多层框架结构冷库设计要点

2021-04-02王伟亮

商品与质量 2021年7期

王伟亮

松下冷机系统（大连）有限公司辽宁大连 116600

我国的多层冷库，一般是4-6层，个别冷库也有7-8层，层高一般是4.8米，柱网6×6米，大都是现浇钢筋混凝土无梁楼板框架结构，采用组合定型钢模，个别冷库也有采用升段法施工的。目前一座10000吨冷库一年半左右，一座509吨冷库一年左右便建成投产。近几年来，总结以往的设计经验，结合我国实际情况，在多层冷库设计中.采用常温穿堂，以防止穿堂潮湿滴水和改善工人作业条件，相同温度库房和相同温度楼层之间不作隔热层，以节省建设投资和加快建设进度；库房内不设内穿堂，以提高库容和方便库内运输；制冷系统采用自控装置，以保证生产安全和减轻工人劳动强度。

1 我国冷库发展现状

在新中国成立初期，全国冷库总容量约3.3万t左右。早期多为单层或多层土建式冷库，大多采用泡沫混凝土作为墙、顶部的隔热材料，地坪隔热则采用软木或炉渣，防潮层则多采用沥青油毡，所用制冷压缩机多数是新中国成立前进口的立式双缸单级活塞式氨制冷压缩机。改革开放后，大批独资、民营企业涌现，冷藏业迎来高速发展。至90年代，商业冷库已普及全国，制冷技术、材料材质有了质的飞跃，广泛应用了计算机控制技术[1]。

近年来，我国冷库建设+分迅速，主要分布在各水果、蔬菜主产区以及大中城市郊区的蔬菜基地。中冷联盟2019年调研全国1832家企业，总库容量约为4600万吨，较2008年850万吨增长超5倍。根据2012年-2019年数据调研分析，我国冷库每年以15-20%的速度增长，预计2020年我国冷库保有量将突破6000万吨。国内大型冷库企业主要有大冷股份、烟台冰轮、四方冷链和雪人股份等。中小型冷库市场格局较为复杂多样，中型冷库企业主要为上海、大连、山东、常州等地方企业，小型冷库主要为洛阳、开封等地方企业。

目前，我国人均冷库保有量仍然偏低，冷库结构性供需仍不足，随着城镇化、生鲜电商和进口食品贸易的发展，冷库市场仍有很大发展空间。微观方面，由于农产品最先一公里和最后一公里规模逐渐扩大，冷链物流超市进一步向专业化和集约化发展，未来配送型冷库、中央厨房、配发市场以及产地型冷库将得到快速发展。

现代冷库功能已经由”仓库型”逐步向”流通配送型”发展，仓库的温度需求范围逐渐扩大，对温度控制精准度要求越来越高，多温区存储、变温冷藏间等个性化需求悄然间变成普遍需求。因此，结构合理、温控精准、只能控制以及节能高效的冷库将是未来的发展方向。

2 多层框架结构冷库设计要点

目前在大中型城市建设的冷链物流市场，因土地的稀缺宝贵，规划建设多层冷库来满足对库存的保有量趋于常规。对于多层冷库，主要采用框架结构，而框架结构主要分梁、板、柱组成的一般框架结构和预应力无梁楼盖的框架结构。

2.1 含钢量对比

含钢量指标是建设方最关注的经济指标，也是考核结构设计的一项重要数据指标，直接影响到建设的成本。因一般框架结构柱距较小，柱布置较密，主次梁较多，板钢筋未采用预应力方式，导致含钢量偏大。框架结构设计时应根据计算结果，优化配筋细节，对构造部位达到最小配筋率即可。比如主梁架立筋，结构设计师常用主筋通常布置的方式进行设计制图，这就存在严重的浪费；板钢筋布置时，布置间距取5mm的倍数即可[2]。

2.2 有效库容对比

有效库容是衡量冷库利用率的重要标志。在层高低0.2m的情况下，实际堆货高度还高出0.35m。不管采用自然堆货还是货架堆货，其有效的库容均优于有梁结构的冷库。同时因柱距的增大，库内分割的灵活性更大，布局更合理。

2.3 结构活荷载对比

库体活荷载的取值，按照储藏货物的类别和规范规定进行取值。设计时，因容积率要求限制层高的情况下，堆货高度越高越好。成都某冷库因采用预应力无梁楼盖型式，空间高度增加，活荷载取值更大。农产品冷库主要以储藏冷冻食品，按照冷库规范3.0.6条对食品计算密度的规定，冻肉密度为400kg/m²、冻鱼密度为470kg/m³。堆货高度4m总荷载为18.8kN/m²，冷库规范5.2.1条规定标准值取20kN/m²满足要求。但如层高达到7.3m的货架，标准值要取25kN/m²才可达到要求。

2.4 变形裂缝控制对比

冷库使用时处于低温恒湿状态，对于在重载作用下的钢筋混凝土，控制其裂缝至关重要。对比普通框架结构和预应力结构，预应力先张拉起拱，在重载作用下上下平衡，钢筋混凝土楼板处于平面状态，有效地解决了变形裂缝的问题，提高了钢筋混凝土的耐久性，减少后期的维护成本。

2.5 低温环境下材料的选用和保护

土建主材是钢筋、水泥及砌体。冷间混凝土结构的耐久性环境类别为二b类，设计时要严格按照规范措施要求进行。对于建设主材，水泥应采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，不得采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥；钢筋建议采用高强度热轧钢筋；冷间内应采用强度等级不低于MU10的烧结普通砖，并应用水泥砂浆砌筑和抹面[3]。

2.6 冷藏间合理的设计温度及节能设计

冷藏间设计温度应保证该货物的货品质量，有针对性的设计温度就能更好的达到节能要求。冷却物冷藏间设计温度一般为-2℃至15℃，相对湿度为80%～95%，主要存储货物为新鲜水果、蔬菜、米、茶、酒类、奶制品；冻结物冷藏间设计温度为-15℃至-20℃时，相对湿度为85%～90%，主要储存货物为冻肉、禽、副产品、冰蛋、栋蔬菜、冰棒，设计温度为-18℃至-25℃时，相对湿度为90%-95%，冻鱼、虾、冷冻饮品。

在冷藏间保温设计中，主要考虑两点：

（1）围护结构的保温能力。增加维护结构的保温能力主要是通过选择热导率小的隔热材料，或者增加隔热材料厚度来实现。在计算隔热材料的厚度是，应根据现行《冷库设计规范》中关于库房的隔热要求计算，面积热流量取值宜取7W/m²，考虑到节能的要求可适当加厚保温。对于太阳热辐射较高的库体位置，如西墙，可考虑适当增加保温厚度，如屋面，可考虑做屋面架空通风层或阁楼层。

（2）围护结构的跑冷量。冷藏间主要冷量损失的位置是冷库门，尤其对于交易性冷库频繁使用的库门，①可设置回笼间，减少冷库门冷热交换，减少水蒸气进入库内；②冷库门外侧可设置空气风幕；③冷库门外侧可加设快速保温卷帘门；④可设置降温穿堂降低冷热交换；⑤采用双穿堂设计时，尽量避免冷库门对开或者同时打开。

2.7 冷藏间层高优化设计

选择合理的层高取决于堆货方式、每托货物货高、结构形式，制冷方式等，层高设计应做到使用空间不紧张，同时也不浪费。托盘堆码（散堆）层高不宜过高；采用货架应适应货架的高度（如图1所示）；结构形式宜优选选择无粱楼盖的形式，无梁楼盖利于提高空间净高利用率的同时，也有助于冷风回风；制冷方式考虑排管或者风机制冷，同样也影响库内净高。

图1 冷库货架

2.8 垂直运输设计

国内现状是优质土地越来越稀缺，所以土建冷库也越建越高，建筑层数增加，对电梯运行效率就提出了挑战，新型冷库垂直运输也逐渐开始采用垂直提升机。垂直提升机的优势是占地面积较小、叉车无直接撞击，故障率低、可采用连续运输的方式、并且为非特种设备，无强制年间，运行效率相对较高，经过推算，垂直提升机是传统电梯提升效率的2.2-2.5倍；劣势为：价格较高，仅载货，不可人货同流，对于交易形冷库来说不方便管理。现状设计主要为采用垂直提升机与电梯结合的方式，互补优缺点[4-5]。