我们做的货架结构计算到底有什么特点

• event2022-08-08 09:40:09
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非著名相声演员郭德纲曾说过：“不是我很优秀，全靠同行的衬托”。货架结构计算类似，不是这个工作有多难，而是很多做的人不专业。看着一份份委托稳图审核的货架结构计算报告，我们哭笑不得。货架结构计算需要按照18luck 的套路来，不能随便算个压力、压强，就认为是结构计算了。下面来看看我们做的货架结构计算有什么特点，即在进行货架结构计算时，我们都做了哪些结构专业方面的考量。注意，以下内容并不是全面的结构计算体现，只是部分相对比较关键、值得拿出来讲一讲的。更多的结构基础知识需要相关专业的科班训练。

一、钢材设计指标

钢材的设计强度并不能直接采用牌号标示的屈服强度，更不能直接采用实际测试的屈服强度。比如Q235热轧钢带，牌号标示屈服强度235MPa，设计采用值也就到210MPa左右。加工成货架立柱前的钢带实测屈服强度可达265MPa甚至更高，在满足一定检测周期与统计要求的前提下，应该可采用实测值（之所以说“应该“，是因为欧标有而中国货架标准暂无具体条文规定）。加工成货架立柱后的实测屈服强度可达295MPa甚至更高，这里由于冷作硬化效应而提升的强度部分，是不可以利用的（因为不是全截面有效）。

二、货架部件特性

1. 立柱

立柱的截（断）面一般是开口的Ω形状，其全截面、最小净截面、等效截面、有效截面特性都需要准确获取，以满足不同计算之需。这些截面特性计算比较复杂，尤其是剪心坐标、自由扭转常数、扇性惯性矩等，手算基本无望，只能通过专门的软件进行计算。需要特别注意的是，如果按照中国的规范设计校核立柱，有一个截面参数Uy是无论如何也绕不过的，而这个参数目前只能通过手动积分进行计算。

2. 梁柱节点

横梁与立柱的交点处，连接方式是挂钩，这种节点在结构上既不是可以自由转动的铰接，也不是不能转动的刚接，而是处于两者之间的半刚接。半刚接的程度，即节点刚度，对于货架尤其是无背拉杆体系的平库货架，影响较大，应通过测试获取，然后准确应用到计算中。

3. 柱脚节点

立柱与地坪的交点处，连接方式是底板加螺栓，这种节点同样是半刚性，亦应通过测试获取，然后准确应用到计算中。

4. 立柱组

两根立柱之间通过一系列撑杆组成立柱组，撑杆与立柱一般是通过螺栓连接，螺栓与螺栓孔之间的间隙、变形，导致立柱组的面内剪切刚度相对于理论值有折减，计算时应采用折减后的剪切刚度。

5. 背拉杆体系

对于高度较高、承载较大、要求抗震的货架，如自动化立体库货架，就不得不设置背拉杆体系。背拉杆体系包括背拉杆、水平拉杆、加强立柱、拉杆连接件等。关于背拉杆体系如何设置才合理有效，可参考已发布的文章：立体库货架拉杆（支撑）体系设置要求。如果嫌文章太冗长，直接上结论：

a)背拉杆必须配备合理的、连续的水平拉杆才能发挥作用；

b)单排货架背部，若背拉杆没有紧贴立柱而是与立柱之间有一定距离时，必须设置加强立柱，两根加强立柱之间对应背拉杆设置水平横梁，水平横梁与货架横梁之间设置水平传力构件，如水平交叉拉杆、抗剪板；

c)货架背靠背的位置也需要设置水平交叉拉杆。

6. 柔性构件

由于背拉杆与水平拉杆长细比很大，因此不能抵抗压力，内力分析中应考虑此类构件只拉不压，否则导致结果偏于不安全。

三、荷载工况

1. 存储单元荷载的偏置

对于横梁式货架，托盘货物放置不居中会导致一组两根横梁偏载，特别是当托盘深度比货架深度大200mm及以上时（欧标是100mm）。如果偏载超12%，则必须考虑承载较大的那根梁的超载。

2. 存储单元荷载的不利布置

除了考虑所有储位满布存储单元荷载的情况外，还需要考虑在满载基础上个别储位空载，从而导致立柱轴力稍微减小但是弯矩却大幅增大的不利情况。

3. 放置荷载

对于搬运设备存货取货引起的放置荷载，需要分别考虑纵向和横向的作用。

4. 背挡荷载

当设置背挡杆时，如果设计初衷是允许货物接触到背挡杆，那么还需要考虑对背挡杆造成的水平作用力。

5. 缺陷荷载

货架的整体初始倾斜、节点之间的初始松动，都会导致竖向荷载产生水平的分力，这是引起货架倒塌的最主要水平力，因此必须严格按照标准，沿纵向与横向分别考虑。

6. 冲击荷载

在设计直接承受货物的构件如承载梁、牛腿等构件时，需要考虑向下放货的动力冲击荷载。

7. 偶然荷载

叉车偶然撞击到货架立柱的荷载，虽然应尽量避免，但是对于无防护的立柱无法避免，还是应沿水平方向考虑一个适当的力。

8. 地震荷载

对于有抗震需求的工程项目，应按照抗震规范进行计算。

四、荷载组合

全面考虑了以上荷载工况，不是每种工况单独验算，而是要根据标准把不同工况按照一定系数组合起来。比如存储单元荷载必须与缺陷荷载组合，存储单元荷载必须与地震荷载组合等等。在组合的过程中，需要区分：

a)承载能力极限状态与正常使用极限状态；

b)满载与不利荷载布置；

c)非对称结构上荷载的正向与负向。

五、整体内力分析

1. 有限元模型

荷载组合之后，将组合后的各组荷载施加在货架上，计算货架每个构件里产生的效应，这就是内力分析。对于极其简单的货架，这一过程可以通过手算完成。但是对于稍微复杂一点的货架，则需要借助于计算机软件完成，软件里所采用的技术是一种称为有限元的技术。在软件里按照货架图纸，考虑以上材料指标、部件特性、荷载工况与组合，创建有限元模型，用于下面提到的各种分析。

2. 屈曲分析

在正式进行内力分析之前，可以进行一下屈曲分析。屈曲分析结果决定了内力分析是否需要考虑二阶效应以及如何考虑二阶效应。

3. 非线性分析

一般来讲，货架的屈曲系数都不会超过10，除非用最大规格的立柱、放最轻的货物，这在实际中是不现实的。因此，分析设计都必须考虑二阶效应，不考虑二阶效应，设计的结果都是错误的。我们所有荷载组合下的内力分析都采用考虑P-Δ效应的非线性分析，以充分考虑二阶效应。

4. 地震力计算

地震力的计算采用振型分解反应谱法，比底部剪力法计算更加准确。

六、构件校核

计算构件自身的承载力，保证承载力不低于上文所述计算得到的内力，这个过程就是构件校核。所有构件校核通过了，货架整体结构承载也就满足了。

目前没有哪款软件把货架结构设计标准写入了代码中，所以无法通过软件自动校核构件。我们严格按照货架结构设计标准，开发出各种类型构件的校核excel表格，逐一进行计算校核。

1. 立柱

校核立柱在轴力与弯矩同时作用下的承载，考虑立柱的局部屈曲、畸变屈曲、弯扭屈曲对稳定承载力的影响。

2. 撑杆节点

撑杆本身的校核一般没有问题，但是撑杆与立柱连接处的螺栓节点，需要单独校核，在考虑地震时，一般校核不通过。

3. 拉杆节点

背拉杆、水平拉杆本身的校核一般也没有问题，但是拉杆端部的螺栓节点，需要单独校核，在考虑地震时，需要特殊设计构造。

4. 柱脚节点

柱脚节点的受压校核。

5. 上拔力

货架空载时顶部受到水平推力，或者在含地震工况荷载组合作用下，为了避免货架倾覆，需要验算柱脚节点的上拔力。