輕鋼結(jié)構(gòu)倉庫在物流業(yè)的應用

輕鋼結(jié)構(gòu)建筑在倉庫物流行業(yè)的使用近十幾年來，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)作為一種結(jié)構(gòu)形式簡單，加工，運輸，安裝方便，建設(shè)速度快的建筑形式，在很多行業(yè)得到了大量的使用，本文主要是對于我們公司在物流運輸行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的作一個介紹和探討。對于一般的單層物流倉庫而言，業(yè)主一般都希望跨度大，柱距大，貨架或貨物能夠放置得多；另外目前一般貨架都是由專業(yè)生產(chǎn)廠商提供的標準貨架，這樣對于門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋來說，就有跨度和柱距布置靈活的優(yōu)勢；另外建設(shè)周期短，施工現(xiàn)場環(huán)境好，同時由于結(jié)構(gòu)自重輕又減少了建筑物的基礎(chǔ)處理費用。因此在造價價上，功能上，環(huán)境等方面綜合考慮，輕型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢就顯得非常突出。目前這類建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計必須滿足的規(guī)范標準主要有：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準GB500688建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程JGJ82建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程JGJ81鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205建筑設(shè)計防火規(guī)范

GBJ50016鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范

GB

50205鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標準

GB

50221（所列規(guī)范中沒有寫修訂年份主要是規(guī)范的更新處于常態(tài)化，結(jié)構(gòu)工程師需要隨時了解最新動態(tài)；）設(shè)計中首先必須了解業(yè)主和建筑設(shè)計及相關(guān)專業(yè)設(shè)計的意圖，以滿足建筑工藝要求為前提，安全第一，把經(jīng)濟性和結(jié)構(gòu)方案和材料配置相結(jié)合，同時要考慮到加工，運輸，安裝的費用和便利性。在所設(shè)計的這些倉儲物流項目中，建筑上一般建筑設(shè)計已經(jīng)確定了跨度柱距，凈高等，但也有不少項目我們在前期就已介入，特別是技術(shù)支持那一方面，這樣便于我們提前了解項目的工藝物流情況，特別需要了解目前的貨架的尺寸，按貨架標準提出經(jīng)濟跨度和柱距的參考意見，特別需注意的是如果不按貨架的模數(shù)尺寸，反而造成浪費；另外作為倉儲物流建筑一般都有較多的大門，用于貨物進出，門的形式有平開門，提升門和推拉門，還有人員進出的小門，雨篷等；一般物流倉儲都會有一個大雨蓬，便于雨天也能進出貨物，同時還會有一些高窗，有的也有通風器樓等。這些方面在結(jié)構(gòu)設(shè)計時有不少針對性的做法需要注意，比如提升門和推拉門是否會和雨篷結(jié)構(gòu)相碰，比如大雨蓬的內(nèi)天溝和墻面圍梁布置，高窗結(jié)構(gòu)是否會有沖突，是否會影響墻面防水；轉(zhuǎn)角雨篷的結(jié)構(gòu)是否合理；雨篷上的高低屋面的局部積雪是否考慮；通風氣樓的位置下是否有結(jié)構(gòu)件影響，等等的綜合問題需要仔細考慮后在難以結(jié)構(gòu)專業(yè)自行解決時同建筑設(shè)計和業(yè)主進行有效的溝通找到合理的解決辦法。在與相關(guān)水，電，通風專業(yè)的協(xié)調(diào)中，主要是要了解懸掛在鋼結(jié)構(gòu)上的荷載狀況，詳細的數(shù)據(jù)及如何連接的節(jié)點詳圖，了解所有的進出水管，落水管，排水天溝，落水管的要求，有沒有消防噴淋，噴淋次管一般可以直接掛在檁條上，只要檁條的設(shè)計荷載考慮到使用情況，噴淋主管一般直徑較大，重量也要每米幾百公斤，要了解最大懸掛間距多大，是否要設(shè)懸掛架，還是局部檁條特殊加強，但這樣就要做到讓現(xiàn)場容易識別，哪些是加大的檁條可以懸掛主管；另外凈高的取值是否滿足相關(guān)工藝要求；天溝要了解是否有虹吸要求，如有虹吸要求是否和專業(yè)廠家已經(jīng)協(xié)調(diào)，關(guān)鍵要了解天溝大小尺寸，特別是天溝的深和寬，溢水口位置大小數(shù)量，落水斗的尺寸，設(shè)置數(shù)量情況，很重要的事是有虹吸的排水管一般尺寸較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮懸掛荷載；電纜橋架一般比較重，按照相關(guān)工藝要求，特別在橋架的進出口位置，可能電纜集中局部荷載很大，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計特別關(guān)注如何處理，同時要了解橋架本身要求的懸掛點的間距，位置等；通風設(shè)備主要要了解是否有屋面懸掛空調(diào)機，排風機，屋面上是否有空調(diào)設(shè)備，通風機是否需要特別的支座，這些設(shè)備的荷載數(shù)據(jù)，特別是運行時的荷載數(shù)據(jù)，要考慮設(shè)備震動影響，設(shè)備安裝時的路徑是否影響其他位置的結(jié)構(gòu)，安裝時一般采取臨時措施保證結(jié)構(gòu)安全，同時結(jié)合建筑專業(yè)，是否有采光板，通風采光天窗等，是否需要設(shè)置支座梁，要同相關(guān)專業(yè)廠家配合，分工明確，避免扯皮；上述所有相關(guān)專業(yè)的荷載資料中也要了解是否已經(jīng)包括掛架，支座等的結(jié)構(gòu)自重，這一點也非常重要。目前我們所設(shè)計的這類建筑結(jié)構(gòu)中，跨度一般在18米~30米、比較經(jīng)濟常用，柱距在6~9米比較常用；檐高9~12米。在橫向剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時應該考慮建筑設(shè)計選用的各種材料的自重，特別是墻體材料，要考慮到一般彩板墻和砌體墻的側(cè)移控制不一樣，砌體墻側(cè)移控制要嚴格一點，防止墻體開裂，影響美觀并容易漏水；在結(jié)構(gòu)計算時還需要考慮墻體質(zhì)量的抗震作用；在鋼架梁的設(shè)計中除考慮強度，穩(wěn)定外還要特別注意撓度控制，特別是在有屋面設(shè)備的位置，要了解和考慮設(shè)備本身對屋面梁的撓度要求；同時對剖度平緩的屋面要考慮產(chǎn)生撓度后的排水積雪影響；在縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要設(shè)置合理的支撐系統(tǒng)，計算時除了考慮風荷載的同時，也要考慮到抗震，特別是砌體墻（包括內(nèi)墻和外墻）的質(zhì)量對抗震的影響，除控制合理的強度穩(wěn)定變形外，也需要考慮砌體的變形控制，防止砌體開裂。在屋面梁設(shè)計時，按照《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102》隅撐可以作為屋面梁平面外的側(cè)向支點，這在一般情況是沒有問題的，但是在有屋脊氣樓開口大于一般的隅撐間距時，屋面梁這個部位的平面外計算長度需要另外設(shè)置平面外計算長度；同時如果跨度較小，荷載較小，這種情況下可能梁截面也很小，如果檁條和屋面梁的連接是用梁翼緣開孔方式時，需要考慮強度設(shè)計時的凈孔削弱；同時設(shè)計時還要考慮到工廠的加工便利和運輸條件，考慮合適的分段，分段點盡量選擇在受力較小部位，還要注意拼點位置不要和檁條，系桿相碰。關(guān)于隅撐設(shè)計，一般設(shè)計院的設(shè)計習慣用一個標準的角鋼作為隅撐，這在一般項目的情況下問題不大，但在某些梁截面大的項目中是不一定能滿足的；按門式剛架標準的公式6.1.6-1隅撐按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計；N=Af/(60COSθ)(fy/235)-1成對布置時每根隅撐的計算壓力可以減半；在我們公司的設(shè)計標準中有具體設(shè)計指導文件參考。關(guān)于鋼柱的設(shè)計，在一般性的此類項目設(shè)計時，平面外的計算長度也是根據(jù)隅撐的位置，取隅撐間的距離作為平面外的計算間距；但是在物流倉儲建筑設(shè)計時，可能有一個墻面全部用于進出貨，這樣可能整個墻面的每個柱距間都有較大的開口的門，這時必須結(jié)合墻面的圍梁設(shè)計，綜合考慮才能確定合適的隅撐位置；在很多物流建筑中，為便于管理，通常在四角或中間邊跨的局部，設(shè)有1~2間，單跨的小夾層，這些夾層通常作為辦公室用，一般設(shè)計中，夾層以下部位要求用鋼結(jié)構(gòu)和抗震規(guī)范來考慮，同時夾層上部的分隔墻體，吊頂以及夾層平臺的墻面也要重視，用輕鋼隔斷時要考慮鋼結(jié)構(gòu)的連接，用磚墻時要考慮磚墻荷載，抗震影響，以及磚墻和鋼結(jié)構(gòu)間的連接；另外需要注意的是，在STS平面建模計算剛架時，程序是不會考慮節(jié)點，拼板的局部設(shè)計，這些部位需要另行節(jié)點計算，而程序自帶的節(jié)點計算同目前的常規(guī)做法又有很多不一樣的地方，這些需要設(shè)計工程師另外進行設(shè)計計算的?？癸L柱：抗風柱設(shè)計有二種情況，一種抗風柱按梁柱形式設(shè)計，即抗風柱在抵抗水平風荷載的同時還承受屋面梁的垂直荷載，抗風柱設(shè)計的平面內(nèi)外的計算長度的平面內(nèi)外不要和柱的強軸弱軸相混淆，抗風柱的平面內(nèi)計算長度是指柱高，一般情況是無法改變的，除非中間部位另設(shè)抗風桁架，抗風柱的平面外在剛架平面內(nèi)，計算長度可以按隅撐的位置來調(diào)整；另一種是邊剛架也按中間剛架設(shè)計，抗風柱只承受水平風荷載，此時必須要考慮廠房的中柱在抵抗山墻方向的水平風荷載是在柱弱軸方向，一般按公司標準要求貼一個T 或做成十字形柱；無論是哪一種抗風柱的形式，變形控制也同柱設(shè)計一樣要考慮墻面的材料，特別是梁柱形式的抗風柱，如果變形太大，屋面垂直力還會有一個P-Δ效應，因此變形不能太大。支撐系統(tǒng)設(shè)計：支撐系統(tǒng)主要是要有一個完備的體系，一般的倉儲物流建筑沒有行車系統(tǒng)，所以屋面水平支撐系統(tǒng)比較簡單，特殊的地方時在抽柱的位置需要設(shè)置縱向水平支撐來傳遞水平力，需要注意的是檐口，屋脊必須設(shè)置剛性系桿，在支撐區(qū)段里的壓桿也為剛性系桿，如果柱距較大，剛性系桿截面會比較大，此時設(shè)計計算時不能忽略自重引起的垂直向的彎矩變形，如果屋面水平支撐不設(shè)在第一間，那么抗風柱位置對應的必須要有可靠的剛性縱向系桿以傳遞水平力；另外目前在這類輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中屋面支撐和原單層廠房很大的區(qū)別在于原來的單層廠房的屋面水平支撐一般只設(shè)置的一個區(qū)段的二端，而輕鋼建筑由于縱向伸縮縫可以做到300米，而一般3~4個柱距設(shè)置一道支撐來抵抗縱向水平荷載，這樣其實在第1道支撐后的節(jié)點位置的系桿并不全是傳遞拉力的，有相當一部分壓力也傳遞到第1道支撐后的系桿，因此在系桿布置時不能像原來的單層廠房一樣在水平支撐間用柔性系桿，如果用屋面檁條替代就必須要考慮檁條的壓力，這在STS的檁條設(shè)計的工具箱中有考慮，請勿忽視。另外在相對應的位置設(shè)置柱間支撐，常因物流行業(yè)可能有一個墻面在很大的范圍內(nèi)是不能設(shè)置X形支撐，因此可能會有很大部分，甚至全部只能用全部用門式支撐，這實際上就是一個縱向框架，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計就類似雙向框架。需要注意在一般不大的建筑中支撐用圓鋼拉桿就可以算夠，在此提醒一下設(shè)計圓鋼的強度用的應力比做到170*0.785/215=0.62;如果是角鋼支撐，請不要忘記單角鋼0.85，連接無墊板0.85，施工條件差0.9，這樣0.85*0.85*0.9=0.65(門3.3.1鋼3.4.2)，另外要注意的是角鋼焊接連接時，肢尖，肢背的受力分配系數(shù)不一樣，這一點在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要記住。懸掛結(jié)構(gòu)：在倉儲物流類的建筑中，懸掛結(jié)構(gòu)相對比較簡單，一般的消防噴淋次管不重，可以直接懸掛在結(jié)構(gòu)檁條上只要檁條設(shè)計時考慮荷載即可，但相對主管和電纜橋架就需要專門設(shè)置懸掛結(jié)構(gòu)，一般此處需要用型鋼來替代部分檁條用于懸掛主管和橋架，這部分的設(shè)計還要和具體的專業(yè)相配合，同時現(xiàn)場的安裝也要很明確，另外需要考慮的懸掛結(jié)構(gòu)的本身自重；對于輕鋼屋面檁條和圍梁設(shè)計一般荷載比較小，用STS比較容易計算，但是設(shè)計時也有幾個地方容易忽視；1.掛天溝的檁條，需要考慮天溝和積滿水的重量，特別是內(nèi)天溝；2.在女兒墻邊，高低跨的低側(cè)需要考慮局部積雪荷載，按2012版的荷載規(guī)范，局部積雪比原規(guī)范增加很多；3.在沿海風荷載控制的地區(qū)需要考慮邊區(qū)，角區(qū)的體形系數(shù)增大；4.在局部辦公樓區(qū)域如果有吊頂屋面變形控制也需要按規(guī)范要求控制；5.檁間拉條，斜拉條的設(shè)置必須滿足薄壁型鋼規(guī)范的要求，對于連續(xù)檁條按8.2.2需要上下都設(shè)置拉條和撐桿；在圍梁設(shè)計時，按薄壁型鋼規(guī)范每5道要增設(shè)一道斜拉條，在開有通長或大的窗時，窗下也需另設(shè)置斜拉條；局部夾層設(shè)計：局部夾層的位置在夾層以下的按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和相應的抗震規(guī)范設(shè)計，這是目前審圖的要求，在有夾層的部位對抗震要求基本不得放松；另外需要注意的是辦公夾層上面的分隔墻面材料，衛(wèi)生間荷載都必須了解清楚，以滿足業(yè)主和建筑設(shè)計的要求；對于部分倉儲物流業(yè)的項目大柱距應用也比較多，如果柱距大于10米時，在支撐系統(tǒng)設(shè)計時，如果還用檁條兼作系桿時，檁條計算的軸壓力要仔細復核，在大于12米時，如果檁條截面選用不足夠大，就需要特別設(shè)計系桿；有部分大柱距用桁架式檁條，這樣支撐系統(tǒng)特別是系桿也需要特別設(shè)計；大柱距方案中為提高結(jié)構(gòu)整體性建議增置縱向屋面水平支撐；另外邊柱如果間距較大，圍梁計算就不容易算夠，這時應該設(shè)置墻柱來滿足墻面設(shè)計的要求；目前做的比較多的項目中有提升門，按照目前公司和現(xiàn)有聯(lián)系過的提升門廠家合作的要求，門框材料不得小于120X4的方鋼管，小于此尺寸，提升門構(gòu)件無法安裝，但我們結(jié)構(gòu)設(shè)計時還要計算抗風是否滿足，不滿足時可以加大截面，但不得比120X4截面?。粚τ谝恍┩评T的項目，前期一定要了解清楚承重結(jié)構(gòu)在上部梁上，還是在地面上，這對于設(shè)計門框梁完全不一樣，同卷簾門也不一樣；如果全部在門重全部懸掛在門框梁上，此門框梁設(shè)計要考慮風荷載，門重，門重引起的門框梁的扭矩，同時要結(jié)合雨篷梁位置，雨篷的內(nèi)排水天溝設(shè)置，擱置此內(nèi)天溝的檁條圍梁，除強度，變形外要考慮防水是否可行；關(guān)于雨篷，一般項目的小門1.8米以內(nèi)懸挑小于1.5米，公司有標準次結(jié)構(gòu)的雨篷，在北方地區(qū)要設(shè)當加強，考慮雨篷上局部積雪荷載的影響；但物流項目中有許多大的懸挑雨篷，通長設(shè)置，懸挑12米，這些雨篷在北方要考慮局部積雪的影響，建議參見近年關(guān)于局部堆雪方面的論文，在沿海地區(qū)要注意局部懸挑的風體型系數(shù)，嚴格按照12年荷載規(guī)范執(zhí)行；同時我們也注意到有很多進出集裝箱的門另外設(shè)置門封，這樣我們感覺雨篷懸挑太大意義不大，人員均在室內(nèi)作業(yè)，這些前期是否應該可以和業(yè)主設(shè)計院事先溝通，既節(jié)約業(yè)主造價，又可以不讓雨篷設(shè)計成為結(jié)構(gòu)考慮的難點；上面這些內(nèi)容只是這幾年遇到的這類項目設(shè)計時所經(jīng)歷遇到的幾種情況的復述，也不是很全面，在設(shè)計中也有各種其他想法和建議，方法很多無法一一細述；就結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，我們認為除按照規(guī)范要求進行結(jié)構(gòu)計算以外，必須考慮結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計要求，抗震概念設(shè)計，以及一些結(jié)構(gòu)的基本措施等；總之雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于比較傳統(tǒng)的行業(yè)，但近年新技術(shù)新材料