Proyecto De Almacén Prefabricado Logístico Perú: Análisis Estructural Y Esquema De Diseño

Proyecto Almacén Logístico Perú: Análisis Estructural y Esquema de Diseño

 

 

Este proyecto es una nave logística en Perú, de plano principal trapezoidal. Los parámetros dimensionales centrales son: ancho 80,59~114,1 m (los dos lados paralelos del trapecio), longitud en 190 m y altura del edificio en 15,2 m; el tramo estructural es de 23 a 24 m y el espacio entre columnas (distancia entre cada tramo) es de 22 m. El diseño original del cliente adoptó una estructura de celosía. En función del tamaño de la luz, las características de carga y los requisitos de uso del almacén logístico, CBC sugiere al cliente una estructura reticular. que puede satisfacer perfectamente los requisitos de los clientes y reducir el uso general de acero.

 

 

La estructura de celosía es un sistema de soporte de fuerza-planar, compuesto principalmente por cuerdas superiores, cuerdas inferiores y miembros del alma. Sus características de soporte de fuerza-se concentran en el plano: los cordones superiores soportan presión, los cordones inferiores soportan tensión y los miembros del alma (miembros diagonales y verticales) transmiten fuerza cortante. La carga total está equilibrada por la fuerza axial de los miembros. Combinado con los parámetros del proyecto, su fuerza-tiene limitaciones obvias:

1. Adaptabilidad de luz insuficiente: la luz de este proyecto alcanza los 23 ~ 24 m, que pertenece a la categoría de luz media- (de acuerdo con la Especificación Técnica para Estructuras de Rejilla Espacial JGJ 7-2010, la luz media es de 30 m ~ 60 m, y 23 ~ 24 m está cerca del límite inferior de la luz media). Para la estructura de celosía bajo este tramo, es necesario aumentar considerablemente el tamaño de la sección de los cordones y los miembros del alma para cumplir con los requisitos de resistencia y estabilidad, lo que probablemente conducirá a miembros redundantes, mayor peso propio y mala economía.

2. Fuerza espacial desequilibrada: El plano del almacén es trapezoidal. Como estructura plana, es difícil adaptar la armadura a la distribución espacial de fuerzas del plano trapezoidal y es probable que se produzca una concentración de tensiones locales (especialmente en el área de transición del ancho trapezoidal); al mismo tiempo, las cargas asimétricas que pueden existir en el almacén logístico, como cargas de apilamiento en el techo y cargas de equipos, agravarán aún más la fuerza fuera-fuera del plano-de la armadura, lo que requerirá sistemas de soporte adicionales y aumentará la complejidad del diseño.

3. Rigidez general insuficiente: la rigidez de la estructura de celosía depende principalmente de la acción cooperativa de los miembros en el plano, y la rigidez fuera-de-plano es débil. Bajo la carga del viento y la acción sísmica (Perú está ubicado en una zona sísmica, por lo que se deben considerar los requisitos sísmicos), es fácil producir grandes deflexiones y desplazamientos horizontales, lo que afecta la seguridad del almacén. Se requieren soportes adicionales resistentes al desplazamiento lateral, lo que aumenta la dificultad y el costo de la construcción.

 

 

La estructura de rejilla es una estructura de sistema de varillas espaciales, formada conectando múltiples varillas a través de nodos de acuerdo con una ley determinada, siguiendo los requisitos pertinentes de la Especificación técnica para estructuras de rejilla espacial JGJ 7-2010. Su característica de soporte de fuerza es la fuerza cooperativa espacial, que es más adecuada para este proyecto que la estructura de celosía. El análisis de fuerza específica es el siguiente:

1. Forma de soporte de fuerza-más razonable: la estructura de la cuadrícula es un sistema estáticamente indeterminado de orden alto-y se supone que los nodos están articulados. Las varillas soportan principalmente tensión o presión axial, sin momento de flexión ni fuerza de corte evidentes. La fuerza es uniforme y la ruta de transmisión de la fuerza es clara, lo que puede aprovechar al máximo las propiedades de tracción y compresión del acero, reducir efectivamente la carga de fuerza de una sola varilla y adaptarse al requisito de luz de 23 ~ 24 m.

2. Fuerte adaptabilidad espacial: para el plano trapezoidal, el diseño de la cuadrícula se puede optimizar (adoptando un sistema piramidal triangular o un sistema piramidal cuadrangular) para adaptarse al cambio gradual de ancho de 80,59 ma 114,1 m, evitando la concentración de tensiones locales; al mismo tiempo, sus características de soporte de fuerza espacial-le permiten dispersar eficazmente cargas asimétricas (como cargas de apilamiento de techos y cargas de equipos), sin la necesidad de agregar una gran cantidad de soportes fuera-fuera-del plano, y la integridad estructural es más fuerte.

3. Excelente rigidez y estabilidad: las varillas de la estructura de rejilla están entrelazadas para formar un -sistema de soporte de fuerza espacial- tridimensional, y la rigidez general es mucho mayor que la de la estructura de celosía. Bajo carga de viento y acción sísmica, la deflexión y el desplazamiento horizontal se pueden controlar dentro del rango permitido por la especificación (según la especificación, la deflexión bajo carga viva del techo no debe exceder 1/250 del claro); al mismo tiempo, la pirámide triangular, como la unidad geométricamente invariante más pequeña que compone la estructura espacial, puede mejorar la estabilidad general de la estructura, sin la necesidad de establecer un complejo sistema resistente al desplazamiento lateral.

4. Adaptabilidad de la carga: combinada con las características de carga del almacén logístico (carga muerta del techo, carga viva, carga de polvo y posible carga del equipo), la estructura de la rejilla puede transmitir uniformemente la carga a los soportes al dividir razonablemente el tamaño de la rejilla, evitando daños estructurales causados ​​por una carga local excesiva; al mismo tiempo, puede cumplir con los requisitos de fortificación sísmica y la acción sísmica se calcula mediante el método del espectro de respuesta de superposición de modos para garantizar la seguridad de la estructura en condiciones sísmicas.

 

 

Combinado con el tamaño trapezoidal, la luz y los requisitos de carga de este proyecto, la estructura de la rejilla adopta una rejilla piramidal cuadrangular de doble-capa (adecuada para el plano trapezoidal, con estructura simple, fuerza uniforme y conveniente para la producción en fábrica y la instalación en el sitio). El diseño de la estructura de acero sigue el principio de "seguridad y aplicabilidad, economía y racionalidad". El esquema específico es el siguiente (todos los materiales se seleccionan de acuerdo con los estándares locales peruanos y nacionales, y se prefiere el acero Q355B para equilibrar resistencia y economía):

 

1. Diseño de cuadrícula: se adopta una cuadrícula piramidal cuadrangular de doble-capa, con un tamaño de cuadrícula de 2,5 mx 2,5 m (adecuada para un espaciado de columnas de 22 m para garantizar una fuerza uniforme de las varillas); el número de cuadrículas en el extremo estrecho del trapezoide (80,59 m de ancho) es 32 × 76 (dirección de ancho × dirección de longitud), y el número de cuadrículas en el extremo ancho (114,1 m de ancho) es 46 × 76. El área de transición realiza un gradiente de ancho ajustando el ángulo de la rejilla para evitar la concentración de tensiones.

2. Altura de la rejilla: Combinada con la luz de 23~24m, la altura de la rejilla es de 2,2m (la relación de altura-la luz es de aproximadamente 1/11, lo que cumple con el requisito de "la relación de altura-la luz de la rejilla puede ser de 1/18~1/10" en la especificación), lo que garantiza la rigidez y estabilidad estructural, y cumple con el límite de altura del edificio de 15,2m.

3. Diseño de soporte: se adopta una forma mixta de soporte periférico y punto de apoyo. Los soportes se colocan en el extremo estrecho, el extremo ancho y ambos lados de la dirección longitudinal. Los soportes son soportes deslizantes de PTFE (de acuerdo con los nuevos requisitos estructurales de la especificación), que pueden liberar eficazmente el estrés térmico y transmitir fuerzas verticales y horizontales al mismo tiempo; los nodos de soporte adoptan nodos de esfera hueca soldados para garantizar la confiabilidad de la conexión.

 

Según el análisis de fuerza, la sección de la varilla adopta un tubo de acero circular (características de sección simétrica, fuerza uniforme, fácil procesamiento y conexión). Los tamaños de las secciones de las varillas en diferentes partes son los siguientes (combinados con los resultados del cálculo de la fuerza interna, cumpliendo con los requisitos de resistencia, rigidez y estabilidad):

Acorde superior: Presión del oso. De acuerdo con la fuerza interna, se seleccionan tubos de acero circulares de φ168×6 (extremo estrecho y área de transición) y φ180×8 (área con gran fuerza en el extremo ancho); la relación de esbeltez se controla dentro de 150 para cumplir con los requisitos de estabilidad de los miembros de compresión.

Cuerda inferior: Tensión de oso. Se seleccionan tubos de acero circulares de φ159×6 (extremo estrecho) y φ168×6 (extremo ancho); la relación de esbeltez se controla dentro de 200 para cumplir con los requisitos de rigidez de los miembros de tensión, y no se requiere verificación de estabilidad (solo se requiere verificación de resistencia).

Miembros del alma (miembros diagonales y miembros verticales): transmiten fuerza axial, con fuerza relativamente pequeña. Se seleccionan tubos de acero circulares de φ114×4 (área general) y φ127×5 (área de transición con gran fuerza); El ángulo entre el miembro diagonal y la cuerda se controla entre 40 grados y 60 grados para garantizar la eficiencia de la transmisión de fuerza.

Nodos: Se adoptan nodos de esfera hueca soldada. El diámetro de la esfera se determina según el número de varillas y el tamaño de la sección, y se seleccionan φ200×8 (nodos generales) y φ250×10 (nodos de soporte con gran fuerza); El consumo de acero de los nodos se controla en aproximadamente el 18% del consumo total de acero de la red, lo que está en línea con el nivel convencional de la industria.

 

Combinado con el área trapezoidal, el diseño de la rejilla y el tamaño de la sección, considerando el consumo de acero de los nodos y accesorios de conexión (pernos, soldaduras) (calculado como el 10% del consumo total de acero), el consumo total de acero de la estructura de la rejilla de este proyecto se calcula de la siguiente manera (excluyendo la estructura de cimientos y columnas, solo para la parte de la rejilla):

Cuerda superior: La longitud total es de unos 3860 m. El peso por metro de la tubería de acero φ168×6 es de 24,7 kg y el peso por metro de la tubería de acero φ180×8 es de 35,8 kg, lo que totaliza aproximadamente 102,3 t;

Cuerda inferior: La longitud total es de unos 3720 m. El peso por metro de la tubería de acero φ159×6 es de 22,6 kg y el peso por metro de la tubería de acero φ168×6 es de 24,7 kg, por un total de aproximadamente 85,7 t;

Miembros de la red: La longitud total es de unos 7980 m. El peso por metro de la tubería de acero φ114×4 es de 10,8 kg y el peso por metro de la tubería de acero φ127×5 es de 15,1 kg, por un total de aproximadamente 96,2 t;

Nodos y accesorios de conexión: el consumo total de acero es de aproximadamente 28,4 toneladas (calculado como el 10% del peso total de las varillas anteriores);

Consumo total de acero de la red: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. El consumo unitario de acero es de aproximadamente 18,2 kg/㎡ (calculado en base al área promedio del plano trapezoidal), lo que está en línea con el rango de consumo unitario de acero convencional de estructuras de rejilla de doble-capa (15~20 kg/㎡) y tiene una buena economía.

 

 

1. Mejor adaptabilidad de la luz: para la luz media-de 23~24 m, la estructura de rejilla puede aprovechar al máximo la fuerza axial de las varillas, evitar el tamaño excesivo de la sección de las varillas, reducir el peso propio-y ahorrar el consumo de acero, lo cual es más económico que la estructura de celosía.

2. Integridad espacial más sólida: la estructura de cuadrícula es un sistema espacial tridimensional-, que puede adaptarse mejor al plano trapezoidal del almacén, dispersar eficazmente la concentración de tensión local y tiene una mejor adaptabilidad a cargas asimétricas (como cargas de apilamiento en el techo), sin la necesidad de agregar una gran cantidad de soportes fuera-de-el plano, lo que simplifica la estructura y reduce la dificultad de construcción.

3. Mayor rigidez y estabilidad: el entrelazado espacial de las varillas hace que la estructura de la rejilla tenga una excelente rigidez y estabilidad general. Bajo la carga del viento y la acción sísmica, la deformación es pequeña, lo que puede cumplir mejor con los requisitos de seguridad de los almacenes logísticos (especialmente considerando las características sísmicas del Perú), y la seguridad de la operación es mayor.

4. Construcción conveniente y período de construcción corto: la estructura de rejilla se puede prefabricar en la fábrica, con alta precisión de procesamiento y una instalación simple en el sitio; los nodos están estandarizados, lo que es conveniente para el montaje y la construcción, y puede acortar efectivamente el período de construcción, lo cual es adecuado para la demanda de construcción de almacenes logísticos a gran-escala.

5. Buena durabilidad y fácil mantenimiento: en la sección circular de tubería de acero no es fácil acumular polvo y agua, y tiene buena resistencia a la corrosión después del tratamiento anticorrosión-; la estructura es simple, la cantidad de partes vulnerables es pequeña y el costo de mantenimiento posterior es bajo, lo que está en línea con la demanda operativa a largo plazo de los almacenes logísticos.

 

 

1. Mayor costo inicial de diseño y procesamiento: la estructura de la cuadrícula es un sistema espacial, el diseño es más complejo y los requisitos de precisión del procesamiento de nodos son mayores; Los nodos de esfera hueca soldados tienen un costo de procesamiento más alto que los nodos de armadura, lo que conduce a un mayor costo de diseño y procesamiento inicial.

2. Requisitos más altos para la tecnología de construcción: la instalación -in situ de la estructura de rejilla requiere equipos de elevación y equipos de construcción profesionales, y la precisión de instalación de nodos y varillas es estrictamente requerida. En comparación con la estructura de armadura, el umbral de tecnología de construcción es más alto y el costo de construcción puede aumentar ligeramente.

3. Mayor número de varillas y nodos: en comparación con la estructura de celosía, la estructura de rejilla tiene más varillas y nodos, lo que aumenta la carga de trabajo del transporte de materiales y el -ensamblaje en el sitio hasta cierto punto, pero esta desventaja puede compensarse mediante la prefabricación en fábrica y la construcción estandarizada.

 

 

Combinada con las características del proyecto (plano trapezoidal, luz de 23 ~ 24 m, requisitos de carga del almacén logístico y requisitos sísmicos en Perú), la estructura de rejilla es más adecuada para este proyecto que la estructura de celosía. Aunque el costo inicial de diseño y procesamiento de la estructura de rejilla es ligeramente mayor, tiene ventajas obvias en la adaptabilidad del tramo, la integridad espacial, la rigidez y la estabilidad, y puede reducir efectivamente el costo de mantenimiento posterior y garantizar la operación segura del almacén a largo plazo-. Desde la perspectiva de la economía y la seguridad integrales, la sugerencia de optimización de cambiar de una estructura de celosía a una estructura de rejilla es razonable y factible.