货架结构设计：构件设计（一）横梁

一、截面特性

计算截面特性时，毛截面面积应在展开钢带名义截面面积的±2%以内。

1.1刚度

开孔对刚度（或变形）的影响可通过相关测试方法确定，亦可以通过有限元或等效截面计算。

为了简化计算，开孔可假定为矩形（见图1与图2）。

图1　原始截面形状

图2　简化成矩形孔后的截面形状

开孔效应由截面局部厚度的折减表示，截面被划分为不同厚度的板条（见图3）。

图3　等效厚度板条的截面

其中，

ti为板条等效厚度；

t为截面名义厚度；

Δhi为孔间距；

Hi、di为孔的高度；

wi为孔的宽度；

ξi为开孔影响系数。

等效截面的特性可用合适的软件或公式计算。

计算刚度的相关等效截面特性有：

——截面积Aeq

——强轴惯性矩Iy,eq

——弱轴惯性矩Iz,eq

——扭转常数IT,eq

——翘曲常数Iw,eq

可将净截面特性作为等效截面特性。

1.2 强度

相关有效截面特性有：

——截面积Aeff

——强轴截面模量Weff,y

——弱轴截面模量Weff,z

二、横梁的设计

受弯构件承载力应考虑弯曲、轴压与剪切作用，通过相关测试或理论方法计算确定，如有需要还应考虑：

a)局部屈曲；

b)腹板压屈；

c)侧向扭转屈曲；

d)非弹性行为；

e)翼缘翘曲；

f)扭转；

g)构件缺陷。

2.1　侧向扭转屈曲不起控制作用的横梁

图4　侧向扭转屈曲不起控制作用的横梁截面示例

当横梁跨度很大时，图4截面的横梁也可能会发生侧向扭转屈曲。图5给出了箱型截面横梁侧向扭转屈曲不起控制作用的（截面高度）/（截面宽度）近似限值。

A 横梁截面长细率，即高宽比

B 横梁跨度，单位m

C 侧向扭转屈曲不起控制作用的区域

图5　横梁侧向扭转屈曲无需考虑的长细率范围

对于侧向扭转屈曲不起控制作用的受弯构件，弯曲承载力应根据相关标准计算。左右对称放置货载的横梁近似设计方法如下（该近似方法已经编成了对应小程序）：识别下方二维码关注公众号即可进入小程序

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2.2　侧向扭转屈曲的横梁

图7　侧向扭转屈曲起控制作用的横梁截面示例

开口截面的货架横梁，受弯平面不是对称轴平面，受弯的同时受扭，特别易发生侧向屈曲。虽然受到货物托盘部分程度的约束，但是其强度与刚度最好通过测试确定。C型抱焊梁强度取决于一系列参数，如截面高宽比、C型截面抱扣的程度、C型截面卷边宽度、是否有点焊及点焊间距等。

在正常的放货卸货条件下应确保横梁的扭转稳定性。

横梁侧向扭转屈曲强度Mb,Rd应进行测试或以下方法计算确定：

其中

fy为钢材屈服强度特征值；

Weff,y为强轴有效截面模量。

αLT=0.34（一般截面）

αLT=0.49（开口冷成型截面，如∑形截面）

Mcr的计算应基于毛截面特性，有效长度取横梁长度。

2.3　存储单元与横梁的相互作用

2.4　塑性设计

横梁可进行塑性设计，前提是恰当考虑梁柱节点的转动能力及其对结构整体变形的影响。

2.5　受到压弯作用的横梁

当横梁作为支撑体系一部分同时承受轴压力时，其屈曲长度应取为：

Lb,y=KyL,Lb,z=KzL，

其中

Ky=1（或其他分析计算值）；

Kz 见表2。

表2　支撑货架受压横梁的屈曲长度系数Kz值

2.6　截面畸变的横梁

截面畸变的横梁应通过测试或有限元分析进行设计。