輕鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)在物流業(yè)的應(yīng)用

輕鋼結(jié)構(gòu)建筑在倉(cāng)庫(kù)物流行業(yè)的使用近十幾年來(lái)，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)作為一種結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，加工，運(yùn)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(duì)于我們公司在物流運(yùn)輸行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的作一個(gè)介紹和探討。對(duì)于一般的單層物流倉(cāng)庫(kù)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(biāo)準(zhǔn)貨架，這樣對(duì)于門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋來(lái)說(shuō)，就有跨度和柱距布置靈活的優(yōu)勢(shì)；另外建設(shè)周期短，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)自重輕又減少了建筑物的基礎(chǔ)處理費(fèi)用。因此在造價(jià)價(jià)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(shì)就顯得非常突出。目前這類建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要有：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB500688建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)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(yàn)收規(guī)范GB50205建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范

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

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50205鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

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50221（所列規(guī)范中沒(méi)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(shí)了解最新動(dòng)態(tài)；）設(shè)計(jì)中首先必須了解業(yè)主和建筑設(shè)計(jì)及相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)的意圖，以滿足建筑工藝要求為前提，安全第一，把經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)方案和材料配置相結(jié)合，同時(shí)要考慮到加工，運(yùn)輸，安裝的費(fèi)用和便利性。在所設(shè)計(jì)的這些倉(cāng)儲(chǔ)物流項(xiàng)目中，建筑上一般建筑設(shè)計(jì)已經(jīng)確定了跨度柱距，凈高等，但也有不少項(xiàng)目我們?cè)谇捌诰鸵呀槿耄貏e是技術(shù)支持那一方面，這樣便于我們提前了解項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)提出經(jīng)濟(jì)跨度和柱距的參考意見(jiàn)，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(fèi)；另外作為倉(cāng)儲(chǔ)物流建筑一般都有較多的大門，用于貨物進(jìn)出，門的形式有平開(kāi)門，提升門和推拉門，還有人員進(jìn)出的小門，雨篷等；一般物流倉(cāng)儲(chǔ)都會(huì)有一個(gè)大雨蓬，便于雨天也能進(jìn)出貨物，同時(shí)還會(huì)有一些高窗，有的也有通風(fēng)器樓等。這些方面在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)有不少針對(duì)性的做法需要注意，比如提升門和推拉門是否會(huì)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(huì)有沖突，是否會(huì)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(fēng)氣樓的位置下是否有結(jié)構(gòu)件影響，等等的綜合問(wèn)題需要仔細(xì)考慮后在難以結(jié)構(gòu)專業(yè)自行解決時(shí)同建筑設(shè)計(jì)和業(yè)主進(jìn)行有效的溝通找到合理的解決辦法。在與相關(guān)水，電，通風(fēng)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(xì)的數(shù)據(jù)及如何連接的節(jié)點(diǎn)詳圖，了解所有的進(jìn)出水管，落水管，排水天溝，落水管的要求，有沒(méi)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(jì)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(qiáng)，但這樣就要做到讓現(xiàn)場(chǎng)容易識(shí)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(jì)時(shí)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(jìn)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(jì)特別關(guān)注如何處理，同時(shí)要了解橋架本身要求的懸掛點(diǎn)的間距，位置等；通風(fēng)設(shè)備主要要了解是否有屋面懸掛空調(diào)機(jī)，排風(fēng)機(jī)，屋面上是否有空調(diào)設(shè)備，通風(fēng)機(jī)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(yùn)行時(shí)的荷載數(shù)據(jù)，要考慮設(shè)備震動(dòng)影響，設(shè)備安裝時(shí)的路徑是否影響其他位置的結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)一般采取臨時(shí)措施保證結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)結(jié)合建筑專業(yè)，是否有采光板，通風(fēng)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(diǎn)也非常重要。目前我們所設(shè)計(jì)的這類建筑結(jié)構(gòu)中，跨度一般在18米~30米、比較經(jīng)濟(jì)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(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮建筑設(shè)計(jì)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(yán)格一點(diǎn)，防止墻體開(kāi)裂，影響美觀并容易漏水；在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)還需要考慮墻體質(zhì)量的抗震作用；在鋼架梁的設(shè)計(jì)中除考慮強(qiáng)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(duì)屋面梁的撓度要求；同時(shí)對(duì)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(jì)時(shí)，要設(shè)置合理的支撐系統(tǒng)，計(jì)算時(shí)除了考慮風(fēng)荷載的同時(shí)，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(duì)抗震的影響，除控制合理的強(qiáng)度穩(wěn)定變形外，也需要考慮砌體的變形控制，防止砌體開(kāi)裂。在屋面梁設(shè)計(jì)時(shí)，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(diǎn)，這在一般情況是沒(méi)有問(wèn)題的，但是在有屋脊氣樓開(kāi)口大于一般的隅撐間距時(shí)，屋面梁這個(gè)部位的平面外計(jì)算長(zhǎng)度需要另外設(shè)置平面外計(jì)算長(zhǎng)度；同時(shí)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(kāi)孔方式時(shí)，需要考慮強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)的凈孔削弱；同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到工廠的加工便利和運(yùn)輸條件，考慮合適的分段，分段點(diǎn)盡量選擇在受力較小部位，還要注意拼點(diǎn)位置不要和檁條，系桿相碰。關(guān)于隅撐設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)習(xí)慣用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的角鋼作為隅撐，這在一般項(xiàng)目的情況下問(wèn)題不大，但在某些梁截面大的項(xiàng)目中是不一定能滿足的；按門式剛架標(biāo)準(zhǔn)的公式6.1.6-1隅撐按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)；N=Af/(60COSθ)(fy/235)-1成對(duì)布置時(shí)每根隅撐的計(jì)算壓力可以減半；在我們公司的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中有具體設(shè)計(jì)指導(dǎo)文件參考。關(guān)于鋼柱的設(shè)計(jì)，在一般性的此類項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，平面外的計(jì)算長(zhǎng)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(jì)算間距；但是在物流倉(cāng)儲(chǔ)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，可能有一個(gè)墻面全部用于進(jìn)出貨，這樣可能整個(gè)墻面的每個(gè)柱距間都有較大的開(kāi)口的門，這時(shí)必須結(jié)合墻面的圍梁設(shè)計(jì)，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(jì)中，夾層以下部位要求用鋼結(jié)構(gòu)和抗震規(guī)范來(lái)考慮，同時(shí)夾層上部的分隔墻體，吊頂以及夾層平臺(tái)的墻面也要重視，用輕鋼隔斷時(shí)要考慮鋼結(jié)構(gòu)的連接，用磚墻時(shí)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(jì)算剛架時(shí)，程序是不會(huì)考慮節(jié)點(diǎn)，拼板的局部設(shè)計(jì)，這些部位需要另行節(jié)點(diǎn)計(jì)算，而程序自帶的節(jié)點(diǎn)計(jì)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(jì)工程師另外進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的?？癸L(fēng)柱：抗風(fēng)柱設(shè)計(jì)有二種情況，一種抗風(fēng)柱按梁柱形式設(shè)計(jì)，即抗風(fēng)柱在抵抗水平風(fēng)荷載的同時(shí)還承受屋面梁的垂直荷載，抗風(fēng)柱設(shè)計(jì)的平面內(nèi)外的計(jì)算長(zhǎng)度的平面內(nèi)外不要和柱的強(qiáng)軸弱軸相混淆，抗風(fēng)柱的平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度是指柱高，一般情況是無(wú)法改變的，除非中間部位另設(shè)抗風(fēng)桁架，抗風(fēng)柱的平面外在剛架平面內(nèi)，計(jì)算長(zhǎng)度可以按隅撐的位置來(lái)調(diào)整；另一種是邊剛架也按中間剛架設(shè)計(jì)，抗風(fēng)柱只承受水平風(fēng)荷載，此時(shí)必須要考慮廠房的中柱在抵抗山墻方向的水平風(fēng)荷載是在柱弱軸方向，一般按公司標(biāo)準(zhǔn)要求貼一個(gè)T 或做成十字形柱；無(wú)論是哪一種抗風(fēng)柱的形式，變形控制也同柱設(shè)計(jì)一樣要考慮墻面的材料，特別是梁柱形式的抗風(fēng)柱，如果變形太大，屋面垂直力還會(huì)有一個(gè)P-Δ效應(yīng)，因此變形不能太大。支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)：支撐系統(tǒng)主要是要有一個(gè)完備的體系，一般的倉(cāng)儲(chǔ)物流建筑沒(méi)有行車系統(tǒng)，所以屋面水平支撐系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，特殊的地方時(shí)在抽柱的位置需要設(shè)置縱向水平支撐來(lái)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(huì)比較大，此時(shí)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)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(fēng)柱位置對(duì)應(yīng)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(jì)中屋面支撐和原單層廠房很大的區(qū)別在于原來(lái)的單層廠房的屋面水平支撐一般只設(shè)置的一個(gè)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(gè)柱距設(shè)置一道支撐來(lái)抵抗縱向水平荷載，這樣其實(shí)在第1道支撐后的節(jié)點(diǎn)位置的系桿并不全是傳遞拉力的，有相當(dāng)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(shí)不能像原來(lái)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(jì)的工具箱中有考慮，請(qǐng)勿忽視。另外在相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置柱間支撐，常因物流行業(yè)可能有一個(gè)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(huì)有很大部分，甚至全部只能用全部用門式支撐，這實(shí)際上就是一個(gè)縱向框架，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)圓鋼的強(qiáng)度用的應(yīng)力比做到170*0.785/215=0.62;如果是角鋼支撐，請(qǐng)不要忘記單角鋼0.85，連接無(wú)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(shí)，肢尖，肢背的受力分配系數(shù)不一樣，這一點(diǎn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要記住。懸掛結(jié)構(gòu)：在倉(cāng)儲(chǔ)物流類的建筑中，懸掛結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)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(jì)時(shí)考慮荷載即可，但相對(duì)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(lái)替代部分檁條用于懸掛主管和橋架，這部分的設(shè)計(jì)還要和具體的專業(yè)相配合，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)于輕鋼屋面檁條和圍梁設(shè)計(jì)一般荷載比較小，用STS比較容易計(jì)算，但是設(shè)計(jì)時(shí)也有幾個(gè)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(fēng)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(duì)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(jì)時(shí)，按薄壁型鋼規(guī)范每5道要增設(shè)一道斜拉條，在開(kāi)有通長(zhǎng)或大的窗時(shí)，窗下也需另設(shè)置斜拉條；局部夾層設(shè)計(jì)：局部夾層的位置在夾層以下的按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和相應(yīng)的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)，這是目前審圖的要求，在有夾層的部位對(duì)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(jì)的要求；對(duì)于部分倉(cāng)儲(chǔ)物流業(yè)的項(xiàng)目大柱距應(yīng)用也比較多，如果柱距大于10米時(shí)，在支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果還用檁條兼作系桿時(shí)，檁條計(jì)算的軸壓力要仔細(xì)復(fù)核，在大于12米時(shí)，如果檁條截面選用不足夠大，就需要特別設(shè)計(jì)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(jì)；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(jì)算就不容易算夠，這時(shí)應(yīng)該設(shè)置墻柱來(lái)滿足墻面設(shè)計(jì)的要求；目前做的比較多的項(xiàng)目中有提升門，按照目前公司和現(xiàn)有聯(lián)系過(guò)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(wú)法安裝，但我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還要計(jì)算抗風(fēng)是否滿足，不滿足時(shí)可以加大截面，但不得比120X4截面小；對(duì)于一些推拉門的項(xiàng)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(duì)于設(shè)計(jì)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(jì)要考慮風(fēng)荷載，門重，門重引起的門框梁的扭矩，同時(shí)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(qiáng)度，變形外要考慮防水是否可行；關(guān)于雨篷，一般項(xiàng)目的小門1.8米以內(nèi)懸挑小于1.5米，公司有標(biāo)準(zhǔn)次結(jié)構(gòu)的雨篷，在北方地區(qū)要設(shè)當(dāng)加強(qiáng)，考慮雨篷上局部積雪荷載的影響；但物流項(xiàng)目中有許多大的懸挑雨篷，通長(zhǎng)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(jiàn)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(fēng)體型系數(shù)，嚴(yán)格按照12年荷載規(guī)范執(zhí)行；同時(shí)我們也注意到有很多進(jìn)出集裝箱的門另外設(shè)置門封，這樣我們感覺(jué)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(yīng)該可以和業(yè)主設(shè)計(jì)院事先溝通，既節(jié)約業(yè)主造價(jià)，又可以不讓雨篷設(shè)計(jì)成為結(jié)構(gòu)考慮的難點(diǎn)；上面這些內(nèi)容只是這幾年遇到的這類項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)所經(jīng)歷遇到的幾種情況的復(fù)述，也不是很全面，在設(shè)計(jì)中也有各種其他想法和建議，方法很多無(wú)法一一細(xì)述；就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，我們認(rèn)為除按照規(guī)范要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算以外，必須考慮結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)要求，抗震概念設(shè)計(jì)，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(jì)屬于比較傳統(tǒng)的行業(yè)，但近年新技術(shù)新材料