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- 2021-11-20 13:40:44
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貨架結構設計應考慮的荷載主要包括永久荷載、可變荷載和偶然荷載。同時應考慮規劃者額外指定的其他荷載。
一、永久荷載
永久荷載應包括所有與貨架建造相關的重量：墻、樓板、頂棚、樓梯和固定使用設備。
在估算結構設計的永久荷載時，應使用建造材料的實際重量。如果固定使用設備（比如噴淋、供電、供暖、通風、空調等）由貨架結構支承，那么確定永久荷載時應包括此類設備的重量。
二、可變荷載
可變荷載又包含：存儲單元荷載、存儲單元在垂直于巷道方向的放置偏差荷載、豎向放置荷載、水平放置荷載、背擋荷載、貨架導向設備荷載、樓板與通道荷載、扶手欄桿荷載、施工與檢修荷載、風荷載及雪荷載。
1、存儲單元荷載
存儲單元為單次操作的最小基本單位，比如一托貨（一個托盤加其上貨物）為一個存儲單元。
存儲單元應按照項目規劃的要求確定。除非滿足特定的要求時可以采用相關折減系數，否則貨架設計應基于存儲單元的最大重量。橫梁應以規定的存儲單元最大重量放滿對應貨格進行設計。
1.1倉庫管理系統控制的貨架
倉庫管理系統應至少能夠：
—分配存儲單元位置；
—拒收任何超過指定重量最大值的存儲單元；
—控制整座貨架上的總重，不包括放置在地面上的存儲單元；
—控制整排貨架上的總重，不包括放置在地面上的存儲單元。
垂直于巷道方向的穩定性和立柱（組）設計應基于立柱（組）在每個立柱截面變化處承受的荷載。每根立柱承擔的荷載應按照下圖所示確定。
托盤荷重分配至立柱（雙深）
每個托盤荷重被分配到整座貨架中的每根立柱（上圖實線與虛線所示為6個托盤荷重中的2個）。倉庫管理系統無需考慮橫梁的連續性影響。據此可以確定每根立柱上的荷載。
沿巷道方向的整體穩定性應基于整排貨架的荷載。此時整排貨架荷載小于貨架座數乘以整座貨架荷載所得值。
1.2隨機存儲的貨架
隨機存儲應滿足以下條件：
—存儲單元在貨架上的位置應是隨機的。按組分配的存儲單元不滿足條件。
—存儲單元的最大重量與平均重量應始終明確。
—所涉貨架上至少有5000個儲位。
存儲單元不應按組分配，即某特定類型或重量的存儲單元不與其他相同類型的存儲單元分配放置在特定區域，而是在整排貨架上隨機分配。
對于用于設計立柱（組）或整排貨架的荷重Wn，當n>Nmin時：
Wn=m×ln（n）+c
其中，
Wmax為存儲單元最大重量；
Waverage為存儲單元平均重量；
Nmin為每個貨格的存儲單元數，計算Wmax的基礎；
Nmax為貨架儲位總數，計算Wmin的基礎；
n為所考慮的存儲單元數。
垂直于巷道方向的穩定性和立柱（組）設計應基于 n=立柱組支承的存儲單元數計算所得的Wn值。
沿巷道方向的整體穩定性設計應基于 n=整排貨架存儲單元數 計算所得的Wn值。
下面給出一個計算示例。
存儲重量作為存儲單元數量的函數，下圖給出了示例分布，其中：
Wmax=8kN
Wmin=4.5kN
Nmin=3
Nmax=6000
本例中，橫梁設計考慮的存儲單元數目=3，故橫梁設計荷載為8kN；立柱組設計考慮的存儲單元數目=30，故立柱組設計荷載為6.94kN；整排貨架設計考慮的存儲單元數目=600.故整排貨架設計荷載為5.56kN。
存儲重量分布圖
2、存儲單元在垂直于巷道方向的放置偏差
如果貨架設計是存儲單元在橫梁上前后非對稱放置，放置偏差是固定的，那么在設計中應予考慮。
如果貨架設計是存儲單元隨機放置，放置偏差是隨機的，那么當偏差引起的應力與變形相對無偏差放置增加不超過12%時則可以忽略；當超過12%時在橫梁設計中應按照下面方法考慮：
Q’=ηQ
其中
η=1，ρ≤1.12
η=2ρ-1.24，1.12≤ρ≤1.24
η=ρ，ρ≥1.24
ρ=Qe/Q;
Q為存儲單元放置在設計位置時橫梁承受的荷載；
Qe為存儲單元放置偏差最大時橫梁承受的荷載。
3、豎向放置荷載
當存儲單元通過機械搬運設備放置在貨架上時，應在設計中施加以下規定的最小豎向放置荷載。
對于單托存儲貨架（即每座貨架每層只放置一個存儲單元，或即使有多個也是同時放置），其承載橫梁、支承懸臂（如果有的話）和梁端連接件設計應在最不利的位置額外施加向下的豎向放置荷載Qpv：
—25%存儲單元最大重量，自動化操作機械搬運設備；
—70%存儲單元最大重量，人工操作機械搬運設備。
豎向放置荷載的分布可能與存儲單元分布相同。
4、水平放置荷載
水平放置荷載應沿巷道方向與垂直于巷道方向（兩個方向不同時，每次僅考慮一個方向）施加在貨架最不利位置。水平放置荷載無需在貨架不同高度同時施加。
4.1水平放置荷載
最小水平放置荷載Qph應按下面規定確定：
a)人工操作的機械搬運設備（如叉車）放貨
—橫梁高度為3m以下，Qph最小0.5kN；
—橫梁高度為6m以上，Qph最小0.25kN；
—橫梁高度為3m~6m，Qph最小取線性插值。
b)自動化堆垛機放貨
Qph的大小與作用位置應由搬運設備供應商指定，但不應小于0.25kN。
注：最小水平放置荷載不代表誤操作引起的撞擊荷載。
4.2沿巷道方向的施加
在貨架上最不利高度沿巷道方向施加集中荷載Qph，也可以在所有承載橫梁層施加合力為2Qph的均布荷載，Qph為按照頂層橫梁計算的值。
注：沿巷道方向，水平放置荷載出現在不同層橫梁處，會增大由初始缺陷引起的側向傾斜。用均布荷載代替集中荷載的施加方式可以避免增加不必要的荷載模式。
4.3垂直于巷道方向的施加
水平放置荷載在垂直于巷道方向的施加應考慮下列位置：
a) 立柱組頂端；
b) 立柱組兩個撐桿結點中部；
注：無需進行完整的立柱組整體分析確定設計彎矩，正負彎矩增加QphL/6即可。
c) 水平面內橫梁的中部。此工況無需與垂直于巷道方向的整體分析結合，而應在水平面內通過橫梁的中和軸作用一個0.5×Qph的集中力于單根橫梁上。
5、背擋荷載
當設置背擋時，規劃者應確定設計荷載Qbh以及背擋類型為緩沖背擋還是安全背擋，二者的區別見：背擋桿（或背擋梁）的設置有相關規定嗎？ 單排貨架背部設置背封網是強制性的嗎？
緩沖背擋和中轉站的托盤定位裝置應考慮引起可變荷載，安全背擋應考慮引起偶然荷載。
對于人工操作的機械搬運設備：
Qph≥0.25Qu
其中Qu為單次放置的存儲單元重量。
對于自動化機械搬運設備，背擋設計應采用0.25Qu和堆垛機故障引起的準靜態水平力兩者的較大值。
緩沖背擋易導致誤用，應認為無需設置。在某些情況下在橫梁式貨架設置背擋輔助叉車司機放貨，會引起較大的力。為了滿足EN 528的要求，可能在自動化立體庫貨架中設置安全背擋。
在設計下列與背擋直接相連的構件時應考慮Qbh，Qbh作用在局部：
1)背擋本身；
2)背擋與貨架構件（立柱或橫梁）相連接的節點；
3)背擋所連接的構件，與背擋直接接觸的部分；
4)立柱與背擋桿直接接觸部分相近的立柱組撐桿。
6、貨架導向設備荷載
堆垛機供應商應提供堆垛機在下列情況下施加在貨架上的荷載信息及荷載作用的位置。：
—堆垛機存取貨物時；
—堆垛機移動時；
—堆垛機沿曲線軌道運行時（如果有）；
—堆垛機泊機時（下表的折減系數不適用于此情況）；
—水平緩沖時（如果有）。
作用于天軌的總水平荷載
| 堆垛機數量 | Qh,t |
| 1或2 | ∑Qh |
| 3 | 0.85∑Qh |
| 4 | 0.70∑Qh |
| 5 | 0.60∑Qh |
| ≥6 | 0.50∑Qh≤5Qh |
Qh為每臺堆垛機的最大指定側向支撐力 Qh,t為作用在天軌所有堆垛機側向力總和的折減，天軌連接在吊梁上，吊梁將所有立柱組連在一起，見下圖 | |
| 注：自動化立體庫貨架所有巷道的堆垛機同時作用于同一方向的可能性，隨著巷道堆垛機數量的增加而降低。 | |
表中數值適用于承載能力極限狀態（ULS），對于正常使用狀態（SLS）見FEM9.831-1和FEM 9.832。
貨架導向設備引起的水平荷載
7、樓板與通道荷載
除非規劃者另行規定并在荷重警示牌上標明，樓板與通道設計時應采用以下規定的起控制作用的最小均布或集中荷載。
樓板與通道區域經常被用于非正式存儲。以下規定值應視為最低要求荷載。國家法規可能要求其他較高的荷載值。
a)僅用于通行且寬度不超過1.2m的樓板與通道
q=2.5kN/m2（均布荷載）
Qf=2.0kN（集中荷載作用面積100mm×100mm）
以上荷載適用于任一跨的局部橫梁與立柱設計。貨架整體結構穩定性驗證時荷載可折減至q=1.0kN/m2。
b)用于存儲或有手推車運行或寬度大于1.2m的樓板與通道
q=3.5kN/m2（均布荷載）
Qf=2.0kN（集中荷載作用面積100mm×100mm）
c)檢修用樓板
q=2.0kN/m2（均布荷載）
Qf=1.5kN（集中荷載作用面積200mm×200mm作用于最不利位置）
d)寬度小于1.2m的樓梯
q=3.0kN/m2（均布荷載）
Qf=2.0kN（集中荷載作用面積100mm×100mm）
e)寬度大于1.2m的樓梯
q=3.5kN/m2（均布荷載）
Qf=3.0kN（集中荷載作用面積100mm×100mm）
f)當移動設備施加動力荷載給貨架時，應通過相關的荷載系數將動力效應考慮為準靜力荷載，見EN 1991-1-1：2002，6.3。相關靜力荷載應乘以下列動力系數以區分不同類型的叉車的有效豎向輪壓。
1)人行控制、速度小于5km/h的叉車：1.2
2)人駕駛控制、速度小于7.5km/h的叉車：1.4
3)人駕駛控制、速度小于10km/h的叉車：2.0
集中荷載應作用于最不利位置，分布應由規劃者提供。
對于樓面板設計無需考慮荷載的不利布置，即滿布即可。
應合理考量搬運設備施加的水平力效應以及對結構如何抵抗這些水平力。
如果樓板上存儲的貨物或貨架的荷載超過了以上規定值，那么應采用實際荷載。
8、扶手欄桿荷載
扶手欄桿可能需要滿足建筑法規的要求，但至少應考慮以下最小水平荷載：
—檢修荷載0.3kN/m；
—其他荷載（不包括公共區域）0.5kN/m。
9、施工與檢修荷載
當施工方案要求施工人員配備安全帶時，應設置合適的錨固點能夠阻止墜落。墜落發生后可能導致構件產生殘余變形，經檢測損壞的構件應進行更換。
如果施工人員是將貨架作為支承的，那么貨架設計時應考慮此類荷載。
10、風荷載
風荷載應該按照相關國家標準確定。應考慮施工期間受到風荷載的影響。
11、雪荷載
雪荷載應該按照相關國家標準確定。
三、偶然荷載
可變荷載中的放置荷載應假定已足夠涵蓋一般的沖擊狀況。
1、地震荷載
地震荷載應該按照相關國家標準確定。
2、偶然向上荷載
存儲單元正上方的貨架構件應能抵抗以下規定的偶然豎向力Apv。一般情況下此力應施加在橫梁端部以驗證橫梁端部連接件不從立柱孔中脫出。
a)人工操作的機械搬運設備（如叉車）放貨
Apv=5.0kN
b)自動化機械搬運設備（如堆垛機）放貨
Apv=0.5Qu，但0.25kN≤Apv≤5.0kN
其中，Qu為存儲單元重量。
應通過計算或測試驗證向上荷載作用下是否滿足。
3、偶然水平荷載
叉車或其他移動設備對貨架尤其是立柱造成的撞擊損壞應通過恰當的操作人員培訓與安全措施避免。
3.1未防護立柱
如果貨架立柱未設置防護，那么應在水平方向考慮以下偶然荷載：
a)人工操作的、無導向功能的機械搬運設備（如叉車）放貨:
巷道兩側立柱從地面至0.3m高度范圍，
垂直于巷道方向 Aph=2.5kN；
沿巷道方向 Aph=1.25kN。
兩個方向分別單獨考慮。
b)自動化機械搬運設備（如堆垛機）或人工操作的有導向功能的機械搬運設備（如VNA窄巷道叉車）放貨:
除非規劃者指定，偶然水平荷載可不考慮。
3.2防護立柱
如果貨架上連接了撞擊防護件，那么貨架設計應考慮撞擊力，此撞擊力應由規劃者指定。
注1：貨架撞擊防護件的設計建議參考FEM 10.2.16。
注2：EN 1991-1-7中規定的叉車偶然撞擊作用，對于滿足EN 15620和EN 15635規劃、安全凈距與操作規定的貨架，無需考慮。
下篇將講述貨架結構設計需要考慮的荷載組合與分項系數。
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