Proyek Gudang Prefabrikasi Logistik Peru: Analisis Struktural dan Skema Desain

Proyek Gudang Logistik Peru: Analisis Struktural dan Skema Desain

 

 

Proyek ini merupakan gudang logistik di Peru, dengan pesawat utama berbentuk trapesium. Parameter dimensi inti adalah: lebar 80,59~114,1m (dua sisi sejajar trapesium), panjang 190m, dan tinggi bangunan 15,2m; bentang struktural adalah 23~24m, dan jarak kolom (jarak antara setiap bentang) adalah 22m. Desain asli klien mengadopsi struktur rangka. Berdasarkan ukuran bentang, karakteristik muatan, dan persyaratan penggunaan gudang logistik, CBC menyarankan struktur grid kepada klien. yang dapat memenuhi kebutuhan klien dengan sempurna dan menurunkan penggunaan baja secara keseluruhan.

 

 

Struktur rangka adalah sistem bantalan-gaya planar, yang sebagian besar terdiri dari tali busur atas, tali busur bawah, dan anggota badan. Karakteristik daya dukungnya terkonsentrasi pada bidang: tali busur bagian atas menahan tekanan, tali busur bawah menahan tegangan, dan bagian badan (bagian diagonal dan vertikal) menyalurkan gaya geser. Beban keseluruhan diseimbangkan oleh gaya aksial komponen struktur. Dikombinasikan dengan parameter proyek, kekuatan-yang dimilikinya memiliki keterbatasan yang jelas:

1. Kemampuan adaptasi bentang yang tidak memadai: Bentang proyek ini mencapai 23~24m, yang termasuk dalam kategori bentang sedang (menurut Spesifikasi Teknis Struktur Jaringan Ruang Angkasa JGJ 7-2010, bentang sedang adalah 30m~60m, dan 23~24m mendekati batas bawah bentang sedang). Untuk struktur rangka di bawah bentang ini, ukuran bagian tali busur dan anggota badan perlu ditingkatkan secara signifikan untuk memenuhi persyaratan kekuatan dan stabilitas, yang kemungkinan besar akan menyebabkan anggota yang berlebihan, peningkatan bobot sendiri, dan keekonomian yang buruk.

2. Kekuatan spasial yang tidak seimbang: Bidang gudang berbentuk trapesium. Sebagai struktur planar, rangka sulit beradaptasi dengan distribusi gaya spasial bidang trapesium, dan kemungkinan besar akan terjadi konsentrasi tegangan lokal (terutama di daerah transisi lebar trapesium); pada saat yang sama, beban asimetris yang mungkin ada di gudang logistik, seperti beban penumpukan atap dan beban peralatan, akan semakin memperburuk gaya rangka yang keluar dari bidangnya, sehingga memerlukan sistem pendukung tambahan dan meningkatkan kompleksitas desain.

3. Kekakuan keseluruhan tidak mencukupi: Kekakuan struktur rangka terutama bergantung pada kerja sama komponen struktur di dalam bidang, dan kekakuan-di luar-bidang lemah. Di bawah beban angin dan aksi seismik (Peru terletak di zona seismik, sehingga persyaratan seismik perlu dipertimbangkan), mudah untuk menghasilkan defleksi besar dan perpindahan horizontal, yang mempengaruhi keselamatan gudang. Diperlukan dukungan tambahan yang tahan terhadap perpindahan lateral, sehingga meningkatkan kesulitan dan biaya konstruksi.

 

 

Struktur grid adalah struktur sistem batang spasial, yang dibentuk dengan menghubungkan beberapa batang melalui node menurut hukum tertentu, mengikuti persyaratan yang relevan dari Spesifikasi Teknis Struktur Grid Ruang JGJ 7-2010. Karakteristik penahan gayanya adalah gaya kooperatif spasial, yang lebih cocok untuk proyek ini dibandingkan struktur rangka. Analisis gaya spesifiknya adalah sebagai berikut:

1. Bentuk penahan gaya yang lebih masuk akal: Struktur grid adalah sistem statis tak tentu tingkat tinggi, dan simpul-simpulnya diasumsikan berengsel. Batang terutama menanggung tegangan atau tekanan aksial, tanpa momen lentur dan gaya geser yang jelas. Gayanya seragam dan jalur transmisi gaya jelas, yang dapat memberikan pengaruh penuh pada sifat tarik dan tekan baja, secara efektif mengurangi beban gaya satu batang, dan beradaptasi dengan kebutuhan bentang 23~24m.

2. Kemampuan beradaptasi spasial yang kuat: Untuk bidang trapesium, tata letak grid dapat dioptimalkan (mengadopsi sistem piramida segitiga atau sistem piramida segi empat) untuk beradaptasi dengan perubahan lebar secara bertahap dari 80,59m menjadi 114,1m, menghindari konsentrasi tegangan lokal; pada saat yang sama, karakteristik bantalan gaya spasialnya memungkinkannya untuk secara efektif menyebarkan beban asimetris (seperti beban penumpukan atap dan beban peralatan), tanpa perlu menambahkan sejumlah besar penyangga di luar bidang, dan integritas strukturalnya menjadi lebih kuat.

3. Kekakuan dan stabilitas yang sangat baik: Batang-batang struktur kisi dijalin untuk membentuk sistem penahan gaya spasial tiga dimensi-, dan kekakuan keseluruhan jauh lebih tinggi dibandingkan struktur rangka. Di bawah beban angin dan aksi seismik, defleksi dan perpindahan horizontal dapat dikontrol dalam kisaran yang diperbolehkan oleh spesifikasi (menurut spesifikasi, defleksi di bawah beban hidup atap tidak boleh melebihi 1/250 bentang); pada saat yang sama, piramida segitiga, sebagai unit invarian geometris terkecil yang menyusun struktur spasial, dapat meningkatkan stabilitas struktur secara keseluruhan, tanpa perlu membuat sistem tahan perpindahan lateral yang kompleks.

4. Kemampuan beradaptasi beban: Dikombinasikan dengan karakteristik beban gudang logistik (beban mati atap, beban hidup, beban debu, dan kemungkinan beban peralatan), struktur jaringan dapat menyalurkan beban secara merata ke penyangga dengan membagi ukuran jaringan secara wajar, menghindari kerusakan struktural yang disebabkan oleh beban lokal yang berlebihan; pada saat yang sama, dapat memenuhi persyaratan fortifikasi seismik, dan aksi seismik dihitung dengan metode spektrum respons mode superposisi untuk memastikan keamanan struktur dalam kondisi seismik.

 

 

Dikombinasikan dengan ukuran trapesium, bentang dan persyaratan beban pada proyek ini, struktur kisi mengadopsi kisi piramida segi empat dua lapis-(cocok untuk bidang trapesium, dengan struktur sederhana, gaya seragam, dan nyaman untuk produksi pabrik dan-pemasangan di lokasi). Desain rangka baja mengikuti prinsip "keamanan dan penerapan, ekonomi dan rasionalitas". Skema spesifiknya adalah sebagai berikut (semua bahan dipilih sesuai dengan standar lokal Peru dan standar nasional, dan baja Q355B lebih disukai untuk menyeimbangkan kekuatan dan ekonomi):

 

1. Tata letak kisi: Digunakan kisi piramida segi empat berlapis ganda-, dengan ukuran kisi 2,5m×2,5m (cocok untuk jarak kolom 22m untuk memastikan kekuatan batang yang seragam); banyaknya kisi-kisi pada ujung sempit trapesium (lebar 80,59m) adalah 32×76 (arah lebar × arah panjang), dan banyaknya kisi-kisi pada ujung lebar (lebar 114,1m) adalah 46×76. Area transisi mewujudkan gradien lebar dengan menyesuaikan sudut kisi untuk menghindari konsentrasi tegangan.

2. Tinggi kisi-kisi: Dikombinasikan dengan bentang 23~24m, tinggi kisi-kisi adalah 2,2m (rasio bentang-tinggi sekitar 1/11, yang memenuhi persyaratan "rasio bentang-tinggi kisi-kisi bisa 1/18~1/10" dalam spesifikasi), memastikan kekakuan dan stabilitas struktural, dan memenuhi batas tinggi bangunan 15,2m.

3. Desain dukungan: Bentuk campuran dari dukungan periferal dan dukungan titik diadopsi. Penopang dipasang pada ujung sempit, ujung lebar, dan kedua sisi arah panjang. Penopangnya adalah penopang geser PTFE (sesuai dengan persyaratan struktural baru dalam spesifikasi), yang secara efektif dapat melepaskan tekanan suhu dan mentransmisikan gaya vertikal dan horizontal pada saat yang bersamaan; node pendukung mengadopsi node bola berongga yang dilas untuk memastikan keandalan koneksi.

 

Menurut analisis gaya, bagian batang mengadopsi pipa baja melingkar (karakteristik bagian simetris, gaya seragam, pemrosesan dan penyambungan yang mudah). Ukuran penampang batang pada berbagai bagian adalah sebagai berikut (digabungkan dengan hasil perhitungan gaya dalam, memenuhi persyaratan kekuatan, kekakuan dan stabilitas):

Akord atas: Tekanan beruang. Menurut gaya internal, pipa baja melingkar φ168×6 (ujung sempit dan area transisi) dan φ180×8 (area dengan gaya besar di ujung lebar); rasio kelangsingan dikontrol dalam 150 untuk memenuhi persyaratan stabilitas komponen struktur kompresi.

Akord bawah: Menahan ketegangan. pipa baja melingkar φ159×6 (ujung sempit) dan φ168×6 (ujung lebar) dipilih; rasio kelangsingan dikontrol dalam 200 untuk memenuhi persyaratan kekakuan komponen struktur tarik, dan pemeriksaan stabilitas tidak diperlukan (hanya pemeriksaan kekuatan yang diperlukan).

Anggota web (anggota diagonal dan anggota vertikal): Mengirimkan gaya aksial, dengan gaya yang relatif kecil. pipa baja melingkar φ114×4 (area umum) dan φ127×5 (area transisi dengan gaya besar); sudut antara bagian diagonal dan tali busur dikontrol antara 40 derajat ~60 derajat untuk memastikan efisiensi transmisi gaya.

Node: Node bola berongga yang dilas diadopsi. Diameter bola ditentukan berdasarkan jumlah batang dan ukuran bagian, dan φ200×8 (simpul umum) dan φ250×10 (simpul pendukung dengan gaya besar) dipilih; konsumsi baja pada simpul-simpul dikendalikan sekitar 18% dari total konsumsi baja pada jaringan, yang sejalan dengan tingkat konvensional industri.

 

Dikombinasikan dengan luas trapesium, tata letak kisi-kisi, dan ukuran bagian, dengan mempertimbangkan konsumsi baja pada simpul dan aksesori penghubung (baut, las) (dihitung sebagai 10% dari total konsumsi baja), total konsumsi baja pada struktur kisi-kisi proyek ini dihitung sebagai berikut (tidak termasuk struktur pondasi dan kolom, hanya untuk bagian kisi-kisi):

Akord atas: Panjang totalnya sekitar 3860m. Berat per meter pipa baja φ168×6 adalah 24,7kg, dan berat per meter pipa baja φ180×8 adalah 35,8kg, totalnya sekitar 102,3t;

Akord bawah: Panjang totalnya sekitar 3720m. Berat per meter pipa baja φ159×6 adalah 22,6kg, dan berat per meter pipa baja φ168×6 adalah 24,7kg, totalnya sekitar 85,7t;

Anggota web: Panjang totalnya sekitar 7980m. Berat per meter pipa baja φ114×4 adalah 10,8kg, dan berat per meter pipa baja φ127×5 adalah 15,1kg, totalnya sekitar 96,2t;

Node dan aksesori penghubung: Total konsumsi baja sekitar 28,4 ton (dihitung sebagai 10% dari total berat batang di atas);

Total konsumsi baja pada jaringan: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. Konsumsi baja satuan adalah sekitar 18,2kg/㎡ (dihitung berdasarkan luas rata-rata bidang trapesium), yang sejalan dengan kisaran konsumsi baja satuan konvensional pada struktur kisi dua-lapisan (15~20kg/㎡) dan memiliki keekonomian yang baik.

 

 

1. Kemampuan beradaptasi bentang yang lebih baik: Untuk bentang-sedang 23~24m, struktur kisi dapat memanfaatkan sepenuhnya gaya aksial batang, menghindari ukuran bagian batang yang berlebihan, mengurangi-berat sendiri, dan menghemat konsumsi baja, yang lebih ekonomis dibandingkan struktur rangka.

2. Integritas spasial yang lebih kuat: Struktur kisi-kisi adalah sistem spasial tiga-dimensi, yang dapat beradaptasi dengan lebih baik pada bidang trapesium gudang, secara efektif menyebarkan konsentrasi tegangan lokal, dan memiliki kemampuan beradaptasi yang lebih baik terhadap beban asimetris (seperti beban penumpukan atap), tanpa perlu menambahkan sejumlah besar penyangga di luar bidang, sehingga menyederhanakan struktur dan mengurangi kesulitan konstruksi.

3. Kekakuan dan stabilitas yang lebih tinggi: Jalinan batang secara spasial membuat struktur kisi memiliki kekakuan dan stabilitas keseluruhan yang sangat baik. Di bawah beban angin dan aksi seismik, deformasinya kecil, yang dapat lebih memenuhi persyaratan keselamatan gudang logistik (terutama mengingat karakteristik seismik di Peru), dan keselamatan operasi lebih tinggi.

4. Konstruksi yang mudah dan masa konstruksi yang singkat: Struktur kisi dapat dibuat terlebih dahulu di pabrik, dengan presisi pemrosesan yang tinggi dan pemasangan-di lokasi yang sederhana; simpulnya terstandarisasi, sehingga nyaman untuk perakitan dan konstruksi, dan dapat secara efektif mempersingkat periode konstruksi, sehingga cocok untuk kebutuhan konstruksi gudang logistik skala besar-.

5. Daya tahan yang baik dan perawatan yang mudah: Bagian pipa baja melingkar tidak mudah menumpuk debu dan air, serta memiliki ketahanan korosi yang baik setelah perawatan anti-korosi; strukturnya sederhana, jumlah bagian yang rentan sedikit, dan biaya pemeliharaan selanjutnya rendah, yang sejalan dengan-permintaan pengoperasian gudang logistik dalam jangka panjang.

 

 

1. Biaya desain dan pemrosesan awal yang lebih tinggi: Struktur jaringan adalah sistem spasial, desainnya lebih kompleks, dan persyaratan presisi pemrosesan node lebih tinggi; node bola berongga yang dilas memiliki biaya pemrosesan yang lebih tinggi daripada node rangka, yang menyebabkan biaya desain dan pemrosesan awal lebih tinggi.

2. Persyaratan yang lebih tinggi untuk teknologi konstruksi: Pemasangan struktur kisi di lokasi memerlukan peralatan pengangkat dan tim konstruksi yang profesional, dan ketepatan pemasangan simpul dan batang sangat diperlukan. Dibandingkan dengan struktur rangka, ambang batas teknologi konstruksi lebih tinggi, dan biaya konstruksi mungkin sedikit meningkat.

3. Jumlah batang dan simpul yang lebih banyak: Dibandingkan dengan struktur rangka, struktur kisi memiliki lebih banyak batang dan simpul, yang meningkatkan beban kerja transportasi material dan perakitan di lokasi sampai batas tertentu, namun kelemahan ini dapat diimbangi dengan prefabrikasi pabrik dan konstruksi standar.

 

 

Dikombinasikan dengan karakteristik proyek (bidang trapesium, bentang 23~24m, persyaratan beban gudang logistik, dan persyaratan seismik di Peru), struktur jaringan lebih cocok untuk proyek ini daripada struktur rangka. Meskipun desain awal dan biaya pemrosesan struktur kisi sedikit lebih tinggi, struktur kisi ini memiliki keunggulan nyata dalam kemampuan adaptasi bentang, integritas spasial, kekakuan dan stabilitas, serta dapat secara efektif mengurangi biaya pemeliharaan di kemudian hari dan memastikan pengoperasian gudang yang aman dalam jangka panjang. Dari perspektif ekonomi dan keselamatan yang komprehensif, saran optimalisasi perubahan dari struktur rangka ke struktur jaringan adalah masuk akal dan layak.