库架合一仓库的结构和材料技术探讨

文/本刊记者 喜崇彬

库架合一仓库就是将货架系统和建筑物屋顶、墙面等构成一个不可分割的整体，由货架立柱直接支撑屋顶荷载，在两侧的柱子上安装建筑物的围护，从而形成一个整体结构。在这样的工程项目中，仓库的结构技术和材料技术是很重要的课题，值得研究和探讨。

张跃红机械工业第六研究院有限公司土建工程院总工程师

结构分析

任何大型的工程项目，无论是仓库建设还是大型货架系统建设，都需要严谨科学的结构设计。库架合一仓库，本身就是一种结构上的创新，主要由货架结构，屋顶结构，围护体系等组成。库架合一仓库比常规仓库在空间利用率上有较大提高，原因在于其结构形式上的不同。

常规仓库需要依托于土建结构为主体，在其内部搭建货架系统，土建结构受制于跨度限制，需要在库区内部布置大量的结构立柱，如结构立柱在货格内，则整列的货位都将被占用；如结构立柱在货架排与排之间，则导致货架整体宽度与长度方向的增加，此外，库区周边的结构立柱与墙体也会占用大量可利用的空间。而库架合一仓库则利用货架为主体来搭建仓库，摒弃了土建结构，将空间全部利用起来，大大提高了对空间的利用。

库架合一仓库既是货架又是库房；既承受货物载荷，又作为仓库建筑结构支撑屋顶和侧壁载荷的结构体。因此，其结构设计更加复杂。通常承接实施库架合一仓库项目的都是经验丰富的货架企业。这些企业承接过很多大型的货架（立体库）项目，本身拥有很强大的技术设计团队和丰富的项目实施经验。上海史必诺物流设备有限公司总经理孙昌翰向记者介绍：在实施库架合一仓库项目时，结构设计不仅要考虑货物承载，还会考虑自重、风、雨、雪、地震等承载等因素，通常会在结构设计上留出足够的承载负荷的能力，如在库架合一仓库项目中选用大型号的立柱做支撑结构。据上海精星仓储设备工程有限公司董事长黄曦介绍，精星已在国内外完成了数十个库架合一项目，虽然世界各地的地震、风载、沙漠、雪载等各种情况不同，但事实证明，这些项目在结构设计方面的安全性是经得起考验的。

在与众多业内专家交流的过程中，记者得到这样的信息：如果把库架合一仓库看成一种非标设备使用，通常这种结构设计是没有任何问题的。但是，如果库架合一仓库项目想在国内作为建筑物获得产权认证，通常的结构设计就很难得到建筑专家的认可。针对这个问题，机械工业第六研究院有限公司（简称“中机六院”）土建工程院总工程师张跃红向记者解释道：这是因为库架合一仓库在国内属于小众项目，没有十分明确的设计规范可以参照。货架企业做的结构设计和相关研究更多还是偏向于从货架安全的角度考虑，而货架的安全指标是远低于建筑设计的安全规范的。张跃红和中元国际总工程师、消防专家黄晓家都认为：针对库架合一仓库，国内货架企业的结构和消防安全设计多是基于经验，尽管在实践中到目前为止这些设计、项目还没遇到挫折，但是不可否认而国内企业在库架合一仓库安全领域的基础性技术研究还比较少，数据和案例的积累还都远远不够。这些都使得评审建筑安全的专家难以为库架合一仓库项目的安全性背书。

业内人士认为，库架一体仓库可以认为是一种新型的钢结构类别。在国际上，钢结构建筑自上个世纪60年代开始始流行，已经发展成为一种新型建筑体系。钢结构建筑主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。钢结构建筑因其自重轻、强度高、工业化程度高、施工周期短、循环利用率高、节能环保等优点，被广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。钢结构行业根据工艺和用途的差异，可分为轻钢结构、多高层钢结构、空间钢结构（含网架、桁架结构等）三个子行业。在以厂房为代表的轻钢领域，由于其应用最早也最为广泛，技术相对成熟。库架合一项目大体属于轻钢结构建筑，与钢结构的工业厂房类似。

李宏亮上海精星仓储设备工程有限公司工程师

库架合一仓库既是货架又是库房；既承受货物载荷，又作为仓库建筑结构支撑屋顶和侧壁载荷的结构体。因此，其结构设计更加复杂

分类 主要用途重型钢结构 大型工业厂房，高层、超高层建筑，会展中心，体育场馆，高铁站，飞机场，电厂锅炉刚架，市政桥梁，住宅，智能车库等轻型钢结构 轻型工业厂房、仓库、各类交易市场等

钢结构项目的设计和施工需要遵循以下几项规范标准的要求，包括：《建筑结构设计统一标准》、《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》、《钢结构设计标准》、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》以及现行《钢结构施工验收规范》等。钢结构行业最主要的资质为钢结构工程专业承包企业资质，住建部于2014年开展房屋建筑工程施工总承包资质试点。目前，《钢结构设计标准》是适用于工业与民用建筑和一般构筑物的钢结构设计标准，目前是钢结构业内应用最广泛的行业规范标准。

在张跃红看来，与库架合一仓库最相近的建筑类型是轻型门式刚架。同样作为钢结构的一个类型，轻型门式刚架以前也是国外用的很多，上个世纪90年代开始在国内大规模应用；库架一体仓库的推广和应用可借鉴轻型门式刚架的发展历程。轻型门式刚架结构体系是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。早在20世纪60年代初，我国就对由焊接的工字形截面组成的门式刚架轻型结构进行了研究试验，主要是刚架的塑性设计，并应用于试点工程中。但是，由于受到钢产量的制约，我国多年来一直从节约钢材和资金的角度出发，对建筑钢结构采取限制使用的政策，因此，门式刚架结构体系未能得到长足的发展。自1978年我国实行改革开放政策以来，经济建设取得了突飞猛进的发展，我国建筑钢结构也开始了前所未有的发展，应用领域有了较大的扩展。我国的钢结构技术政策，也逐渐从“限制使用”改为积极合理地推广应用。此时，门式刚架轻型房屋结构在我国开始了真正的推广应用。近十多年来特别是中国工程建设标准化协会编制的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECSl02：98) 颁布实施后，其应用得到了迅速的发展。由此，张跃红认为库架合一仓库形成技术规范对于该技术的推广至关重要。

材料问题

在库架合一项目中，对项目中使用的钢材也是有严格要求的。根据《钢结构设计标准》要求，钢货架承重结构的钢材应根据其重要性、荷载特征、连接方法、使用环境等具体情况选择其钢号和材质，承重结构的钢材通常宜采用《碳素结构钢》规定的Q235钢和《低合金结构钢》规定的 16锰钢。这些型号的钢材具有更优质的性能，如抗低温冷脆。低温冷脆是钢材的特征之一。在中国寒冷地区近年来也曾发生了多起因钢材低温脆断的结构事故。在2017年最新的《钢结构设计规范》中要求达到低温情况下（一般为-20 ℃以下）防脆断设计，并从构造上给出了具体要求。

上海精星仓储设备工程有限公司工程师李宏亮向记者介绍：现在国内货架采用的钢材通常是冷弯薄壁型钢。这种钢材有很多优点，如易加工等。但是它在抗震上有一些局限，即薄壁型钢只能在弹性范围内起作用，超过弹性就失去了支撑力。欧洲的货架基本也采用这种材料，但是他们对抗震的研究更多，用各种结构设计提升这种材料的抗震性，例如在货架的连接点，用半钢性的材料做连接，从而提升结构整体的抗震性。但是在我国的相关建筑规范中，建筑是不能用冷弯薄壁型钢材做主要承重件的，只可以作为附属件使用。

“库架合一”仓库的设计上经常采用的是整体式焊接货架。整体式焊接货架的立柱选材也有方管、矩型管、槽钢等材料，根据型材本身的特性和指标，选择方管为佳。20世纪80年代前，日本只生产200mm×200mm以下的方矩形管及少量的开口冷弯型钢，日本钢结构住宅中立柱均采用H型钢。1984年日本仙台地震后，通过对地震中遭到破坏的钢结构住宅进行研究，发现立柱和横梁之间的焊接缝开裂，原因是受H型钢外形特点的限制，用H型钢和H型钢对焊，焊缝太少。因此，日本通过修改建筑法，规定日本的钢结构住宅立柱必须采用方矩形管，以增大焊缝的长度，从而提高住宅的抗震性。之后，冷弯型钢在日本钢结构制造业大量应用。目前日本市场需求量最大的钢管为200mm×200mm ，400mm×400mm；这些规格的冷弯方矩管占日本钢结构用方矩形管总量的80%以上，而其它规格产品的市场占有率不足10%。

专家认为，经过十几年钢结构产业的发展，我国的建筑用钢质量水平有了很大提高。但是针对库架合一仓库，具体用什么标准的材质，用什么样的结构，国内还没有一个明确的规范。这个行业技术的进步和工艺的创新仍有很大的发展空间。