公司名稱：廣州市安普檢測技術服務有限公司m.psvcrds.cn
貨架的基本機構(gòu)主要由柱片和橫梁組成。由薄壁鋼板冷彎而成的立柱、橫撐和斜撐，通過螺栓連接形成柱片。由于貨架鋼結(jié)構(gòu)體系設計裝配上的要求，需要在特定冷彎型鋼的立面、側(cè)面沖壓出一系列的具有一定分布規(guī)律和精度要求的孔或不規(guī)則連續(xù)孔洞，用來裝配支撐和鏈接其它受力構(gòu)件，形成以多孔立柱為豎向支撐的獨特結(jié)構(gòu)體系。由于在立柱上存在一定的空洞，必然會對立柱的承載能力產(chǎn)生一定的影響。尤其在貨物的作用下，立柱所受的外力必須與內(nèi)力保持平衡，但這種平衡狀態(tài)有持久平衡狀態(tài)和極限平衡狀態(tài)之分，當立柱處于極限平衡狀態(tài)時，外界輕微的攪動就會讓框架結(jié)構(gòu)或構(gòu)建失去穩(wěn)定，導致貨架結(jié)構(gòu)倒塌。
2020年12月廣州市安普檢測技術服務有限公司m.psvcrds.cn對東莞橫梁式貨架檢測進行的鋼貨架有限元分析，大家一起來看看。
1 東莞鋼貨架有限元分析概況
1.1 工程技術條件
抗震設防烈度：7 度
設計基本地震加速度：0.1g
場地類別：II
設計地震分組：第一組
結(jié)構(gòu)阻尼比：0.05
特征周期：0.35
水平地震作用影響系數(shù)最大值：0.08
2 貨架結(jié)構(gòu)概況
2.1 結(jié)構(gòu)形式
本項目貨架結(jié)構(gòu)類型：橫梁式，由多個結(jié)構(gòu)相近的貨架子單元連結(jié)而成。貨架結(jié)構(gòu)三維尺寸：
豎向?qū)訑?shù)：9
總高度 m：20.5
縱向列數(shù)：35
總長度 m：84
橫向列數(shù)：10
總寬度 m：21.35
貨架縱向為抗彎框架結(jié)構(gòu)，設置豎向支撐，提供結(jié)構(gòu)的縱向剛度，同時對應設置水平支撐，以形成空間剛度。貨架橫向為桁架結(jié)構(gòu)，橫斜撐與立柱共同組成立柱組以提供抗側(cè)剛度。構(gòu)件截面詳細尺寸請參見附件圖紙，在此不逐一列出。（圖）
表 1 截面型號表
3 設計原則
3.1 設計依據(jù)
3.1.1 設計規(guī)范
在貨架結(jié)構(gòu)設計中，要做到技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用并確保質(zhì)量，必
須正確的選用并遵守下列主要的技術規(guī)范、規(guī)程和其他相應的技術標準。
《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》 GB50068-2001
《建筑工程抗震設防分類標準》 GB50223-2004
《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 GB50009-2001
《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》 GB50017-2003
《建筑抗震設計規(guī)范》 GB50011-2010
《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》 GBJ50010-2002
《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》 GB50205-2001
《鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標準》 GB50221-95
《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術條件》 GB699
《合金結(jié)構(gòu)鋼技術條件》 GB3077
《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術規(guī)范》 GB50018-2002
《鋼貨架結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》 CECS23:90
3.1.2 參考資料
BS EN 15512:2009. Steel static storage systems- Adjustable pallet racking systems
Principles for structural design.
BS EN 15620:2008. Steel static storage systems- Adjustable pallet racking-Tolerances,
deformations and clearances.
FEM 10.2.08, 2011. Recommendations for the design of static steel pallet racking in
seismic conditions.
RMI 2011. Specification for the design, testing and utilization of industrial steel
storage racks.
AISI S100-12 North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel
Structural Members.FEMA 460. Seismic considerations for steel storage racks located in areas accessible
to the public.
AS 4084, 2012. Steel storage racking.
3.2 設計原則
（1） 本設計的可靠度指標按照現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)可靠度統(tǒng)一指標》GB50068-2001，根據(jù)其設計使用年限和結(jié)構(gòu)的安全等級來確定其可靠度指標；
（2） 鋼貨架結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，用分項系數(shù)設計表達式進行計算；
（3）貨架結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件應按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別設計；承載能力極限狀態(tài)包括:構(gòu)件和連接的強度達到最大承載能力或因過度變形而不適于繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)喪失穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系和結(jié)構(gòu)傾覆等。正常使用極限狀態(tài)包括:影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用或外觀變形；影響正常使用的振動；影響正常使用或耐久性能的局部損害等。非承重構(gòu)件應按構(gòu)造要求設置。
（4） 設計貨架結(jié)構(gòu)時，應根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)生的后果，采用不同安全等級，按承載能力區(qū)分安全等級分為一、二、三級。一般貨架結(jié)構(gòu)的安全等級至少取三級。貨量越多、越重要、越昂貴，自動化程度越高，貨架結(jié)構(gòu)破壞所造成的損失就越大，后果越嚴重，其安全等級則應較一般的貨架結(jié)構(gòu)高。對于特定的貨架結(jié)構(gòu)來說，可根據(jù)具體的情況進行具體分析確定安全等級。
3.2.1 承載能力極限狀態(tài)驗算
1 承載能力設計表達式
當貨架結(jié)構(gòu)按承載力極限狀態(tài)設計時，應根據(jù)現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的規(guī)定采用荷載效應的基本組合，并符合下列要求:
（1） 不考慮地震作用時:
（2） 考慮多遇地震作用時:
g 0 S ￡ R
SE ￡ R / g RE
（1）
（2）
式中: g 0
——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；
S ——不考慮地震作用時，荷載效應基本組合的設計值；
R ——結(jié)構(gòu)承載能力設計值；
SE
——考慮多遇地震時，荷載和地震作用效應組合的設計值；
g RE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)，根據(jù)《鋼貨架結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》第 3.2.9條，對貨架結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)件取: g RE =0.8 ，對支撐和連接取: g RE =0.9 。按承載能力設計鋼貨架結(jié)構(gòu)時，應考慮荷載效應的基本組合，必要時尚應考慮荷載效應的偶然組合，采用荷載效應設計值和強度設計值進行計算。荷載設計值等于荷載標準值乘以荷載分項系數(shù)；強度設計值等于材料強度標準值除以抗力分項系數(shù)。一般情況下，在考慮多遇地震下的動力計算時，一般首先比較式（1）和（2），選擇最不利的進行構(gòu)件設計。在低烈度區(qū)，堆載重量不大的貨架一般式（2）不起控制作用。
2 荷載效應基本組合設計值
荷載效應基本組合設計值 S 從下列組合中取最不利值確定:
（1） 由可變荷載效應控制的組合
S = g G SGk + g Q1SQ1k + ?
g Qiy ci SQik
i =1
（2） 由永久荷載控制的荷載組合:
（3）
nS = g G SGk + ?
g Qiy ci SQik
i =1
（4） 地震作用和其他荷載效應的基本組合
S = g G SGE + g Eh SEhk
（5）
式中: g G
——永久荷載分項系數(shù)；
g Q1
、g Qi
——第一個及其他第 i 個可變荷載標準值效應；
SGk
——永久荷載標準值效應；
SQik
——第 i 個可變荷載標準值的效應；
y ci
、y ——第 i 個可變荷載組合系數(shù)；
g G
——重力荷載分項系數(shù)；
SGE
——重力荷載代表值的效應；
SEhk
——水平地震作用標準值效應；
g Eh
——
3.2.2 正常使用極限狀態(tài)驗算
1 正常能力表達式
鋼貨架結(jié)構(gòu)構(gòu)件按照正常使用極限狀態(tài)驗算變形時，應按荷載的標準值組合采用下列設計表達式進行驗算:
S ￡ C
2 荷載效應的標準組合設計值
對于標準組合，荷載效應組合的設計值 S 可按下式采用:
（6）
S = SGk + SQ1k +?
yciSQik
i =1
3.3 設計指標
3.3.1 鋼材的強度設計值
為了保證承載結(jié)構(gòu)的承載能力和防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、結(jié)構(gòu)形式、應力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考慮，選用合適的鋼材牌號和材質(zhì)。根據(jù)《鋼貨架設計規(guī)范》，材料均應 滿足《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術規(guī)范》GB50018-2002 中第 3.0.1~3.0.6 條款的要求。
貨架結(jié)構(gòu)中的鋼材牌號為:Q345、Q235，設計時其各項指標為:
(1) Q235
抗壓、抗彎、抗拉: f = 205N / mm 2
抗剪: f v = 120N / mm 2
(2) Q345
抗壓、抗彎、抗拉: f = 300N / mm 2
抗剪: f =
175N / mm 2
3.3.2 焊縫強度設計值
貨架結(jié)構(gòu)中焊縫為角焊縫，其強度設計值為:
Q235 鋼:抗剪、抗壓、抗拉: f w = 140N / mm 2
Q345 鋼:抗剪、抗壓、抗拉: f w
= 195N / mm 2
3.3.3 普通螺栓設計值
表 2 普通螺栓連接的強度設計值
4 荷載與組合
4.1 恒荷載
根據(jù)規(guī)范，鋼貨架的恒荷載主要考慮貨架構(gòu)件本身的重量，設計時可直接由軟件自動計算。
4.2 活荷載
活荷載主要為托盤上貨物荷載。貨物荷重每托盤：1000 kg，每個貨格托盤數(shù)：2，承重梁根數(shù)：2 根。每根承重梁的承載長度 mm：2300 （有限元模型尺寸）。
4.3 水平靜荷載
根據(jù)規(guī)范，作用于組裝式鋼貨架結(jié)構(gòu)的水平靜荷載系指由貨架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初彎曲、安裝偏差以及儲運機械的輕度碰撞等因素所引起的水平力。水平靜荷載分別沿組裝式貨架結(jié)構(gòu)縱、橫兩個主要方向作用于托盤橫梁與豎向框架柱的連接節(jié)點處。對于有側(cè)移的組裝式結(jié)構(gòu)，此水平靜荷載可取為由橫梁傳至該節(jié)點的全部恒載與最大活載的 1.5%，對于無側(cè)移的組裝式貨架結(jié)構(gòu)，此值可取作 1.0%，對于本項目，有支撐鋼貨架屬于無側(cè)移結(jié)構(gòu)，因此按此條規(guī)定來確定水靜平荷載。水平靜荷載需考慮平行巷道與垂直巷道兩個方向。
4.4 水平地震荷載
根據(jù)《鋼貨架結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》和《建筑抗震設計規(guī)范》，貨架設計時可僅考慮水平地震作用的影響，不計豎向地震作用。作用于貨架結(jié)構(gòu)的地震作用宜采用振型分解反應譜計算，以便考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應。
所采用的反應譜如下圖所示。
圖 2 地震影響系數(shù)曲線
4.5 荷載組合工況
針對本項目的組裝式鋼貨架結(jié)構(gòu)設計，根據(jù)規(guī)范和相關的參考文獻考慮的荷載組合包含以下 8 種:（D 表示縱向，C 表示橫向；1 表示靜力，2 表示動力；-Ser表示正常使用極限狀態(tài)組合）
D1:1.2 恒荷載+1.4 活荷載+1.4 縱向水平靜荷載
D2:1.2 重力荷載代表值+1.3 縱向水平地震荷載
C1:1.2 恒荷載+1.4 活荷載+1.4 橫向水平靜荷載
C2:1.2 重力荷載代表值+1.3 橫向水平地震荷載
D1-Ser:1.0 恒荷載+1.0 活荷載+1.0 縱向水平靜荷載
D2-Ser:1.0 恒荷載+1.0 活荷載+1.0 縱向水平地震荷載
C1-Ser:1.0 恒荷載+1.0 活荷載+1.0 橫向水平靜荷載
C2-Ser:1.0 恒荷載+1.0 活荷載+1.0 橫向水平地震荷載
5 整體內(nèi)力分析
5.1 計算模型
根據(jù)貨架結(jié)構(gòu)的設計資料，確定其計算模型，取結(jié)構(gòu)中典型的貨架單元進行計算。有限元模型如下圖所示。
（a）三維有限元模型
（b） 有限元模型正視圖
（c） 有限元模型側(cè)視圖
（d） 有限元模型俯視圖
圖 3 結(jié)構(gòu)分析有限元模型
5.2 模態(tài)分析結(jié)果
結(jié)構(gòu)模態(tài)反映出結(jié)構(gòu)對地震作用的響應，尤其是通過模態(tài)分析得到的結(jié)構(gòu)自振周期是結(jié)構(gòu)抗震性能的一個重要影響參數(shù)。結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果列于下表。
表 3 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果
略。
結(jié)構(gòu)的前六階振型如下圖所示。
（a） 第一階振型
（b） 第二階振型
（c） 第三階振型
（d） 第四階振型
（e） 第五階振型
（f）第六階振型
5.3 結(jié)構(gòu)變形
圖 4 結(jié)構(gòu)振型圖
貨架結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形示意圖如下圖所示。（略）
圖 5 結(jié)構(gòu)變形示意圖
結(jié)構(gòu)在不同荷載組合工況下的最大側(cè)向位移列于下表。
表 4 結(jié)構(gòu)側(cè)向位移數(shù)據(jù)
可見不管是正常使用極限狀態(tài)還是承載力極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移均在規(guī)范規(guī)定的限值范圍以內(nèi)。
5.4 結(jié)構(gòu)內(nèi)力
結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件的內(nèi)力通過軟件存儲在數(shù)據(jù)庫中，用于后面構(gòu)件校核。結(jié)構(gòu)在不同荷載組合作用下的內(nèi)力分布圖見下圖。
（a-1）D1 立柱軸力圖（a-2）D1 立柱彎矩 M2 圖
（a-3）D1 立柱彎矩 M3 圖（a-4）D1 橫梁彎矩圖
（b-1）D2 立柱軸力圖（b-2）D2 立柱彎矩 M2 圖
（b-3）D2 立柱彎矩 M3 圖（b-4）D2 橫梁彎矩圖
（c-1）C1 立柱軸力圖（c-2）C1 立柱彎矩 M2 圖
（c-3）C1 立柱彎矩 M3 圖（c-4）C1 橫梁彎矩圖
（d-1）C2 立柱軸力圖（d-2）C2 立柱彎矩 M2 圖
（d-3）C2 立柱彎矩 M3 圖（d-4）C2 橫梁彎矩圖
圖 6 貨架結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同荷載組合作用下的內(nèi)力圖
6 構(gòu)件校核
6.1 校核方法
6.1.1 立柱
立柱按照雙向壓彎構(gòu)件進行校核，需要考慮開孔的影響，驗算內(nèi)容包括強度與穩(wěn)定性驗算，其中的穩(wěn)定性驗算包括局部屈曲、畸變屈曲與整體彎扭屈曲。具體的校核方法與流程可參考第 3.1 節(jié)的規(guī)范與資料。
6.1.2 橫梁
橫梁在靜力荷載工況組合下按照受彎構(gòu)件校核，在地震荷載工況組合下按照壓彎構(gòu)件校核，均需驗算變形與強度兩方面的內(nèi)容。同時，需要校核梁端節(jié)點的強度。具體的校核方法與流程可參考第 3.1 節(jié)的規(guī)范與資料。
6.1.3 橫斜補
橫斜補受壓時按照兩端鉸接的受壓構(gòu)件進行校核，受拉時除按照受拉構(gòu)件校核外尚需校核橫斜補節(jié)點的強度。具體的校核方法與流程可參考第 3.1 節(jié)的規(guī)范與資料。
6.1.4 拉桿
拉桿包括背拉桿與水平拉桿，均按照受拉構(gòu)件校核，同時需校核節(jié)點強度。具體的校核方法與流程可參考第 3.1 節(jié)的規(guī)范與資料。按照規(guī)范計算得到各種構(gòu)件的承載力，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。第 5.4 節(jié)通過內(nèi)力分析得到的各構(gòu)件的內(nèi)力組合，與構(gòu)件的承載力進行對比。定義內(nèi)力除以承載力為廣義的應力比，當應力比小于 1.0 時，構(gòu)件校核滿足。
6.2 立柱校核結(jié)果
表 5 立柱校核結(jié)果表（略）
6.3 橫梁校核結(jié)果
表 6 橫梁校核結(jié)果表（略）
6.4 橫斜補校核結(jié)果
表 7 橫斜補校核結(jié)果表（略）
6.5 背拉桿校核結(jié)果
表 8 背拉桿校核結(jié)果表（略）
7 結(jié)論
通過加強支撐體系提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度，考慮貨架在各種荷載組合下最不利效應，結(jié)構(gòu)驗算證明貨架結(jié)構(gòu)能滿足強度、穩(wěn)定性及變形要求，能充分發(fā)揮冷彎薄 壁構(gòu)件的優(yōu)秀性能，可以取得較好的經(jīng)濟性。
公司介紹：
廣州市安普檢測技術服務有限公司作為貨架第三方檢測機構(gòu)擁有國家CNAS、CMA貨架第三方檢測資質(zhì)，服務優(yōu)勢在于以更短的對貨架安全檢測檢驗周期和更優(yōu)惠的服務價格，為客戶節(jié)約成本和周期，幫助客戶快速獲取準確有效數(shù)據(jù)，并為客戶提供后期技術服務支持。廣州市安普檢測技術服務有限公司作為平臺化運營品牌，與國內(nèi)外多家實驗室建立了良好的合作關系，旨在為客戶、行業(yè)提供更詳細、更優(yōu)質(zhì)的國內(nèi)貨架安全檢測咨詢服務。