Peru Lojistik Depo Projesi: Grid Yapısal Analiz ve Tasarım Şeması

Peru Lojistik Depo Projesi: Grid Yapısal Analiz ve Tasarım Şeması

 

Bu proje Peru'da trapez ana düzlemli bir lojistik deposudur. Çekirdek boyutları şunlardır: genişlik 80,59~114,1 m (yamuğun iki paralel tarafı), uzunluk 190 m, bina yüksekliği 15,2 m; yapısal açıklık 23~24 m'dir ve sütun aralığı (her açıklık arasındaki mesafe) 22 m'dir. Müşterinin orijinal tasarımı kafes yapıyı benimsemiştir. CBC, lojistik deposunun açıklık boyutuna, yük özelliklerine ve kullanım gereksinimlerine bağlı olarak yapısal formun ızgara yapısına göre optimize edilmesini öneriyor. Aşağıda dört açıdan ayrıntılı bir analiz yer almaktadır: yapısal kuvvet, çelik çerçeve tasarımı, malzeme bölümü ve dozajı ve bu yapısal formun avantajları ve dezavantajları.

 

 

 

Kafes yapısı, esas olarak üst kirişlerden, alt kirişlerden ve ağ üyelerinden oluşan düzlemsel bir kuvvet-taşıma sistemidir. Kuvvet-taşıma özellikleri düzlemde yoğunlaşmıştır: üst kirişler basınç taşır, alt kirişler gerilim taşır ve ağ elemanları (çapraz elemanlar ve dikey elemanlar) kesme kuvvetini iletir. Toplam yük, elemanların eksenel kuvveti ile dengelenir. Proje parametreleriyle birleştirildiğinde, kuvvet-taşımasının belirgin sınırlamaları vardır:

 

1. Yetersiz açıklık uyarlanabilirliği: Bu projenin açıklığı, orta-açıklık kategorisine ait olan 23~24m'ye ulaşır (Uzay Izgara Yapıları JGJ 7-2010 Teknik Şartnamesine göre, orta açıklık 30m~60m'dir ve 23~24m, orta açıklığın alt sınırına yakındır). Bu açıklık altındaki kafes kiriş yapısı için, güç ve stabilite gereksinimlerini karşılamak üzere kirişlerin ve ağ elemanlarının kesit boyutunun büyük ölçüde arttırılması gereklidir; bu da muhtemelen gereksiz elemanlara, artan kendi ağırlığına ve zayıf ekonomiye yol açacaktır.

 

2. Dengesiz uzaysal kuvvet: Depo düzlemi trapez şeklindedir. Düzlemsel bir yapı olarak kafes kirişin yamuk düzlemin uzaysal kuvvet dağılımına uyum sağlaması zordur ve yerel gerilim yoğunlaşmasının oluşması muhtemeldir (özellikle yamuk genişlik geçiş alanında); aynı zamanda, çatı istifleme yükleri ve ekipman yükleri gibi lojistik ambarda mevcut olabilecek asimetrik yükler, kafes kirişin düzlem dışı kuvvetini daha da kötüleştirecek, ek destek sistemleri gerektirecek ve tasarım karmaşıklığını artıracaktır.

 

3. Yetersiz genel sertlik: Kafes yapının sertliği esas olarak düzlemdeki elemanların işbirliğine dayalı hareketine bağlıdır ve düzlem dışı-dışarı- sertlik zayıftır. Rüzgar yükü ve sismik hareket altında (Peru sismik bir bölgede yer aldığından sismik gerekliliklerin dikkate alınması gerekir), deponun güvenliğini etkileyen büyük sapma ve yatay yer değiştirme oluşturmak kolaydır. Ek yanal yer değiştirmeye dayanıklı destekler gereklidir, bu da inşaat zorluğunu ve maliyetini artırır.

 

Izgara yapısı, Uzay Izgara Yapıları JGJ 7-2010 Teknik Şartnamesi'nin ilgili gereksinimlerine uygun olarak, belirli bir yasaya göre birden fazla çubuğun düğümler yoluyla bağlanmasıyla oluşturulan bir uzaysal çubuk sistemi yapısıdır. Kuvvet taşıma özelliği, bu proje için kafes yapıdan daha uygun olan mekansal işbirliği kuvvetidir. Spesifik kuvvet analizi aşağıdaki gibidir:

 

1. Daha makul kuvvet-taşıma biçimi: Izgara yapısı yüksek-düzeyden statik olarak belirsiz bir sistemdir ve düğümlerin menteşeli olduğu varsayılır. Çubuklar, belirgin bir bükülme momenti ve kesme kuvveti olmadan esas olarak eksenel gerilime veya basınca dayanır. Kuvvet tekdüzedir ve kuvvet iletim yolu açıktır; bu, çeliğin çekme ve sıkıştırma özelliklerine tam anlamıyla sahip olabilir, tek bir çubuğun kuvvet yükünü etkili bir şekilde azaltabilir ve 23 ~ 24 m'lik açıklık gereksinimine uyum sağlayabilir.

 

2. Güçlü mekansal uyarlanabilirlik: Trapez düzlem için ızgara düzeni, yerel stres konsantrasyonunu önleyerek, genişliğin 80,59 m'den 114,1 m'ye kademeli olarak değişmesine uyum sağlamak için optimize edilebilir (üçgen piramit sistemi veya dörtgen piramit sistemi benimsenerek); aynı zamanda, uzaysal kuvvet-taşıma özellikleri, çok sayıda düzlem dışı{-destek eklemeye gerek kalmadan asimetrik yükleri (çatı istifleme yükleri ve ekipman yükleri gibi) etkili bir şekilde dağıtmasına olanak tanır ve yapısal bütünlük daha güçlüdür.

 

3. Mükemmel sertlik ve stabilite: Izgara yapısının çubukları, üç-boyutlu bir uzaysal kuvvet-taşıma sistemi oluşturacak şekilde iç içe geçmiştir ve genel sertlik, kafes yapınınkinden çok daha yüksektir. Rüzgar yükü ve sismik etki altında, sapma ve yatay yer değiştirme, şartnamenin izin verdiği aralıkta kontrol edilebilmektedir (şartnameye göre, çatı hareketli yükü altındaki sehim, açıklığın 1/250'sini geçmeyecektir); aynı zamanda, uzaysal yapıyı oluşturan geometrik olarak değişmez en küçük birim olan üçgen piramit, karmaşık bir yanal yer değiştirmeye dirençli sistem kurmaya gerek kalmadan yapının genel stabilitesini geliştirebilir.

 

4. Yük uyarlanabilirliği: Lojistik deponun yük özellikleriyle (çatı ölü yükü, hareketli yük, toz yükü ve olası ekipman yükü) birleştiğinde, ızgara yapısı, aşırı yerel yükün neden olduğu yapısal hasarı önleyerek ızgara boyutunu makul bir şekilde bölerek yükü desteklere eşit şekilde iletebilir; aynı zamanda sismik tahkimat gereksinimlerini karşılayabilir ve sismik koşullar altında yapının güvenliğini sağlamak için sismik etki mod süperpozisyon tepki spektrumu yöntemiyle hesaplanır.

 

 

Bu projenin trapez boyutu, açıklık ve yük gereklilikleri ile birleştiğinde, ızgara yapısı çift-katmanlı dörtgen piramit ızgarayı benimser (trapez düzleme uygun, basit yapılı, tekdüze kuvvete sahip ve fabrika üretimi ve-sahada kurulum için uygun). Çelik çerçeve tasarımı "güvenlik ve uygulanabilirlik, ekonomi ve rasyonellik" ilkesini takip etmektedir. Spesifik şema aşağıdaki gibidir (tüm malzemeler yerel Peru standartlarına ve ulusal standartlara uygun olarak seçilmiştir ve güç ile ekonomiyi dengelemek için Q355B çeliği tercih edilmiştir):

 

1. Izgara düzeni: Izgara boyutu 2,5m×2,5m olan (çubukların eşit kuvvetini sağlamak için 22m sütun aralığına uygun) çift-katmanlı dörtgen piramit ızgara benimsenmiştir; Yamuğun dar ucundaki (80,59m genişlik) ızgara sayısı 32×76 (genişlik yönü × uzunluk yönü), geniş uçtaki (114,1m genişlik) ızgara sayısı ise 46×76'dır. Geçiş alanı, gerilim yoğunlaşmasını önlemek için ızgara açısını ayarlayarak genişlik gradyanını gerçekleştirir.

 

2. Izgara yüksekliği: 23~24 m'lik açıklıkla birleştirildiğinde, ızgara yüksekliği 2,2 m'dir (yükseklik-açıklık oranı yaklaşık 1/11'dir; bu, spesifikasyondaki "ızgaranın yükseklik-açıklık oranı 1/18~1/10 olabilir" gereksinimini karşılar), yapısal sağlamlık ve stabilite sağlar ve 15,2 m'lik bina yüksekliği sınırını karşılar.

 

3. Destek tasarımı: Çevresel destek ve nokta desteğinin karma bir biçimi benimsenmiştir. Destekler dar uçta, geniş uçta ve uzunluk yönünün her iki yanında yer almaktadır. Destekler, sıcaklık stresini etkili bir şekilde serbest bırakabilen ve aynı anda dikey ve yatay kuvvetleri iletebilen PTFE kayar desteklerdir (şartnamenin yeni yapısal gereklilikleri doğrultusunda); destek düğümleri, bağlantı güvenilirliğini sağlamak için kaynaklı içi boş küre düğümlerini kullanır.

 

 

Kuvvet analizine göre, çubuğun kesiti dairesel çelik boruyu benimser (simetrik kesit özellikleri, düzgün kuvvet, kolay işleme ve bağlantı). Farklı parçalardaki çubukların kesit boyutları aşağıdaki gibidir (dayanım, sertlik ve stabilite gereksinimlerini karşılayan iç kuvvet hesaplama sonuçlarıyla birlikte):

Üst akor: Ayı baskısı. İç kuvvete göre φ168×6 (dar uç ve geçiş alanı) ve φ180×8 (geniş uçta büyük kuvvetin olduğu alan) dairesel çelik borular seçilir; sıkıştırma elemanlarının stabilite gereksinimlerini karşılamak için narinlik oranı 150° içinde kontrol edilir.

Alt akor: Ayı gerginliği. φ159×6 (dar uç) ve φ168×6 (geniş uç) dairesel çelik borular seçilir; çekme elemanlarının sertlik gereksinimlerini karşılamak için narinlik oranı 200 içinde kontrol edilir ve stabilite kontrolü gerekli değildir (yalnızca mukavemet kontrolü gereklidir).

Web üyeleri (çapraz üyeler ve dikey üyeler): Nispeten küçük bir kuvvetle eksenel kuvveti iletirler. φ114×4 (genel alan) ve φ127×5 (büyük kuvvete sahip geçiş alanı) dairesel çelik borular seçilmiştir; Kuvvet aktarım verimliliğini sağlamak için diyagonal eleman ile kiriş arasındaki açı 40 derece ~ 60 derece arasında kontrol edilir.

Düğümler: Kaynaklı içi boş küre düğümleri benimsenmiştir. Çubuk sayısına ve kesit büyüklüğüne göre küre çapı belirlenir ve φ200×8 (genel düğümler) ve φ250×10 (büyük kuvvete sahip destek düğümleri) seçilir; Düğümlerin çelik tüketimi, endüstrinin geleneksel düzeyine uygun olarak, şebekenin toplam çelik tüketiminin yaklaşık %18'i kadar kontrol ediliyor.

 

Trapez alan, ızgara düzeni ve kesit boyutu ile birlikte düğüm noktaları ve bağlantı aksesuarlarının (cıvatalar, kaynaklar) çelik tüketimi (toplam çelik tüketiminin %10'u olarak hesaplanmıştır) dikkate alınarak bu projenin ızgara yapısının toplam çelik tüketimi aşağıdaki şekilde hesaplanır (temel ve kolon yapısı hariç, yalnızca ızgara kısmı için):

 

Üst kiriş: Toplam uzunluk yaklaşık 3860 m'dir. φ168×6 çelik borunun metre başına ağırlığı 24,7 kg'dır ve φ180×8 çelik borunun metre başına ağırlığı 35,8 kg olup toplamda yaklaşık 102,3 tondur;

 

Alt kiriş: Toplam uzunluk yaklaşık 3720 m'dir. φ159×6 çelik borunun metre başına ağırlığı 22,6 kg'dır ve φ168×6 çelik borunun metre başına ağırlığı 24,7 kg olup toplamda yaklaşık 85,7 tondur;

 

Web üyeleri: Toplam uzunluk yaklaşık 7980m'dir. φ114×4 çelik borunun metre başına ağırlığı 10,8 kg'dır ve φ127×5 çelik borunun metre başına ağırlığı 15,1 kg olup toplamda yaklaşık 96,2 tondur;

 

Düğümler ve bağlantı aksesuarları: Toplam çelik tüketimi yaklaşık 28,4 tondur (yukarıdaki çubukların toplam ağırlığının %10'u olarak hesaplanır);

 

Şebekenin toplam çelik tüketimi: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Birim çelik tüketimi yaklaşık 18,2 kg/㎡'dir (trapez düzlemin ortalama alanına göre hesaplanır), bu da çift- katmanlı ızgara yapılarının (15~20kg/㎡) geleneksel birim çelik tüketim aralığına uygundur ve iyi bir ekonomiye sahiptir.

 

 

1. Daha iyi açıklık uyarlanabilirliği: 23~24m'lik orta-açıklık için, ızgara yapısı çubukların eksenel kuvvetinden tam olarak yararlanabilir, çubukların aşırı kesit boyutundan kaçınabilir, kendi ağırlığını azaltabilir ve çelik tüketiminden tasarruf edebilir; bu da kafes yapıdan daha ekonomiktir.

 

2. Daha güçlü mekansal bütünlük: Izgara yapısı, üç-boyutlu bir mekansal sistemdir; deponun trapez düzlemine daha iyi uyum sağlayabilir, yerel gerilim konsantrasyonunu etkili bir şekilde dağıtabilir ve asimetrik yüklere (çatı istifleme yükleri gibi) daha iyi uyum sağlayabilir, çok sayıda düzlem dışı{- destek eklenmesine gerek kalmadan, yapıyı basitleştirir ve inşaat zorluğunu azaltır.

 

3. Daha yüksek sertlik ve stabilite: Çubukların mekansal olarak iç içe geçmesi, ızgara yapısının mükemmel genel sertliğe ve stabiliteye sahip olmasını sağlar. Rüzgar yükü ve sismik hareket altında deformasyon küçüktür, bu da lojistik depoların güvenlik gereksinimlerini daha iyi karşılayabilir (özellikle Peru'nun sismik özellikleri göz önüne alındığında) ve işletme güvenliği daha yüksektir.

 

4. Uygun inşaat ve kısa inşaat süresi: Izgara yapısı, yüksek işleme hassasiyeti ve basit-yerinde kurulumla fabrikada prefabrik hale getirilebilir; Düğümler standartlaştırılmıştır, bu da montaj ve inşaat için uygundur ve inşaat süresini etkili bir şekilde kısaltabilir, bu da büyük-ölçekli lojistik depolarının inşaat talebine uygundur.

 

5. İyi dayanıklılık ve kolay bakım: Dairesel çelik boru bölümünün toz ve su biriktirmesi kolay değildir ve korozyon önleme işleminden sonra iyi bir korozyon direncine- sahiptir; yapı basittir, hassas parçaların sayısı azdır ve sonraki bakım maliyeti düşüktür; bu da lojistik depolarının uzun-vadeli operasyon talebiyle uyumludur.

 

 

1. Daha yüksek başlangıç ​​tasarımı ve işleme maliyeti: Izgara yapısı mekansal bir sistemdir, tasarım daha karmaşıktır ve düğüm işleme hassasiyeti gereksinimi daha yüksektir; kaynaklı içi boş küre düğümleri kafes düğümlerden daha yüksek işleme maliyetine sahiptir, bu da daha yüksek başlangıç ​​tasarımı ve işleme maliyetine yol açar.

 

2. İnşaat teknolojisi için daha yüksek gereksinimler: Izgara yapısının-yerinde kurulumu, profesyonel kaldırma ekipmanı ve inşaat ekipleri gerektirir ve düğümlerin ve çubukların kurulum hassasiyeti kesinlikle gereklidir. Kafes yapıyla karşılaştırıldığında inşaat teknolojisi eşiği daha yüksektir ve inşaat maliyeti biraz artabilir.

 

3. Daha fazla sayıda çubuk ve düğüm: Kafes yapıyla karşılaştırıldığında, ızgara yapısı daha fazla çubuk ve düğüme sahiptir, bu da malzeme taşıma ve yerinde montaj iş yükünü bir dereceye kadar artırır-, ancak bu dezavantaj fabrika prefabrikasyonu ve standart inşaat ile dengelenebilir.

 

Proje özellikleri (trapez düzlem, 23~24m açıklık, lojistik depo yükü gereksinimleri ve Peru'daki sismik gereksinimler) ile birleştirildiğinde, ızgara yapısı bu proje için kafes yapıdan daha uygundur. Izgara yapısının ilk tasarım ve işleme maliyeti biraz daha yüksek olmasına rağmen, yayılma uyarlanabilirliği, mekansal bütünlük, sertlik ve stabilite açısından bariz avantajlara sahiptir ve daha sonraki bakım maliyetini etkili bir şekilde azaltabilir ve deponun-uzun vadeli güvenli çalışmasını sağlayabilir. Kapsamlı ekonomi ve güvenlik açısından kafes yapıdan ızgara yapısına geçişin optimizasyon önerisi makul ve uygulanabilirdir.