• event2022-08-08 09:40:09
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非著名相聲演員郭德綱曾說(shuō)過(guò)：“不是我很優(yōu)秀，全靠同行的襯托”。貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算類(lèi)似，不是這個(gè)工作有多難，而是很多做的人不專(zhuān)業(yè)。看著一份份委托穩(wěn)圖審核的貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告，我們哭笑不得。貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算需要按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的套路來(lái)，不能隨便算個(gè)壓力、壓強(qiáng)，就認(rèn)為是結(jié)構(gòu)計(jì)算了。下面來(lái)看看我們做的貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算有什么特點(diǎn)，即在進(jìn)行貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，我們都做了哪些結(jié)構(gòu)專(zhuān)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(jì)算體現(xiàn)，只是部分相對(duì)比較關(guān)鍵、值得拿出來(lái)講一講的。更多的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)需要相關(guān)專(zhuān)業(yè)的科班訓(xùn)練。

一、鋼材設(shè)計(jì)指標(biāo)

鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度并不能直接采用牌號(hào)標(biāo)示的屈服強(qiáng)度，更不能直接采用實(shí)際測(cè)試的屈服強(qiáng)度。比如Q235熱軋鋼帶，牌號(hào)標(biāo)示屈服強(qiáng)度235MPa，設(shè)計(jì)采用值也就到210MPa左右。加工成貨架立柱前的鋼帶實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度可達(dá)265MPa甚至更高，在滿足一定檢測(cè)周期與統(tǒng)計(jì)要求的前提下，應(yīng)該可采用實(shí)測(cè)值（之所以說(shuō)“應(yīng)該“，是因?yàn)闅W標(biāo)有而中國(guó)貨架標(biāo)準(zhǔn)暫無(wú)具體條文規(guī)定）。加工成貨架立柱后的實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度可達(dá)295MPa甚至更高，這里由于冷作硬化效應(yīng)而提升的強(qiáng)度部分，是不可以利用的（因?yàn)椴皇侨孛嬗行В?/p>

二、貨架部件特性

1. 立柱

立柱的截（斷）面一般是開(kāi)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(zhǔn)確獲取，以滿足不同計(jì)算之需。這些截面特性計(jì)算比較復(fù)雜，尤其是剪心坐標(biāo)、自由扭轉(zhuǎn)常數(shù)、扇性慣性矩等，手算基本無(wú)望，只能通過(guò)專(zhuān)門(mén)的軟件進(jìn)行計(jì)算。需要特別注意的是，如果按照中國(guó)的規(guī)范設(shè)計(jì)校核立柱，有一個(gè)截面參數(shù)Uy是無(wú)論如何也繞不過(guò)的，而這個(gè)參數(shù)目前只能通過(guò)手動(dòng)積分進(jìn)行計(jì)算。

2. 梁柱節(jié)點(diǎn)

橫梁與立柱的交點(diǎn)處，連接方式是掛鉤，這種節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上既不是可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸接，也不是不能轉(zhuǎn)動(dòng)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(diǎn)剛度，對(duì)于貨架尤其是無(wú)背拉桿體系的平庫(kù)貨架，影響較大，應(yīng)通過(guò)測(cè)試獲取，然后準(zhǔn)確應(yīng)用到計(jì)算中。

3. 柱腳節(jié)點(diǎn)

立柱與地坪的交點(diǎn)處，連接方式是底板加螺栓，這種節(jié)點(diǎn)同樣是半剛性，亦應(yīng)通過(guò)測(cè)試獲取，然后準(zhǔn)確應(yīng)用到計(jì)算中。

4. 立柱組

兩根立柱之間通過(guò)一系列撐桿組成立柱組，撐桿與立柱一般是通過(guò)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(duì)于理論值有折減，計(jì)算時(shí)應(yīng)采用折減后的剪切剛度。

5. 背拉桿體系

對(duì)于高度較高、承載較大、要求抗震的貨架，如自動(dòng)化立體庫(kù)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(qiáng)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(kù)貨架拉桿（支撐）體系設(shè)置要求。如果嫌文章太冗長(zhǎng)，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(méi)有緊貼立柱而是與立柱之間有一定距離時(shí)，必須設(shè)置加強(qiáng)立柱，兩根加強(qiáng)立柱之間對(duì)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(zhǎng)細(xì)比很大，因此不能抵抗壓力，內(nèi)力分析中應(yīng)考慮此類(lèi)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(chǔ)單元荷載的偏置

對(duì)于橫梁式貨架，托盤(pán)貨物放置不居中會(huì)導(dǎo)致一組兩根橫梁偏載，特別是當(dāng)托盤(pán)深度比貨架深度大200mm及以上時(shí)（歐標(biāo)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(chǔ)單元荷載的不利布置

除了考慮所有儲(chǔ)位滿布存儲(chǔ)單元荷載的情況外，還需要考慮在滿載基礎(chǔ)上個(gè)別儲(chǔ)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(duì)于搬運(yùn)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(dāng)設(shè)置背擋桿時(shí)，如果設(shè)計(jì)初衷是允許貨物接觸到背擋桿，那么還需要考慮對(duì)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(diǎn)之間的初始松動(dòng)，都會(huì)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(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，沿縱向與橫向分別考慮。

6. 沖擊荷載

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

7. 偶然荷載

叉車(chē)偶然撞擊到貨架立柱的荷載，雖然應(yīng)盡量避免，但是對(duì)于無(wú)防護(hù)的立柱無(wú)法避免，還是應(yīng)沿水平方向考慮一個(gè)適當(dāng)?shù)牧Α?/p>

8. 地震荷載

對(duì)于有抗震需求的工程項(xiàng)目，應(yīng)按照抗震規(guī)范進(jìn)行計(jì)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(dú)驗(yàn)算，而是要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)把不同工況按照一定系數(shù)組合起來(lái)。比如存儲(chǔ)單元荷載必須與缺陷荷載組合，存儲(chǔ)單元荷載必須與地震荷載組合等等。在組合的過(guò)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(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)上荷載的正向與負(fù)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(jì)算貨架每個(gè)構(gòu)件里產(chǎn)生的效應(yīng)，這就是內(nèi)力分析。對(duì)于極其簡(jiǎn)單的貨架，這一過(guò)程可以通過(guò)手算完成。但是對(duì)于稍微復(fù)雜一點(diǎn)的貨架，則需要借助于計(jì)算機(jī)軟件完成，軟件里所采用的技術(shù)是一種稱(chēng)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(biāo)、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(jìn)行內(nèi)力分析之前，可以進(jìn)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(lái)講，貨架的屈曲系數(shù)都不會(huì)超過(guò)10，除非用最大規(guī)格的立柱、放最輕的貨物，這在實(shí)際中是不現(xiàn)實(shí)的。因此，分析設(shè)計(jì)都必須考慮二階效應(yīng)，不考慮二階效應(yīng)，設(shè)計(jì)的結(jié)果都是錯(cuò)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(jì)算

地震力的計(jì)算采用振型分解反應(yīng)譜法，比底部剪力法計(jì)算更加準(zhǔn)確。

六、構(gòu)件校核

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

目前沒(méi)有哪款軟件把貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)寫(xiě)入了代碼中，所以無(wú)法通過(guò)軟件自動(dòng)校核構(gòu)件。我們嚴(yán)格按照貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)出各種類(lèi)型構(gòu)件的校核excel表格，逐一進(jìn)行計(jì)算校核。

1. 立柱

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

2. 撐桿節(jié)點(diǎn)

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

3. 拉桿節(jié)點(diǎn)

背拉桿、水平拉桿本身的校核一般也沒(méi)有問(wèn)題，但是拉桿端部的螺栓節(jié)點(diǎn)，需要單獨(dú)校核，在考慮地震時(shí)，需要特殊設(shè)計(jì)構(gòu)造。

4. 柱腳節(jié)點(diǎn)

柱腳節(jié)點(diǎn)的受壓校核。

5. 上拔力

貨架空載時(shí)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(yàn)算柱腳節(jié)點(diǎn)的上拔力。