如何做出“正确货架结构设计”计算报告？WeRack辅助您完成

• event2024-09-13 10:38:33
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货架结构设计应该怎么做？货架结构计算报告与货架有限元计算报告有什么区别？货架三维仿真设计有必要做吗？这是业主经常咨询的问题。其实不仅是业主，就连很多货架设计从业人员，也不太清楚这其中的门道。本文以通俗的文字把这些问题彻底解释清楚。

货架结构设计，也叫结构计算，说白了就是验算货架的承载是不是安全的、足够的。货架的部件不能破坏，货架的整体不能倒塌。货架结构设计应该按照指定的标准或规范来进行，而不是想当然地套用几个抄来的公式几行算式搞定。

▎ 一、传统设计方法

传统的货架结构设计分为两步：内力计算与构件校核。内力计算就是看看货架承受了哪些荷载，哪几种荷载会同时作用在货架上，然后计算每根立柱、横梁、撑杆等在这些荷载作用下分别分担了多少力（也就是所谓的内力）。构件校核就是校核所有的构件（包括节点）是不是能承受得住它分担的力（内力）。把内力分析与构件校核的过程形成文档，就是货架结构计算报告或货架结构计算书。所有构件都校核通过，才代表着整个货架结构设计是符合要求的。

对于简单的货架，内力计算可以手算完成，但是需要扎实的结构力学功底。对于稍复杂一点的货架，手算就搞不定了，内力计算就得通过有限元软件建模计算完成。有的人鉴于此，会把货架结构计算报告称为货架有限元计算报告。目前市场上的商用结构设计软件已经相当成熟，均能建模完成货架的内力计算。

构件校核需要按照标准或规范给出的公式计算，主要就是计算出构件的承载力，看看承载力是不是大于它的内力。标准或规范的公式，已经充分考虑了构件的材料、规格尺寸、受力特性、破坏模式等，只需要按部就班地完成计算就行。由于货架的构件数量较大，荷载组合较多，仅凭手动校核工作量是非常巨大的。目前还没有哪个商用软件把货架规范写进了软件中，所以如果是采用当前商用软件生成的货架结构计算报告，那么可以肯定，这份报告没有严格按照两步进行货架结构设计，其中的构件校核（主要就是立柱）完全是忽悠人的。即使有的商用软件已经把国外的冷成型钢规范写入软件中，但是由于货架立柱的复杂性，还是不能严格按照货架规范进行立柱的校核。

▎二、直接设计法

除了上面的传统两步法进行货架结构设计，也可以采用一步到位的直接设计法，就是把荷载按组合施加到货架上，看看货架上最大的应力是不是超过了货架钢材的强度。如果最大应力没有超，那么就可以直接判定货架结构承载满足要求。直接设计法就必须借助有限元软件才能实现了，这样出具的报告肯定可以称为有限元计算报告。

直接设计法省去了第二步构件校核繁冗的计算，看似简单便捷，但是为什么不推荐呢？原因就在于其操作专业性要求非常高，在模型中要准确反映构件的材料、规格尺寸、受力特性、破坏模式等。以下几点因素均应考虑，如果考虑不全，那么直接设计法得到的货架承载就会严重偏高，导致设计不安全。

1. 货架构件（主要就是立柱）为薄壁钢构件，为了模拟其受力行为，直接设计的有限元模型不能采用杆单元建模，应采用壳单元；

2. 货架构件（主要就是立柱）为冷加工成型，存在可观的残余应力，会降低承载，直接设计的有限元模型必须考虑残余应力的影响；

3. 货架立柱如果有开孔，则必须将孔洞建到有限元模型中；

4. 构件之间节点的特性要与实际一致，如梁柱节点半刚接、柱脚节点半刚接、撑杆拉杆节点铰接等；

5. 货架结构的整体缺陷应在有限元模型中考虑，如下图所示。

6. 货架立柱的构件几何缺陷应在有限元模型中考虑，如下图所示。

7. 货架立柱的截面几何缺陷应在有限元模型中考虑，如下图所示。

直接设计法如此复杂，真正有能力完成、又愿意花费大笔时间去做的人，在全国几根手指就可以数得过来。

直接设计法基本考虑了货架主要力学特性并在有限元模型中反映，这样的受力分析才能被称为货架三维仿真设计。我们见多了那种带有彩色应力云图的货架结构计算报告，其真实水平贻笑大方。

▎三、稳图货架结构设计软件WeRack

基于以上原因，目前主流货架结构设计标准或规范还是采用传统的两步设计法。令人遗憾的是，在当前卷字为王的货架市场，即使是头部货架企业，也并没有严格按照标准进行货架结构设计，第二步的构件校核就是用商用软件随便算算，合理性不言而喻。虽然货架的选材可能是足够的，虽然货架可能不会出问题，但是其货架结构计算报告的逻辑是不对的。

稳图开发了一款货架结构设计软件（WeRack），为冷弯薄壁型钢货架结构提供了一系列广泛的基于规范的设计功能。WeRack针对当前市场上商用软件只能进行货架结构内力分析，而不能进行真正的货架构件校核的问题，开发了内力导出功能，并根据导出的内力按照货架结构设计规范进行构件校核。目前，WeRack能够用中国规范、欧洲规范、美国规范和澳洲规范对钢货架主要构件（核心是立柱）进行自动化的校核。WeRack不仅节省了货架结构工程师手动计算校核的工作时间，又因为严格按照货架规范自动进行校核，所以还能保证结果的可靠性与准确性，避免人为失误导致的错误。在校核完成后，WeRack可以将校核结果生成货架结构计算报告。目前软件已经完成测试，预计下月推出，敬请期待。