庫架合一倉庫的結構和材料技術探討

文/本刊記者 喜崇彬

庫架合一倉庫就是將貨架系統和建筑物屋頂、墻面等構成一個不可分割的整體，由貨架立柱直接支撐屋頂荷載，在兩側的柱子上安裝建筑物的圍護，從而形成一個整體結構。在這樣的工程項目中，倉庫的結構技術和材料技術是很重要的課題，值得研究和探討。

張躍紅機械工業第六研究院有限公司土建工程院總工程師

結構分析

任何大型的工程項目，無論是倉庫建設還是大型貨架系統建設，都需要嚴謹科學的結構設計。庫架合一倉庫，本身就是一種結構上的創新，主要由貨架結構，屋頂結構，圍護體系等組成。庫架合一倉庫比常規倉庫在空間利用率上有較大提高，原因在于其結構形式上的不同。

常規倉庫需要依托于土建結構為主體，在其內部搭建貨架系統，土建結構受制于跨度限制，需要在庫區內部布置大量的結構立柱，如結構立柱在貨格內，則整列的貨位都將被占用；如結構立柱在貨架排與排之間，則導致貨架整體寬度與長度方向的增加，此外，庫區周邊的結構立柱與墻體也會占用大量可利用的空間。而庫架合一倉庫則利用貨架為主體來搭建倉庫，摒棄了土建結構，將空間全部利用起來，大大提高了對空間的利用。

庫架合一倉庫既是貨架又是庫房；既承受貨物載荷，又作為倉庫建筑結構支撐屋頂和側壁載荷的結構體。因此，其結構設計更加復雜。通常承接實施庫架合一倉庫項目的都是經驗豐富的貨架企業。這些企業承接過很多大型的貨架（立體庫）項目，本身擁有很強大的技術設計團隊和豐富的項目實施經驗。上海史必諾物流設備有限公司總經理孫昌翰向記者介紹：在實施庫架合一倉庫項目時，結構設計不僅要考慮貨物承載，還會考慮自重、風、雨、雪、地震等承載等因素，通常會在結構設計上留出足夠的承載負荷的能力，如在庫架合一倉庫項目中選用大型號的立柱做支撐結構。據上海精星倉儲設備工程有限公司董事長黃曦介紹，精星已在國內外完成了數十個庫架合一項目，雖然世界各地的地震、風載、沙漠、雪載等各種情況不同，但事實證明，這些項目在結構設計方面的安全性是經得起考驗的。

在與眾多業內專家交流的過程中，記者得到這樣的信息：如果把庫架合一倉庫看成一種非標設備使用，通常這種結構設計是沒有任何問題的。但是，如果庫架合一倉庫項目想在國內作為建筑物獲得產權認證，通常的結構設計就很難得到建筑專家的認可。針對這個問題，機械工業第六研究院有限公司（簡稱“中機六院”）土建工程院總工程師張躍紅向記者解釋道：這是因為庫架合一倉庫在國內屬于小眾項目，沒有十分明確的設計規范可以參照。貨架企業做的結構設計和相關研究更多還是偏向于從貨架安全的角度考慮，而貨架的安全指標是遠低于建筑設計的安全規范的。張躍紅和中元國際總工程師、消防專家黃曉家都認為：針對庫架合一倉庫，國內貨架企業的結構和消防安全設計多是基于經驗，盡管在實踐中到目前為止這些設計、項目還沒遇到挫折，但是不可否認而國內企業在庫架合一倉庫安全領域的基礎性技術研究還比較少，數據和案例的積累還都遠遠不夠。這些都使得評審建筑安全的專家難以為庫架合一倉庫項目的安全性背書。

業內人士認為，庫架一體倉庫可以認為是一種新型的鋼結構類別。在國際上，鋼結構建筑自上個世紀60年代開始始流行，已經發展成為一種新型建筑體系。鋼結構建筑主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構件組成，各構件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。鋼結構建筑因其自重輕、強度高、工業化程度高、施工周期短、循環利用率高、節能環保等優點，被廣泛應用于大型廠房、場館、超高層等領域。鋼結構行業根據工藝和用途的差異，可分為輕鋼結構、多高層鋼結構、空間鋼結構（含網架、桁架結構等）三個子行業。在以廠房為代表的輕鋼領域，由于其應用最早也最為廣泛，技術相對成熟。庫架合一項目大體屬于輕鋼結構建筑，與鋼結構的工業廠房類似。

李宏亮上海精星倉儲設備工程有限公司工程師

庫架合一倉庫既是貨架又是庫房；既承受貨物載荷，又作為倉庫建筑結構支撐屋頂和側壁載荷的結構體。因此，其結構設計更加復雜

分類 主要用途重型鋼結構 大型工業廠房，高層、超高層建筑，會展中心，體育場館，高鐵站，飛機場，電廠鍋爐剛架，市政橋梁，住宅，智能車庫等輕型鋼結構 輕型工業廠房、倉庫、各類交易市場等

鋼結構項目的設計和施工需要遵循以下幾項規范標準的要求，包括：《建筑結構設計統一標準》、《建筑結構荷載規范》、《建筑抗震設計規范》、《鋼結構設計標準》、《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》、《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》以及現行《鋼結構施工驗收規范》等。鋼結構行業最主要的資質為鋼結構工程專業承包企業資質，住建部于2014年開展房屋建筑工程施工總承包資質試點。目前，《鋼結構設計標準》是適用于工業與民用建筑和一般構筑物的鋼結構設計標準，目前是鋼結構業內應用最廣泛的行業規范標準。

在張躍紅看來，與庫架合一倉庫最相近的建筑類型是輕型門式剛架。同樣作為鋼結構的一個類型，輕型門式剛架以前也是國外用的很多，上個世紀90年代開始在國內大規模應用；庫架一體倉庫的推廣和應用可借鑒輕型門式剛架的發展歷程。輕型門式剛架結構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成的實腹式門式剛架或格構式門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設置支撐的一種輕型房屋結構體系。早在20世紀60年代初，我國就對由焊接的工字形截面組成的門式剛架輕型結構進行了研究試驗，主要是剛架的塑性設計，并應用于試點工程中。但是，由于受到鋼產量的制約，我國多年來一直從節約鋼材和資金的角度出發，對建筑鋼結構采取限制使用的政策，因此，門式剛架結構體系未能得到長足的發展。自1978年我國實行改革開放政策以來，經濟建設取得了突飛猛進的發展，我國建筑鋼結構也開始了前所未有的發展，應用領域有了較大的擴展。我國的鋼結構技術政策，也逐漸從“限制使用”改為積極合理地推廣應用。此時，門式剛架輕型房屋結構在我國開始了真正的推廣應用。近十多年來特別是中國工程建設標準化協會編制的《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECSl02：98) 頒布實施后，其應用得到了迅速的發展。由此，張躍紅認為庫架合一倉庫形成技術規范對于該技術的推廣至關重要。

材料問題

在庫架合一項目中，對項目中使用的鋼材也是有嚴格要求的。根據《鋼結構設計標準》要求，鋼貨架承重結構的鋼材應根據其重要性、荷載特征、連接方法、使用環境等具體情況選擇其鋼號和材質，承重結構的鋼材通常宜采用《碳素結構鋼》規定的Q235鋼和《低合金結構鋼》規定的 16錳鋼。這些型號的鋼材具有更優質的性能，如抗低溫冷脆。低溫冷脆是鋼材的特征之一。在中國寒冷地區近年來也曾發生了多起因鋼材低溫脆斷的結構事故。在2017年最新的《鋼結構設計規范》中要求達到低溫情況下（一般為-20 ℃以下）防脆斷設計，并從構造上給出了具體要求。

上海精星倉儲設備工程有限公司工程師李宏亮向記者介紹：現在國內貨架采用的鋼材通常是冷彎薄壁型鋼。這種鋼材有很多優點，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起作用，超過彈性就失去了支撐力。歐洲的貨架基本也采用這種材料，但是他們對抗震的研究更多，用各種結構設計提升這種材料的抗震性，例如在貨架的連接點，用半鋼性的材料做連接，從而提升結構整體的抗震性。但是在我國的相關建筑規范中，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。

“庫架合一”倉庫的設計上經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，根據型材本身的特性和指標，選擇方管為佳。20世紀80年代前，日本只生產200mm×200mm以下的方矩形管及少量的開口冷彎型鋼，日本鋼結構住宅中立柱均采用H型鋼。1984年日本仙臺地震后，通過對地震中遭到破壞的鋼結構住宅進行研究，發現立柱和橫梁之間的焊接縫開裂，原因是受H型鋼外形特點的限制，用H型鋼和H型鋼對焊，焊縫太少。因此，日本通過修改建筑法，規定日本的鋼結構住宅立柱必須采用方矩形管，以增大焊縫的長度，從而提高住宅的抗震性。之后，冷彎型鋼在日本鋼結構制造業大量應用。目前日本市場需求量最大的鋼管為200mm×200mm ，400mm×400mm；這些規格的冷彎方矩管占日本鋼結構用方矩形管總量的80%以上，而其它規格產品的市場占有率不足10%。

專家認為，經過十幾年鋼結構產業的發展，我國的建筑用鋼質量水平有了很大提高。但是針對庫架合一倉庫，具體用什么標準的材質，用什么樣的結構，國內還沒有一個明確的規范。這個行業技術的進步和工藝的創新仍有很大的發展空間。