我們做的貨架結(jié)構(gòu)計算到底有什么特點

• event2022-08-08 09:40:09
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非著名相聲演員郭德綱曾說過：“不是我很優(yōu)秀，全靠同行的襯托”。貨架結(jié)構(gòu)計算類似，不是這個工作有多難，而是很多做的人不專業(yè)?？粗环莘菸蟹€(wěn)圖審核的貨架結(jié)構(gòu)計算報告，我們哭笑不得。貨架結(jié)構(gòu)計算需要按照結(jié)構(gòu)設(shè)計的套路來，不能隨便算個壓力、壓強，就認為是結(jié)構(gòu)計算了。下面來看看我們做的貨架結(jié)構(gòu)計算有什么特點，即在進行貨架結(jié)構(gòu)計算時，我們都做了哪些結(jié)構(gòu)專業(yè)方面的考量。注意，以下內(nèi)容并不是全面的結(jié)構(gòu)計算體現(xiàn)，只是部分相對比較關(guān)鍵、值得拿出來講一講的。更多的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識需要相關(guān)專業(yè)的科班訓練。

一、鋼材設(shè)計指標

鋼材的設(shè)計強度并不能直接采用牌號標示的屈服強度，更不能直接采用實際測試的屈服強度。比如Q235熱軋鋼帶，牌號標示屈服強度235MPa，設(shè)計采用值也就到210MPa左右。加工成貨架立柱前的鋼帶實測屈服強度可達265MPa甚至更高，在滿足一定檢測周期與統(tǒng)計要求的前提下，應(yīng)該可采用實測值（之所以說“應(yīng)該“，是因為歐標有而中國貨架標準暫無具體條文規(guī)定）。加工成貨架立柱后的實測屈服強度可達295MPa甚至更高，這里由于冷作硬化效應(yīng)而提升的強度部分，是不可以利用的（因為不是全截面有效）。

二、貨架部件特性

1. 立柱

立柱的截（斷）面一般是開口的Ω形狀，其全截面、最小凈截面、等效截面、有效截面特性都需要準確獲取，以滿足不同計算之需。這些截面特性計算比較復(fù)雜，尤其是剪心坐標、自由扭轉(zhuǎn)常數(shù)、扇性慣性矩等，手算基本無望，只能通過專門的軟件進行計算。需要特別注意的是，如果按照中國的規(guī)范設(shè)計校核立柱，有一個截面參數(shù)Uy是無論如何也繞不過的，而這個參數(shù)目前只能通過手動積分進行計算。

2. 梁柱節(jié)點

橫梁與立柱的交點處，連接方式是掛鉤，這種節(jié)點在結(jié)構(gòu)上既不是可以自由轉(zhuǎn)動的鉸接，也不是不能轉(zhuǎn)動的剛接，而是處于兩者之間的半剛接。半剛接的程度，即節(jié)點剛度，對于貨架尤其是無背拉桿體系的平庫貨架，影響較大，應(yīng)通過測試獲取，然后準確應(yīng)用到計算中。

3. 柱腳節(jié)點

立柱與地坪的交點處，連接方式是底板加螺栓，這種節(jié)點同樣是半剛性，亦應(yīng)通過測試獲取，然后準確應(yīng)用到計算中。

4. 立柱組

兩根立柱之間通過一系列撐桿組成立柱組，撐桿與立柱一般是通過螺栓連接，螺栓與螺栓孔之間的間隙、變形，導(dǎo)致立柱組的面內(nèi)剪切剛度相對于理論值有折減，計算時應(yīng)采用折減后的剪切剛度。

5. 背拉桿體系

對于高度較高、承載較大、要求抗震的貨架，如自動化立體庫貨架，就不得不設(shè)置背拉桿體系。背拉桿體系包括背拉桿、水平拉桿、加強立柱、拉桿連接件等。關(guān)于背拉桿體系如何設(shè)置才合理有效，可參考已發(fā)布的文章：立體庫貨架拉桿（支撐）體系設(shè)置要求。如果嫌文章太冗長，直接上結(jié)論：

a)背拉桿必須配備合理的、連續(xù)的水平拉桿才能發(fā)揮作用；

b)單排貨架背部，若背拉桿沒有緊貼立柱而是與立柱之間有一定距離時，必須設(shè)置加強立柱，兩根加強立柱之間對應(yīng)背拉桿設(shè)置水平橫梁，水平橫梁與貨架橫梁之間設(shè)置水平傳力構(gòu)件，如水平交叉拉桿、抗剪板；

c)貨架背靠背的位置也需要設(shè)置水平交叉拉桿。

6. 柔性構(gòu)件

由于背拉桿與水平拉桿長細比很大，因此不能抵抗壓力，內(nèi)力分析中應(yīng)考慮此類構(gòu)件只拉不壓，否則導(dǎo)致結(jié)果偏于不安全。

三、荷載工況

1. 存儲單元荷載的偏置

對于橫梁式貨架，托盤貨物放置不居中會導(dǎo)致一組兩根橫梁偏載，特別是當托盤深度比貨架深度大200mm及以上時（歐標是100mm）。如果偏載超12%，則必須考慮承載較大的那根梁的超載。

2. 存儲單元荷載的不利布置

除了考慮所有儲位滿布存儲單元荷載的情況外，還需要考慮在滿載基礎(chǔ)上個別儲位空載，從而導(dǎo)致立柱軸力稍微減小但是彎矩卻大幅增大的不利情況。

3. 放置荷載

對于搬運設(shè)備存貨取貨引起的放置荷載，需要分別考慮縱向和橫向的作用。

4. 背擋荷載

當設(shè)置背擋桿時，如果設(shè)計初衷是允許貨物接觸到背擋桿，那么還需要考慮對背擋桿造成的水平作用力。

5. 缺陷荷載

貨架的整體初始傾斜、節(jié)點之間的初始松動，都會導(dǎo)致豎向荷載產(chǎn)生水平的分力，這是引起貨架倒塌的最主要水平力，因此必須嚴格按照標準，沿縱向與橫向分別考慮。

6. 沖擊荷載

在設(shè)計直接承受貨物的構(gòu)件如承載梁、牛腿等構(gòu)件時，需要考慮向下放貨的動力沖擊荷載。

7. 偶然荷載

叉車偶然撞擊到貨架立柱的荷載，雖然應(yīng)盡量避免，但是對于無防護的立柱無法避免，還是應(yīng)沿水平方向考慮一個適當?shù)牧Α?/p>

8. 地震荷載

對于有抗震需求的工程項目，應(yīng)按照抗震規(guī)范進行計算。

四、荷載組合

全面考慮了以上荷載工況，不是每種工況單獨驗算，而是要根據(jù)標準把不同工況按照一定系數(shù)組合起來。比如存儲單元荷載必須與缺陷荷載組合，存儲單元荷載必須與地震荷載組合等等。在組合的過程中，需要區(qū)分：

a)承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)；

b)滿載與不利荷載布置；

c)非對稱結(jié)構(gòu)上荷載的正向與負向。

五、整體內(nèi)力分析

1. 有限元模型

荷載組合之后，將組合后的各組荷載施加在貨架上，計算貨架每個構(gòu)件里產(chǎn)生的效應(yīng)，這就是內(nèi)力分析。對于極其簡單的貨架，這一過程可以通過手算完成。但是對于稍微復(fù)雜一點的貨架，則需要借助于計算機軟件完成，軟件里所采用的技術(shù)是一種稱為有限元的技術(shù)。在軟件里按照貨架圖紙，考慮以上材料指標、部件特性、荷載工況與組合，創(chuàng)建有限元模型，用于下面提到的各種分析。

2. 屈曲分析

在正式進行內(nèi)力分析之前，可以進行一下屈曲分析。屈曲分析結(jié)果決定了內(nèi)力分析是否需要考慮二階效應(yīng)以及如何考慮二階效應(yīng)。

3. 非線性分析

一般來講，貨架的屈曲系數(shù)都不會超過10，除非用最大規(guī)格的立柱、放最輕的貨物，這在實際中是不現(xiàn)實的。因此，分析設(shè)計都必須考慮二階效應(yīng)，不考慮二階效應(yīng)，設(shè)計的結(jié)果都是錯誤的。我們所有荷載組合下的內(nèi)力分析都采用考慮P-Δ效應(yīng)的非線性分析，以充分考慮二階效應(yīng)。

4. 地震力計算

地震力的計算采用振型分解反應(yīng)譜法，比底部剪力法計算更加準確。

六、構(gòu)件校核

計算構(gòu)件自身的承載力，保證承載力不低于上文所述計算得到的內(nèi)力，這個過程就是構(gòu)件校核。所有構(gòu)件校核通過了，貨架整體結(jié)構(gòu)承載也就滿足了。

目前沒有哪款軟件把貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計標準寫入了代碼中，所以無法通過軟件自動校核構(gòu)件。我們嚴格按照貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計標準，開發(fā)出各種類型構(gòu)件的校核excel表格，逐一進行計算校核。

1. 立柱

校核立柱在軸力與彎矩同時作用下的承載，考慮立柱的局部屈曲、畸變屈曲、彎扭屈曲對穩(wěn)定承載力的影響。

2. 撐桿節(jié)點

撐桿本身的校核一般沒有問題，但是撐桿與立柱連接處的螺栓節(jié)點，需要單獨校核，在考慮地震時，一般校核不通過。

3. 拉桿節(jié)點

背拉桿、水平拉桿本身的校核一般也沒有問題，但是拉桿端部的螺栓節(jié)點，需要單獨校核，在考慮地震時，需要特殊設(shè)計構(gòu)造。

4. 柱腳節(jié)點

柱腳節(jié)點的受壓校核。

5. 上拔力

貨架空載時頂部受到水平推力，或者在含地震工況荷載組合作用下，為了避免貨架傾覆，需要驗算柱腳節(jié)點的上拔力。