仓储无忧丨组装式钢货架的结构安全隐患分析（上）

 

 

货架安全

       现如今仓储物流高度发达，货架吞吐货物效率的提升，仓储货架存储量的加大，地震、撞击等不可控因素，以及对仓储设备成本的压缩来提高企业自身竞争力的表现，均可能为货架安全埋下隐患。

 

新闻报道 

●2019年长春市农安县一大型冷库14层货架倒塌，造成1人死亡，1人受伤

●2020年巴西一家超市货架连环倒塌，事故共造成1人死亡，8人重伤

●2021年上海松江一仓库7米高货架倒塌，造成多名工作人员受伤

 

问：货架发生倒塌，都是因为货架承受不住重力而发生倒塌吗？

答：是，但又不全是。

 

       为了方便理解货架倒塌的主要原因，我们尽量用口语化来讲解结构分析。首先介绍三个物理指标：

       强度：货架能不能撑得住

       刚度：货架撑住了，变形大不大（刚度控制的典型领域：铁路轨道，变形过大不会坏，但已失去功能性）

       稳定性：货架变形了会不会摇来晃去从而倒塌

 

       由于货架立柱的特殊形式：冷弯薄壁型钢的材质、单轴对称开口的截面、立柱连续均匀开孔等原因，梁与柱半刚性连接，不像楼房节点为钢筋锚固并浇砼成为一体的刚接；柱底为化学螺栓或膨胀螺栓居多的连接方式。

       看起来就很不经撞，实际性能表现也不经撞，所以稳定性成为货架结构是否倒塌的关键原因，也几乎是主导原因。

 

国内外标准

       国外标准，关于货架结构设计的EN15512详细地介绍了根据试验得出相关依据，例如A.2.7柱脚刚度测试

 

 

       通过裁剪（完全垂直于立柱纵轴裁剪）两段装有底板的，高度为4倍于立柱宽度的立柱段，中间使用实际用到的砼立方体（强度完全同实际使用情况），其表面保持平整，连接螺栓型号规格、孔位位置及孔大小完全同实际使用情况，混凝土立方体的底部为限制竖向旋转而不限制水平移动的滚珠轴承，立柱两端为千斤顶，负责施加重合于立柱形心轴的两个大小相等、方向正好相反的力,C1~C6为类似于传感器的测量装置并全置零,d12和d34分别为C1、C2；C3、C4的距离；使所有部件保持刚好接触。

 

       直接加载立柱两端F1至设计强度，保持不动，并施加F2，观察位移变化，直到F2达到最大值。此时，可根据力分析图得到柱脚极限弯矩M和转角θ，由此确定柱脚极限刚度。

 

       EN标准注重于现场模拟试验得出极限值指标，也如其中的A2.8立柱片刚度的测试

 

 

       基于现场试验的方法是得到真实值贴切的办法，介于钢货架体系的特殊构造：刚度呈现非线性特征；因为开孔，孔位处形成应力集中，局部屈曲和整体屈曲互相作用，高层钢货架的几何非线性和材料非线性原因，需考虑二阶效应，导致在实际受力时的刚度矩阵随位移变化而迭代变化，因此直接的理论推导有很大难度。

 

       国内标准：GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》其实并未考虑均匀开孔的薄壁立柱，货架领域对半刚性连接节点的把控，主要通过CECS23:1990的门架试验进行控制，而对货架的设计：GB/T28576-2012《工业货架设计计算》将各构件连接的参数进行了简化（如刚接），方便计算。

 

货架的结构安全

       介于从设计、科研考虑的前沿范畴，再到运行维护的现场检测环节，货架检测针对于以下能代表安全隐患的侧重面实施现场抽验（结构安全重视度均用★和☆标出）

 

1.立柱垂直度指标★★★★★

       立柱垂直度超标将为货架结构体系失稳创造条件。

       垂直度超标的主要原因：在受到水平力的情况下，如轻度碰撞，产生立柱的移动；因顶部侧移过大造成弯曲变形，在竖向荷载（自重、货重、其他荷载重）作用下，弯曲变形引起附加弯矩，进一步使变形增大，最终造成失稳破坏的后果。

       其力与位移的关系在其中相互耦合造成失稳，因此应在设计阶段、施工安装阶段、现场检验阶段严格控制钢货架立柱的垂直度指标。

       在T/CSCS032-2022《货架钢结构检测与评定标准》中，第一次对行业内货架的垂直度指标进行了整合，提出了适用于设计与现场检验的直观数值。

 

针对于不同货架类型，货架立柱垂直度限值如下

 

2.横梁挠度检测★★★☆☆

GB/T 27924-2011《工业货架规格尺寸与额定荷载》中介绍了横梁的两种主要形式：抱和梁和C型梁

 

       从结构安全考虑：不开孔的薄壁型钢，双轴对称、惯性矩大，抗弯性能好的截面特征使得在常规重型货架检测中检测横梁挠度时，检测数量并没有垂直度指标的检测数量多，对于不常规的情况：超载，肉眼可见的横梁下垂等情况，则应适当加大检测数量。

 

       对不同的货架类型的横梁挠度，国家新规GB/T 41514-2022 《钢结构货架使用安全与评估规范》整合了各货架相关标准的现场评估限值，而T/CSCS032-2022《货架钢结构检测与评定标准》对挠度进行了补充参考。

 

国家新货架评估规范GB/T 41514-2022如下

 

T/CSCS032-202的指标整合如下

 

       与挠度相关联的是在JB/T 14032-2021 《钢制货架载荷试验方法》中的垂直静载荷试验和T/CSCS032中的使用性检测和承载力检测。均是从强度（承载力）和刚度（使用性）进行试验加载。

 

       值得注意的是，当横梁截面太高而本身薄壁的过载情况，可能会产生横梁的扭转，产生原因为荷载过大且偏离截面弯心（特别是C型梁截面），因此应实际按照GB/T 27924-2011《工业货架规格尺寸与额定荷载》进行选取横梁尺寸，不宜选择高宽比过大的截面。

 

小结

       钢货架作为仓储物流重要的基础设施，全维度涉及物流、机械、工程等领域，货架种类多样，功能丰富；国内标准体系走向也由前沿的科研学术设计偏向于现场检验，从我国出版的第一本钢货架设计规范CECS23:1990，到最新出版的GB/T41514-2022《钢结构货架使用安全与评估规范》和T/CSCS032-2022《货架钢结构检测与评定标准》，不断整合迭代并规范货架重要安全指标的过程，如CECS23中钢货架垂直度指标为1/120，到最近变为1/160，也正符合事物发展的正常社会历史逻辑：由科研到一线的过程以国内潜在巨大的市场价值作为推动，而由一线回归至科研也是以科学严谨的态度去把控产品技术安全指标。