• event2021-11-20 13:40:04
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近日，網(wǎng)上一段據(jù)傳是英國《每日郵報(bào)》11月20日?qǐng)?bào)道的視頻傳遍了倉儲(chǔ)物流圈與EHS圈。點(diǎn)我看視頻

視頻中顯示，一臺(tái)叉車試圖通過擁擠的巷道時(shí)觸碰到了一根貨架立柱，從而引起倉庫內(nèi)大面積貨架的連續(xù)性倒塌。事故的調(diào)查結(jié)果不得而知，不過事故的原因確已成為公眾討論的熱點(diǎn)。認(rèn)為是貨架供應(yīng)商偷工減料者有之，認(rèn)為管理混亂違規(guī)操作者有之，認(rèn)為設(shè)計(jì)存在缺陷者亦有之。討論無所謂對(duì)與錯(cuò)，各方都以自己多年從事相關(guān)方面的工作經(jīng)驗(yàn)，判斷了概率最大的原因。博百家之長，本文想針對(duì)幾個(gè)比較典型的問題進(jìn)行一下探討。

貨架一撞就倒，是設(shè)計(jì)不足的表現(xiàn)嗎？

這個(gè)問題的另一種表述就是，貨架應(yīng)該防撞嗎？眾所周知，貨架是與搬運(yùn)設(shè)備配合使用的。大部分貨架都配備叉車，由于誤操作導(dǎo)致叉車撞擊貨架幾乎是不可避免的。但是叉車撞擊引起的偶然荷載，在貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中卻沒有考慮（比較成熟的歐洲貨架設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)EN 15512中，給出的叉車存取貨時(shí)的放置動(dòng)載，反映的是叉車操作良好的情況。對(duì)于配備叉車作業(yè)的貨架，其設(shè)計(jì)中并未考慮叉車的撞擊作用），原因在于貨架的立柱與橫梁等主要受力構(gòu)件為冷彎薄壁型鋼構(gòu)件，根本不能抵抗如此大的水平力（EN 1991-1-7中規(guī)定的倉庫建筑立柱必須能承受的叉車撞擊水平力約250kN）。到目前為止，所有貨架設(shè)計(jì)都不考慮此撞擊力，也就是說，貨架是不抗叉車撞擊的！如果非要考慮，那么結(jié)果就是單個(gè)儲(chǔ)位的貨架造價(jià)直線上升，勢(shì)必對(duì)倉儲(chǔ)物流行業(yè)造成嚴(yán)重影響。因此，一撞就倒的貨架，設(shè)計(jì)不一定是不足的，設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)的貨架，一撞也有可能倒。受到撞擊而不倒的貨架，設(shè)計(jì)也不一定就符合標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)不足的貨架受到撞擊也可能不倒。這就有點(diǎn)亂了，想必大家要問下面這個(gè)問題了。

什么情況下貨架受到撞擊會(huì)/不會(huì)倒塌？

在此僅討論立柱受到撞擊的情況（因?yàn)楹蠊鄬?duì)嚴(yán)重）。立柱受到撞擊發(fā)生破壞失效，才會(huì)引起貨架倒塌。問題轉(zhuǎn)化為，什么情況下撞擊會(huì)導(dǎo)致立柱破壞失效？任何撞擊變形都會(huì)造成立柱承載力一定程度的降低，從而降低安全水平。 有限的撞擊變形可導(dǎo)致立柱承載力明顯降低（見圖1）。通過軸壓測(cè)試表明，圖示的撞擊變形使立柱承載力降低了30%至40%。

圖1 立柱撞擊變形導(dǎo)致承載力降低

但是實(shí)際中存在有利因素可以減緩立柱破壞失效：
貨架構(gòu)件的鋼材實(shí)際強(qiáng)度大于由規(guī)定的鋼材等級(jí)要求的最小值（設(shè)計(jì)采用的鋼材強(qiáng)度）（比如高達(dá)15%）；
實(shí)際總的托盤荷載小于規(guī)定的設(shè)計(jì)值，某些情況下相差很大，即儲(chǔ)位使用率未達(dá)到100%，抑或單托盤承重遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值；
制造與安裝精度優(yōu)于規(guī)定值；
選材時(shí)的承載力計(jì)算人為偏于保守。

對(duì)于一根符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的立柱，當(dāng)發(fā)生有限的撞擊變形時(shí)，其承載力可能會(huì)降低40%，撞擊后的安全系數(shù)計(jì)算示意如下：
(撞擊后的承載力)×(設(shè)計(jì)荷載分項(xiàng)系數(shù))×(提升的鋼材強(qiáng)度)/(撞擊后的實(shí)際承受荷載)
因此，撞擊后的安全系數(shù)=（1.0-0.4）×1.4×1.15/0.8=1.21。撞擊后的安全系數(shù)1.21小于原設(shè)計(jì)安全系數(shù):(荷載分項(xiàng)系數(shù))×(材料系數(shù))=1.4×1.0=1.4，但是仍然大于1.0，立柱不會(huì)立即破壞失效。然而，如果減緩立柱破壞的有利因素沒有同時(shí)出現(xiàn)，那么撞擊后的安全系數(shù)大約為:(1.0-0.4)×1.4=0.84，小于1.0，因此立柱很可能會(huì)發(fā)生破壞從而失效。以上安全系數(shù)討論僅供說明示意，實(shí)際上現(xiàn)在主流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為可靠度設(shè)計(jì)，是以一次概率為基礎(chǔ)的多系數(shù)分析單一系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。本文提到的視頻，其貨架幾乎滿載，立柱的實(shí)際應(yīng)力水平可能已經(jīng)接近設(shè)計(jì)水平，因此對(duì)任何撞擊都很敏感，即一碰就倒。

貨架倒塌為什么是連續(xù)性的？有沒有什么阻斷措施？

結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌是指結(jié)構(gòu)因偶然荷載造成結(jié)構(gòu)局部破壞失效，繼而引起失效破壞構(gòu)件相連的構(gòu)件連續(xù)破壞，最終導(dǎo)致相對(duì)于初始局部破壞更大范圍的倒塌破壞。連續(xù)性倒塌的后果很嚴(yán)重，起因與損失不成比例。貨架結(jié)構(gòu)，由于自身特點(diǎn)，易發(fā)生連續(xù)性倒塌。

首先，貨架結(jié)構(gòu)冗余度較低，沒有多余構(gòu)件，單根立柱失效后，沒有形成新的可靠的傳力路徑，荷重從失效立柱向相鄰立柱傳遞，馬上超載嚴(yán)重引起新的立柱失效，然后通過橫梁擴(kuò)展開來。其次，貨架都是密集布置（貨架高度相對(duì)巷道寬度大很多），一列貨架的倒塌很難不波及相鄰列的貨架，掉落的貨物成為新的撞擊荷載。

拜當(dāng)年911事件所賜，連續(xù)性倒塌在建筑結(jié)構(gòu)中研究得較為深入。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有所謂的"保險(xiǎn)絲"概念，即讓特定的構(gòu)件在特定的條件下發(fā)生破壞，退出結(jié)構(gòu)體系，從而阻斷破壞的發(fā)展。對(duì)于貨架結(jié)構(gòu)而言，能起到保險(xiǎn)絲作用的可能是橫梁與立柱連接的位置。如果某座貨架倒塌時(shí)，橫梁與立柱能及時(shí)分離，那么就有可能阻斷連續(xù)性倒塌。當(dāng)然這僅僅存在于理論層面，實(shí)際設(shè)計(jì)還達(dá)不到如此精準(zhǔn)。

拿什么拯救你，我的貨架？

穩(wěn)圖認(rèn)為，最好的辦法是，不要撞到貨架，尤其是立柱。盡管不抗撞擊，冷彎薄壁型鋼貨架只需做到以下幾點(diǎn)，仍然可以安全使用：
1、叉車操作員接受在貨架相關(guān)環(huán)境中操作的培訓(xùn)與指導(dǎo)；
2、保證操作空間，比如足夠的巷道凈寬、存儲(chǔ)單元與貨架間凈距；
3、所有貨架巷道兩側(cè)立柱設(shè)置防撞保護(hù)件；
4、指定貨架安全負(fù)責(zé)人，建立三個(gè)不同層級(jí)的檢測(cè)機(jī)制：

即時(shí)檢測(cè)
即時(shí)向貨架安全負(fù)責(zé)人報(bào)告所有損壞構(gòu)件及涉及區(qū)域，針對(duì)報(bào)告內(nèi)容采取措施并建立程序記錄在檔。應(yīng)鼓勵(lì)倉庫所有員工發(fā)現(xiàn)損壞立即報(bào)告。

定期檢測(cè)
貨架安全負(fù)責(zé)人應(yīng)確保每周（或根據(jù)倉庫運(yùn)行情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后確定間隔時(shí)間）進(jìn)行檢測(cè)并記錄在檔。定期檢測(cè)應(yīng)由培訓(xùn)合格的人員進(jìn)行。

專家檢測(cè)
由有資格的專業(yè)檢測(cè)人員每年至少進(jìn)行一次專業(yè)貨架檢測(cè)。專家檢測(cè)成果物為記錄在檔的檢測(cè)報(bào)告，鑒別貨架損壞并針對(duì)倉庫其他活動(dòng)提供指導(dǎo)與建議。專家檢測(cè)應(yīng)由技術(shù)上勝任的人員進(jìn)行；

5、分析確定引起損壞的可能原因，以消除（至少是減少）重現(xiàn)的可能。