ペルー物流プレハブ倉庫プロジェクト: 構造解析と設計スキーム

ペルー物流倉庫プロジェクト: 構造解析と設計スキーム

 

 

このプロジェクトは、台形の主平面を持つペルーの物流倉庫です。主要な寸法パラメータは、幅 80.59 ～ 114.1 メートル (台形の平行な 2 辺)、長さ 190 メートル、建物の高さ 15.2 メートルです。構造スパンは23～24m、柱間隔（スパン間の距離）は22mです。お客様のオリジナル設計ではトラス構造を採用しました。 CBCは、物流倉庫のスパンサイズ、負荷特性、使用要件に基づいて、グリッド構造をクライアントに提案します。これにより、クライアントの要件を完全に満たし、全体的な鋼材の使用量を削減できます。

 

 

トラス構造は平面力支持システムであり、主に上弦材、下弦材、ウェブ部材で構成されます。{0}その力支持特性は平面に集中しています。上部の弦は圧力に耐え、下部の弦は張力に耐え、ウェブ部材 (斜め部材と垂直部材) がせん断力を伝達します。全体の荷重は、部材の軸力によってバランスがとれます。プロジェクト パラメータと組み合わせると、その耐力には明らかな制限があります。-

1. 不十分なスパン適応性: このプロジェクトのスパンは 23~24m に達しており、中スパンのカテゴリに属します (スペースグリッド構造の技術仕様書 JGJ 7-2010 によると、中スパンは 30m~60m であり、23~24m は中スパンの下限に近いです)。このスパン以下のトラス構造では、強度や安定性の要件を満たすために弦やウェブ部材の断面サイズを大幅に大きくする必要があり、部材の冗長化、自重の増加、経済性の低下を招く可能性があります。

2. アンバランスな空間力: 倉庫の平面は台形です。トラスは平面構造であるため、台形面の空間力分布に適応することが難しく、局所的な応力集中が発生しやすい（特に台形幅移行部）。同時に、屋根積みの荷重や機器の荷重など、物流倉庫内に存在する可能性のある非対称な荷重により、トラスの面外力がさらに悪化し、追加のサポート システムが必要となり、設計の複雑さが増大します。--

3. 全体的な剛性が不十分: トラス構造の剛性は主に面内の部材の共同作用に依存しており、面外の剛性が弱いです。--。風荷重と地震作用（ペルーは地震地帯に位置しているため、耐震要件を考慮する必要があります）の下では、大きなたわみと水平変位が発生しやすく、倉庫の安全性に影響を与えます。追加の横方向変位耐性サポートが必要となり、建設の難易度が上がり、コストが増加します。

 

 

グリッド構造は、空間グリッド構造の技術仕様 JGJ 7-2010 の関連要件に従って、特定の法則に従ってノードを介して複数のロッドを接続することによって形成される空間ロッド システム構造です。その耐力特性は空間協調力であり、トラス構造よりもこのプロジェクトに適しています。比力分析は次のとおりです。

1. より合理的な力保持形式: グリッド構造は高次の静的不定系であり、ノードはヒンジで固定されていると想定されます。-ロッドは主に軸方向の張力または圧力に耐えますが、明らかな曲げモーメントやせん断力はありません。力は均一で、力の伝達経路が明確であるため、鋼の引張特性と圧縮特性を最大限に発揮し、単一ロッドの力負荷を効果的に軽減し、23〜24mのスパン要件に適応できます。

2. 強力な空間適応性: 台形面の場合、グリッド レイアウトを最適化して (三角錐システムまたは四角錐システムを採用)、幅 80.59 m から 114.1 m までの段階的な変化に適応し、局所的な応力集中を回避できます。同時に、その空間力-支持特性により、多数の面外サポートを追加することなく、非対称荷重（屋根の積み重ね荷重や設備荷重など）を効果的に分散することができ、--構造の完全性がより強固になります。

3. 優れた剛性と安定性: グリッド構造のロッドが織り交ぜられて三次元空間力支持システムを形成しています。全体の剛性はトラス構造よりもはるかに高くなります。-風荷重と地震作用の下で、たわみと水平変位を仕様で許容される範囲内に制御できます（仕様によれば、屋根の活荷重によるたわみはスパンの1/250を超えてはなりません）。同時に、三角錐は空間構造を構成する幾何学的に不変な最小単位として、複雑な横方向変位耐性システムを構築することなく、構造全体の安定性を向上させることができます。

4. 荷重適応性：物流倉庫の荷重特性（屋根死荷重、活荷重、粉塵荷重、および考えられる設備荷重）と組み合わせると、グリッド構造はグリッドサイズを合理的に分割することで荷重をサポートに均等に伝達し、過度の局所荷重によって引き起こされる構造損傷を回避できます。同時に、耐震強化の要件を満たすことができ、モード重ね合わせ応答スペクトル法によって地震作用が計算され、地震条件下での構造の安全性が確保されます。

 

 

このプロジェクトの台形のサイズ、スパン、荷重要件と組み合わせることで、グリッド構造には 2 層四角錐グリッドが採用されています（台形平面に適しており、構造が単純で力が均一で、工場での生産や現場での設置に便利です）-。鉄骨フレームの設計は「安全性と適用性、経済性と合理性」の原則に従っています。具体的なスキームは次のとおりです (すべての材料は地元ペルーの基準と国家基準に従って選択され、強度と経済性のバランスをとるために Q355B 鋼が推奨されます)。

 

1. グリッドレイアウト：2.5m×2.5mのグリッドサイズの二重-層四角錐グリッドが採用されています（ロッドの均一な力を確保するために22mの列間隔に適しています）。台形の狭い端（幅80.59m）のグリッド数は32×76（幅方向×長さ方向）、広い端（幅114.1m）のグリッド数は46×76です。遷移部は応力集中を避けるため格子角度を調整することで幅勾配を実現しています。

2. グリッドの高さ: 23~24m のスパンと組み合わせると、グリッドの高さは 2.2m (高さスパン比は約 1/11、仕様の「グリッドの高さスパン比は 1/18~1/10 まで可能」の要件を満たします) となり、構造の剛性と安定性が確保され、建物高さの制限 15.2m を満たします。

3.サポート設計：周辺サポートと点サポートの混合形式を採用。サポートは狭端、広端、長さ方向の両側に設置されています。サポートは PTFE スライド サポート (仕様の新しい構造要件に準拠) であり、温度応力を効果的に解放し、同時に垂直方向と水平方向の力を伝達できます。サポートノードは溶接された中空球ノードを採用し、接続の信頼性を確保します。

 

力分析によると、ロッドの断面は円形鋼管を採用しています（対称断面特性、均一な力、簡単な加工と接続）。さまざまな部分のロッドの断面サイズは次のとおりです（内部力の計算結果と組み合わせて、強度、剛性、安定性の要件を満たします）。

上弦: ベアプレッシャー。内力に応じてφ168×6（狭端部と移行部）とφ180×8（広端部の力の大きい部分）の円形鋼管を選定し、圧縮部材の安定性要件を満たすために、細さの比は 150 以内に制御されます。

下弦：ベアテンション。丸鋼管はφ159×6（狭端）とφ168×6（広端）を選定し、引張部材の剛性要求を満たすために細長比を200以内に管理しており、安定性チェックは不要です（強度チェックのみ必要です）。

ウェブ部材（斜め部材、垂直部材）：比較的小さな力で軸方向の力を伝達します。 φ114×4（一般部）とφ127×5（大きな力がかかる移行部）の円形鋼管を選定し、斜材と弦との角度を40度～60度に制御し、力の伝達効率を確保します。

ノード：溶接中空球ノードを採用。球径はロッドの本数と断面サイズに応じて決定され、一般的な節点の場合はφ200×8、力の強い支持節点の場合はφ250×10が選ばれます。ノードの鉄鋼消費量は、グリッドの総鉄鋼消費量の約 18% に制御されており、これは業界の従来のレベルと一致しています。

 

台形面積、グリッドレイアウト、断面サイズと組み合わせ、ノードおよび接続付属品（ボルト、溶接）の鋼材消費量（総鋼材消費量の10％として計算）を考慮すると、本プロジェクトのグリッド構造の総鋼材消費量は次のように計算されます（基礎と柱構造を除く、グリッド部分のみ）。

上弦：全長約3860m。 φ168×6鋼管の1m当たりの重量は24.7kg、φ180×8鋼管の1m当たりの重量は35.8kgで合計約102.3tとなります。

下弦：全長約3720m。 φ159×6鋼管の1m当たりの重量は22.6kg、φ168×6鋼管の1m当たりの重量は24.7kgで合計約85.7tとなります。

Web会員：全長は約7980メートルです。 φ114×4鋼管の1m当たりの重量は10.8kg、φ127×5鋼管の1m当たりの重量は15.1kgで合計約96.2tとなります。

ノードと接続アクセサリ: 鋼材の総消費量は約 28.4 トン (上記のロッドの総重量の 10% として計算)。

グリッドの総鉄鋼消費量: 102.3 + 85.7 + 96.2 + 28.4=312.6t.鋼材使用量単価は約18.2kg/㎡（台形面の平均面積から算出）と、従来の二層格子構造の鋼材使用量単価範囲（15～20kg/㎡）と一致しており、経済的です。

 

 

1. 優れたスパン適応性: 23~24mの中スパンでは、グリッド構造はロッドの軸力を最大限に活用し、ロッドの過度の断面サイズを回避し、自重を軽減し、鋼材の消費量を節約することができ、トラス構造よりも経済的です。

2. より強力な空間的整合性: グリッド構造は 3 次元の空間システムであり、倉庫の台形面に適切に適応し、局所的な応力集中を効果的に分散し、非対称荷重 (屋根の積み重ね荷重など) に対する適応性が向上します。-面外のサポートを多数追加する必要がなく、構造が簡素化され、建設の難易度が軽減されます。-

3. より高い剛性と安定性：ロッドが空間的に織り込まれているため、グリッド構造は全体の剛性と安定性に優れています。風荷重と地震作用の下での変形は小さく、物流倉庫の安全要件（特にペルーの耐震特性を考慮）をよりよく満たすことができ、操作の安全性が高くなります。

4. 便利な建設と短い建設期間: グリッド構造は工場で事前に組み立てることができ、高い加工精度と簡単な現場設置が可能です。-ノードは標準化されているため、組み立てや建設に便利であり、建設期間を効果的に短縮できるため、大規模な物流倉庫の建設需要に適しています。{2}}

5.優れた耐久性と容易なメンテナンス：円形鋼管部分は塵や水が蓄積しにくく、防食処理後の優れた耐食性を備えています。-構造がシンプルで脆弱な部品が少なく、その後のメンテナンスコストも低いため、物流倉庫の長期運用需要に対応しています。-

 

 

1. 初期設計と処理コストが高い: グリッド構造は空間システムであり、設計はより複雑で、ノード処理精度の要件も高くなります。溶接された中空球ノードはトラス ノードよりも処理コストが高いため、初期設計と処理コストが高くなります。

2. 建設技術に対するより高い要件: グリッド構造の現場設置には専門の吊り上げ装置と建設チームが必要であり、ノードとロッドの設置精度が厳しく要求されます。トラス構造に比べて施工技術の敷居が高く、施工コストが若干高くなる可能性があります。

3. ロッドとノードの数が多い: トラス構造と比較して、グリッド構造はロッドとノードの数が多いため、材料の輸送と現場での組み立ての作業負荷がある程度増加しますが、この欠点は工場でのプレハブと標準化された構造によって相殺できます。-

 

 

プロジェクトの特徴（台形平面、スパン 23 ～ 24m、物流倉庫の耐荷重要件、ペルーの耐震要件）を考慮すると、トラス構造よりもグリッド構造の方が本プロジェクトに適している。グリッド構造の初期設計と加工コストは若干高くなりますが、スパン適応性、空間的完全性、剛性、安定性において明らかな利点があり、その後のメンテナンス コストを効果的に削減し、倉庫の長期的な安全な運用を確保できます。-総合的な経済性と安全性の観点から、トラス構造からグリッド構造への変更という最適化案は合理的かつ実現可能である。