随着我国物流产业的不断盛行, 大型物流仓库孕育而生。不同物流品种对其仓库有着不同的要求。

某物流仓库建筑面积为30 240 m2 (252 m×120 m) , 由电器产品高架这一特殊要求决定该仓库为典型柱网结构如图1。

图1 典型柱网结构平面  下载原图

本文通过不同刚架形式的方案比较及相应的设计要点进行优化设计以得到既经济又合理的效果。

仓库荷载取值

檩条自重+屋面板:0.2 kN/m2

悬挂荷载:0.2 kN/m2

不上人活载:0.5 kN/m2

风荷载:0.35 kN/m2 (50年, 地面粗糙度B类)

雪荷载:0.7 kN/m2 (100年)

选取同一榀刚架, 分别对其柱角进行刚接和铰接分析计算, 其计算简图如图2、图3。

图2 柱角刚接模型  下载原图

图3 柱角铰接模型  下载原图

采用建科院STS程序计算, 结果如表1。

由此可见,

(1) 柱角刚接和铰接2种形式, 各项参数指标均能满足文献[1]要求。

(2) 在同等应力比的状况下, 柱角刚接的刚架较柱角铰接的刚架抗侧移能力有大幅提高, 但刚架挠度差异并不大。

(3) 由于铰接钢柱可根据受力性能, 截面可采用上大下小楔形, 故此柱角铰接刚架方案较柱角刚接方案用钢量较为经济。

表1 用STS程序计算刚接和铰接各项参数指标  下载原图

表1 用STS程序计算刚接和铰接各项参数指标

本工程由于使用功能要求, 在仓库中部需创造15 m×60 m的空间, 为了实现该目标, 有以下两种方案。

方案一:采用托架形式, 如图4。此时其檩条跨度7.5 m。

图4 带托架形式的刚架平面布置  下载原图

方案二:采用长檩条取代托架形式, 如图5, 此时檩条跨度15 m。

图5 长檩条形式的刚架平面布置  下载原图

同样采用建科院STS程序计算在相同应力比情况下经济指标如表2。

从表2可见, 取消托架后, 图5中的刚架3用钢量较有托架的图4中刚架1、2和托架总用钢量有明显减少, 但由于檩条跨度的增长, 在采用较为经济的格构形式下, 用钢量却有明显加大, 导致总用钢量偏大, 故此采用无托架的刚架不够经济。

通过1.1节经济比较, 刚架采用柱角铰接形式, 将钢柱构件截面尺寸根据受力情况而变化, 从而能达到较好的经济效果, 但在大量使用托架的门式刚架中, 除为避免与托架相连的钢柱采用刚接外, 为了提高抗侧刚度, 加强空间整体性宜将所有刚架柱角采用刚接形式。

由于托架跨度15 m, 采用900 mm高的格构桁架形式, 刚架2由于受侧向力作用, 极易对托架产生出平面作用, 故此构造上需将刚架2支承在托架上, 两者保持托架出平面方向的可滑移状态, 同时为确保穿堂风影响, 需在刚架2上开长圆孔与托架滑移连接。

虽然托架支承在刚架1的钢柱上, 但由于托架刚度远比钢柱弱轴刚度要大, 极易导致钢柱在弱轴方向平面失稳, 故此应将托架与刚架1的连接方式改为铰接, 只传递竖向力, 不传递弯矩。

在普通轻钢结构中, 建筑物超长, 往往可通长在檩条上开长圆孔与刚架滑移连接来减少温度应力的影响。但存在大量托架的轻钢结构屋面中, 由于托架与刚架的铰接构造, 其可能产生的温度应力要比无托架的结构大得多。设计时, 宜采用空间模型, 计算其温度应力影响, 构造上应适当控制托架长度 (经计算分析, 托架一般长度控制在60 m左右, 其温度应力较小) , 超长时, 可将通长的托架在其中部通过设置长檩条的方式取代托架, 从而减小托架总长度, 如图6。

由于大量托架的使用会减弱屋面刚度, 依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》, 宜在托架位置设置纵向水平支撑, 横向水平支撑间距亦应适当减小。

表2 采用STS程序计算相同应力比情况下经济指标  下载原图

注:在无托架状况下, 刚架柱角均采用铰接形式;在有托架状况下, 由于托架支于刚架柱弱轴方向, 其刚度差异较大, 极易形成铰接, 柱角若采用铰接方式, 结构易形成可变体, 故此有托架的刚架柱角均采用刚接形式。

表2 采用STS程序计算相同应力比情况下经济指标

图6 超长托架减少温度应力影响的构造处理  下载原图

由于托架代换了部分刚架柱, 仅靠柱角刚接仍显不足, 应适当增设柱间支撑提高抗侧能力。

(1) 在常规门式刚架结构设计时, 钢柱柱角铰接可能要比刚接经济合理。

(2) 在需要大空间的门式刚架结构中, 可采用柱角刚接形式的刚架加托架来实现。

(3) 当采用刚架与托架组合的结构设计时, 应充分考虑刚架和托架间的相互影响。

(4) 在超长屋面中使用大量托架需考虑温度的影响, 并采取必要的构造措施。

(5) 在大量使用托架的刚架设计时, 应适当加强屋面水平刚度, 适当加强竖向抗侧刚度。