一、概述

室外装配冷库在国内外已经应用了几十年，在结构设计与建造方面积累了丰富的经验。库架合一式钢货架立体冷库为内承重式室外装配冷库的主要建造形式之一，近年来在国内外也有了很多应用案例。库架合一式立体冷库结构一般由高层货架或库内侧加强钢柱或钢架井、屋架、圈梁等作为库房的骨架以支撑屋面和墙面围护隔热板、屋顶防雨棚等结构，成为库房建筑物和冷库运营设备的主要承重体。立体冷库室内主要由钢货架结构、物料搬运设备、消防与照明设备、制冷设备控制和管理配置系统等组成。

二、主要特点和应用环境

三、 结构设计难点和要点

库架合一式钢货架立体冷库在设计建造过程中，既要计算或校核钢货架结构的承载满足性和结构上的适用性，又要科学有效地处理好防冷桥缺陷、消防、制冷等多个重要施工难点和要点：

1. 结构设计考虑因素众多

2. 整体力系结构分析与模拟

3.钢货架立柱及货架结构

4. 主要构造要求

库架合一式钢货架结构作为一种承重结构，必须具有足够的强度、刚度和稳定性要求，在正常工况下或特殊工况下，都不致于破坏；尤其对于库内的自动或半自动搬运设备而言，钢货架结构本体还必须具有一定的精度和工作荷载下的有限弹性变形，而且在投产以后的长期使用中也不能因失去精度控制影响到钢货架或库房建筑结构的正常使用；整体结构也应当按照建筑的使用寿命和维护要求进行结构性设计和维护。库房内易形成冷桥的部位，如墙板与屋面板连接处、墙板与地面连接处、墙板与墙板连接处、柱脚处，均应采取适当增补隔热和隔汽层等避免结露或结霜的构造措施，库板连接部位必须有效密封，并设置相应的构造措施，防止库板开裂、渗漏水等缺陷隐患。

库架合一式钢货架结构局部的基础沉降产生的结构次内力会对结构内力产生不利的叠加作用，甚至会引起结构的大变形，引起货架的偏斜、局部破坏、坍塌等隐患，影响库板连接的密封性，钢货架基础处理是库架合一式钢货架立体冷库防冷桥措施及其施工过程中的难点之一，结构设计时，需要满足《建筑地基基础设计规范》的变形控制要求，并对沉降差异产生的次内力进行验算，以免存在结构安全隐患；库架合一式钢货架冷库地面采用的隔热材料的抗压强度需要校核，并应考虑钢货架上承载、钢货架基础与冷库建筑的混凝土承台水平及标高等要求进行设计与校核，合理设计防冷桥垫块，在放置绝热垫块前承台上平面要做好防水隔汽层，相应地面采取防冻胀措施，围护结构的隔汽层和防潮层应符合规范要求，要求地面保温材料有良好的抗压强度和蠕变性能，货架安装前应对冷库地坪和安装基准面等进行检验，安装后应对货架系统的各项设计参数进行检验和调整；尽可能地消除安装附加影响应力作用，减少受温度应力影响后的叠加破坏效应。并对运动控制系统进行单机调试和联机调试，并完成整体物流系统的调试和整改；以保证库内地面在长期低温高压的条件下，保持足够的强度和长期稳定性能。

5. 围护结构及冷桥效应

库架一体式的围护库板结构与钢货架结构之间是特殊结构的隔离设计，墙体保温板的固定方式是浮动的，该围护结构可以很好地包裹整个立体冷库系统，构建起整体保温体系，且可以很好地避免“冷桥”现象；库架合一式钢货架立体冷库体系是一个密闭的、内外有温差的整体结构，受季节变化、白天与夜晚环境温度变化的影响，会造成墙体保温板内外层材料热胀冷缩，产生受拉压变形隐患，破坏搭接处的密封，而仓体内部是一个相对恒温环境，受库内钢货架区域货物或其它荷载的变化，也会造成整体货架结构的不均匀变形。

在长期低温潮湿的环境下，冷库保温材料导热系数会受影响，保温材料的吸水率越大，保温效果越差。冷库使用后，保温材料存在水蒸气由高温侧向低温侧转移和冻融循环的过程，在冻融交替的情况下，保温材料的热阻会有不同程度的下降，因此长期冻融循环后的热阻保留率十分重要。理论上可以通过隔热结构的一次性投资和制冷系统的运行费用计算出隔热层经济厚度，但是由于影响制冷系统运行费用的因素很多，加上能源价格的变化较大，理论计算值会出现较大的偏差，失去指导意义。围护结构的选择对冷库的热效率和运营成本等影响较大，库板连接处密封盒连接关系到库板的冷桥效应，建议在库架一体式钢货架结构中应用弹性扣接形式的聚苯乙烯板自扣板，以确保聚苯乙烯板靠板两侧的公、母扣自行搭接，从而保障墙板连接的紧密性和牢靠安全性，减少搭接处漏冷等“冷桥”故障的发生，并处理好地坪的防潮防水及隔热等问题，工程完工后需要重点检查库体外表是否有结露的地方，特别是墙与墙的交接处、墙与顶板的交接处、管道的穿墙处、板与板的接缝处、门窗的密封等地方要重点查看，由于聚氨酯保温板很长又不可弯曲且依托于墙檩条，对墙檩条的整体平整度要求极高。

6. 库房屋面体系

库房屋面体系作为直接承受屋面荷载和吊挂荷载的结构，目前多采用轻钢桁架结构与货架结构分离设计形成各自的结构整体，然后将屋架结构安装在货架结构顶部，没有真正实现库房屋面结构与货架结构的一体化设计。由于货架立柱柱距较密、净跨较小，可加长立柱直接支撑屋面，此种做法传力直接有效，经济效益明显，较单独屋架设计方法可降低屋架用钢量约30%。屋面檩条体系一般使用冷弯薄壁型钢檩条，可参考轻钢结构设计或单层工业厂房钢结构进行设计。

图1轻钢屋架设计示意图

图2屋架一体化设计示意图

7.防火及消防特点

确定库房的耐火等级、防火分区，依据GB50261-96《自动喷水灭火系统施工及验收规范》进行库架合一式钢货架立体冷库消防设计，同时应根据所存放的物品的特性，确定具体的消防方案，合理确定消防装置在钢货架结构体上的架构形式和荷载作用。库架合一式立体冷库建议采用自动消防系统，如干式自动喷淋系统，它由传感器（温度、烟雾传感器等）不断检测现场温度、湿度等信息，当面临危险时，自动消防系统发出报警信号，并控制自动干湿阀系统自动工作，进水喷淋喷出CO2，达到灭火的目的。

8.其它

库架合一式钢货架立体冷库安全等级应按二级考虑，并根据设计使用年限合理确定构件重要性系数。设计者应综合考虑库架合一式钢货架立体冷库的地区差异、气候条件、存储物的重要程度及爆炸危险及环境遭雷击所造成的破坏程度等因素，结合预计雷击次数计算进行综合确定库架合一式立体冷库的防雷等级；并将外部防雷设计和内部防雷设计进行整体统一的考虑，只有这样才能保证冷库建筑的运行安全、可靠。库架合一式钢货架立体冷库在设计中需要考虑和分析的因素还有很多，需要针对各项影响因素进行分析，确定影响系数，力求冷库项目的顺利实施。

五、发展前景

一般来讲，库架合一式钢货架立体冷库的造价要比库架分离式室外装配冷库低，但库架合一式钢货架立体冷库的设计及受力计算更复杂，可供参考的设计和验收规范比较缺乏，其投资风险还是存在的。需要依据已有的设计规范，详细分析其内在的结构设计特点和环境影响因素、钢货架在低温冷库环境下的设计方法和改善措施，合理选材、有效分析荷载作用及其组合，并结合室外装配冷库设计特点，利用有限元辅助设计软件进行设计校核，提高冷库运作的可靠性、安全性和经济性，保证长期工况使用条件下的结构精度不变、货架受力后的变形控制及结构力系的变化影响等在受控范围内，有效防止冷桥效应，真正实现库架合一式立体冷库技术的良性发展。