Проект логістичного складу в Перу: структурний аналіз мережі та схема проектування

Проект логістичного складу в Перу: структурний аналіз мережі та схема проектування

 

Цей проект є логістичним складом у Перу з трапецієподібною основною площиною. Основні розміри: ширина 80,59~114,1 м (дві паралельні сторони трапеції), довжина 190 м, висота будівлі 15,2 м; структурний проліт становить 23 ~ 24 м, а відстань між колонами (відстань між кожним прольотом) становить 22 м. Оригінальний проект клієнта прийняв кроквяну конструкцію. Виходячи з розміру прольоту, характеристик навантаження та вимог до використання логістичного складу, CBC пропонує оптимізувати структурну форму до сітчастої структури. Нижче наведено детальний аналіз з чотирьох аспектів: структурна сила, конструкція сталевої рами, перетин матеріалу та дозування, а також переваги та недоліки цієї конструктивної форми.

 

 

 

Кроквяна конструкція — це плоска система{0}}несучої сили, яка в основному складається з верхніх поясів, нижніх поясів і елементів перетинки. Його силові -характеристики опори зосереджені в площині: верхні пояси сприймають тиск, нижні пояси — натяг, а перетинчасті елементи (діагональні елементи та вертикальні елементи) передають силу зсуву. Загальне навантаження врівноважується осьовою силою елементів. У поєднанні з параметрами проекту його сила-має очевидні обмеження:

 

1. Недостатня адаптивність прольоту: проліт цього проекту досягає 23~24м, що належить до середньої-категорії прольоту (згідно з Технічною специфікацією для космічних конструкцій сітки JGJ 7-2010, середній проліт становить 30м~60м, а 23~24м близький до нижньої межі середнього прольоту). Для фермової конструкції під цим прольотом необхідно значно збільшити розмір перерізу поясів і елементів перетинки, щоб відповідати вимогам міцності та стійкості, що, ймовірно, призведе до надлишкових елементів, збільшення власної ваги та поганої економії.

 

2. Неврівноважена просторова сила: Площина складу має форму трапеції. Будучи планарною структурою, ферму важко пристосувати до просторового розподілу сил трапецієподібної площини, і, ймовірно, виникне локальна концентрація напруги (особливо в області переходу ширини трапеції); водночас асиметричні навантаження, які можуть існувати на складі логістики, такі як навантаження на дах та навантаження обладнання, ще більше посилять--силу ферми, вимагаючи додаткових опорних систем і збільшуючи складність конструкції.

 

3. Недостатня загальна жорсткість: Жорсткість конструкції ферми в основному залежить від спільної дії елементів у площині, а жорсткість-з-площини є слабкою. Під вітровим навантаженням і сейсмічним впливом (Перу розташована в сейсмічній зоні, тому необхідно враховувати сейсмічні вимоги) легко створити значний прогин і горизонтальне зміщення, що впливає на безпеку складу. Потрібні додаткові опори, стійкі до бічних зміщень, що збільшує складність будівництва та вартість.

 

Конструкція сітки – це просторова структура стрижневої системи, утворена шляхом з’єднання кількох стрижнів через вузли за певним законом, дотримуючись відповідних вимог Технічної специфікації для конструкцій космічної сітки JGJ 7-2010. Його несучою характеристикою є просторова кооперативна сила, яка більше підходить для цього проекту, ніж фермена конструкція. Конкретний аналіз сили виглядає наступним чином:

 

1. Розумніша форма-несучої сили: структура сітки є статично невизначеною системою високого-порядку, і передбачається, що вузли шарнірні. Стрижні в основному несуть осьовий натяг або тиск, без очевидного згинального моменту та зсувної сили. Зусилля рівномірне, а шлях передачі сили чіткий, що може повністю відтворити властивості сталі на розтяг і стиснення, ефективно зменшити силове навантаження на один стрижень і адаптуватися до вимог прольоту 23 ~ 24 м.

 

2. Сильна просторова адаптивність: для трапецієподібної площини макет сітки можна оптимізувати (використовуючи систему трикутної піраміди або систему чотирикутної піраміди), щоб адаптуватися до поступової зміни ширини від 80,59 м до 114,1 м, уникаючи локальної концентрації напруги; у той же час його просторові силові-несучі характеристики дозволяють ефективно розподіляти асиметричні навантаження (такі як навантаження на дах та навантаження обладнання), без необхідності додавати велику кількість--неплощинних опор, а структурна цілісність міцніша.

 

3. Відмінна жорсткість і стабільність: стрижні сітки переплітаються між собою, щоб утворити тривимірну-систему, що несе силу, і загальна жорсткість набагато вища, ніж у фермової конструкції. Під вітровим навантаженням і сейсмічним впливом прогин і горизонтальне зміщення можна контролювати в межах діапазону, дозволеного специфікацією (відповідно до специфікації, прогин під дією навантаження на дах не повинен перевищувати 1/250 прольоту); в той же час трикутна піраміда, як найменша геометрично інваріантна одиниця, що утворює просторову структуру, може покращити загальну стабільність конструкції без необхідності встановлювати складну стійку до бічних зміщень систему.

 

4. Придатність до навантаження: у поєднанні з характеристиками навантаження логістичного складу (стабільне навантаження на дах, постійне навантаження, пилове навантаження та можливе навантаження на обладнання), структура сітки може рівномірно передавати навантаження на опори шляхом розумного розподілу розміру сітки, уникаючи структурних пошкоджень, спричинених надмірним локальним навантаженням; в той же час, він може відповідати вимогам сейсмічного укріплення, а сейсмічна дія розраховується за методом спектра відгуку суперпозиції режиму, щоб забезпечити безпеку конструкції в сейсмічних умовах.

 

 

У поєднанні з трапецієподібним розміром, прольотом і вимогами до навантаження цього проекту структура сітки використовує подвійну-шарову чотирикутну пірамідну сітку (підходить для трапецієподібної площини, має просту структуру, рівномірну силу та зручну для фабричного виробництва та -встановлення на місці). Конструкція сталевої рами відповідає принципу «безпека і придатність, економічність і раціональність». Конкретна схема виглядає наступним чином (усі матеріали вибираються відповідно до місцевих стандартів Перу та національних стандартів, а сталь Q355B надається перевагу для балансу між міцністю та економічністю):

 

1. Розташування сітки: використовується подвійна -шарова чотирикутна піраміда з розміром сітки 2,5 м × 2,5 м (придатна для 22-метрової відстані між стовпчиками для забезпечення рівномірної сили стрижнів); кількість сіток у вузькому кінці трапеції (шириною 80,59 м) дорівнює 32×76 (напрямок ширини × напрямок довжини), а кількість сіток у широкому кінці (шириною 114,1 м) дорівнює 46×76. Область переходу реалізує градієнт ширини, регулюючи кут сітки, щоб уникнути концентрації напруги.

 

2. Висота сітки: у поєднанні з прольотом 23~24 м висота сітки становить 2,2 м (співвідношення висоти-прольоту становить близько 1/11, що відповідає вимозі «співвідношення висоти-прольоту сітки може становити 1/18~1/10» у специфікації), забезпечуючи структурну жорсткість і стабільність і дотримуючись обмеження висоти будівлі 15,2м.

 

3. Конструкція опори: приймається змішана форма периферійної опори та точкової опори. Опори встановлюються на вузькому кінці, широкому кінці та з обох боків від напрямку довжини. Опори є ковзними опорами з PTFE (відповідно до нових структурних вимог специфікації), які можуть ефективно знімати температурні навантаження та передавати вертикальні та горизонтальні сили одночасно; опорні вузли використовують зварні порожнисті сферичні вузли для забезпечення надійності з'єднання.

 

 

Відповідно до аналізу сили, секція стрижня приймає круглу сталеву трубу (симетричні характеристики секції, рівномірна сила, легка обробка та з'єднання). Розміри перетину стрижнів у різних частинах наступні (з урахуванням результатів розрахунку внутрішньої сили, що відповідає вимогам міцності, жорсткості та стійкості):

Верхній акорд: ведмежий тиск. Відповідно до внутрішньої сили вибираються круглі сталеві труби φ168×6 (вузький кінець і перехідна область) і φ180×8 (область з великою силою на широкому кінці); коефіцієнт стрункості контролюється в межах 150, щоб відповідати вимогам стабільності компресійних елементів.

Нижній акорд: Ведмежа напруга. вибираються круглі сталеві труби φ159×6 (вузький кінець) і φ168×6 (широкий кінець); коефіцієнт стрункості контролюється в межах 200, щоб відповідати вимогам жорсткості розтягнутих елементів, і перевірка стабільності не потрібна (потрібна лише перевірка міцності).

Перетинчасті елементи (діагональні елементи та вертикальні елементи): передають осьову силу з відносно невеликою силою. φ114×4 (загальна площа) і φ127×5 (перехідна зона з великою силою) вибираються круглі сталеві труби; кут між діагональним елементом і хордою контролюється між 40 градусами ~ 60 градусами, щоб забезпечити ефективність передачі сили.

Вузли: використовуються зварні порожнисті сферичні вузли. Діаметр сфери визначається відповідно до кількості стрижнів і розміру перерізу, а також вибирається φ200×8 (загальні вузли) і φ250×10 (опорні вузли з великою силою); споживання сталі вузлами контролюється на рівні близько 18% від загального споживання сталі сіткою, що відповідає звичайному рівню галузі.

 

У поєднанні з трапецієподібною площею, розташуванням сітки та розміром секції, враховуючи споживання сталі для вузлів і з’єднувальних аксесуарів (болти, зварні шви) (розраховується як 10% від загального споживання сталі), загальне споживання сталі для конструкції сітки цього проекту розраховується наступним чином (за винятком конструкції фундаменту та колони, лише для частини сітки):

 

Верхній пояс: Загальна довжина близько 3860 м. Вага на метр сталевої труби φ168×6 становить 24,7 кг, а вага на метр сталевої труби φ180×8 становить 35,8 кг, що становить близько 102,3 т;

 

Нижня хорда: Загальна довжина близько 3720 м. Вага на метр сталевої труби φ159×6 становить 22,6 кг, а вага на метр сталевої труби φ168×6 становить 24,7 кг, що становить близько 85,7 т;

 

Веб-учасники: Загальна довжина близько 7980 м. Вага на метр сталевої труби φ114×4 становить 10,8 кг, а вага на метр сталевої труби φ127×5 становить 15,1 кг, що становить близько 96,2 т;

 

Вузли та сполучні аксесуари: Загальна витрата сталі становить близько 28,4 т (у розрахунку 10% від загальної ваги вищевказаних стрижнів);

 

Загальне споживання сталі для мережі: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6 т. Споживання сталі на одиницю становить близько 18,2 кг/㎡ (розраховується на основі середньої площі трапецієподібної площини), що відповідає звичайному діапазону споживання сталі на одиницю дво-шарових сіткових конструкцій (15~20 кг/㎡) і має хорошу економію.

 

 

1. Краща адаптованість прольоту: для середнього-прольоту 23~24 м конструкція решітки може повністю використовувати осьову силу стрижнів, уникати надмірного розміру перетину стрижнів, зменшувати-власну вагу та заощаджувати споживання сталі, що є більш економічним, ніж фермена конструкція.

 

2. Сильніша просторова цілісність: сітка — це три{1}}вимірна просторова система, яка може краще адаптуватися до трапецієподібної площини складу, ефективно розсіювати локальну концентрацію напруги та має кращу адаптивність до асиметричних навантажень (таких як навантаження на дах), без необхідності додавати велику кількість опор--площини, що спрощує конструкцію і зменшення складності будівництва.

 

3. Вища жорсткість і стабільність: просторове переплетення стрижнів робить структуру сітки чудовою загальною жорсткістю і стабільністю. Під вітровим навантаженням і сейсмічним впливом деформація невелика, що може краще відповідати вимогам безпеки логістичних складів (особливо враховуючи сейсмічні характеристики Перу), а безпека експлуатації вища.

 

4. Зручна конструкція та короткий термін будівництва: конструкцію сітки можна зібрати на заводі з високою точністю обробки та простим -встановленням на місці; вузли стандартизовані, що зручно для складання та будівництва, і можуть ефективно скоротити період будівництва, що підходить для попиту на будівництво велико-масштабних логістичних складів.

 

5. Хороша довговічність і легке обслуговування: кругова сталева труба не легко накопичує пил і воду, і має гарну корозійну стійкість після анти-корозійної обробки; структура проста, кількість вразливих частин невелика, а подальші витрати на технічне обслуговування низькі, що відповідає-вимогам довгострокової експлуатації логістичних складів.

 

 

1. Більш високі початкові витрати на проектування та обробку: структура сітки є просторовою системою, дизайн є більш складним, і вимога до точності обробки вузлів є вищою; зварні порожнисті сферичні вузли мають вищу вартість обробки, ніж вузли ферми, що призводить до вищих початкових витрат на проектування та обробку.

 

2. Підвищені вимоги до технології будівництва: -встановлення сітки на місці потребує професійного підйомного обладнання та будівельних бригад, а також суворо вимагається точність встановлення вузлів і стрижнів. Порівняно з кроквяною конструкцією технологічний поріг будівництва вище, а вартість будівництва може бути трохи збільшена.

 

3. Більша кількість стрижнів і вузлів: порівняно з фермовою конструкцією сітка має більше стрижнів і вузлів, що певною мірою збільшує робоче навантаження на транспортування матеріалів і-складання на місці, але цей недолік можна компенсувати заводським виготовленням і стандартизованою конструкцією.

 

У поєднанні з характеристиками проекту (трапецієподібна площина, проліт 23~24 м, вимоги до навантаження на логістичні склади та вимоги до сейсмічної стійкості в Перу), сітка більше підходить для цього проекту, ніж фермена конструкція. Незважаючи на те, що початкові витрати на проектування та обробку сітки дещо вищі, вона має очевидні переваги в адаптованості прольоту, просторовій цілісності, жорсткості та стабільності, а також може ефективно зменшити подальші витрати на технічне обслуговування та забезпечити довгострокову-безпечну роботу складу. З точки зору комплексної економії та безпеки, пропозиція щодо оптимізації переходу від фермової конструкції до сітчастої конструкції є розумною та здійсненною.