多层物流仓储结构设计

来源：本站 | 发布日期：2023-03-02

0 引言

仓储是现代物流的一个重要组成部分，在物流系统中起着至关重要的作用，是厂商研究和规划的重点。高效合理的仓储可以加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行，并可以实现对资源有效控制和管理。进入互联网时代以来，随着我国制造业的崛起，物流业也得到了迅猛的发展，物流仓储项目也越来越多。文中以某多层物流仓储为例，对不同功能区域荷载取值、楼面结构布置、结构计算模型进行阐述，同时对山区持力层埋深变化较大时，浅基础如何处理、以及物流仓储轻钢屋面钢构件如何设计进行详细分析，以便为相关设计人员提供参考。

1 工程概况

本物流仓储工程平面轴线尺寸为120.00m×54.74m，主要柱距12m×12m，底层平面布置如图1所示，底层室内地坪相对标高±0.000m，室外相对-1.4m。二层楼面标高10.0m，其中，B～C轴为叉车作业区，C～F轴为存储区，B～C轴在标高6.0m处设夹层，使用功能为工具间。B～C轴为现浇钢筋混凝土屋面，最低处标高16.0m;C～F轴为轻钢屋面，檐口处柱顶标高为19.1m。

图1 仓储底层平面布置图（单位：mm)

2 结构选型与荷载取值

本工程纵向长度达120m，超过了GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中规定的现浇式框架结构伸缩缝最大间距[1]，因此，在长度方向中间位置设伸缩缝，将整个结构分割为两个相对独立的区段，伸缩缝间距15cm。本工程结构选型可采用普通钢筋混凝土框架结构和预应力钢筋混凝土框架结构，预应力钢筋混凝土框架结构的优势在于：一方面减小楼面梁高，增加楼层净高；另一方面加大结构伸缩缝间距，减少伸缩缝布置，方便使用[2]。不管采用预应力混凝土框架结构还是普通混凝土框架结构，本工程都需要设置一条伸缩缝，预应力结构对减少伸缩缝的优势得不到发挥，且业主对底层净空没有特别要求，因此，综合考虑后，结构型式采用普通钢筋混凝土框架结构，楼面梁系采用双向井格布置。本工程主要柱距12m×12m，考虑给排水消防喷头布置间距一般在2.4～3.0m，因此，楼面井格梁间距按3.0m×3.0m布置，较好地与消防喷头布置相协调。

结构设计时，存储区的楼面活荷载按业主要求取值为25k N/m2。由于在运营阶段不会发生较大的堆载、且堆载时间较短，因此，B～C轴的叉车作业区域活荷载，按允许运行的叉车满载时，最大轮压的等效荷载并结合实际使用情况取值20k N/m2。对于屋面轻钢结构设计，不上人屋面活荷载按《钢结构设计规范》[3]和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》[4]中的要求进行取值，雪荷载按100年一遇取值。

3 基础设计

本工程所在场区地貌单元属黄海陆域低山丘陵，地貌成因类型为构造剥蚀低级夷平面，地貌类型为剥蚀缓坡，后经人工改造成现状地形。分布土层自上而下主要为：(1)素填土、(2)强风化花岗岩、(3)中风化花岗岩。其中(1)素填土为近期人工回填，承载力低，固结程度差，属高压缩性欠固结土。各土层地基承载力如表1所示。

表1 土层力学参数

根据地质报告，(2)强风化花岗岩承载力较高，可满足浅基础地基承载力的要求，是理想的地基持力层。但场区为低山丘陵，(2)强风化花岗岩在单体范围内埋深变化较大，最大埋深差3.2m，且持力层埋深较深，最深处距室外场地标高埋深5.4m，图2为单体范围典型地质勘探剖面图。

图2 地质勘探剖面图

根据持力层实际埋深情况和减少工程量、缩短工期等方面综合考虑，本工程基础型式采用柱下独立基础，各柱底基础埋深按实际埋深情况确定，6.0m标高夹层按标准层建模。结构试算时，底层层高取基础顶面至夹层楼面，由于底层与二层层高相差较大，楼层承载力比值无法满足GB 50011-2010《建筑抗震设计规范（2016年版）》第3.4.4条要求[5]。为满足结构规则性要求，在室外地坪标高相近位置设置一层地框梁，基础顶面至地框梁标高按无楼板的标准层考虑，地框梁至基础顶面处框架柱断面尺寸适当放大，增加地框梁标高以下部分的侧向刚度，由于底层框架柱截面不满足作为上部结构的嵌固端构造要求，因此，嵌固端取基础顶面。模型中的第二层为地上一层，抗震规范中的对底层框架柱的内力调整系数施加于模型中的第二层更为合理。因此，结构分析计算时，将底部一层作为地下室和不作为地下室两种情况分别计算，框架梁柱实际配筋取两个模型计算结果的不利情况。表2为两种计算模型各楼层地震作用标准值，从计算结果看，模型1地震作用较大，且差别最大的位置为底部两层，最大相差约166%。对于局部竖向构件计算所需配筋面积，模型2较模型1大，东北角柱，模型1单侧计算配筋面积为49cm2，而模型2计算配筋面积为51cm2；北侧中间边框架柱，模型1单侧计算配筋面积为31cm2，而模型2计算配筋面积为32cm2。

表2 楼层地震作用统计

k N

注：由于本工程存在夹层和出屋面设备间等房间，建模中共六个楼层

4 屋面钢梁设计

本工程屋面采用轻钢屋面仓储，为实现二层存储区使用效率最大化，中间框架柱均在二层进行抽柱，屋面四周采用钢筋混凝土现浇框架梁，中间轴线采用单跨36m简支钢梁。对于单跨简支钢梁，工程中常采用两种型式的钢梁截面[6]：一种为底平的变截面实腹钢梁结构，见图3，另一种为人字形等截面钢梁，见图4。底平的变截面实腹钢梁在竖向荷载作用下柱顶不产生水平推力及由水平推力产生的柱顶水平位移，柱子内力较小，但钢梁跨中屋脊处挠度较大，需增大梁截面。另外，为满足屋面坡度的要求也需加大截面，因而用钢量增大。人字形斜梁排架的钢梁为等截面，在竖向荷载作用下，柱顶产生一定的推力和位移，计算分析比较复杂，但较变截面钢梁节约钢材，且制作简单。

图3 变截面钢梁

图4 人字形钢梁

本工程由于钢梁跨度较大，钢梁截面选择时，综合考虑变截面钢梁和人字形钢梁的特点，采用了变截面的人字形钢梁，即钢梁断面结合弯矩包络图采用变截面，但底部没有做平，这样既能使钢梁具有足够的变形刚度，又节省用钢量。考虑到轻钢屋面体系对钢梁变形不敏感，钢梁挠度限值按L/240控制。钢梁翼缘宽厚比和腹板高厚比按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》中相关要求限值，在剪应力较大和腹板高厚比较大的区段设置横向加劲肋，间距不大于梁高的3倍，以提高钢梁抗剪承载力，并有利于钢构件加工，避免由于高厚比较大而发生腹板变形。梁平面外计算长度按GB 51022-2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》第7.1.6条取值，当钢梁翼缘面积较大，隅撑与屋面檩条连接不满足要求时，可将隅撑与屋面系杆相连，梁平面外计算长度取系杆间距，系杆构件设计时，应考虑隅撑传递的集中力影响。

图5 中间轴线钢梁立面图（单位：mm)

钢梁作用荷载统计时，屋面恒载按建筑屋面做法计算取值，屋面活载按附属面积投影面积大于60m2屋面钢结构取0.3k N/m2。雪荷载按100年一遇取值，并按GB 51022-2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》和GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中要求的不均匀布置进行输入。关于钢梁计算时的风荷载取值，虽然此类结构已不属于门式刚架，但考虑大跨屋面钢梁对风荷载较为敏感，且GB 51022-2015中规定的风荷载体型系数较GB 50009-2012中的大，因此，本工程钢梁吸风稳定设计时，风荷载按GB 51022-2015中的体型系数进行计算，基本风压考虑1.1调整系数。

人字形钢梁在竖向荷载作用下发生变形后，对两侧混凝土将产生向外推力，推力值随钢梁坡度和混凝土柱侧向刚度变化，对两侧边框柱的不利影响不可忽略。为了准确计算出钢梁对边框柱的推力，钢梁计算模型中，边框柱按实际截面尺寸和高度输入（高度按二层楼面至檐口柱顶标高计入），由柱底最大弯矩计算出边框柱附加纵筋面积，再和仓储整体模型中边框柱计算配筋叠加来进行实际配筋。