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随着现代物流业和机械、电子、信息等技术的进步，现代仓储业发展迅猛，各种大型仓库相继出现并呈现逐年增多的趋势。这其中，货架作为仓库的重要组成部分，也不再仅仅满足货物存储功能，其也在向大型、高层、高密度方向发展。作为一种承重结构，针对货架钢结构建立在自然环境下，其在承受自重、货物重的同时还可能受到风载、雪载、地震载荷以及屋面检修载荷的作用。货架钢结构在各种载荷工况条件下必须具有足够的强度、刚度和稳定性。

过去钢结构的强度分析主要靠材料力学、结构力学、弹性力学的计算方法。复杂结构需要大量的简化工作才能计算，计算工作量大，而且计算精度底，有的结构根本就无法用解析方法进行求解。即使结构几何形状相当规则、边界约束理想化的问题，而往往由于工程的某些特征的非线性，导致问题无法求解。随着有限元技术的成熟和计算机软硬件的发展以及大型商用有限元软件的出现，使解题规模和求解精度大大提高，钢结构的强度计算精度得到了很大的提高。有限元静力学分析是钢结构设计的主要内容之一。同时有限元技术也被广泛的应用在动力学分析当中，通过有限元方法进行结构的强度计算、刚度计算和稳定性计算，能够找到结构的薄弱部位。

深圳中翔检测技术有限公司以横梁式货架为范本来讲述货架有限元分析的意义。

1. 项目概况：

1.1工程计算条件

抗震设防烈度：6度

设计基本地震加速度：0.05g

场地类别：II

设计地震分组：组

结构阻尼比：0.05

特征周期：0.35

水平地震作用影响系数更大值：0.04

2. 货架结构概况：

货架结构类型：横梁式货架，由立柱、横梁、横斜撑构成，并通过顶部拉杆连接两相邻货架。各构建截面型号图1：

3 设计原则

3.1 设计依据

3.1.1 设计规范

在钢货架结构设计中，要做到技术先进、经济合理、安全适用并确保质量，必须正确的选用并遵守下列主要的技术规范、规程和其他相应的技术标准。

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001

《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

《混凝土结构设计规范》GBJ50010-2002

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221-95

《优质碳素结构钢技术条件》GB699-2015

《合金结构钢技术条件》GB3077-2015

《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002

《钢货架结构设计规范》CECS23:90

3.2 设计原则

（1） 本设计的可靠度指标按照现行《建筑结构可靠度统一指标》GB50068-2001，根据其设计使用年限和结构的安全等级来确定其可靠度指标；

（2） 钢货架结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进行计算；

（3） 钢货架结构的承重构件应按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别设计；承载能力极限状态包括:构件和连接的强度达到更大承载能力或因过度变形而不适于继续承载，结构丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆等。正常使用极限状态包括:影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观变形； 影响正常使用的振动；影响正常使用或耐久性能的局部损害等。非承重构件应按构造要求设置。

（4） 设计钢货架结构时，应根据结构破坏产生的后果，采用不同安全等级，按承载能力区分安全等级分为一、二、三级。一般钢货架结构的安全等级至少取三级。货量越多、越重要、越昂贵，自动化程度越高，钢货架结构破坏所造成的损失就越大，后果越严重，其安全等级则应较一般的钢货架结构高。对于特定的钢货架结构来说，可根据具体的情况进行具体分析确定安全等级。

3.2.1 承载能力极限状态验算

按承载能力极限状态设计货架结构时，应根据使用过程中货架结构上可能同时出现的荷载。对于室内组装式货架，由下列荷载效应组合中的相应情况取最不利的荷载应组合计算货架结构的内力。

1) 恒荷载+货架活荷载：

3.2.2 正常使用极限状态验算

按正常使用极限状态设计货架结构时，应根据使用过程中货架结构上可能同时出现的荷载，由3.2.1节中荷载效应组合中的相应情况取最不利的荷载效应组合计算其变形，计算时上列各荷载效应组合计算公式中的荷载分项系数(G，Q)均应取作1.0。

3.3 设计指标

3.3.1 钢材的强度设计值

为了保证承载结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特性、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材质。根据《钢货架设计规范》，材料均应满足《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002 中第 3.0.1~3.0.6 条款的要求。

钢货架结构中的钢材牌号为: 201不锈钢，设计时其各项指标为：

1）

抗压、抗弯、抗拉: f =240N / mm2

2）

抗剪: fv =134N / mm2

3.3.2 焊缝强度设计值

货架结构中焊缝为角焊缝，其强度设计值为:

抗压、抗弯、抗拉: f =160N / mm2

4 荷载与组合

4.1

恒荷载

根据规范，钢货架的恒荷载主要考虑钢货架构件本身的重量。

4.2

活荷载

活荷载主要为钢货架上的货物荷载。本项目中每个托盘的满载重量为 204.2kg。

4.3 水平静荷载

根据规范，作用于组装式钢货架结构的水平静荷载系指由货架结构构件的初弯曲、安装偏差以及储运机械的轻度碰撞等因素所引起的水平力。水平静荷载分别沿组装式货架结构纵、横两个主要方向作用于托盘横梁与竖向框架柱的连接节点处。对于有侧移的组装式结构，此水平静荷载可取为由横梁传至该节点的全部恒载与更大活载的1.5%。水平静荷载需考虑平行巷道与垂直巷道两个方向。

4.4 水平地震荷载

根据《钢货架结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》，货架设计时可仅考虑水平地震作用的影响，不计竖向地震作用。作用于货架结构的地震作用宜采用振型分解反应谱计算，以便考虑结构的扭转耦联效应。

所采用的反应谱如下图所示。

4.5 荷载组合工况

针对本项目的钢货架结构设计，根据规范和项目要求，荷载组合包含以下工况：（-Ser 表示正常使用极限状态组合）

C1 : 1.2恒荷载+1.4活荷载+1.4纵向水平静荷载

C2 : 1.2重力荷载代表值+1.3纵向水平地震荷载

C3 : 1.2恒荷载+1.4活荷载+1.4横向水平静荷载

C4 : 1.2重力荷载代表值+1.3横向水平地震荷载

C1-Ser : 1.0恒荷载+1.0活荷载+1.0纵向水平静荷载

C2-Ser : 1.0重力荷载代表值+1.0纵向水平地震荷载

C3-Ser : 1.0恒荷载+1.0活荷载+1.0横向水平静荷载

C4-Ser : 1.0重力荷载代表值+1.0横向水平地震荷载

5 计算模型

5.1 计算模型

根据钢货架结构的设计资料，对钢货架结构的进行了简化，省去对钢货架整体应力状态影响不大的构件，简化后的钢货架模型如下。

6.结论

通过有限元分析，货架各部件在考虑的各种荷载组合下计算，结果如下：

1) 立柱按照双向压弯构件进行校核，验算了强度与稳定性，强度校核更大应力比为0.276<1，稳定性校核更大应力比为0.342<1；< span="">

2) 横梁按照压弯构件校核，验算了横梁变形与强度，更大变形为3.28mm。强度校核更大应力比为0.204<1；< span="">

3) 横撑按照双向压弯构件进行校核，验算了强度与稳定性，强度校核更大应力比为0.049<1，稳定性校核更大应力比为0.057<1；< span="">

4) 上部拉杆、纵向拉杆受压时按照两端铰接的受压构件进行校核，更大应力比为0.26<1。< span="">

以上计算结果表明，货架钢材的强度设计值大于货架在各工况下计算应力值的1.5倍，货架整体结构在各工况下都较为安全。 

公司介绍：

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