本號(hào)擬對(duì)SEMA規(guī)范(Code of Practice for the Design of Adjustable Pallet Racking)做一些簡(jiǎn)單的介紹,不定期推出系列文章簡(jiǎn)述貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容,以饗讀者。本篇為第三篇。
3.1 總則
總的來(lái)說(shuō),貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是通過(guò)計(jì)算或測(cè)試保證承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)都滿(mǎn)足下式:
其中,
γf為相應(yīng)荷載分項(xiàng)系數(shù)
γm為材料強(qiáng)度系數(shù)
F為荷載效應(yīng)計(jì)算值
Rk為相應(yīng)極限狀態(tài)抗力特征值。
左側(cè)即為我們常說(shuō)的荷載組合,該規(guī)范中沒(méi)有清楚寫(xiě)明需要考慮的具體荷載組合,需要參考BS 5950:Part1,然后采用本規(guī)范的荷載分項(xiàng)系數(shù)。
3.2 荷載
3.2.1 恒載(永久作用)
恒載包括貨架本身的重量,以及貨架支承的固定設(shè)備的重量,比如噴淋、電氣、供暖、通風(fēng)、空調(diào)等設(shè)備。設(shè)計(jì)所需恒載的數(shù)據(jù)應(yīng)以實(shí)際為準(zhǔn)。
當(dāng)結(jié)構(gòu)總自重小于其所承受的總豎向荷載的5%時(shí),結(jié)構(gòu)自重可以忽略。按筆者經(jīng)驗(yàn),此條在實(shí)際中會(huì)發(fā)生。
3.2.2 托盤(pán)貨載
指托盤(pán)及其上貨物荷載,也稱(chēng)存儲(chǔ)單元荷載。與建筑結(jié)構(gòu)中的風(fēng)、雪、樓板活荷載相比,托盤(pán)貨載的統(tǒng)計(jì)不確定性遠(yuǎn)小于其他幾種荷載。因此,托盤(pán)貨載的分項(xiàng)系數(shù)大小介于恒載分項(xiàng)系數(shù)與活載分項(xiàng)系數(shù)之間。
客戶(hù)、終端用戶(hù)或者作為二者咨詢(xún)方的單位,應(yīng)負(fù)責(zé)指定存儲(chǔ)貨物的最大重量與尺寸,以及關(guān)于托盤(pán)在貨架上如何分布等特殊需求。在結(jié)構(gòu)整體分析時(shí),設(shè)計(jì)者可以假定整個(gè)貨架每跨每層的貨載都是均勻分布的,除非設(shè)計(jì)者與客戶(hù)以書(shū)面形式就其他分布方式達(dá)成一致。
3.2.3 活荷載(可變作用)
活荷載指因貨架使用而產(chǎn)生的額外荷載。與貨架連接的設(shè)備上的活荷載,也應(yīng)在設(shè)計(jì)中確定并考慮。
3.2.4 偶然豎向荷載
在一個(gè)存儲(chǔ)單元正上方的貨架構(gòu)件,應(yīng)能承受一個(gè)至少5kN的向上的偶然作用力。一般而言,這個(gè)力應(yīng)該作用于一根橫梁的一端,由安全插銷(xiāo)抵抗,確保梁端連接件不從立柱孔中脫出。
3.3 缺陷
規(guī)范考慮了四種缺陷引起的作用,即框架缺陷、支撐體系缺陷、構(gòu)件缺陷與加載缺陷。
3.3.1 框架缺陷
框架的缺陷考慮了安裝后的貨架體系不是完全豎直的實(shí)際情況。框架缺陷應(yīng)在結(jié)構(gòu)整體分析中予以考慮,分析得到的力與彎矩應(yīng)用于構(gòu)件的設(shè)計(jì)。整體分析模型中,可以使貨架模型具有一個(gè)初始側(cè)移缺陷,亦可由一組等效水平力代替。
(1)側(cè)移缺陷
側(cè)移缺陷φ由下式確定:
nc為立柱數(shù)量(沿巷道方向)或相連的立柱組數(shù)量(垂直于巷道方向)
ns為橫梁層數(shù)
φs為最大指定垂直度偏差(即頂部最大偏移距離除以對(duì)應(yīng)高度)
φl(shuí)為梁柱節(jié)點(diǎn)的初始松動(dòng),需要根據(jù)本規(guī)范的測(cè)試方法確定(僅無(wú)支撐框架需考慮,對(duì)支撐框架,φl(shuí)=0)
以上初始側(cè)移缺陷在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要沿所有水平方向考慮,但是每個(gè)方向只需單獨(dú)考慮不與其他方向疊加。
從上式可以看出,φs對(duì)側(cè)移缺陷的貢獻(xiàn)很大,它代表著實(shí)際貨架安裝的垂直度標(biāo)準(zhǔn),由于φs是設(shè)計(jì)者人為指定,因此貨架安裝后的垂直度是否達(dá)到指定標(biāo)準(zhǔn),影響著貨架是否到達(dá)設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)。
(2)等效水平力
相對(duì)于建立傾斜的模型,比較方便的是使用等效水平力代替初始側(cè)移缺陷。等效水平力應(yīng)施加在貨架的每一層,與每層承受的豎向荷載成比例。
3.3.2 支撐體系缺陷
包含支撐體系的結(jié)構(gòu)應(yīng)在分析中考慮相應(yīng)缺陷的影響,分析得到的力與彎矩應(yīng)用于構(gòu)件的設(shè)計(jì)。支撐體系缺陷有以下兩種情況。
(1)沿巷道方向的垂直支撐體系初始整體側(cè)移缺陷
如下圖所示,此缺陷應(yīng)根據(jù)3.3.1節(jié)的方法確定,此時(shí)nc為一排相連貨架的跨數(shù)。
(2)垂直于巷道方向的橫斜撐體系初始整體側(cè)移缺陷
垂直于巷道方向,立柱組通過(guò)巷道頂拉桿、立柱組連桿或中間層樓板相連,初始側(cè)移缺陷應(yīng)根據(jù)3.3.2.1節(jié)的方法確定,此時(shí)nc為相連的立柱組數(shù)目,(1/5+1/ns)項(xiàng)值取1。
規(guī)范還規(guī)定了支撐體系應(yīng)能抵抗的最小水平剪力Fq,為所支撐框架最大軸力的2%。對(duì)于沿巷道方向的垂直支撐體系,除了支撐跨的2%,F(xiàn)q還應(yīng)附加被支撐跨的1%,累計(jì)不超過(guò)7%。如果支撐體系提供N個(gè)平面的框架側(cè)向穩(wěn)定性,那么該水平剪力還要乘以N(比如單深貨架背靠背垂直支撐N=4,雙深貨架背靠背垂直支撐N=8。同時(shí),規(guī)范規(guī)定了設(shè)置水平支撐將所有平面的水平力傳遞至中間垂直支撐的重要性,目前市面大部分貨架產(chǎn)品不滿(mǎn)足此要求)。
筆者認(rèn)為,支撐系統(tǒng)水平剪力是可以通過(guò)整體結(jié)構(gòu)分析計(jì)算得到的,而以上規(guī)定為本規(guī)范考慮的構(gòu)造措施,以保證支撐系統(tǒng)的安全性。但"累計(jì)不超過(guò)7%",可以認(rèn)為,規(guī)范暗含的意思為,一跨垂直支撐可以提供支撐效果的跨數(shù)為6,即每隔5跨橫梁設(shè)置一道背拉桿。
3.3.3 構(gòu)件缺陷
構(gòu)件缺陷指構(gòu)件實(shí)際加工與名義設(shè)計(jì)之間的偏差,會(huì)影響構(gòu)件的承載力。構(gòu)件缺陷通過(guò)相應(yīng)的屈曲公式在構(gòu)件設(shè)計(jì)中考慮。
3.3.4 加載缺陷
如果荷載的重心偏離貨架重心,那么會(huì)導(dǎo)致一組橫梁承受不均等的荷載,見(jiàn)下圖。
如果荷載偏心引起的最大應(yīng)力、變形的偏差小于12%,那么加載缺陷的影響可以忽略。如果設(shè)計(jì)與操作允許系統(tǒng)性的偏心,那么在整體分析中應(yīng)考慮其影響。
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