庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)探討

文/本刊記者 喜崇彬

庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)就是將貨架系統(tǒng)和建筑物屋頂、墻面等構(gòu)成一個(gè)不可分割的整體，由貨架立柱直接支撐屋頂荷載，在兩側(cè)的柱子上安裝建筑物的圍護(hù)，從而形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。在這樣的工程項(xiàng)目中，倉(cāng)庫(kù)的結(jié)構(gòu)技術(shù)和材料技術(shù)是很重要的課題，值得研究和探討。

張躍紅機(jī)械工業(yè)第六研究院有限公司土建工程院總工程師

結(jié)構(gòu)分析

任何大型的工程項(xiàng)目，無(wú)論是倉(cāng)庫(kù)建設(shè)還是大型貨架系統(tǒng)建設(shè)，都需要嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)，本身就是一種結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，主要由貨架結(jié)構(gòu)，屋頂結(jié)構(gòu)，圍護(hù)體系等組成。庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)比常規(guī)倉(cāng)庫(kù)在空間利用率上有較大提高，原因在于其結(jié)構(gòu)形式上的不同。

常規(guī)倉(cāng)庫(kù)需要依托于土建結(jié)構(gòu)為主體，在其內(nèi)部搭建貨架系統(tǒng)，土建結(jié)構(gòu)受制于跨度限制，需要在庫(kù)區(qū)內(nèi)部布置大量的結(jié)構(gòu)立柱，如結(jié)構(gòu)立柱在貨格內(nèi)，則整列的貨位都將被占用；如結(jié)構(gòu)立柱在貨架排與排之間，則導(dǎo)致貨架整體寬度與長(zhǎng)度方向的增加，此外，庫(kù)區(qū)周邊的結(jié)構(gòu)立柱與墻體也會(huì)占用大量可利用的空間。而庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)則利用貨架為主體來(lái)搭建倉(cāng)庫(kù)，摒棄了土建結(jié)構(gòu)，將空間全部利用起來(lái)，大大提高了對(duì)空間的利用。

庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)既是貨架又是庫(kù)房；既承受貨物載荷，又作為倉(cāng)庫(kù)建筑結(jié)構(gòu)支撐屋頂和側(cè)壁載荷的結(jié)構(gòu)體。因此，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。通常承接實(shí)施庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目的都是經(jīng)驗(yàn)豐富的貨架企業(yè)。這些企業(yè)承接過(guò)很多大型的貨架（立體庫(kù)）項(xiàng)目，本身?yè)碛泻軓?qiáng)大的技術(shù)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和豐富的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。上海史必諾物流設(shè)備有限公司總經(jīng)理孫昌翰向記者介紹：在實(shí)施庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要考慮貨物承載，還會(huì)考慮自重、風(fēng)、雨、雪、地震等承載等因素，通常會(huì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上留出足夠的承載負(fù)荷的能力，如在庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目中選用大型號(hào)的立柱做支撐結(jié)構(gòu)。據(jù)上海精星倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備工程有限公司董事長(zhǎng)黃曦介紹，精星已在國(guó)內(nèi)外完成了數(shù)十個(gè)庫(kù)架合一項(xiàng)目，雖然世界各地的地震、風(fēng)載、沙漠、雪載等各種情況不同，但事實(shí)證明，這些項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的安全性是經(jīng)得起考驗(yàn)的。

在與眾多業(yè)內(nèi)專家交流的過(guò)程中，記者得到這樣的信息：如果把庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)看成一種非標(biāo)設(shè)備使用，通常這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是沒(méi)有任何問(wèn)題的。但是，如果庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目想在國(guó)內(nèi)作為建筑物獲得產(chǎn)權(quán)認(rèn)證，通常的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就很難得到建筑專家的認(rèn)可。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，機(jī)械工業(yè)第六研究院有限公司（簡(jiǎn)稱“中機(jī)六院”）土建工程院總工程師張躍紅向記者解釋道：這是因?yàn)閹?kù)架合一倉(cāng)庫(kù)在國(guó)內(nèi)屬于小眾項(xiàng)目，沒(méi)有十分明確的設(shè)計(jì)規(guī)范可以參照。貨架企業(yè)做的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)研究更多還是偏向于從貨架安全的角度考慮，而貨架的安全指標(biāo)是遠(yuǎn)低于建筑設(shè)計(jì)的安全規(guī)范的。張躍紅和中元國(guó)際總工程師、消防專家黃曉家都認(rèn)為：針對(duì)庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)，國(guó)內(nèi)貨架企業(yè)的結(jié)構(gòu)和消防安全設(shè)計(jì)多是基于經(jīng)驗(yàn)，盡管在實(shí)踐中到目前為止這些設(shè)計(jì)、項(xiàng)目還沒(méi)遇到挫折，但是不可否認(rèn)而國(guó)內(nèi)企業(yè)在庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)安全領(lǐng)域的基礎(chǔ)性技術(shù)研究還比較少，數(shù)據(jù)和案例的積累還都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。這些都使得評(píng)審建筑安全的專家難以為庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目的安全性背書(shū)。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，庫(kù)架一體倉(cāng)庫(kù)可以認(rèn)為是一種新型的鋼結(jié)構(gòu)類別。在國(guó)際上，鋼結(jié)構(gòu)建筑自上個(gè)世紀(jì)60年代開(kāi)始始流行，已經(jīng)發(fā)展成為一種新型建筑體系。鋼結(jié)構(gòu)建筑主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，各構(gòu)件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。鋼結(jié)構(gòu)建筑因其自重輕、強(qiáng)度高、工業(yè)化程度高、施工周期短、循環(huán)利用率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大型廠房、場(chǎng)館、超高層等領(lǐng)域。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)根據(jù)工藝和用途的差異，可分為輕鋼結(jié)構(gòu)、多高層鋼結(jié)構(gòu)、空間鋼結(jié)構(gòu)（含網(wǎng)架、桁架結(jié)構(gòu)等）三個(gè)子行業(yè)。在以廠房為代表的輕鋼領(lǐng)域，由于其應(yīng)用最早也最為廣泛，技術(shù)相對(duì)成熟。庫(kù)架合一項(xiàng)目大體屬于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑，與鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房類似。

李宏亮上海精星倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備工程有限公司工程師

庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)既是貨架又是庫(kù)房；既承受貨物載荷，又作為倉(cāng)庫(kù)建筑結(jié)構(gòu)支撐屋頂和側(cè)壁載荷的結(jié)構(gòu)體。因此，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜

分類 主要用途重型鋼結(jié)構(gòu) 大型工業(yè)廠房，高層、超高層建筑，會(huì)展中心，體育場(chǎng)館，高鐵站，飛機(jī)場(chǎng)，電廠鍋爐剛架，市政橋梁，住宅，智能車(chē)庫(kù)等輕型鋼結(jié)構(gòu) 輕型工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、各類交易市場(chǎng)等

鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工需要遵循以下幾項(xiàng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，包括：《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》以及現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范》等。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)最主要的資質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu)工程專業(yè)承包企業(yè)資質(zhì)，住建部于2014年開(kāi)展房屋建筑工程施工總承包資質(zhì)試點(diǎn)。目前，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》是適用于工業(yè)與民用建筑和一般構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，目前是鋼結(jié)構(gòu)業(yè)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

在張躍紅看來(lái)，與庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)最相近的建筑類型是輕型門(mén)式剛架。同樣作為鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)類型，輕型門(mén)式剛架以前也是國(guó)外用的很多，上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始在國(guó)內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用；庫(kù)架一體倉(cāng)庫(kù)的推廣和應(yīng)用可借鑒輕型門(mén)式剛架的發(fā)展歷程。輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)體系是指以輕型焊接H形鋼（等截面或變截面）、熱軋H形鋼（等截面）或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實(shí)腹式門(mén)式剛架或格構(gòu)式門(mén)式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼（槽形、Z形等）做檁條、墻梁；以壓型金屬板（壓型鋼板、壓型鋁板）做屋面、墻面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐的一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系。早在20世紀(jì)60年代初，我國(guó)就對(duì)由焊接的工字形截面組成的門(mén)式剛架輕型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究試驗(yàn)，主要是剛架的塑性設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于試點(diǎn)工程中。但是，由于受到鋼產(chǎn)量的制約，我國(guó)多年來(lái)一直從節(jié)約鋼材和資金的角度出發(fā)，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)采取限制使用的政策，因此，門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)體系未能得到長(zhǎng)足的發(fā)展。自1978年我國(guó)實(shí)行改革開(kāi)放政策以來(lái)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)也開(kāi)始了前所未有的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域有了較大的擴(kuò)展。我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)政策，也逐漸從“限制使用”改為積極合理地推廣應(yīng)用。此時(shí)，門(mén)式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)在我國(guó)開(kāi)始了真正的推廣應(yīng)用。近十多年來(lái)特別是中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)編制的《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECSl02：98) 頒布實(shí)施后，其應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。由此，張躍紅認(rèn)為庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)形成技術(shù)規(guī)范對(duì)于該技術(shù)的推廣至關(guān)重要。

材料問(wèn)題

在庫(kù)架合一項(xiàng)目中，對(duì)項(xiàng)目中使用的鋼材也是有嚴(yán)格要求的。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，鋼貨架承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)根據(jù)其重要性、荷載特征、連接方法、使用環(huán)境等具體情況選擇其鋼號(hào)和材質(zhì)，承重結(jié)構(gòu)的鋼材通常宜采用《碳素結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的Q235鋼和《低合金結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的 16錳鋼。這些型號(hào)的鋼材具有更優(yōu)質(zhì)的性能，如抗低溫冷脆。低溫冷脆是鋼材的特征之一。在中國(guó)寒冷地區(qū)近年來(lái)也曾發(fā)生了多起因鋼材低溫脆斷的結(jié)構(gòu)事故。在2017年最新的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求達(dá)到低溫情況下（一般為-20 ℃以下）防脆斷設(shè)計(jì)，并從構(gòu)造上給出了具體要求。

上海精星倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備工程有限公司工程師李宏亮向記者介紹：現(xiàn)在國(guó)內(nèi)貨架采用的鋼材通常是冷彎薄壁型鋼。這種鋼材有很多優(yōu)點(diǎn)，如易加工等。但是它在抗震上有一些局限，即薄壁型鋼只能在彈性范圍內(nèi)起作用，超過(guò)彈性就失去了支撐力。歐洲的貨架基本也采用這種材料，但是他們對(duì)抗震的研究更多，用各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升這種材料的抗震性，例如在貨架的連接點(diǎn)，用半鋼性的材料做連接，從而提升結(jié)構(gòu)整體的抗震性。但是在我國(guó)的相關(guān)建筑規(guī)范中，建筑是不能用冷彎薄壁型鋼材做主要承重件的，只可以作為附屬件使用。

“庫(kù)架合一”倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)上經(jīng)常采用的是整體式焊接貨架。整體式焊接貨架的立柱選材也有方管、矩型管、槽鋼等材料，根據(jù)型材本身的特性和指標(biāo)，選擇方管為佳。20世紀(jì)80年代前，日本只生產(chǎn)200mm×200mm以下的方矩形管及少量的開(kāi)口冷彎型鋼，日本鋼結(jié)構(gòu)住宅中立柱均采用H型鋼。1984年日本仙臺(tái)地震后，通過(guò)對(duì)地震中遭到破壞的鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)立柱和橫梁之間的焊接縫開(kāi)裂，原因是受H型鋼外形特點(diǎn)的限制，用H型鋼和H型鋼對(duì)焊，焊縫太少。因此，日本通過(guò)修改建筑法，規(guī)定日本的鋼結(jié)構(gòu)住宅立柱必須采用方矩形管，以增大焊縫的長(zhǎng)度，從而提高住宅的抗震性。之后，冷彎型鋼在日本鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)大量應(yīng)用。目前日本市場(chǎng)需求量最大的鋼管為200mm×200mm ，400mm×400mm；這些規(guī)格的冷彎方矩管占日本鋼結(jié)構(gòu)用方矩形管總量的80%以上，而其它規(guī)格產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率不足10%。

專家認(rèn)為，經(jīng)過(guò)十幾年鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的建筑用鋼質(zhì)量水平有了很大提高。但是針對(duì)庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)，具體用什么標(biāo)準(zhǔn)的材質(zhì)，用什么樣的結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一個(gè)明確的規(guī)范。這個(gè)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和工藝的創(chuàng)新仍有很大的發(fā)展空間。