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物流仓库楼盖的结构布置方案及经济对比分析
01、工程概况

某仓库楼板的的结构局部轴网布置如图1,根据工艺要求,在楼板规定区域内固定布置有托盘式和隔板式货架,库房内上货、卸货、取货通过电动叉车来实现。原方案采用主次梁(三根平行次梁)结构平面布置,如图2,该方案经过经济分析比对,为普通混凝土结构最优布置方案。

图1 楼板轴网布置 

图2 原混凝土结构平面布置

02、货架条件及叉车条件

货架宽度1.1m,长度2.8m,每个支腿承担27.5T的重量,支腿的着地面积为0.1mx0.1m,货架支腿在楼板上的位置由现场自由布置。

按照电动叉车样本,叉车自重及载货近似按5T计算,根据力矩平衡分析,前桥负荷占总质量的80%,故每个轮子承担50*0.8/2=20KN的集中载作用在楼面上,主轮满载时接地面积按 0.1mx0.1m考虑,两轮轮距为0.9m。根据《建筑结构荷载规范》(以下简称荷载规范)GB5009-2012第5.6.2规定:搬运和装卸重物以及车辆启动和刹车的动力系数,可采用1.1~1.3;其动力荷载只传至楼板和梁。本工程叉车作用于楼面等效均布荷载时动力系数取1.3。

03、预应力方案

因混凝土结构方案主梁截面达到1400mm,超出了建筑对净高的预期,设计要求控制主次梁截面高度在800mm以内,板厚在250mm以内,因此江苏开来预应力工程有限公司考虑采用下述两种预应力结构布置方案进行优化设计,方案一:采用主梁+大板结构方案;方案二:同原结构布置方案,结构构件截面尺

寸如下表:


04、计算分析


楼板的等效均布活载为货架产生的等效均布活载和叉车产生的等效均布活载。两者各自计算,然后求和,两种都取最不利位置上的等效均布荷载。

4.1最不利布置:

货架的布置区域是固定的,但是支腿在楼板上的位置由现场自由布置。所以,考虑等效活载时需对不同的布置方案,选取最不利的布置点进行分析。

通过分析可以得出,支腿处在主次梁和板跨的跨中位置为货架最不利布置点;叉车的主轮在货架柱脚处,为最不利点。叉车和货架间的安全行车距离控制在0.2m左右。综上,最不利荷载布置如图3~图6:

图3 方案一最不利荷载布置

图4 方案二最不利荷载布置(一)

图5 方案二最不利荷载布置(二)

图6 方案二最不利荷载布置(三)

4.2等效均布活载计算

根据荷载规附录C之C.0.2 规定:连续梁、板的等效均布活荷载,可按单跨简支计算。但计算内力时,仍应按连续考虑;C.0.6 规定:双向板的等效均布荷载可按与单向板相同的原则,按四边简支板的绝对最大弯矩等值来确定。

等效均布荷载:

L-板的跨度;

b-板上荷载的有效分布宽度,按荷载规范附录C.0.5确定

Mmax简支单向板的绝对最大弯矩,按最不利布置确定。计算Mmax时,考虑动力效应的设备荷载应乘以动力系数。

以图4为例,计算方案二板等效均布荷载值:

有效均布宽度

根据荷载规范附录C.0.5第4条规定:当两个局部荷载相邻,且e<b时,荷载有效均布宽度应予折减,可按

计算,已知荷载相邻距离e=1.1m,如图7。

图7 相邻两个局部荷载的有效均布宽度

如图8所示,本工程货架柱脚的两边均有相邻的局部荷载,中间柱脚有效均布宽度取值e=1.1m。


图8 货架柱脚布置图

底层货物等效均布活载:5.2KN/m2

q=61.8+5.2=67KN/m2

4.3等效均布活载取值

两种方案梁和板等效活载取值见下表:

4.4计算分析过程:

工程采用CSI公司研发的SAFE软件进行计算,框架梁和板均按壳体建立有限元结构模型。

4.4.1预应力方案一计算分析过程:

(1)荷载

将计算的等效均布活载及恒载输入模型,结构荷载布置见图9、图10:


图9 恒载


图10 活载

(2)变形图

经过运行计算得出两种方案的变形如图11~12:


图11 D+L组合下的变形


图12 预应力工况下的反拱

(3)计算内力结果


图13 柱上板带弯矩设计值


图14 柱上板带轴力设计值


图15 主梁和跨中板带弯矩设计值


图16 主梁和跨中板带轴力设计值

4.4.2预应力方案二计算分析过程:

方案二有限元计算时恒载值为0.5KN/2,主梁活计算载与板、次梁的计算需分开考虑:计算主梁时,仅考虑20KN/m2的活载,计算次梁和板的时候,Y向最中间的一道次梁和Y向主梁的活荷载为26.2KN/m2,板的活载为67KN/m2,布置如图17、图18:

(1)荷载


图17 主梁计算活载


图18 次梁和板计算活载


图19 D+L组合下的变形 


图20 预应力工况下的变形


图21主梁弯矩设计值


图22主梁轴力设计值


图23 次梁弯矩设计值


图24 次梁轴力设计值

4.5预应力方案计算配筋结果


4.6预应力方案裂缝验算

本工程为仓库楼面,属于一类环境,根据规范规定要求,本工程普通混凝土方案的构件最大裂缝宽度限值为0.3mm,而预应力混凝土方案的构件则要求控制在0.2mm以内。预应力混凝土对裂缝控制的要求要高于普通混凝土结构。

另外,在计算裂缝宽度的时候,钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算,而预应力混凝土构件的最大裂缝宽度则按荷载标准组合并考虑长期作用影响的效应计算。

经过验算,预应力方案构件裂缝宽度见下表:


4.7原混凝土方案


05、经济对比分析

5.1材料取费原则

依据江苏省建筑工程消耗量标准,各材料综合费用取值如下:钢筋含税综合单价6500元/吨,四级钢7500元/吨。

C35砼含税综合单价640元/m3。C40砼顶板梁含税综合单价680元/m3。模板含税综合单价75元/m2。预应力钢筋综合费用13000元/吨。

5.2主材含量分析及造价分析

经测算,主材具体工程量和造价对比分别如表1和表2所示:

表1 三种方案的工程量对比


表2 三种方案的造价对比


06、结论

1、通过经济对比数据可以得知,预应力混凝土结构方案总体要优于普通混凝土结构方案,而在预应力结构方案的经济对比中,方案一比方案二还要节省42.92元,因此对于此类结构,一般选择预应力主梁+大板结构方案;

2、原结构方案采用HRB500级的钢筋,HRB500级钢筋相较于HRB400级钢筋可显著减少钢筋的使用量,节约工程直接成本。而预应力方案二采用与原结构方案相同的结构布置,经过经济对比后,预应力方案二比原结构方案还要节省68.28元,因此普通结构在采用了高强钢筋的前提下,相较于预应力结构方案在经济上并没有优势;

3、预应力混凝土结构能显著降低混凝土结构的梁高和板厚。对于一些对净高要求比较高的建筑中,可以优先考虑采用预应力混凝土结构。

4、对于此类物流仓库,在计算其等效均布活载时,需全面考虑其最不利荷载布置。
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