結構是能承受作(荷)用(載)并具有適當剛度的由各連接部件有機組合而成的系統。然而,把部件組合起來不一定就是結構,也可能是機構,機構是活動的,部件之間是相對運動的。若要將部件“有機”組合為結構,準確合理的結構設計是必需的。
貨架結構作為一種工程結構,由立柱、橫梁與各種支撐桿等部件組成,能承受貨物荷載。根據國家標準,工程結構設計宜采用以概率理論為基礎、以分項系數表達的極限狀態設計方法;當缺乏統計資料時,工程結構設計可根據可靠的工程經驗或必要的試驗研究進行,也可采用容許應力或單一安全系數等經驗方法進行。雖然設計方法有上述三種可用,但結構設計仍應采用極限狀態法?;A設計確定基礎底面積會采用容許應力法,地基穩定性驗算會采用安全系數法。貨架結構設計標準采用了極限狀態設計法。既然標準已經規定了,那么確定遵循的設計標準后,應嚴格按照標準來設計。
極限狀態可分為承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。
當結構或結構構件出現下列狀態之一時,應認為超過了承載能力極限狀態:
1、結構構件或連接因超過材料強度而破壞,或因過度變形而不適于繼續承載,比如橫梁彎曲破壞;
2、整個結構或其一部分作為剛體失去平衡,比如橫梁一端掛齒從立柱孔脫出;
3、結構轉變為機動體系,比如立柱組只有橫撐沒有斜撐,或立體庫貨架背拉體系不足或失效;
4、結構或結構構件喪失穩定,比如立柱屈曲,或立柱組傾覆;
5、結構因局部破壞而發生連續倒塌,比如撞了一下立柱,倒了整個倉庫;
6、結構或結構構件的疲勞破壞。
當結構或結構構件出現下列狀態之一時,應認為超過了正常使用極限狀態:
1、影響正常使用或外觀的變形,比如橫梁撓度或立柱垂直度超標;
2、影響正常使用或耐久性能的局部損壞;
3、影響正常使用的振動;
4、影響正常使用的其他特定狀態。
結構設計時應對結構的不同極限狀態分別進行計算或驗算。以承載能力極限狀態為例,結構或結構構件設計應滿足下式:(暫不考慮結構重要性系數)
Sd≤Rd
Sd為作用組合的效應(如軸力、彎矩)設計值,Rd為結構或結構構件的抗力(承載力)設計值。
這樣,結構設計需要確定Sd與Rd兩部分內容。
傳統的結構設計分為兩步:
1、內力分析
確定結構或結構構件Sd的過程叫內力分析,就是將設計標準規定需要考慮的荷載,乘上各自分項系數,以一定規則組合,然后計算結構在荷載組合作用下,所有構件與連接所承受的力的效應(拉壓彎剪扭)。這個計算過程對于極其簡單的結構而言可以手算得到結果,但是對于工程結構動輒成千上萬構件的計算量,只能借助于計算機軟件來完成。計算機軟件采用了一種叫做有限單元法的計算方法,名稱很高大上,因此有限元計算甚至成為了結構計算和結構設計的代名詞,一開口就是有限元報告。實際上,完成有限元計算只是完成結構設計的第一步。
2、構件設計
確定結構構件Rd,并判定Sd≤Rd是否滿足的過程叫構件設計。構件的承載力,要考慮構件的材質、截面、尺寸、構造、破壞模式等等因素,按照標準規定的力學計算方法得出,必要時應測試輔助。之后判定所有構件與連接的承載力是否滿足內力的需求。構件設計是一復雜且重復的過程,很多計算機軟件把這一過程(核心是設計標準、規范)也編寫進程序,在有限元計算得到內力后,自動進行構件設計,節省了大量的工作。目前這一套方法在建筑結構設計中已經非常成熟,但是對于貨架結構設計還不可行,原因在于貨架結構設計標準、規范還沒能被寫入軟件中。如果誰可以提供全部由有限元軟件生成的貨架結構計算書,請不吝賜教。
一個貨架工程項目,一般分為規劃、設計、制造、安裝與使用五個階段。正常來講,在設計階段就應該已經完成了貨架的結構設計。實際項目中,很多項目業主在貨架安裝完成后即將驗收前要求供應商提供貨架結構計算書,以證明貨架的承載力。當然不排除貨架結構設計之前已經完成,此時提供結構計算書僅為資料存檔用的可能性。然而實際大部分情況是,貨架的結構設計工作之前根本沒有做,貨架的選型選材依據無非就是經驗與模仿,這樣的結構必然存在不確定性。
可能有人問,既然之前的工作不到位,現在要驗收業主意識到這一點了,那么補充結構設計工作不就可以了嗎?道理上來講是沒有問題的,但是實際操作有風險。
此時項目已經完工,木已成舟,結構設計校核能通過還好說,萬一通不過應采取何種措施?勢必會增加項目額外成本,延誤項目工期,且不論國企,即使是民企外企的項目負責人也不愿承擔這些責任!現實中,有的業主沒有要求提供結構計算書,有的業主對供應商隨意出具的結構計算書驗收簽字。無論如何,種下因就要承擔相應的果。為了避免事后的被動,本文標題第二個問題就有了解釋,一定要在招投標之前提供貨架結構計算書,一旦發現存在問題,還有充分的空間回旋,即使整個方案推倒重來也未嘗不可。
貨架結構計算書應由同時具有結構工程專業及貨架結構設計背景的專業人員完成或審核。專業的貨架結構設計依賴于:
【專業的隊伍】
從事貨架結構設計的注冊結構工程師、帶資質設計院的技術支持與背書、國外項目PE(專業結構工程師)技術支持
【專業的實驗室】
所有貨架設計標準都是基于測試的,沒有測試數據的貨架結構設計都是空中樓閣。測試數據獲取很重要,知道測試數據如何用于結構設計更重要。
【專業的數據庫】
充分發揮專業實驗室的作用,針對市場上各主流貨架產品構件,進行大量的測試,建立專業設計數據庫,可以在項目規劃階段就完成貨架結構的預設計。
穩圖提供自動化立體倉庫高層貨架、庫架一體貨架以及各種平庫貨架(包括且不限于橫梁式、穿梭車式、懸臂式、后推式、重力式、閣樓式與鋼平臺等)的結構設計、施工質量檢測與使用維護檢測等一系列專業技術服務。期待與您交流。
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