货架结构设计：结构分析（二）整体分析

event2021-11-20 13:40:49
person 稳图WESAFE
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在完成分析模型、把荷载施加于模型上之后，接下来就是选择合适的分析方法。分析方法的选择主要考虑精度、速度两方面，最佳的分析方法能在保证计算精度的前提下尽量节省时间。

一、结构变形的影响

如果结构变形显著增大了荷载的效应或改变了结构的行为，那么在结构分析中应考虑结构变形后的形状（即二阶效应）的影响。什么意思？意思就是如果荷载作用下结构变形很小，那么变形不会放大荷载的效应，想象一根只受轴压力的笔直杆，不管怎么压都不会弯曲；如果荷载作用下结构变形较大，那么变形将放大荷载的效应，荷载效应进一步加大变形，二者互相促进，想象一根有较大初始弯曲的受压杆，越压越弯。在变形后的结构基础上再进行分析，就是考虑二阶效应。

基于不同方向的整体屈曲弹性临界荷载系数αcr对结构进行分类：

αcr=Vcr/VEd

其中，

αcr为荷载系数，代表设计荷载所需达到的、能造成整体模式失稳的状态。

Vcr为基于初始弹性刚度的整体失稳模式下弹性临界屈曲荷载。

VEd为结构设计荷载。

在结构分类的基础上，允许采用的不同分析方法一览见表1。

如果αcr≥10，那么结构可视为无侧移，即结构在平面内水平力作用下的响应足够刚强，以至于忽略任何因结点水平位移导致的附加力与弯矩对结果精度的影响都可接受，可忽略二阶效应的影响，采用方法0a与方法1a（一阶线性分析）。
如果3.333≤αcr≤10，那么二阶效应可间接考虑。可采用方法0b与方法1b。
如果αcr≤3.333，那么分析中应直接考虑二阶效应的影响。应采用方法2。

以上判定货架结构分析中二阶效应是否必须考虑的限值，相对于建筑结构规范宽松。货架是工业化产品，制造的精度高于一般的建筑，还具有半刚性节点，建造比较规则。因此，精确方法与近似方法可以取得良好的一致性，近似方法的可信区间很大。

对于未设置支撑构件的货架，比如平库中常见的横梁式货架、穿梭车货架、驶入式货架等等，在沿巷道方向一般归类为有侧移框架结构，因此必须考虑二阶效应。

二、分析方法

应根据以上分类选择表1中的合适方法进行二维或三维分析。当然也可选用更高级的直接分析方法，不过对于货架结构而言，直接分析法待解决问题还很多。

表1分析方法

2.1　分析方法0-近似

此分析方法采用结构力学理论，推导出简单数学计算公式，适用于结构布置简单、各个方向规则的货架。

2.2　分析方法1-线性有限元分析

此分析方法需建立有限元模型，不考虑或不直接考虑二阶效应。适用于拉杆支撑系统设置到位且相对较强的立体库货架。

2.3　分析方法2-二阶有限元分析

此分析方法需建立有限元模型，需直接考虑二阶效应。适用于无支撑货架和拉杆系统设置不到位或相对较弱的立体库货架。

三、结构稳定

结构模型中应考虑以下因素：

a) 节点特性。

b) 扭转与翘曲效应。

c) 施加存储单元荷载时，对应以下条件最不利的荷载布置：

1) 沿巷道方向的整体稳定性。

2) 立柱的弯曲与屈曲；

3) 横梁挠度与跨中弯矩；

4) 梁柱节点弯矩；

对于布局规则的货架，考虑货架满载但靠近中部最底层一跨横梁空载的不利荷载布置足矣，见图.1a。对于支撑货架，还应考虑引起立柱单曲率弯曲的一种不利荷载布置，见图1.b。如果最底层横梁靠近地面，那么不利荷载布置还应考虑第二层的一跨横梁空载的情况，见图1.c。

图1 沿巷道方向分析典型不利荷载布置

d) 对于垂直于巷道方向的立柱组分析，可认为所有连接在一起的立柱组均满载。

e) 局部支撑缺陷与整体缺陷无需组合。局部支撑缺陷引起的力与弯矩可一阶分析确定。

f) 整体分析的结构模型线应采用构件全截面的形心轴线，或构件孔洞折减后的等效截面。

g) 尽管货架为空间结构，出于整体分析的目的，仍可视为一系列平行于或垂直于巷道的竖向平面框架结构以及一系列单独的水平平面结构。进行某个平面的整体分析时可忽略其他平面内的缺陷影响。

h) 构件设计时应通过适当的相关作用公式考虑平面间的相互影响。

i) 整体分析应采用等效截面特性。

j) 确定弹性临界荷载时应采用等效截面特性。

k) 规定的缺陷。

1. 无支撑货架体系

如果沿巷道方向的每座货架都是相同构型，那么分析模型中可包括五座货架或实际座数货架，取二者较小者。典型的模型见下图。

图2 无支撑货架沿巷道方向的结构分析模型

2. 支撑货架体系

支撑货架建模时，除了上面的规定，还应：

1) 支撑体系行为的三维效应必须在分析计算中明确考虑，即背拉杆体系与货架没有在一个平面内，存在偏心。

2) 当支撑体系不对称时，应在两个方向考虑局部支撑缺陷。

3) 货架可能只有部分设置了支撑体系，应分别按照无支撑与支撑货架进行分析。

典型的模型见下图。

图3　支撑货架沿巷道方向的结构分析模型

3. 立柱组

对于立柱组设计，除了上面的规定，还应考虑支撑体系的剪切柔性，包括横斜撑与立柱连接结点的柔性，应通过测试确定。对于高宽比小于10的立柱组且货架内无堆垛机、风或地震等侧向荷载作用，则无需进行此项测试，可通过将横斜撑轴向刚度折减5%的方法考虑立柱组横向刚度的折减。此项折减同时包含了节点松动效应，因此节点松动无需再作为初始倾斜考虑。

典型的模型见下图。

图4 垂直于巷道方向的结构分析模型