Projet d'entrepôt préfabriqué logistique au Pérou : schéma d'analyse structurelle et de conception

Projet d'entrepôt logistique au Pérou : analyse structurelle et schéma de conception

 

 

Ce projet est un entrepôt logistique au Pérou, avec un plan principal trapézoïdal. Les paramètres dimensionnels de base sont : la largeur de 80,59 à 114,1 m (les deux côtés parallèles du trapèze), la longueur de 190 m et la hauteur du bâtiment de 15,2 m ; la portée structurelle est de 23 à 24 m et l'espacement des colonnes (distance entre chaque travée) est de 22 m. La conception originale du client a adopté une structure en treillis. En fonction de la taille de la portée, des caractéristiques de charge et des exigences d'utilisation de l'entrepôt logistique, CBC propose au client une structure en grille. ce qui peut parfaitement satisfaire les exigences des clients et réduire la consommation globale d'acier.

 

 

La structure en treillis est un système porteur de force planaire-, principalement composé de membrures supérieures, de membrures inférieures et d'éléments d'âme. Ses caractéristiques de force-sont concentrées dans le plan : les membrures supérieures supportent la pression, les membrures inférieures supportent la tension et les éléments d'âme (éléments diagonaux et verticaux) transmettent la force de cisaillement. La charge globale est équilibrée par la force axiale des éléments. Combiné avec les paramètres du projet, son appui-a des limites évidentes :

1. Adaptabilité insuffisante de la portée : la portée de ce projet atteint 23 à 24 m, ce qui appartient à la catégorie de portée moyenne - (selon les spécifications techniques pour les structures de grille spatiale JGJ 7 - 2010, la portée moyenne est de 30 à 60 m et 23 à 24 m est proche de la limite inférieure de la portée moyenne). Pour la structure en treillis sous cette travée, il est nécessaire d'augmenter considérablement la taille de la section des membrures et des éléments d'âme pour répondre aux exigences de résistance et de stabilité, ce qui est susceptible de conduire à des éléments redondants, à une augmentation du poids propre et à une mauvaise économie.

2. Force spatiale déséquilibrée : Le plan de l’entrepôt est trapézoïdal. En tant que structure plane, la ferme est difficile à adapter à la répartition spatiale des forces du plan trapézoïdal, et une concentration locale des contraintes est susceptible de se produire (en particulier dans la zone de transition de largeur trapézoïdale) ; dans le même temps, les charges asymétriques qui peuvent exister dans l'entrepôt logistique, telles que les charges d'empilage sur le toit et les charges d'équipement, aggraveront encore la force hors du plan-de-de la ferme, nécessitant des systèmes de support supplémentaires et augmentant la complexité de conception.

3. Rigidité globale insuffisante : la rigidité de la structure en treillis dépend principalement de l'action coopérative des éléments dans le plan, et la rigidité hors-hors-du plan est faible. Sous la charge du vent et l'action sismique (le Pérou est situé dans une zone sismique, les exigences sismiques doivent donc être prises en compte), il est facile de produire une déviation et un déplacement horizontal importants, affectant la sécurité de l'entrepôt. Des supports supplémentaires résistants au déplacement latéral sont nécessaires, ce qui augmente la difficulté et le coût de la construction.

 

 

La structure de grille est une structure de système de tiges spatiales, formée en connectant plusieurs tiges via des nœuds selon une certaine loi, conformément aux exigences pertinentes de la spécification technique pour les structures de grille spatiale JGJ 7-2010. Sa caractéristique portante est la force coopérative spatiale, qui est plus adaptée à ce projet que la structure en treillis. L'analyse de la force spécifique est la suivante :

1. Forme de force-portante plus raisonnable : la structure de la grille est un système statiquement indéterminé d'ordre élevé-, et les nœuds sont supposés être articulés. Les tiges supportent principalement une tension ou une pression axiale, sans moment de flexion ni force de cisaillement évidents. La force est uniforme et le chemin de transmission de la force est clair, ce qui peut exploiter pleinement les propriétés de traction et de compression de l'acier, réduire efficacement la charge de force d'une seule tige et s'adapter aux exigences de portée de 23 à 24 m.

2. Forte adaptabilité spatiale : pour le plan trapézoïdal, la disposition de la grille peut être optimisée (en adoptant un système de pyramide triangulaire ou un système de pyramide quadrangulaire) pour s'adapter au changement progressif de largeur de 80,59 m à 114,1 m, évitant ainsi la concentration de contraintes locales ; dans le même temps, ses caractéristiques de force spatiale-lui permettent de disperser efficacement les charges asymétriques (telles que les charges d'empilage sur le toit et les charges d'équipement), sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un grand nombre de supports hors du plan-, et l'intégrité structurelle est plus forte.

3. Excellentes rigidité et stabilité : les tiges de la structure en grille sont entrelacées pour former un système porteur de -force spatiale tridimensionnelle-, et la rigidité globale est bien supérieure à celle de la structure en treillis. Sous la charge du vent et l'action sismique, la déflexion et le déplacement horizontal peuvent être contrôlés dans la plage autorisée par les spécifications (selon les spécifications, la déflexion sous la surcharge du toit ne doit pas dépasser 1/250 de la portée) ; dans le même temps, la pyramide triangulaire, en tant que plus petite unité géométriquement invariante composant la structure spatiale, peut améliorer la stabilité globale de la structure, sans qu'il soit nécessaire de mettre en place un système complexe résistant aux déplacements latéraux.

4. Adaptabilité de la charge : combinée aux caractéristiques de charge de l'entrepôt logistique (charge permanente du toit, surcharge, charge de poussière et charge possible de l'équipement), la structure de la grille peut transmettre uniformément la charge aux supports en divisant raisonnablement la taille de la grille, évitant ainsi les dommages structurels causés par une charge locale excessive ; en même temps, il peut répondre aux exigences de fortification sismique, et l'action sismique est calculée par la méthode du spectre de réponse par superposition de modes pour assurer la sécurité de la structure dans des conditions sismiques.

 

 

Combinée aux exigences de taille trapézoïdale, de portée et de charge de ce projet, la structure de grille adopte une grille pyramidale quadrangulaire à double -couche (adaptée au plan trapézoïdal, avec une structure simple, une force uniforme et pratique pour la production en usine et l'installation sur-site). La conception du cadre en acier suit le principe de « sécurité et applicabilité, économie et rationalité ». Le schéma spécifique est le suivant (tous les matériaux sont sélectionnés conformément aux normes locales péruviennes et aux normes nationales, et l'acier Q355B est préféré pour équilibrer résistance et économie) :

 

1. Disposition de la grille : une grille pyramidale quadrangulaire à double-couche est adoptée, avec une taille de grille de 2,5 m × 2,5 m (adaptée à un espacement des colonnes de 22 m pour assurer une force uniforme des tiges) ; le nombre de grilles à l'extrémité étroite du trapèze (80,59 m de large) est de 32 × 76 (direction de la largeur × direction de la longueur) et le nombre de grilles à l'extrémité large (114,1 m de largeur) est de 46 × 76. La zone de transition réalise un gradient de largeur en ajustant l'angle de la grille pour éviter la concentration des contraintes.

2. Hauteur de la grille : combinée à une portée de 23 à 24 m, la hauteur de la grille est de 2,2 m (le rapport hauteur-portée est d'environ 1/11, ce qui répond à l'exigence selon laquelle "le rapport hauteur-portée de la grille peut être de 1/18~1/10" dans la spécification), garantissant la rigidité et la stabilité structurelles et respectant la limite de hauteur de bâtiment de 15,2 m.

3. Conception du support : une forme mixte de support périphérique et de support ponctuel est adoptée. Les supports sont placés à l’extrémité étroite, à l’extrémité large et des deux côtés du sens de la longueur. Les supports sont des supports coulissants en PTFE (conformes aux nouvelles exigences structurelles de la spécification), qui peuvent efficacement libérer les contraintes thermiques et transmettre simultanément les forces verticales et horizontales ; les nœuds de support adoptent des nœuds de sphère creuse soudés pour garantir la fiabilité de la connexion.

 

Selon l'analyse de la force, la section de la tige adopte un tuyau en acier circulaire (caractéristiques de section symétrique, force uniforme, traitement et connexion faciles). Les tailles de section des tiges dans les différentes pièces sont les suivantes (combinées aux résultats du calcul des efforts internes, répondant aux exigences de résistance, de rigidité et de stabilité) :

Corde supérieure : Pression d'ours. En fonction de la force interne, des tuyaux en acier circulaires φ168×6 (extrémité étroite et zone de transition) et φ180×8 (zone avec une force importante à l'extrémité large) sont sélectionnés ; le rapport d'élancement est contrôlé à moins de 150 pour répondre aux exigences de stabilité des éléments de compression.

Corde inférieure : supporte la tension. Des tuyaux en acier circulaires φ159×6 (extrémité étroite) et φ168×6 (extrémité large) sont sélectionnés ; le rapport d'élancement est contrôlé dans une plage de 200 pour répondre aux exigences de rigidité des éléments tendus, et un contrôle de stabilité n'est pas requis (seul un contrôle de résistance est requis).

Éléments d'âme (éléments diagonaux et éléments verticaux) : transmettent la force axiale, avec une force relativement faible. Des tuyaux en acier circulaires φ114×4 (zone générale) et φ127×5 (zone de transition avec grande force) sont sélectionnés ; l'angle entre l'élément diagonal et la corde est contrôlé entre 40 degrés et 60 degrés pour garantir l'efficacité de la transmission de force.

Nœuds : des nœuds de sphère creuse soudés sont adoptés. Le diamètre de la sphère est déterminé en fonction du nombre de tiges et de la taille de la section, et φ200×8 (nœuds généraux) et φ250×10 (nœuds de support avec une force importante) sont sélectionnés ; la consommation d'acier des nœuds est contrôlée à environ 18 % de la consommation totale d'acier du réseau, ce qui est conforme au niveau conventionnel de l'industrie.

 

Combinée avec la surface trapézoïdale, la disposition de la grille et la taille des sections, compte tenu de la consommation d'acier des nœuds et des accessoires de connexion (boulons, soudures) (calculée à 10 % de la consommation totale d'acier), la consommation totale d'acier de la structure en grille de ce projet est calculée comme suit (hors fondation et structure de colonnes, uniquement pour la partie grille) :

Corde supérieure : La longueur totale est d'environ 3860 m. Le poids par mètre de tuyau en acier φ168×6 est de 24,7 kg et le poids par mètre de tuyau en acier φ180×8 est de 35,8 kg, pour un total d'environ 102,3 t ;

Corde inférieure : La longueur totale est d'environ 3720 m. Le poids par mètre de tuyau en acier φ159×6 est de 22,6 kg et le poids par mètre de tuyau en acier φ168×6 est de 24,7 kg, pour un total d'environ 85,7 t ;

Membres Web : La longueur totale est d’environ 7980 m. Le poids par mètre de tuyau en acier φ114×4 est de 10,8 kg et le poids par mètre de tuyau en acier φ127×5 est de 15,1 kg, pour un total d'environ 96,2 t ;

Nœuds et accessoires de connexion : La consommation totale d'acier est d'environ 28,4 t (calculée comme 10 % du poids total des tiges ci-dessus) ;

Consommation totale d'acier du réseau : 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t. La consommation unitaire d'acier est d'environ 18,2 kg/㎡ (calculée sur la base de la surface moyenne du plan trapézoïdal), ce qui est conforme à la plage de consommation unitaire d'acier conventionnelle des structures de grille à double -couche (15 ~ 20 kg/㎡) et présente une bonne économie.

 

 

1. Meilleure adaptabilité de la portée : pour une portée moyenne-de 23 à 24 m, la structure en grille peut utiliser pleinement la force axiale des tiges, éviter une taille de section excessive des tiges, réduire le poids propre-et économiser la consommation d'acier, ce qui est plus économique que la structure en treillis.

2. Intégrité spatiale plus forte : la structure en grille est un système spatial tridimensionnel-, qui peut mieux s'adapter au plan trapézoïdal de l'entrepôt, disperser efficacement la concentration de contraintes locales et a une meilleure adaptabilité aux charges asymétriques (telles que les charges d'empilage sur le toit), sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un grand nombre de supports hors-hors du plan-, simplifiant ainsi la structure et réduisant les difficultés de construction.

3. Rigidité et stabilité plus élevées : L'entrelacement spatial des tiges confère à la structure de la grille une excellente rigidité et stabilité globales. Sous la charge du vent et l'action sismique, la déformation est faible, ce qui peut mieux répondre aux exigences de sécurité des entrepôts logistiques (en particulier compte tenu des caractéristiques sismiques du Pérou), et la sécurité des opérations est plus élevée.

4. Construction pratique et période de construction courte : la structure de la grille peut être préfabriquée en usine, avec une précision de traitement élevée et une installation simple sur-site ; les nœuds sont standardisés, ce qui est pratique pour l'assemblage et la construction, et peuvent effectivement raccourcir la période de construction, ce qui convient à la demande de construction d'entrepôts logistiques à grande échelle-.

5. Bonne durabilité et entretien facile : la section de tuyau en acier circulaire n'est pas facile à accumuler de la poussière et de l'eau et a une bonne résistance à la corrosion après un traitement anti-corrosion ; la structure est simple, le nombre de pièces vulnérables est faible et le coût de maintenance ultérieur est faible, ce qui correspond à la demande d'exploitation à long terme-des entrepôts logistiques.

 

 

1. Coût initial de conception et de traitement plus élevé : la structure de la grille est un système spatial, la conception est plus complexe et les exigences en matière de précision de traitement des nœuds sont plus élevées ; les nœuds de sphère creuse soudés ont un coût de traitement plus élevé que les nœuds en treillis, ce qui conduit à un coût de conception et de traitement initial plus élevé.

2. Exigences plus élevées en matière de technologie de construction : l'installation sur-site de la structure en grille nécessite un équipement de levage professionnel et des équipes de construction, et la précision d'installation des nœuds et des tiges est strictement requise. Par rapport à la structure en treillis, le seuil technologique de construction est plus élevé et le coût de construction peut être légèrement augmenté.

3. Plus grand nombre de tiges et de nœuds : par rapport à la structure en treillis, la structure en grille comporte plus de tiges et de nœuds, ce qui augmente dans une certaine mesure la charge de travail de transport des matériaux et d'assemblage sur -site, mais cet inconvénient peut être compensé par la préfabrication en usine et la construction standardisée.

 

 

Combinée aux caractéristiques du projet (plan trapézoïdal, portée de 23 à 24 m, exigences de charge de l'entrepôt logistique et exigences sismiques au Pérou), la structure en grille est plus adaptée à ce projet que la structure en treillis. Bien que le coût initial de conception et de traitement de la structure en grille soit légèrement plus élevé, elle présente des avantages évidents en termes d'adaptabilité de la portée, d'intégrité spatiale, de rigidité et de stabilité, et peut réduire efficacement les coûts de maintenance ultérieurs et garantir le fonctionnement sûr à long terme de l'entrepôt. Du point de vue de l'économie globale et de la sécurité, la suggestion d'optimisation consistant à passer de la structure en treillis à la structure en grille est raisonnable et réalisable.