• event2022-08-08 09:40:09
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非著名相聲演員郭德綱曾說過：“不是我很優秀，全靠同行的襯托”。貨架結構計算類似，不是這個工作有多難，而是很多做的人不專業。看著一份份委托穩圖審核的貨架結構計算報告，我們哭笑不得。貨架結構計算需要按照結構設計的套路來，不能隨便算個壓力、壓強，就認為是結構計算了。下面來看看我們做的貨架結構計算有什么特點，即在進行貨架結構計算時，我們都做了哪些結構專業方面的考量。注意，以下內容并不是全面的結構計算體現，只是部分相對比較關鍵、值得拿出來講一講的。更多的結構基礎知識需要相關專業的科班訓練。

一、鋼材設計指標

鋼材的設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計要求的前提下，應該可采用實測值（之所以說“應該“，是因為歐標有而中國貨架標準暫無具體條文規定）。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雜，尤其是剪心坐標、自由扭轉常數、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，如果按照中國的規范設計校核立柱，有一個截面參數Uy是無論如何也繞不過的，而這個參數目前只能通過手動積分進行計算。

2. 梁柱節點

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

3. 柱腳節點

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

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，導致立柱組的面內剪切剛度相對于理論值有折減，計算時應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。關于背拉桿體系如何設置才合理有效，可參考已發布的文章：立體庫貨架拉桿（支撐）體系設置要求。如果嫌文章太冗長，直接上結論：

a)背拉桿必須配備合理的、連續的水平拉桿才能發揮作用；

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，必須設置加強立柱，兩根加強立柱之間對應背拉桿設置水平橫梁，水平橫梁與貨架橫梁之間設置水平傳力構件，如水平交叉拉桿、抗剪板；

c)貨架背靠背的位置也需要設置水平交叉拉桿。

6. 柔性構件

由于背拉桿與水平拉桿長細比很大，因此不能抵抗壓力，內力分析中應考慮此類構件只拉不壓，否則導致結果偏于不安全。

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上個別儲位空載，從而導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

當設置背擋桿時，如果設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、節點之間的初始松動，都會導致豎向荷載產生水平的分力，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

在設計直接承受貨物的構件如承載梁、牛腿等構件時，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，雖然應盡量避免，但是對于無防護的立柱無法避免，還是應沿水平方向考慮一個適當的力。

8. 地震荷載

對于有抗震需求的工程項目，應按照抗震規范進行計算。

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，而是要根據標準把不同工況按照一定系數組合起來。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，需要區分：

a)承載能力極限狀態與正常使用極限狀態；

b)滿載與不利荷載布置；

c)非對稱結構上荷載的正向與負向。

五、整體內力分析

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，計算貨架每個構件里產生的效應，這就是內力分析。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是一種稱為有限元的技術。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

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

3. 非線性分析

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

4. 地震力計算

地震力的計算采用振型分解反應譜法，比底部剪力法計算更加準確。

六、構件校核

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

目前沒有哪款軟件把貨架結構設計標準寫入了代碼中，所以無法通過軟件自動校核構件。我們嚴格按照貨架結構設計標準，開發出各種類型構件的校核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、彎扭屈曲對穩定承載力的影響。

2. 撐桿節點

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點，需要單獨校核，在考慮地震時，一般校核不通過。

3. 拉桿節點

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點，需要單獨校核，在考慮地震時，需要特殊設計構造。

4. 柱腳節點

柱腳節點的受壓校核。

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，需要驗算柱腳節點的上拔力。