【設(shè)計原則、荷載與缺陷】

3.1 總則

        總的來說，貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計就是通過計算或測試保證承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)都滿足下式：

        其中，

        γf為相應(yīng)荷載分項系數(shù)

        γm為材料強(qiáng)度系數(shù)

        F為荷載效應(yīng)計算值

        Rk為相應(yīng)極限狀態(tài)抗力特征值。

        左側(cè)即為我們常說的荷載組合，該規(guī)范中沒有清楚寫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)計所需恒載的數(shù)據(jù)應(yīng)以實際為準(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，結(jié)構(gòu)自重可以忽略。按筆者經(jīng)驗，此條在實際中會發(fā)生。
 

3.2.2 托盤貨載

        指托盤及其上貨物荷載，也稱存儲單元荷載。與建筑結(jié)構(gòu)中的風(fēng)、雪、樓板活荷載相比，托盤貨載的統(tǒng)計不確定性遠(yuǎn)小于其他幾種荷載。因此，托盤貨載的分項系數(shù)大小介于恒載分項系數(shù)與活載分項系數(shù)之間。

        客戶、終端用戶或者作為二者咨詢方的單位，應(yīng)負(fù)責(zé)指定存儲貨物的最大重量與尺寸，以及關(guān)于托盤在貨架上如何分布等特殊需求。在結(jié)構(gòu)整體分析時，設(shè)計者可以假定整個貨架每跨每層的貨載都是均勻分布的，除非設(shè)計者與客戶以書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)計中確定并考慮。
 

3.2.4 偶然豎向荷載

        在一個存儲單元正上方的貨架構(gòu)件，應(yīng)能承受一個至少5kN的向上的偶然作用力。一般而言，這個力應(yīng)該作用于一根橫梁的一端，由安全插銷抵抗，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際情況?？蚣苋毕輵?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。整體分析模型中，可以使貨架模型具有一個初始側(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：

其中，

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應(yīng)高度）

φl為梁柱節(jié)點(diǎn)的初始松動，需要根據(jù)本規(guī)范的測試方法確定（僅無支撐框架需考慮，對支撐框架，φl=0）

        以上初始側(cè)移缺陷在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要沿所有水平方向考慮，但是每個方向只需單獨(dú)考慮不與其他方向疊加。

        從上式可以看出，φs對側(cè)移缺陷的貢獻(xiàn)很大，它代表著實際貨架安裝的垂直度標(biāo)準(zhǔn)，由于φs是設(shè)計者人為指定，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)計安全標(biāo)準(zhǔn)。

（2）等效水平力

        相對于建立傾斜的模型，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。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nc為相連的立柱組數(shù)目，（1/5+1/ns）項值取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%，累計不超過7%。如果支撐體系提供N個平面的框架側(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，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)品不滿足此要求）。

        筆者認(rèn)為，支撐系統(tǒng)水平剪力是可以通過整體結(jié)構(gòu)分析計算得到的，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"累計不超過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)件實際加工與名義設(shè)計之間的偏差，會影響構(gòu)件的承載力。構(gòu)件缺陷通過相應(yīng)的屈曲公式在構(gòu)件設(shè)計中考慮。
 

3.3.4 加載缺陷

        如果荷載的重心偏離貨架重心，那么會導(dǎo)致一組橫梁承受不均等的荷載，見下圖。

        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。