自动化高架仓库结构设计浅析

【摘要】：本工程为广州某综合维修基地高架仓库，结构形式采用门式刚架结构。由于高架仓库跨度大且层高高，库内楼地面荷载较大特点，属于超出门刚规程限值的门架结构，本文针对高架仓库结构特点结合工程实例进行浅析。

关键词：高架仓库；带夹层门式刚架

一 高架仓库特点

自动化高架仓库，一般是指采用几层、十几层乃至几十层的货架来储存单元货物，并用相同的搬运设备进行货物入、出库作业的仓库。其主要特点是提高空间利用率，充分节约有限且昂贵的场地，并且自动化水平高以及操作简便化等。其按建筑功能多划分为操作区和库区两大部分，结构特点要求大跨度和超高度。由于轻钢结构具有布置灵活、跨度大等特点，能较好实现现代化物流仓储的太空间、大跨度等要求，高架库多数采用轻钢结构形式。

建筑维护体系采用冷弯薄壁型钢墙檩和彩色双层镀铝锌板内填充50mm厚玻璃棉，与传统砌体维护结构相比，具有自重轻、保温隔热性能好、安装速度快、外表美观等特点。同时，结构自重减轻，可提高结构整体抗震性能。

操作区柱网及楼层的功能布置必须满足工艺布置需要，柱网和层高尺寸大，结构有错层和楼板大开洞。楼板的尺寸和平面刚度变化大，局部开洞面积有可能超过该楼层面积的50％，楼层层高差别大，属于平面不规则和竖向不规则建筑。由于工艺操作和检修原因，楼层活荷载较大，使用要求高，活荷载取值多为10kN／~20kN／，且局部设置中级工作制吊车。

由于高架仓库跨度大、单层结构高度高，属于大跨度超高门式刚架结构，在结构设计中不能简单套用《门式刚架轻型房屋技术规程》(CECS102：2002)(简称：门规)，在设计过程必须采取有效措施，保证结构的安全性。

二 高架仓库的结构

高架仓库工艺的特点，给结构设计带来了一定的难度，在结构设计中根据实际工艺需要对不同功能区采用不同的结构形式，并在相互之间设置伸缩缝，形成各自独立的结构体系。

1：操作区

本工程~轴为高架仓库操作区，总建筑面积1728平米，长30米，宽36米，具有分拣、操作等功能，柱网布置图如图1所示，结构剖面图1-1如图2所示。

图1

在单层门式刚架结构内局部设有三层框架结构，属于带夹层的门式刚架结构，与单层工业厂房或多层民用轻钢结构相比区别为：这种结构形式不同于一般多层框架结构，也不同于―般的单层门式刚架结构厂房，下部框架结构，上部为门式刚架结构。对于这种混合结构下部按多层钢结构相关设计规范设计．而上部结构则按门式刚架规程设计。

由于自动化高架仓库布置、设备检修、堆载的要求，楼面活荷载较大，多为10kN／~20 kN／，个别位置具有较大的集中荷载，并且内设3吨吊车，因此带夹层门式刚架地震作用较大，这种结构形式―般由地震作用组合控制，设计时必须计算地震作用。

自动化高架仓库下部框架结构因建筑功能要求或工艺需求，刚架纵、横两个方向的总刚度和总水平力的合力中心不重合，质量和刚度分布明显不对称，按抗震设计规范属于平面不规则结构建筑，在结构进行抗震分析时应计入双向水平地震作用下的扭转影响；此外高架仓库楼板的平面内刚度较小且楼层板上因工艺要求需开设较大洞口而对水平刚度有较大影响，在建立力学模型时，需要考虑楼板的实际刚度，按弹性板壳单元考虑，需在楼面钢梁的翼缘处设置角部隅撑，使纵横方向的钢框架能协同工作，共同抵抗弯矩。

地震作用随结构高度增加变化不明显，风荷载组合随结构高度增加而增加，在设计中不应忽视风荷载对结构的影响。对下部结构应按多层结构相应规范规定的地震作用下层间弹性位移角1／250，风荷载作用下层间位移角为1／400（钢规附录A2中规定）控制，对上部结构的控制应按门式刚架技术规程，严格控制柱顶位移。

2：库区

~轴为大型库区，库区结构采用双跨双坡门式结构。门式刚架结构是库区的基本承重结构，高架仓库所承受的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用均由门式刚架承受并传至基础。与其他轻钢结构相比，具有以下特点：刚架梁、柱一般为变截面，刚架截面抵抗矩与抗弯承载力成正比，变截面处根据需要可改变腹板的高度和翼缘的宽度；刚架梁、柱腹板可按有效

宽度设计，允许部分腹板失稳，并可利用其屈曲后强度，构件腹板高厚比可超出《钢结构设计规范》(GB50017-2003)(简称“钢规”)的界限，通过设置隅撑、刚系杆提供钢梁、柱侧向支撑点，减小构的翼缘宽度。

本工程刚架横向尺寸为36m，两跨均为18.0m，檐口高度为21.0米，结构纵向尺寸为114米，柱距6m，屋面坡度10％，梁柱连接采用刚接，如图3所示。层高超过了门规“门式刚架的平均高度宜采用4.5米~9米，当有桥高式吊车时不宜大于12米”的适用范围。

图2

建筑物体型超出了“门规”的要求，因此荷载取值依据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)2006版。由于高架仓库高度超高，风荷载可取梯形荷载或等效矩形荷载。经计算柱顶位移是风荷载控制，“门规”规定无桥式吊车的单层框架柱顶位移为H／60，本工程高度高，建筑的变形不应过大，柱顶的位移限制按H／150控制。

刚架柱的长细比按“钢规”要求的150严格控制，中柱与斜梁采用刚性接点，不宜按摇摆柱设计。摇摆柱上下端铰接，不能提供侧向刚度，相反，它还需要刚架拄提供侧向刚度才能发挥作用。

为保证高架仓库在安装和使用过程中的纵向稳定和安全，传递并承受房屋纵向水平荷载，为刚架提供平面外可靠支撑以减小刚架平面外计算长度，提高结构整体刚度度，应按以下原则设置能构成空间稳定结构的支撑体系：在设置柱间支撑的开间，同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系；鉴于高架仓库很高且跨度较大，沿厂房周边通长设置屋面纵向水平支撑；高架仓库除柱顶设置刚性系杆外，柱中设置两道刚性系杆，控制支撑斜杆的水平夹角控制在45度左右，采用多层支撑形式。山墙采用屋面斜梁、抗风柱和山墙支撑组成的山墙墙架，如图3所示。设计中将抗风柱与斜梁下翼缘相连，在连接处结合屋面支撑设撑杆，将山墙风荷载通过屋面横向水平支撑传递给屋面系统。

图3

三 总结

根据高架仓库的工艺特点，在设计中按照不同建筑功能分区，分别采用门式刚架结构和带夹层门式刚架结构形式。由于库体跨度大、单层结构层高高，不能简单套用现行门式刚架设计规程，设计时必须根据结构具体形式进行分析，并对设计参数、构件选用、支撑布置及节点处理等方面采取具体措施，保证结构设计安全、可靠及经济性。

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