淺析鋼結構高架立體冷庫設計要點

朱學華 李超

本文根據國內冷鏈市場需求狀況，結合時下建筑市場對新建建筑物裝配率的建設要求，分析了外保溫鋼結構高架冷庫的應用范圍，并結合工程實例分析外保溫鋼結構高架冷庫的設計要點，以期為類似工程應用提供參考。

冷庫;鋼結構;柱腳;支撐;計算長度

近年來國內物流業發展迅速，物流倉儲需求越來越旺盛，不管是普通貨物倉儲還是電商物流倉儲，以及冷鏈倉儲都有廣闊的市場需求。尤其是冷鏈物流，取得了大規模的發展，加之我國電子商務發展迅猛，農產品、生鮮、乳制品等行業訂單數量增多，對冷鏈物流行業需求不斷增加，推動了我國冷鏈物流行業不斷發展。

目前我國現有的冷庫多數為土建冷庫，土建冷庫主體結構為鋼筋混凝土框架結構，外維護為框架結構、砌體填充墻，外維護結構與主體結構脫開，只是在維護結構的框架柱與主體結構的框架柱間柔性連接。內保溫材料附著于維護結構及主體結構上，形成保溫內膽。土建庫優點在于采用內保溫，無冷橋，保溫性能好，能耗低。其缺點在于建設周期長，構件斷面大，庫內有效容積低。近年來，國內引進歐美技術工藝，裝配式冷庫逐步得到了運用。裝配式冷庫主體采用裝配式鋼結構，采用外保溫庫板，這樣其上部結構裝配率高，能夠滿足裝配率的要求。正因為鋼結構的裝配施工，縮減了施工周期，主體結構更輕盈，裝配冷庫基本為單層鋼結構，且層高大，因此有效容積率高，所以也被稱為高架冷庫。因為采用外保溫，主體結構的柱腳則不可避免成為冷橋，為了將冷橋的不利影響降至最低，在柱腳底板底鋪設一塊高強度的聚氨酯保溫墊塊。下面結合工程實例，淺析高架冷庫的設計。

本工程地處上海市蘆潮港，根據使用功能分為冷凍（藏）庫（下文簡稱冷庫）、穿堂、輔房，根據三種使用功能分為三個結構單元，冷庫及穿堂均為鋼結構，輔房為現澆鋼筋混凝土框架結構。冷庫平面尺寸為159.0（m）×59.0（m），穿堂平面尺寸為144.275（m）×24.0（m），輔房平面尺寸為12.8（m）×33.0（m）。冷庫分為三個低溫庫一個變溫庫，冷藏間一為全自動立體庫，其余為普通高架庫。冷庫室內外高差1.4m，室外地面至檐口高度為23.015m。

本工程場地設防烈度為7度（0.10g），地震分組為第二組，場地土類別為上海類（場地土特征周期0.90S）。基本風壓為0.55KN/m（50年一遇），地面粗糙度類別為A類，基本雪壓為0.25KN/m（100年重現期）本工程設計使用年限50年，結構安全等級為二級。建筑平面圖1所示，剖面圖2所示。

本工程為9層貨架，地面活載70KN/m，而上海第一層土承載力只有80Kpa，庫內又有1.4m的覆土荷載、再加上地坪恒載，天然地基無法滿足承載力要求，所以地坪和主體結構均采用樁基礎。地坪采用單樁承臺+筏板，樁型采用直徑500的預應力混凝土管樁。本工程良好的樁基持力層為72層粉砂層，若以粉砂層為持力層，單樁承載力特征值可達2000KN，但72層層頂起伏太大，相差約10m，樁長則為36m～46m，樁長難以控制。而且根據地坪荷載，若采用72層為持力層，樁間距得控制在5.4m左右才能充分發揮樁承載力，這樣地坪板跨變大，板厚、配筋都得變大。綜合衡量，決定取72層的上一層土53層粉質粘土層為樁端持力層。樁長統一取34m，單樁承載力1050KN，樁間距3.7m。這樣施工好控制，也充分發揮了樁的承載力，沉降值也不大。沉降圖3所示。

（1）上部結構柱網為14.75×15（20）m，采用鋼框架+支撐結構體系。由于低溫庫對冷熱橋的嚴格限制，建筑要求盡量減少柱腳螺栓，所以只能選擇鉸接柱腳。框架柱采用箱型柱，框架梁采用平面桁架梁，檁條采用桁架式檁條。冷庫內部因為布置貨架及貨架穿梭車的運行，無法布置支撐，所以支撐布置在有墻柱列。兩片縱墻間距59m，只在上下縱墻柱列布置縱向支撐比較合適;在兩片縱墻柱列各布置6道支撐。在各個溫度區間的兩側柱列，各布置2道橫向支撐。屋面水平支撐滿布。三維模型整體透視圖4所示。

（2）結構計算采用PKPM軟件，采用二維和三維相結合進行計算。二維計算選擇無支撐柱列。二維計算時因為采用的是桁架梁，桁架梁的弦桿及腹桿均按柱輸入，根據PKPM說明，選擇“桁架、無側移”進行計算。此時，需要判斷整個結構是否可按無側移計算，否則需要對柱計算長度系數進行人工干預。三維模型先選擇有側移框架計算，根據水平力及柱頂位移，根據《鋼結構設計標準》第8.3.1條中式8.3.1.6進行判別。

根據三維計算結果，柱頂Y向在風荷載作用下層間位移角為1/946;作用于柱頂風荷載設計值為2880KN，根據三維模型計算柱頂水平力與層間位移角的比值，柱頂風荷載計算得S==2724480KN。柱截面均為600×600×18的箱型柱，鋼材強度等級為Q355。根據有、無側移查規范附表所得柱計算長度，進行穩定承載力計算。

所以，Y向為強支撐框架，同理可算出X向也為強支撐框架，所以框架計算可按無側移結構計算。因二維模型選擇無柱間支撐柱列進行計算，在水平荷載作用下位移超標，所以二維模型計算結果只用于確定構件承載力的計算復核，結構整體位移指標以三維整體模型為準。

桁架梁桿件均采用熱軋寬翼緣H型鋼，結合檁條布置間距，桁架節間距取1475mm，桁架梁高1400mm，為保證梁柱節點的剛接，從柱端到桁架梁第一節間采用實腹鋼梁，鋼梁上下翼緣即為桁架梁的上下弦。為了更有效地將墻面風載傳至柱間支撐上，以及增強屋面整體剛度，屋面滿布水平支撐。水平支撐設置在上弦。屋面水平支撐采用張緊圓鋼，為防止水平豎向位移過大，在支撐中部至少設置一道吊桿，吊桿吊在檁條上弦上。檁條采用桁架式檁條，擱置在橫向桁架梁上弦，檁條下弦設置隅撐與桁架梁下弦相連，以阻止桁架梁下弦的側向失穩。檁條及縱向桁架梁間設置四道拉條。

設計關鍵點：本工程設計關鍵是點關于柱計算長度的選取，即有側移，無側移的判斷，不同的參數選取對計算結果影響很大;桁架梁與柱的連接節點設計。因為柱腳為鉸接，梁柱剛接才能有效傳遞水平力，采用實腹梁端與柱連接能真實反應剛接節點。

通過以上高架冷庫設計過程及結果可以得出以下結論：（1）外保溫冷庫因為保溫板在外側，更美觀。（2）鋼結構安裝施工更快捷。（3）上部鋼結構裝配率為100%，符合時下裝配率建筑的裝配要求。（4）桁架梁應力計算可采用二維計算，結構整體位移指標采用三維計算。三維建模時可采用等剛度的實腹梁。

[1] GB 50017-2017.鋼結構設計標準[S].

[2] 盛平林.某大型鋼結構高架冷庫（倉庫）結構設計[C].城市地下空間綜合開發技術交流會論文集，2013.

ZHU Xuehua， LI Chao

（1.CCCC Logistics Planning and Design Institute Co.， Ltd ， Shanghai 200000;

In this paper according to the domestic cold chain market demand， combined with the current construction market requirements for new building assembly rate， this paper analyzes the application scope of the external thermal insulation steel structure overhead cold storage， and analyzes the design key points of the external thermal insulation steel structure overhead cold storage combining with the engineering examples， in order to provide reference for the similar engineering application.

cold storage; steel structure; column base; support; calculation length