組裝式鋼貨架的結(jié)構(gòu)安全隱患分析（上）

貨架安全

現(xiàn)如今倉(cāng)儲(chǔ)物流高度發(fā)達(dá)，貨架吞吐貨物效率的提升，倉(cāng)儲(chǔ)貨架存儲(chǔ)量的加大，地震、撞擊等不可控因素，以及對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備成本的壓縮來提高企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)力的表現(xiàn)，均可能為貨架安全埋下隱患。

新聞報(bào)道

●2019年長(zhǎng)春市農(nóng)安縣一大型冷庫(kù)14層貨架倒塌，造成1人死亡，1人受傷

●2020年巴西一家超市貨架連環(huán)倒塌，事故共造成1人死亡，8人重傷

●2021年上海松江一倉(cāng)庫(kù)7米高貨架倒塌，造成多名工作人員受傷

問：貨架發(fā)生倒塌，都是因?yàn)樨浖艹惺懿蛔≈亓Χl(fā)生倒塌嗎？

答：是，但又不全是。

為了方便理解貨架倒塌的主要原因，我們盡量用口語化來講解結(jié)構(gòu)分析。首先介紹三個(gè)物理指標(biāo)：

強(qiáng)度：貨架能不能撐得住

剛度：貨架撐住了，變形大不大（剛度控制的典型領(lǐng)域：鐵路軌道，變形過大不會(huì)壞，但已失去功能性）

穩(wěn)定性：貨架變形了會(huì)不會(huì)搖來晃去從而倒塌

由于貨架立柱的特殊形式：冷彎薄壁型鋼的材質(zhì)、單軸對(duì)稱開口的截面、立柱連續(xù)均勻開孔等原因，梁與柱半剛性連接，不像樓房節(jié)點(diǎn)為鋼筋錨固并澆砼成為一體的剛接；柱底為化學(xué)螺栓或膨脹螺栓居多的連接方式。

看起來就很不經(jīng)撞，實(shí)際性能表現(xiàn)也不經(jīng)撞；

所以穩(wěn)定性成為貨架結(jié)構(gòu)是否倒塌的關(guān)鍵原因，也幾乎是主導(dǎo)原因。

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的EN15512詳細(xì)地介紹了根據(jù)試驗(yàn)得出相關(guān)依據(jù)，例如A.2.7柱腳剛度測(cè)試：

通過裁剪（完全垂直于立柱縱軸裁剪）兩段裝有底板的，高度為4倍于立柱寬度的立柱段，中間使用實(shí)際用到的砼立方體（強(qiáng)度完全同實(shí)際使用情況），其表面保持平整，連接螺栓型號(hào)規(guī)格、孔位位置及孔大小完全同實(shí)際使用情況，混凝土立方體的底部為限制豎向旋轉(zhuǎn)而不限制水平移動(dòng)的滾珠軸承，立柱兩端為千斤頂，負(fù)責(zé)施加重合于立柱形心軸的兩個(gè)大小相等、方向正好相反的力,C1~C6為類似于傳感器的測(cè)量裝置并全置零,d12和d34分別為C1、C2；C3、C4的距離；使所有部件保持剛好接觸。

直接加載立柱兩端F1至設(shè)計(jì)強(qiáng)度，保持不動(dòng)，并施加F2，觀察位移變化，直到F2達(dá)到最大值。此時(shí)，可根據(jù)力分析圖得到柱腳極限彎矩M和轉(zhuǎn)角θ，由此確定柱腳極限剛度。

EN標(biāo)準(zhǔn)注重于現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)得出極限值指標(biāo)，也如其中的A2.8立柱片剛度的測(cè)試

基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法是得到真實(shí)值貼切的辦法，介于鋼貨架體系的特殊構(gòu)造：剛度呈現(xiàn)非線性特征；因?yàn)殚_孔，孔位處形成應(yīng)力集中，局部屈曲和整體屈曲互相作用，高層鋼貨架的幾何非線性和材料非線性原因，需考慮二階效應(yīng)，導(dǎo)致在實(shí)際受力時(shí)的剛度矩陣隨位移變化而迭代變化，因此直接的理論推導(dǎo)有很大難度。

國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50018-2002《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》其實(shí)并未考慮均勻開孔的薄壁立柱，貨架領(lǐng)域?qū)Π雱傂赃B接節(jié)點(diǎn)的把控，主要通過CECS23:1990的門架試驗(yàn)進(jìn)行控制，而對(duì)貨架的設(shè)計(jì)：GB/T28576-2012《工業(yè)貨架設(shè)計(jì)計(jì)算》將各構(gòu)件連接的參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化（如剛接），方便計(jì)算。

貨架的結(jié)構(gòu)安全

介于從設(shè)計(jì)、科研考慮的前沿范疇，再到運(yùn)行維護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)節(jié)，貨架檢測(cè)針對(duì)于以下能代表安全隱患的側(cè)重面實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)抽驗(yàn)（結(jié)構(gòu)安全重視度均用★和☆標(biāo)出）：

1.立柱垂直度指標(biāo)★★★★★

立柱垂直度超標(biāo)將為貨架結(jié)構(gòu)體系失穩(wěn)創(chuàng)造條件。

垂直度超標(biāo)的主要原因：在受到水平力的情況下，如輕度碰撞，產(chǎn)生立柱的移動(dòng)；因頂部側(cè)移過大造成彎曲變形，在豎向荷載（自重、貨重、其他荷載重）作用下，彎曲變形引起附加彎矩，進(jìn)一步使變形增大，最終造成失穩(wěn)破壞的后果。

其力與位移的關(guān)系在其中相互耦合造成失穩(wěn)，因此應(yīng)在設(shè)計(jì)階段、施工安裝階段、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)階段嚴(yán)格控制鋼貨架立柱的垂直度指標(biāo)。

在T/CSCS032-2022《貨架鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中，第一次對(duì)行業(yè)內(nèi)貨架的垂直度指標(biāo)進(jìn)行了整合，提出了適用于設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的直觀數(shù)值。

針對(duì)于不同貨架類型，貨架立柱垂直度限值如下：

2.橫梁撓度檢測(cè)★★★☆☆

GB/T 27924-2011《工業(yè)貨架規(guī)格尺寸與額定荷載》中介紹了橫梁的兩種主要形式：抱和梁和C型梁

從結(jié)構(gòu)安全考慮：不開孔的薄壁型鋼，雙軸對(duì)稱、慣性矩大，抗彎性能好的截面特征使得在常規(guī)重型貨架檢測(cè)中檢測(cè)橫梁撓度時(shí)，檢測(cè)數(shù)量并沒有垂直度指標(biāo)的檢測(cè)數(shù)量多，對(duì)于不常規(guī)的情況：超載，肉眼可見的橫梁下垂等情況，則應(yīng)適當(dāng)加大檢測(cè)數(shù)量。

對(duì)不同的貨架類型的橫梁撓度，國(guó)家新規(guī)GB/T 41514-2022 《鋼結(jié)構(gòu)貨架使用安全與評(píng)估規(guī)范》整合了各貨架相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估限值，而T/CSCS032-2022《貨架鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)撓度進(jìn)行了補(bǔ)充參考。

國(guó)家新貨架評(píng)估規(guī)范GB/T 41514-2022如下：

T/CSCS032-202的指標(biāo)整合如下：

與撓度相關(guān)聯(lián)的是在JB/T 14032-2021 《鋼制貨架載荷試驗(yàn)方法》中的垂直靜載荷試驗(yàn)和T/CSCS032中的使用性檢測(cè)和承載力檢測(cè)。均是從強(qiáng)度（承載力）和剛度（使用性）進(jìn)行試驗(yàn)加載。

值得注意的是，當(dāng)橫梁截面太高而本身薄壁的過載情況，可能會(huì)產(chǎn)生橫梁的扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生原因?yàn)楹奢d過大且偏離截面彎心（特別是C型梁截面），因此應(yīng)實(shí)際按照GB/T 27924-2011《工業(yè)貨架規(guī)格尺寸與額定荷載》進(jìn)行選取橫梁尺寸，不宜選擇高寬比過大的截面。

小結(jié)

鋼貨架作為倉(cāng)儲(chǔ)物流重要的基礎(chǔ)設(shè)施，全維度涉及物流、機(jī)械、工程等領(lǐng)域，貨架種類多樣，功能豐富；國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系走向也由前沿的科研學(xué)術(shù)設(shè)計(jì)偏向于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，從我國(guó)出版的第一本鋼貨架設(shè)計(jì)規(guī)范CECS23:1990，到最新出版的GB/T41514-2022《鋼結(jié)構(gòu)貨架使用安全與評(píng)估規(guī)范》和T/CSCS032-2022《貨架鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，不斷整合迭代并規(guī)范貨架重要安全指標(biāo)的過程，如CECS23中鋼貨架垂直度指標(biāo)為1/120，到最近變?yōu)?/160，也正符合事物發(fā)展的正常社會(huì)歷史邏輯：由科研到一線的過程以國(guó)內(nèi)潛在巨大的市場(chǎng)價(jià)值作為推動(dòng)，而由一線回歸至科研也是以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去把控產(chǎn)品技術(shù)安全指標(biāo)。