페루 물류 창고 프로젝트: 그리드 구조 분석 및 설계 계획

페루 물류창고 프로젝트: 그리드 구조 분석 및 설계 방안

 

이 프로젝트는 사다리꼴의 주 평면이 있는 페루의 물류 창고입니다. 핵심 치수는 폭 80.59~114.1m(사다리꼴의 평행한 두 변), 길이 190m, 건물 높이 15.2m입니다. 구조경간은 23~24m, 기둥간격(각 경간간 거리)은 22m이다. 클라이언트의 원래 디자인은 트러스 구조를 채택했습니다. CBC는 물류 창고의 경간 크기, 하중 특성 및 사용 요구 사항을 기반으로 구조 형태를 그리드 구조로 최적화할 것을 제안합니다. 다음은 구조적 힘, 철골 설계, 재료 단면 및 투입량, 이 구조 형태의 장단점 등 4가지 측면에서 자세히 분석한 것입니다.

 

 

 

트러스 구조는 평면형 힘-지탱 시스템으로 주로 상현, 하현 및 웹 부재로 구성됩니다. 힘-을 지지하는 특성은 평면에 집중되어 있습니다. 상부 현은 압력을 받고, 하부 현은 장력을 견디며, 웹 부재(대각선 부재 및 수직 부재)는 전단력을 전달합니다. 전체 하중은 부재의 축력에 의해 균형을 이룹니다. 프로젝트 매개변수와 결합하면 힘-내력에는 분명한 한계가 있습니다.

 

1. 불충분한 경간 적응성: 이 프로젝트의 경간은 중{3}}범주에 속하는 23~24m에 이릅니다(Space Grid Structures JGJ 7-2010에 대한 기술 사양에 따르면 중경간은 30m~60m이고 23~24m는 중경간 하한에 가깝습니다). 이 범위의 트러스 구조에서는 강도와 안정성 요구 사항을 충족하기 위해 코드와 웹 부재의 단면 크기를 크게 늘릴 필요가 있으며, 이는 부재의 중복, 자중 증가 및 경제성 저하로 이어질 수 있습니다.

 

2. 불균형한 공간력: 창고 평면은 사다리꼴입니다. 평면 구조로서 트러스는 사다리꼴 평면의 공간력 분포에 적응하기 어렵고 국부적인 응력 집중이 발생할 가능성이 높습니다(특히 사다리꼴 폭 천이 영역에서). 동시에, 지붕 쌓기 하중 및 장비 하중과 같이 물류 창고에 존재할 수 있는 비대칭 하중은 트러스의 면외 힘을 더욱 악화시켜 추가 지지 시스템이 필요하고 설계 복잡성을 증가시킵니다.

 

3. 전체 강성이 부족함: 트러스 구조의 강성은 주로 평면 내 부재들의 협동작용에 좌우되며, 평면{1}}외-면 강성은 약하다. 풍하중 및 지진 작용(페루는 지진 지역에 있으므로 지진 요구 사항을 고려해야 함) 시 큰 처짐 및 수평 변위가 발생하기 쉽고 창고의 안전에 영향을 미칩니다. 추가적인 측면 변위 방지 지지대가 필요하므로 건설 난이도와 비용이 증가합니다.

 

그리드 구조는 공간 그리드 구조 JGJ 7-2010에 대한 기술 사양의 관련 요구 사항에 따라 특정 법칙에 따라 노드를 통해 여러 개의 로드를 연결하여 형성된 공간 로드 시스템 구조입니다. 힘을 지탱하는 특성은 공간적 협력력으로 트러스 구조보다 이 프로젝트에 더 적합합니다. 특정 힘 분석은 다음과 같습니다.

 

1. 보다 합리적인 힘-지지 형태: 그리드 구조는 고-정적 불확정 시스템이며 노드는 힌지로 가정됩니다. 막대는 명백한 굽힘 모멘트 및 전단력 없이 주로 축 방향 장력이나 압력을 견뎌냅니다. 힘은 균일하고 힘 전달 경로는 명확하여 강철의 인장 및 압축 특성을 최대한 활용하고 단일 로드의 힘 하중을 효과적으로 줄이고 23~24m의 스팬 요구 사항에 적응할 수 있습니다.

 

2. 강력한 공간 적응성: 사다리꼴 평면의 경우 그리드 레이아웃을 최적화하여(삼각형 피라미드 시스템 또는 사각형 피라미드 시스템 채택) 국부적인 응력 집중을 피하면서 80.59m에서 114.1m까지 폭의 점진적인 변화에 적응할 수 있습니다. 동시에 공간적 힘-지탱 특성으로 인해 평면 외부 지지대를 많이 추가할 필요 없이 비대칭 하중(예: 지붕 쌓기 하중 및 장비 하중)을 효과적으로 분산시킬 수 있으며 구조적 무결성이 더욱 강력해집니다.

 

3. 우수한 강성과 안정성: 그리드 구조의 로드가 서로 직조되어 3차원-공간력-지탱 시스템을 형성하며 전체 강성은 트러스 구조보다 훨씬 높습니다. 풍하중 및 지진 작용 시 처짐 및 수평 변위는 사양에서 허용하는 범위 내에서 제어할 수 있습니다(사양에 따라 지붕 활하중 시 처짐은 경간의 1/250을 초과하지 않아야 함). 동시에 공간 구조를 구성하는 가장 작은 기하학적 불변 단위인 삼각 피라미드는 복잡한 측면 변위 저항 시스템을 설정할 필요 없이 구조의 전반적인 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

 

4. 하중 적응성: 물류 창고의 하중 특성(지붕 고정 하중, 활하중, 먼지 하중 및 가능한 장비 하중)과 결합하여 그리드 구조는 그리드 크기를 합리적으로 나누어 하중을 지지대에 고르게 전달할 수 있으며 과도한 국부 하중으로 인한 구조적 손상을 방지합니다. 동시에 내진 강화 요구 사항을 충족할 수 있으며, 지진 작용은 모드 중첩 응답 스펙트럼 방법으로 계산되어 지진 조건에서 구조물의 안전성을 보장합니다.

 

 

이 프로젝트의 사다리꼴 크기, 범위 및 하중 요구 사항과 결합하여 그리드 구조는 이중-층 사각형 피라미드 그리드를 채택합니다(사다리꼴 평면에 적합하고 구조가 간단하고 힘이 균일하며 공장 생산 및 현장 설치에 ​​편리함-). 철골 디자인은 "안전성과 적용성, 경제성과 합리성"이라는 원칙을 따릅니다. 구체적인 계획은 다음과 같습니다(모든 재료는 현지 페루 표준 및 국가 표준에 따라 선택되며 강도와 경제성의 균형을 맞추기 위해 Q355B 강철이 선호됩니다).

 

1. 그리드 레이아웃: 이중-층 사각형 피라미드 그리드가 채택되었으며 그리드 크기는 2.5m×2.5m입니다(로드의 균일한 힘을 보장하기 위해 22m 열 간격에 적합). 사다리꼴의 좁은 끝(폭 80.59m)에 있는 그리드의 개수는 32×76(폭방향×길이방향)이고, 넓은 끝(폭 114.1m)에 있는 그리드의 개수는 46×76이다. 전이 영역은 응력 집중을 피하기 위해 그리드 각도를 조정하여 폭 구배를 구현합니다.

 

2. 그리드 높이: 23~24m의 스팬과 결합하여 그리드 높이는 2.2m입니다(높이-스팬 비율은 약 1/11이며 이는 사양에서 "그리드의 높이-스팬 비율은 1/18~1/10"일 수 있음). 구조적 강성과 안정성을 보장하고 건물 높이 제한인 15.2m를 충족합니다.

 

3. 지지대 설계 : 주변 지지대와 포인트 지지대가 혼합된 형태를 채택합니다. 지지대는 좁은 쪽, 넓은 쪽, 길이 방향의 양쪽에 설치됩니다. 지지대는 온도 응력을 효과적으로 완화하고 동시에 수직 및 수평 힘을 전달할 수 있는 PTFE 슬라이딩 지지대(사양의 새로운 구조 요구 사항에 부합)입니다. 지지 노드는 용접된 중공 구형 노드를 채택하여 연결 신뢰성을 보장합니다.

 

 

힘 분석에 따르면 로드 단면은 원형 강관을 채택합니다(단면 대칭 특성, 균일한 힘, 가공 및 연결 용이). 다양한 부품의 로드 단면 크기는 다음과 같습니다(강도, 강성 및 안정성 요구 사항을 충족하는 내부 힘 계산 결과와 결합).

상단 코드: 곰의 압력. 내부 힘에 따라 ∅168×6(좁은 끝과 전이 영역) 및 ∅180×8(넓은 끝에서 큰 힘이 있는 영역) 원형 강관이 선택됩니다. 세장비는 압축 부재의 안정성 요구 사항을 충족하기 위해 150 이내로 제어됩니다.

하단 코드: Bear Tension. ∅159×6(좁은 끝) 및 ∅168×6(넓은 끝) 원형 강관이 선택됩니다. 인장재의 강성요구사항을 만족시키기 위해 세장비를 200 이내로 관리하며, 안정성 점검은 필요하지 않습니다(강도 점검만 필요).

웹 부재(대각선 부재 및 수직 부재): 상대적으로 작은 힘으로 축력을 전달합니다. ∅114×4(일반 영역) 및 ∅127×5(큰 힘이 있는 전이 영역) 원형 강관이 선택됩니다. 대각선 부재와 코드 사이의 각도는 힘 전달 효율을 보장하기 위해 40도 ~ 60도 사이로 제어됩니다.

노드: 용접된 중공 구형 노드가 채택됩니다. 구의 직경은 막대의 수와 단면의 크기에 따라 결정되며 Φ200×8(일반 절점)과 Φ250×10(큰 힘을 가하는 지지 절점)을 선택합니다. 노드의 철강 소비량은 그리드의 총 철강 소비량의 약 18%로 제어되며 이는 업계의 기존 수준과 일치합니다.

 

노드 및 연결 부속품(볼트, 용접)의 강철 소비량(총 강철 소비량의 10%로 계산)을 고려하여 사다리꼴 면적, 그리드 레이아웃 및 단면 크기를 결합하여 본 프로젝트의 그리드 구조의 총 강철 소비량은 다음과 같이 계산됩니다(기초 및 기둥 구조 제외, 그리드 부분만 해당).

 

상현 : 전체 길이는 약 3,860m이다. Φ168×6 강관의 미터당 중량은 24.7kg이고, Φ180×8 강관의 미터당 중량은 35.8kg으로 총 약 102.3t입니다.

 

하현 : 전체 길이는 약 3720m이다. Φ159×6 강관의 미터당 중량은 22.6kg이고, Φ168×6 강관의 미터당 중량은 24.7kg으로 총 약 85.7t입니다.

 

웹 회원 : 전체 길이는 약 7980m이다. Φ114×4 강관의 미터당 중량은 10.8kg이고, Φ127×5 강관의 미터당 중량은 15.1kg으로 총 약 96.2t입니다.

 

노드 및 연결 액세서리: 총 강철 소비량은 약 28.4t(위 로드 전체 중량의 10%로 계산)입니다.

 

그리드의 총 철강 소비량: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. 단위강재 소모량은 약 18.2kg/㎡(사다리꼴면의 평균 면적으로 계산)으로 기존 복층 그리드 구조의 단위강재 소모량 범위(15~20kg/㎡)와 일치하여 경제성이 좋습니다.

 

 

1. 더 나은 스팬 적응성: 23~24m의 중간-스팬의 경우 그리드 구조는 로드의 축방향 힘을 최대한 활용하고 로드의 과도한 단면 크기를 피하며 자중을 줄이고 강철 소비를 절약할 수 있어 트러스 구조보다 경제적입니다.-

 

2. 보다 강력한 공간 무결성: 그리드 구조는 창고의 사다리꼴 평면에 더 잘 적응할 수 있고, 국부 응력 집중을 효과적으로 분산할 수 있으며, 평면 외부 지지대를 많이 추가할 필요 없이 비대칭 하중(예: 지붕 쌓기 하중)에 더 잘 적응할 수 있는 3-차원 공간 시스템으로, 구조를 단순화하고 건설 난이도를 줄여줍니다.

 

3. 더 높은 강성과 안정성: 막대의 공간적 얽힘으로 인해 그리드 구조의 전반적인 강성과 안정성이 뛰어납니다. 풍하중 및 지진 작용 시 변형이 작아 물류 창고의 안전 요구 사항(특히 페루의 지진 특성을 고려)을 더 잘 충족할 수 있으며 작업 안전성이 더 높습니다.

 

4. 편리한 건설 및 짧은 건설 기간: 그리드 구조는 높은 처리 정밀도와 간단한 현장 설치로 공장에서 조립식으로 제작될 수 있습니다.- 노드가 표준화되어 조립 및 건설이 편리하고 건설 기간을 효과적으로 단축할 수 있어 대규모 물류 창고 건설 수요에 적합합니다.-

 

5. 내구성이 우수하고 유지보수가 용이함: 원형 강관 부분은 먼지와 물이 쉽게 쌓이지 않으며 부식 방지 처리 후 내식성이 우수합니다.- 구조가 간단하고, 취약한 부품의 수가 적으며, 이후 유지 관리 비용이 낮아서 물류 창고의 장기 운영 수요에 부합합니다.-

 

 

1. 더 높은 초기 설계 및 처리 비용: 그리드 구조는 공간 시스템이고 설계가 더 복잡하며 노드 처리 정밀도에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 용접된 중공 구형 노드는 트러스 노드보다 처리 비용이 높기 때문에 초기 설계 및 처리 비용이 더 높습니다.

 

2. 건설 기술에 대한 더 높은 요구 사항:-그리드 구조의 현장 설치에는 전문 호이스팅 장비와 건설 팀이 필요하며 노드와 로드의 설치 정밀도가 엄격히 요구됩니다. 트러스 구조에 비해 건설 기술의 한계가 높으며 건설 비용이 약간 증가할 수 있습니다.

 

3. 더 많은 수의 로드 및 노드: 트러스 구조에 비해 그리드 구조에는 더 많은 로드 및 노드가 있어 자재 운송 및 현장 조립 작업량이 어느 정도 증가하지만 이러한 단점은 공장 사전 제작 및 표준화된 시공으로 상쇄될 수 있습니다.

 

프로젝트 특성(사다리꼴 평면, 23~24m 경간, 물류 창고 하중 요구 사항 및 페루 내진 요구 사항)과 결합하여 그리드 구조가 트러스 구조보다 이 프로젝트에 더 적합합니다. 그리드 구조의 초기 설계 및 처리 비용은 약간 높지만 범위 적응성, 공간 무결성, 강성 및 안정성 측면에서 확실한 이점을 가지며 이후 유지 관리 비용을 효과적으로 줄이고 창고의 장기적-안전 운영을 보장할 수 있습니다. 종합적인 경제성과 안전성의 관점에서 트러스 구조에서 그리드 구조로 변경하는 최적화 제안은 합리적이고 실현 가능합니다.