lagers gewährleisten. Unter dem Gesichtspunkt umfassender Wirtschaftlichkeit und Sicherheit ist der Optimierungsvorschlag, von der Fachwerkstruktur auf die Gitterstruktur umzusteigen, sinnvoll und umsetzbar.