浅析钢结构高架立体冷库设计要点

朱学华 李超

本文根据国内冷链市场需求状况，结合时下建筑市场对新建建筑物装配率的建设要求，分析了外保温钢结构高架冷库的应用范围，并结合工程实例分析外保温钢结构高架冷库的设计要点，以期为类似工程应用提供参考。

冷库;钢结构;柱脚;支撑;计算长度

近年来国内物流业发展迅速，物流仓储需求越来越旺盛，不管是普通货物仓储还是电商物流仓储，以及冷链仓储都有广阔的市场需求。尤其是冷链物流，取得了大规模的发展，加之我国电子商务发展迅猛，农产品、生鲜、乳制品等行业订单数量增多，对冷链物流行业需求不断增加，推动了我国冷链物流行业不断发展。

目前我国现有的冷库多数为土建冷库，土建冷库主体结构为钢筋混凝土框架结构，外维护为框架结构、砌体填充墙，外维护结构与主体结构脱开，只是在维护结构的框架柱与主体结构的框架柱间柔性连接。内保温材料附着于维护结构及主体结构上，形成保温内胆。土建库优点在于采用内保温，无冷桥，保温性能好，能耗低。其缺点在于建设周期长，构件断面大，库内有效容积低。近年来，国内引进欧美技术工艺，装配式冷库逐步得到了运用。装配式冷库主体采用装配式钢结构，采用外保温库板，这样其上部结构装配率高，能够满足装配率的要求。正因为钢结构的装配施工，缩减了施工周期，主体结构更轻盈，装配冷库基本为单层钢结构，且层高大，因此有效容积率高，所以也被称为高架冷库。因为采用外保温，主体结构的柱脚则不可避免成为冷桥，为了将冷桥的不利影响降至最低，在柱脚底板底铺设一块高强度的聚氨酯保温垫块。下面结合工程实例，浅析高架冷库的设计。

本工程地处上海市芦潮港，根据使用功能分为冷冻（藏）库（下文简称冷库）、穿堂、辅房，根据三种使用功能分为三个结构单元，冷库及穿堂均为钢结构，辅房为现浇钢筋混凝土框架结构。冷库平面尺寸为159.0（m）×59.0（m），穿堂平面尺寸为144.275（m）×24.0（m），辅房平面尺寸为12.8（m）×33.0（m）。冷库分为三个低温库一个变温库，冷藏间一为全自动立体库，其余为普通高架库。冷库室内外高差1.4m，室外地面至檐口高度为23.015m。

本工程场地设防烈度为7度（0.10g），地震分组为第二组，场地土类别为上海类（场地土特征周期0.90S）。基本风压为0.55KN/m（50年一遇），地面粗糙度类别为A类，基本雪压为0.25KN/m（100年重现期）本工程设计使用年限50年，结构安全等级为二级。建筑平面图1所示，剖面图2所示。

本工程为9层货架，地面活载70KN/m，而上海第一层土承载力只有80Kpa，库内又有1.4m的覆土荷载、再加上地坪恒载，天然地基无法满足承载力要求，所以地坪和主体结构均采用桩基础。地坪采用单桩承台+筏板，桩型采用直径500的预应力混凝土管桩。本工程良好的桩基持力层为72层粉砂层，若以粉砂层为持力层，单桩承载力特征值可达2000KN，但72层层顶起伏太大，相差约10m，桩长则为36m～46m，桩长难以控制。而且根据地坪荷载，若采用72层为持力层，桩间距得控制在5.4m左右才能充分发挥桩承载力，这样地坪板跨变大，板厚、配筋都得变大。综合衡量，决定取72层的上一层土53层粉质粘土层为桩端持力层。桩长统一取34m，单桩承载力1050KN，桩间距3.7m。这样施工好控制，也充分发挥了桩的承载力，沉降值也不大。沉降图3所示。

（1）上部结构柱网为14.75×15（20）m，采用钢框架+支撑结构体系。由于低温库对冷热桥的严格限制，建筑要求尽量减少柱脚螺栓，所以只能选择铰接柱脚。框架柱采用箱型柱，框架梁采用平面桁架梁，檩条采用桁架式檩条。冷库内部因為布置货架及货架穿梭车的运行，无法布置支撑，所以支撑布置在有墙柱列。两片纵墙间距59m，只在上下纵墙柱列布置纵向支撑比较合适;在两片纵墙柱列各布置6道支撑。在各个温度区间的两侧柱列，各布置2道横向支撑。屋面水平支撑满布。三维模型整体透视图4所示。

（2）结构计算采用PKPM软件，采用二维和三维相结合进行计算。二维计算选择无支撑柱列。二维计算时因为采用的是桁架梁，桁架梁的弦杆及腹杆均按柱输入，根据PKPM说明，选择“桁架、无侧移”进行计算。此时，需要判断整个结构是否可按无侧移计算，否则需要对柱计算长度系数进行人工干预。三维模型先选择有侧移框架计算，根据水平力及柱顶位移，根据《钢结构设计标准》第8.3.1条中式8.3.1.6进行判别。

根据三维计算结果，柱顶Y向在风荷载作用下层间位移角为1/946;作用于柱顶风荷载设计值为2880KN，根据三维模型计算柱顶水平力与层间位移角的比值，柱顶风荷载计算得S==2724480KN。柱截面均为600×600×18的箱型柱，钢材强度等级为Q355。根据有、无侧移查规范附表所得柱计算长度，进行稳定承载力计算。

所以，Y向为强支撑框架，同理可算出X向也为强支撑框架，所以框架计算可按无侧移结构计算。因二维模型选择无柱间支撑柱列进行计算，在水平荷载作用下位移超标，所以二维模型计算结果只用于确定构件承载力的计算复核，结构整体位移指标以三维整体模型为准。

桁架梁杆件均采用热轧宽翼缘H型钢，结合檩条布置间距，桁架节间距取1475mm，桁架梁高1400mm，为保证梁柱节点的刚接，从柱端到桁架梁第一节间采用实腹钢梁，钢梁上下翼缘即为桁架梁的上下弦。为了更有效地将墙面风载传至柱间支撑上，以及增强屋面整体刚度，屋面满布水平支撑。水平支撑设置在上弦。屋面水平支撑采用张紧圆钢，为防止水平竖向位移过大，在支撐中部至少设置一道吊杆，吊杆吊在檩条上弦上。檩条采用桁架式檩条，搁置在横向桁架梁上弦，檩条下弦设置隅撑与桁架梁下弦相连，以阻止桁架梁下弦的侧向失稳。檩条及纵向桁架梁间设置四道拉条。

设计关键点：本工程设计关键是点关于柱计算长度的选取，即有侧移，无侧移的判断，不同的参数选取对计算结果影响很大;桁架梁与柱的连接节点设计。因为柱脚为铰接，梁柱刚接才能有效传递水平力，采用实腹梁端与柱连接能真实反应刚接节点。

通过以上高架冷库设计过程及结果可以得出以下结论：（1）外保温冷库因为保温板在外侧，更美观。（2）钢结构安装施工更快捷。（3）上部钢结构装配率为100%，符合时下装配率建筑的装配要求。（4）桁架梁应力计算可采用二维计算，结构整体位移指标采用三维计算。三维建模时可采用等刚度的实腹梁。

[1] GB 50017-2017.钢结构设计标准[S].

[2] 盛平林.某大型钢结构高架冷库（仓库）结构设计[C].城市地下空间综合开发技术交流会论文集，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