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        某中型單層立體物流倉庫的輕鋼結構設計與分析

          信息來源:   發布時間:2022-02-11  點擊數:

        1 工程概況

        項目位于湖北省黃岡市產業園區,總建筑面積為33746㎡,分立體庫和分揀車間。其中立體庫為單層輕鋼廠房,長110.6m,寬108.2m,建筑高度為32.5m。

        建筑結構的安全等級為二級,主體結構的設計使用年限為50年,屋面活荷載取0.5k N/m2,屋面恒荷載取0.6k N/m2,基本雪壓取0.60k N/m2(100年一遇),基本風壓取0.35k N/m2,地面粗糙度類別為B類,抗震設防烈度為6度,設計基本地震加速度值0.05g,設計地震分組為第一組,場地類別為Ⅱ類,抗震設防類別為丙類,阻尼比取0.05。

        2 結構整體概況

        本項目為單層門式鋼架輕型房屋,承重結構采用格構+實腹式鋼架,屋蓋采用壓型鋼板屋面和冷彎薄壁型鋼檁條,外墻采用壓型鋼板墻面板和彎薄壁型鋼墻梁。

        立體庫的建筑高度為32.5m,單用實腹式鋼架已無法滿足承載能力的要求,所以本項目采用了格構式鋼柱加實腹式鋼柱的階形柱形式。格構式鋼柱較實腹式鋼柱具有縱向穩定性更好、抗彎剛度大、側向變形(撓度)小的優點。實腹式鋼柱則在經濟性上更具優勢。綜上考慮,采取兩者相結合的結構形式以滿足結構承載能力的要求并取得相對較好的經濟技術指標。另外鋼柱腹板設置縱向加勁肋,增強構件局部穩定性。柱間系統采用型鋼交叉支撐分層設置。屋面橫向和縱向支撐系統采用鋼性系桿交叉支撐設置。

        主要鋼柱、鋼梁截面為(鋼材材質為Q345B):

        鋼梁1—H(1000~800)×350×10×14;

        鋼梁2—H800×300×8×12;

        鋼柱1(上段實腹柱)—H1000×380×10×16;

        鋼柱2(下段中柱格構柱)—2H600×300×10×14;

        鋼柱3(下段邊柱格構柱)—2H600×300×14×14;

        抗風柱1(實腹柱)—H500×300×8×16;抗風柱2(格構柱)—2H350×200×8×12。結構布置詳見圖1~5。

        圖1 屋面水平支撐布置圖

        圖1 屋面水平支撐布置圖  下載原圖


        圖2中間跨鋼架布置圖

        圖2中間跨鋼架布置圖  下載原圖


        圖3邊跨鋼架布置圖

        圖3邊跨鋼架布置圖  下載原圖


        圖4 4B-1~4B-5軸柱間支撐布置圖

        圖4 4B-1~4B-5軸柱間支撐布置圖  下載原圖


        圖5 SPA2000整體計算模型

        圖5 SPA2000整體計算模型  下載原圖


        3 計算程序及計算模型

        本項目采用中國建筑科學院編制的PKPM鋼結構設計軟件(10版V4.3-2018年9月30日)鋼結構二維設計門式剛架取單榀剛架和抗風柱分別建立計算模型分析。柱間支撐采用型鋼交叉支撐按壓桿設計。屋面橫向和縱向支撐系統采用鋼性系桿和型鋼水平交叉支撐分別按壓桿設計。

        為保證結構安全可靠,本項目除了二維計算之外,還采用有限元分析軟件SPA2000建立結構三維整體計算模型的結構動力特性驗證分析,并將兩種計算模型產生的結果進行包絡設計。

        4 寬厚比驗算

        本工程是采用壓型鋼板輕型屋蓋的單層鋼結構廠房,設防地震烈度為6度。采用“低延性,高彈性承載力”性能化設計方法。按抗震規范[1]第9.2.14-2條,輕屋蓋廠房,塑性耗能區板件寬厚比限值可根據其承載力的高低按性能目標確定;塑性耗能區外板件寬厚比限值,可采用現行鋼結構設計標準[2]彈性設計階段的板件寬厚比;限值構件的強度和穩定的承載力均滿足高承載力——2倍多遇地震作用下的要求。故塑性耗能區及塑性耗能區以外構件均可采用現行鋼結構設計標準[2]的彈性準則設計以保證腹板不發生局部屈曲,來確定板件寬厚比/高厚比。因此鋼梁和鋼柱實腹柱(上段)按鋼結構設計標準[2]中的表3.5.1-壓彎和受彎構件的截面板件寬厚比等級及限值選用S4級彈性截面作為局部穩定控制。鋼柱格構柱(下段)按鋼結構設計標準[2]中的軸心受壓構件第7.3.1條進行局部穩定驗算。

        具體寬厚比驗算如表1所示。

        5 階形柱計算長度系數計算

        鋼柱上下實腹柱和格構柱的計算長度系數應按照鋼結構標準[2]第8.3.3條計算確定,計算結果見如圖6所示。然后將計算得到的計算長度系數輸入SPA2000構件參數中進行整體穩定性分析。

          

        表1 主要鋼柱、鋼梁寬厚比驗算  下載原圖



        表1 主要鋼柱、鋼梁寬厚比驗算

        注:εk為鋼號修正系數;b為H形截面的翼緣外伸寬度;t、h0、tw分別代表翼緣厚度、腹板凈高和腹板厚度;λ為構件的較大長細比。

        圖6 平面內計算長度系數

        圖6 平面內計算長度系數  下載原圖


        6 結構動力特性分析

        立體物流倉庫的結構自振周期與振型如表2所示。

          

        表2 立體物流倉庫自振周期與振型  下載原圖



        表2 立體物流倉庫自振周期與振型

        第1振型周期與第1平動周期之比Tt/T1=1.307/1.623=0.805小于0.9,滿足抗震規范的要求[1]。

        7 承載能力極限狀態和正常使用極限狀態驗算

        7.1 承載能力極限狀驗算結果

        小震彈性計算立體物流倉庫構件在各個荷載組合工況下的承載力驗算應力結果如圖7—圖10所示。

        7.2 正常使用極限狀驗算結果

        正常使用極限狀態下,立體物流倉庫主體結構位移驗算如圖11所示。

        圖7 1.3恒載+1.5x0.7活載+1.5風壓力工況桿件應力/k Pa

        圖7 1.3恒載+1.5x0.7活載+1.5風壓力工況桿件應力/k Pa  下載原圖


        圖8 1.0恒載+1.5風吸力工況桿件應力/k Pa

        圖8 1.0恒載+1.5風吸力工況桿件應力/k Pa  下載原圖


        圖9 1.2重力荷載代表值+1.3EX+0.5EZ工況桿件應力/k Pa

        圖9 1.2重力荷載代表值+1.3EX+0.5EZ工況桿件應力/k Pa  下載原圖


        圖1 0 1.2重力荷載代表值+1.3EY+0.5EZ工況桿件應力/k Pa

        圖1 0 1.2重力荷載代表值+1.3EY+0.5EZ工況桿件應力/k Pa  下載原圖


        1.0恒載+1.0活載+1.5風壓力工況下,立體物流倉庫位移如圖11所示,柱頂最大水平位移為0.066m,小于限值(1/400)×32.5=0.081m。

        圖1 1 1.0恒載+1.0活載+1.0風壓力工況下立體物流倉庫位移/m

        圖1 1 1.0恒載+1.0活載+1.0風壓力工況下立體物流倉庫位移/m  下載原圖


        立體物流倉庫柱頂水平位移均能滿足《鋼結構設計標準》(GB 50017—2017)單層鋼結構柱頂水平位移不宜超過H/400的要求。受彎構件的強度、撓度等指標均滿足相關國家規范[2]。

        8 結語

        鋼結構是一種節能環保型、能循環使用的綠色建筑結構,符合國家大力發展節能省地型建筑,建設資源節約型社會的長期政策導向。接下來幾年必會是鋼結構在我國快速發展、高質量發展的階段。本項目組設計人員通過格構式鋼柱加實腹式鋼柱的階形柱形式,以及合理利用抗震規范[1]的基礎上對板件寬厚比進行放大,在滿足建筑使用要求下大大優化了用鋼量,取得相對較好的經濟技術指標。

        最后分別采用二維和三維計算模型的分析,將兩種計算模型產生的結果進行包絡設計,在考慮經濟性的同時又保證結構設計的合理安全。以此為后續類似項目的實施具有一定的參考意義。

        標簽: 倉庫 倉庫管理



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