• event2024-09-13 10:38:33
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貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該怎么做？貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告與貨架有限元計(jì)算報(bào)告有什么區(qū)別？貨架三維仿真設(shè)計(jì)有必要做嗎？這是業(yè)主經(jīng)常咨詢的問(wèn)題。其實(shí)不僅是業(yè)主，就連很多貨架設(shè)計(jì)從業(yè)人員，也不太清楚這其中的門(mén)道。本文以通俗的文字把這些問(wèn)題徹底解釋清楚。

貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也叫結(jié)構(gòu)計(jì)算，說(shuō)白了就是驗(yàn)算貨架的承載是不是安全的、足夠的。貨架的部件不能破壞，貨架的整體不能倒塌。貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該按照指定的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范來(lái)進(jìn)行，而不是想當(dāng)然地套用幾個(gè)抄來(lái)的公式幾行算式搞定。

▎ 一、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為兩步：內(nèi)力計(jì)算與構(gòu)件校核。內(nèi)力計(jì)算就是看看貨架承受了哪些荷載，哪幾種荷載會(huì)同時(shí)作用在貨架上，然后計(jì)算每根立柱、橫梁、撐桿等在這些荷載作用下分別分擔(dān)了多少力（也就是所謂的內(nèi)力）。構(gòu)件校核就是校核所有的構(gòu)件（包括節(jié)點(diǎn)）是不是能承受得住它分擔(dān)的力（內(nèi)力）。把內(nèi)力分析與構(gòu)件校核的過(guò)程形成文檔，就是貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告或貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)。所有構(gòu)件都校核通過(guò)，才代表著整個(gè)貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是符合要求的。

對(duì)于簡(jiǎn)單的貨架，內(nèi)力計(jì)算可以手算完成，但是需要扎實(shí)的結(jié)構(gòu)力學(xué)功底。對(duì)于稍復(fù)雜一點(diǎn)的貨架，手算就搞不定了，內(nèi)力計(jì)算就得通過(guò)有限元軟件建模計(jì)算完成。有的人鑒于此，會(huì)把貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告稱為貨架有限元計(jì)算報(bào)告。目前市場(chǎng)上的商用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)相當(dāng)成熟，均能建模完成貨架的內(nèi)力計(jì)算。

構(gòu)件校核需要按照標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范給出的公式計(jì)算，主要就是計(jì)算出構(gòu)件的承載力，看看承載力是不是大于它的內(nèi)力。標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的公式，已經(jīng)充分考慮了構(gòu)件的材料、規(guī)格尺寸、受力特性、破壞模式等，只需要按部就班地完成計(jì)算就行。由于貨架的構(gòu)件數(shù)量較大，荷載組合較多，僅憑手動(dòng)校核工作量是非常巨大的。目前還沒(méi)有哪個(gè)商用軟件把貨架規(guī)范寫(xiě)進(jìn)了軟件中，所以如果是采用當(dāng)前商用軟件生成的貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告，那么可以肯定，這份報(bào)告沒(méi)有嚴(yán)格按照兩步進(jìn)行貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中的構(gòu)件校核（主要就是立柱）完全是忽悠人的。即使有的商用軟件已經(jīng)把國(guó)外的冷成型鋼規(guī)范寫(xiě)入軟件中，但是由于貨架立柱的復(fù)雜性，還是不能嚴(yán)格按照貨架規(guī)范進(jìn)行立柱的校核。

▎二、直接設(shè)計(jì)法

除了上面的傳統(tǒng)兩步法進(jìn)行貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也可以采用一步到位的直接設(shè)計(jì)法，就是把荷載按組合施加到貨架上，看看貨架上最大的應(yīng)力是不是超過(guò)了貨架鋼材的強(qiáng)度。如果最大應(yīng)力沒(méi)有超，那么就可以直接判定貨架結(jié)構(gòu)承載滿足要求。直接設(shè)計(jì)法就必須借助有限元軟件才能實(shí)現(xiàn)了，這樣出具的報(bào)告肯定可以稱為有限元計(jì)算報(bào)告。

直接設(shè)計(jì)法省去了第二步構(gòu)件校核繁冗的計(jì)算，看似簡(jiǎn)單便捷，但是為什么不推薦呢？原因就在于其操作專業(yè)性要求非常高，在模型中要準(zhǔn)確反映構(gòu)件的材料、規(guī)格尺寸、受力特性、破壞模式等。以下幾點(diǎn)因素均應(yīng)考慮，如果考慮不全，那么直接設(shè)計(jì)法得到的貨架承載就會(huì)嚴(yán)重偏高，導(dǎo)致設(shè)計(jì)不安全。

1. 貨架構(gòu)件（主要就是立柱）為薄壁鋼構(gòu)件，為了模擬其受力行為，直接設(shè)計(jì)的有限元模型不能采用桿單元建模，應(yīng)采用殼單元；

2. 貨架構(gòu)件（主要就是立柱）為冷加工成型，存在可觀的殘余應(yīng)力，會(huì)降低承載，直接設(shè)計(jì)的有限元模型必須考慮殘余應(yīng)力的影響；

3. 貨架立柱如果有開(kāi)孔，則必須將孔洞建到有限元模型中；

4. 構(gòu)件之間節(jié)點(diǎn)的特性要與實(shí)際一致，如梁柱節(jié)點(diǎn)半剛接、柱腳節(jié)點(diǎn)半剛接、撐桿拉桿節(jié)點(diǎn)鉸接等；

5. 貨架結(jié)構(gòu)的整體缺陷應(yīng)在有限元模型中考慮，如下圖所示。

6. 貨架立柱的構(gòu)件幾何缺陷應(yīng)在有限元模型中考慮，如下圖所示。

7. 貨架立柱的截面幾何缺陷應(yīng)在有限元模型中考慮，如下圖所示。

直接設(shè)計(jì)法如此復(fù)雜，真正有能力完成、又愿意花費(fèi)大筆時(shí)間去做的人，在全國(guó)幾根手指就可以數(shù)得過(guò)來(lái)。

直接設(shè)計(jì)法基本考慮了貨架主要力學(xué)特性并在有限元模型中反映，這樣的受力分析才能被稱為貨架三維仿真設(shè)計(jì)。我們見(jiàn)多了那種帶有彩色應(yīng)力云圖的貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告，其真實(shí)水平貽笑大方。

▎三、穩(wěn)圖貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件WeRack

基于以上原因，目前主流貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范還是采用傳統(tǒng)的兩步設(shè)計(jì)法。令人遺憾的是，在當(dāng)前卷字為王的貨架市場(chǎng)，即使是頭部貨架企業(yè)，也并沒(méi)有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第二步的構(gòu)件校核就是用商用軟件隨便算算，合理性不言而喻。雖然貨架的選材可能是足夠的，雖然貨架可能不會(huì)出問(wèn)題，但是其貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告的邏輯是不對(duì)的。

穩(wěn)圖開(kāi)發(fā)了一款貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件（WeRack），為冷彎薄壁型鋼貨架結(jié)構(gòu)提供了一系列廣泛的基于規(guī)范的設(shè)計(jì)功能。WeRack針對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上商用軟件只能進(jìn)行貨架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，而不能進(jìn)行真正的貨架構(gòu)件校核的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了內(nèi)力導(dǎo)出功能，并根據(jù)導(dǎo)出的內(nèi)力按照貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行構(gòu)件校核。目前，WeRack能夠用中國(guó)規(guī)范、歐洲規(guī)范、美國(guó)規(guī)范和澳洲規(guī)范對(duì)鋼貨架主要構(gòu)件（核心是立柱）進(jìn)行自動(dòng)化的校核。WeRack不僅節(jié)省了貨架結(jié)構(gòu)工程師手動(dòng)計(jì)算校核的工作時(shí)間，又因?yàn)閲?yán)格按照貨架規(guī)范自動(dòng)進(jìn)行校核，所以還能保證結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，避免人為失誤導(dǎo)致的錯(cuò)誤。在校核完成后，WeRack可以將校核結(jié)果生成貨架結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告。目前軟件已經(jīng)完成測(cè)試，預(yù)計(jì)下月推出，敬請(qǐng)期待。