双层物流仓库的设计实例
物流仓储类建筑由于其大尺寸、大跨度、大空间、大 荷载的特点,结构设计时与普通工业与民用建筑有诸多不 同。本文结合昆山市群策光电技术有限公司新建厂房、仓 库项目重点阐述该类型结构的设计要点和难点,希望可以 为结构设计人员提供一些参考。
近年来,随着电子商务的蓬勃发展,物流仓库项目 不断增多,仓库的规模也不断地增大,从原来的普遍单 层钢结构仓库变成现在普遍双层以上混凝土仓库。物流 仓库由于其功能需求往往建筑平面尺寸超长,柱网尺寸 过大,层高较高,荷载较大,给结构设计人员带来一些 难题。
本文结合昆山市群策光电技术有限公司新建厂房、 仓库项目重点阐述该类型结构的设计要点和难点。
一、工程概况 昆山市群策光电技术有限公司新建厂房、仓库项目位 于江苏省昆山开发区富春江路东侧、微山湖路南侧地块, 总建筑面积约 85331m2,包含 1 号仓库、2 号仓库、3 号 厂房、坡道等建构筑物。本文以 1 号仓库为例,详述其设 计过程。 1 号仓库为双层物流仓库,建筑面积 34490m2,平面 尺寸为 197x93m,建筑高度为 23.79m。1 层均为仓储区域, 2 层分为三个区域,两边为仓储区域,中间为敞开式卸货 平台。柱网尺寸主要为 11.2x11.5m,首层层高 11.3m, 二层层高 12.49m。仓库主体采用预应力梁钢筋混凝土框 架结构,屋面采用轻钢结构。地坪荷载为 30kN/m2,二层 楼面除卸货平台区域外活荷载为 22 kN/m2。仓库的结构
平面布置见图 1。仓库的整体模型见图 2。
本项目平面尺寸 197x93m,远远超过了规范限值,
故 按 照 功 能 分 区 设 置 两 条 伸 缩 缝, 将 整 个 建 筑 分 为 三
块——1、3 区为仓储区,2 区为卸货区。设缝以后蕞大
的长度仍有 93m,故需采用综合措施减小温度对结构的
影响,包括温度应力的计算和构造措施。
温度应力计算既要考虑均匀温度作用,又要考虑混凝
土收缩、徐变以及混凝土开裂的影响。
根据《建筑荷载规范》可知昆山地区 50 年内的月平
均蕞低气温和蕞高气温分别为 -4℃和 36℃。混凝土收缩
的影响可以折算成当量温差 -16℃,其中考虑了后浇带封
闭前已经产生的收缩量。混凝土的徐变以应力松弛系数考
虑,本次设计取 0.3。混凝土的开裂会导致结构的刚度折减,
刚度折减系数考虑为 0.85。考虑到施工日期的不确定性,
本项目在图纸中指定施工单位封闭后浇带的温度为 15℃。
将应力松弛系数设置为 0.3x0.85=0.255,实际输入的温度
除进行温度应力计算外,还需要考虑其他构造措施来
减小温度应力对结构的影响。本项目采取的措施有 :
并规定后浇带必须在周围混凝土浇筑完成 60 天以后封闭;
②适当提高了楼板中受力钢筋和分布钢筋的配筋率,
并将板内钢筋双层双向连通配置 ;
③主梁及次梁中均配置了预应力钢筋,在一定程度上
可以考虑预应力对抵抗混凝土收缩的有利作用 ;
④梁顶多配置通长钢筋,梁腰筋改为扭筋。
参考国内很多仓储项目可以发现,梁系普遍设计成
井字梁体系,而楼板设计为双向板。该设计方案的优点
是通过井字梁体系可以降低梁高从而增大净高或降低层
高,且楼板可以不用很厚,缺点是井字梁比较浪费材料。 以仓库区域楼面活荷载 22kN/m2、板跨 2.8m 为例,如果
设计成双向板,则楼板厚度为 130mm,双向井字梁梁高 为 800mm,框架主梁高 1000mm ;而设计为单向板,则 楼板厚度为 150mm,单向次梁梁高 900mm,主框架梁 梁高 1100mm。从净高来看,采用单向板仅比双向板多 出 100mm 高,这个高差通常对仓库的使用没有影响 ;从 层高来看,层高多出 100mm 在低烈度地区对结构计算结 果的影响基本忽略不计。从经济性来看,按单向板设计时 单向次梁配筋稍大,但由于只有一个方向布置梁,节省了 另外一个方向的混凝土和钢筋 ;而单向楼板仅比双向楼板 多出 20mm 厚,单向板的主受力方向配筋比双向板稍大, 非受力方向仅为构造配筋,比双向板稍小,综合来看,楼 板配筋相当。故综合以上几点可以发现,仓库区域按单向 板设计具有明显的优势。
在设计卸货平台区域时,由于该区域活荷载为车辆荷 载,按照《建筑荷载规范》,可以对梁、柱、基础设计时 进行荷载折减。对于双向板楼盖的梁,折减系数为 0.8, 而对于单向板楼盖的主梁,折减系数可以取 0.6。柱、基 础设计时可以取与主梁相同的折减系数。车辆荷载通常取 35 kN/m2,折减系数差 0.2 相当于 7 kN/m2,因此按单向 板设计可以明显降低主梁和柱、基础的材料用量。
三、多模型的综合分析 物流仓库由于布置和荷载比较复杂,一个模型往往不 能得出全面准确的计算结果,所以在设计过程中采用了多 个模型综合分析的方法。 1. 结构整体指标控制 该物流仓库在半层层高处设置了局部工具间,该房间 仅布置在一个柱距内,面积相对于整个仓库非常小,结构 计算时作为夹层输入模型。在计算结构整体指标时,由于 该小间的影响,经常会出现楼层抗剪承载力之比和刚度比 不满足规范要求的情况。出现该问题的原因在于 PKPM 程序在计算时,只要有梁板体系处均认为是一层,而实际 情况是该夹层的面积只占到了结构平面面积的 1%,荷载 相对于仓库的楼面也非常小,对结构整体性能的影响非常 小。故计算指标时,我们认为更合理的处理方法是不将夹 层视为一层,而是作为荷载加载到主体结构上,即原本带 有上下两层夹层的模型简化为只有两个大层的模型。这样 处理以后主体结构的性能才是准确的。而配筋仍然按照实
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