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- 2021-11-20 13:40:44
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货架结构设计应考虑的荷载主要包括永久荷载、可变荷载和偶然荷载。同时应考虑规划者额外指定的其他荷载。
一、永久荷载
永久荷载应包括所有与货架建造相关的重量：墙、楼板、顶棚、楼梯和固定使用设备。
在估算结构设计的永久荷载时，应使用建造材料的实际重量。如果固定使用设备（比如喷淋、供电、供暖、通风、空调等）由货架结构支承，那么确定永久荷载时应包括此类设备的重量。
二、可变荷载
可变荷载又包含：存储单元荷载、存储单元在垂直于巷道方向的放置偏差荷载、竖向放置荷载、水平放置荷载、背挡荷载、货架导向设备荷载、楼板与通道荷载、扶手栏杆荷载、施工与检修荷载、风荷载及雪荷载。
1、存储单元荷载
存储单元为单次操作的最小基本单位，比如一托货（一个托盘加其上货物）为一个存储单元。
存储单元应按照项目规划的要求确定。除非满足特定的要求时可以采用相关折减系数，否则货架设计应基于存储单元的最大重量。横梁应以规定的存储单元最大重量放满对应货格进行设计。
1.1仓库管理系统控制的货架
仓库管理系统应至少能够：
—分配存储单元位置；
—拒收任何超过指定重量最大值的存储单元；
—控制整座货架上的总重，不包括放置在地面上的存储单元；
—控制整排货架上的总重，不包括放置在地面上的存储单元。
垂直于巷道方向的稳定性和立柱（组）设计应基于立柱（组）在每个立柱截面变化处承受的荷载。每根立柱承担的荷载应按照下图所示确定。
托盘荷重分配至立柱（双深）
每个托盘荷重被分配到整座货架中的每根立柱（上图实线与虚线所示为6个托盘荷重中的2个）。仓库管理系统无需考虑横梁的连续性影响。据此可以确定每根立柱上的荷载。
沿巷道方向的整体稳定性应基于整排货架的荷载。此时整排货架荷载小于货架座数乘以整座货架荷载所得值。
1.2随机存储的货架
随机存储应满足以下条件：
—存储单元在货架上的位置应是随机的。按组分配的存储单元不满足条件。
—存储单元的最大重量与平均重量应始终明确。
—所涉货架上至少有5000个储位。
存储单元不应按组分配，即某特定类型或重量的存储单元不与其他相同类型的存储单元分配放置在特定区域，而是在整排货架上随机分配。
对于用于设计立柱（组）或整排货架的荷重Wn，当n>Nmin时：
Wn=m×ln（n）+c
其中，
Wmax为存储单元最大重量；
Waverage为存储单元平均重量；
Nmin为每个货格的存储单元数，计算Wmax的基础；
Nmax为货架储位总数，计算Wmin的基础；
n为所考虑的存储单元数。
垂直于巷道方向的稳定性和立柱（组）设计应基于 n=立柱组支承的存储单元数计算所得的Wn值。
沿巷道方向的整体稳定性设计应基于 n=整排货架存储单元数 计算所得的Wn值。
下面给出一个计算示例。
存储重量作为存储单元数量的函数，下图给出了示例分布，其中：
Wmax=8kN
Wmin=4.5kN
Nmin=3
Nmax=6000
本例中，横梁设计考虑的存储单元数目=3，故横梁设计荷载为8kN；立柱组设计考虑的存储单元数目=30，故立柱组设计荷载为6.94kN；整排货架设计考虑的存储单元数目=600.故整排货架设计荷载为5.56kN。
存储重量分布图
2、存储单元在垂直于巷道方向的放置偏差
如果货架设计是存储单元在横梁上前后非对称放置，放置偏差是固定的，那么在设计中应予考虑。
如果货架设计是存储单元随机放置，放置偏差是随机的，那么当偏差引起的应力与变形相对无偏差放置增加不超过12%时则可以忽略；当超过12%时在横梁设计中应按照下面方法考虑：
Q’=ηQ
其中
η=1，ρ≤1.12
η=2ρ-1.24，1.12≤ρ≤1.24
η=ρ，ρ≥1.24
ρ=Qe/Q;
Q为存储单元放置在设计位置时横梁承受的荷载；
Qe为存储单元放置偏差最大时横梁承受的荷载。
3、竖向放置荷载
当存储单元通过机械搬运设备放置在货架上时，应在设计中施加以下规定的最小竖向放置荷载。
对于单托存储货架（即每座货架每层只放置一个存储单元，或即使有多个也是同时放置），其承载横梁、支承悬臂（如果有的话）和梁端连接件设计应在最不利的位置额外施加向下的竖向放置荷载Qpv：
—25%存储单元最大重量，自动化操作机械搬运设备；
—70%存储单元最大重量，人工操作机械搬运设备。
竖向放置荷载的分布可能与存储单元分布相同。
4、水平放置荷载
水平放置荷载应沿巷道方向与垂直于巷道方向（两个方向不同时，每次仅考虑一个方向）施加在货架最不利位置。水平放置荷载无需在货架不同高度同时施加。
4.1水平放置荷载
最小水平放置荷载Qph应按下面规定确定：
a)人工操作的机械搬运设备（如叉车）放货
—横梁高度为3m以下，Qph最小0.5kN；
—横梁高度为6m以上，Qph最小0.25kN；
—横梁高度为3m~6m，Qph最小取线性插值。
b)自动化堆垛机放货
Qph的大小与作用位置应由搬运设备供应商指定，但不应小于0.25kN。
注：最小水平放置荷载不代表误操作引起的撞击荷载。
4.2沿巷道方向的施加
在货架上最不利高度沿巷道方向施加集中荷载Qph，也可以在所有承载横梁层施加合力为2Qph的均布荷载，Qph为按照顶层横梁计算的值。
注：沿巷道方向，水平放置荷载出现在不同层横梁处，会增大由初始缺陷引起的侧向倾斜。用均布荷载代替集中荷载的施加方式可以避免增加不必要的荷载模式。
4.3垂直于巷道方向的施加
水平放置荷载在垂直于巷道方向的施加应考虑下列位置：
a) 立柱组顶端；
b) 立柱组两个撑杆结点中部；
注：无需进行完整的立柱组整体分析确定设计弯矩，正负弯矩增加QphL/6即可。
c) 水平面内横梁的中部。此工况无需与垂直于巷道方向的整体分析结合，而应在水平面内通过横梁的中和轴作用一个0.5×Qph的集中力于单根横梁上。
5、背挡荷载
当设置背挡时，规划者应确定设计荷载Qbh以及背挡类型为缓冲背挡还是安全背挡，二者的区别见：背挡杆（或背挡梁）的设置有相关规定吗？ 单排货架背部设置背封网是强制性的吗？
缓冲背挡和中转站的托盘定位装置应考虑引起可变荷载，安全背挡应考虑引起偶然荷载。
对于人工操作的机械搬运设备：
Qph≥0.25Qu
其中Qu为单次放置的存储单元重量。
对于自动化机械搬运设备，背挡设计应采用0.25Qu和堆垛机故障引起的准静态水平力两者的较大值。
缓冲背挡易导致误用，应认为无需设置。在某些情况下在横梁式货架设置背挡辅助叉车司机放货，会引起较大的力。为了满足EN 528的要求，可能在自动化立体库货架中设置安全背挡。
在设计下列与背挡直接相连的构件时应考虑Qbh，Qbh作用在局部：
1)背挡本身；
2)背挡与货架构件（立柱或横梁）相连接的节点；
3)背挡所连接的构件，与背挡直接接触的部分；
4)立柱与背挡杆直接接触部分相近的立柱组撑杆。
6、货架导向设备荷载
堆垛机供应商应提供堆垛机在下列情况下施加在货架上的荷载信息及荷载作用的位置。：
—堆垛机存取货物时；
—堆垛机移动时；
—堆垛机沿曲线轨道运行时（如果有）；
—堆垛机泊机时（下表的折减系数不适用于此情况）；
—水平缓冲时（如果有）。
作用于天轨的总水平荷载
| 堆垛机数量 | Qh,t |
| 1或2 | ∑Qh |
| 3 | 0.85∑Qh |
| 4 | 0.70∑Qh |
| 5 | 0.60∑Qh |
| ≥6 | 0.50∑Qh≤5Qh |
Qh为每台堆垛机的最大指定侧向支撑力 Qh,t为作用在天轨所有堆垛机侧向力总和的折减，天轨连接在吊梁上，吊梁将所有立柱组连在一起，见下图 | |
| 注：自动化立体库货架所有巷道的堆垛机同时作用于同一方向的可能性，随着巷道堆垛机数量的增加而降低。 | |
表中数值适用于承载能力极限状态（ULS），对于正常使用状态（SLS）见FEM9.831-1和FEM 9.832。
货架导向设备引起的水平荷载
7、楼板与通道荷载
除非规划者另行规定并在荷重警示牌上标明，楼板与通道设计时应采用以下规定的起控制作用的最小均布或集中荷载。
楼板与通道区域经常被用于非正式存储。以下规定值应视为最低要求荷载。国家法规可能要求其他较高的荷载值。
a)仅用于通行且宽度不超过1.2m的楼板与通道
q=2.5kN/m2（均布荷载）
Qf=2.0kN（集中荷载作用面积100mm×100mm）
以上荷载适用于任一跨的局部横梁与立柱设计。货架整体结构稳定性验证时荷载可折减至q=1.0kN/m2。
b)用于存储或有手推车运行或宽度大于1.2m的楼板与通道
q=3.5kN/m2（均布荷载）
Qf=2.0kN（集中荷载作用面积100mm×100mm）
c)检修用楼板
q=2.0kN/m2（均布荷载）
Qf=1.5kN（集中荷载作用面积200mm×200mm作用于最不利位置）
d)宽度小于1.2m的楼梯
q=3.0kN/m2（均布荷载）
Qf=2.0kN（集中荷载作用面积100mm×100mm）
e)宽度大于1.2m的楼梯
q=3.5kN/m2（均布荷载）
Qf=3.0kN（集中荷载作用面积100mm×100mm）
f)当移动设备施加动力荷载给货架时，应通过相关的荷载系数将动力效应考虑为准静力荷载，见EN 1991-1-1：2002，6.3。相关静力荷载应乘以下列动力系数以区分不同类型的叉车的有效竖向轮压。
1)人行控制、速度小于5km/h的叉车：1.2
2)人驾驶控制、速度小于7.5km/h的叉车：1.4
3)人驾驶控制、速度小于10km/h的叉车：2.0
集中荷载应作用于最不利位置，分布应由规划者提供。
对于楼面板设计无需考虑荷载的不利布置，即满布即可。
应合理考量搬运设备施加的水平力效应以及对结构如何抵抗这些水平力。
如果楼板上存储的货物或货架的荷载超过了以上规定值，那么应采用实际荷载。
8、扶手栏杆荷载
扶手栏杆可能需要满足建筑法规的要求，但至少应考虑以下最小水平荷载：
—检修荷载0.3kN/m；
—其他荷载（不包括公共区域）0.5kN/m。
9、施工与检修荷载
当施工方案要求施工人员配备安全带时，应设置合适的锚固点能够阻止坠落。坠落发生后可能导致构件产生残余变形，经检测损坏的构件应进行更换。
如果施工人员是将货架作为支承的，那么货架设计时应考虑此类荷载。
10、风荷载
风荷载应该按照相关国家标准确定。应考虑施工期间受到风荷载的影响。
11、雪荷载
雪荷载应该按照相关国家标准确定。
三、偶然荷载
可变荷载中的放置荷载应假定已足够涵盖一般的冲击状况。
1、地震荷载
地震荷载应该按照相关国家标准确定。
2、偶然向上荷载
存储单元正上方的货架构件应能抵抗以下规定的偶然竖向力Apv。一般情况下此力应施加在横梁端部以验证横梁端部连接件不从立柱孔中脱出。
a)人工操作的机械搬运设备（如叉车）放货
Apv=5.0kN
b)自动化机械搬运设备（如堆垛机）放货
Apv=0.5Qu，但0.25kN≤Apv≤5.0kN
其中，Qu为存储单元重量。
应通过计算或测试验证向上荷载作用下是否满足。
3、偶然水平荷载
叉车或其他移动设备对货架尤其是立柱造成的撞击损坏应通过恰当的操作人员培训与安全措施避免。
3.1未防护立柱
如果货架立柱未设置防护，那么应在水平方向考虑以下偶然荷载：
a)人工操作的、无导向功能的机械搬运设备（如叉车）放货:
巷道两侧立柱从地面至0.3m高度范围，
垂直于巷道方向 Aph=2.5kN；
沿巷道方向 Aph=1.25kN。
两个方向分别单独考虑。
b)自动化机械搬运设备（如堆垛机）或人工操作的有导向功能的机械搬运设备（如VNA窄巷道叉车）放货:
除非规划者指定，偶然水平荷载可不考虑。
3.2防护立柱
如果货架上连接了撞击防护件，那么货架设计应考虑撞击力，此撞击力应由规划者指定。
注1：货架撞击防护件的设计建议参考FEM 10.2.16。
注2：EN 1991-1-7中规定的叉车偶然撞击作用，对于满足EN 15620和EN 15635规划、安全净距与操作规定的货架，无需考虑。
下篇将讲述货架结构设计需要考虑的荷载组合与分项系数。