如何做出“正確貨架結(jié)構(gòu)設計”計算報告？WeRack輔助您完成

• event2024-09-13 10:38:33
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貨架結(jié)構(gòu)設計應該怎么做？貨架結(jié)構(gòu)計算報告與貨架有限元計算報告有什么區(qū)別？貨架三維仿真設計有必要做嗎？這是業(yè)主經(jīng)常咨詢的問題。其實不僅是業(yè)主，就連很多貨架設計從業(yè)人員，也不太清楚這其中的門道。本文以通俗的文字把這些問題徹底解釋清楚。

貨架結(jié)構(gòu)設計，也叫結(jié)構(gòu)計算，說白了就是驗算貨架的承載是不是安全的、足夠的。貨架的部件不能破壞，貨架的整體不能倒塌。貨架結(jié)構(gòu)設計應該按照指定的標準或規(guī)范來進行，而不是想當然地套用幾個抄來的公式幾行算式搞定。

▎ 一、傳統(tǒng)設計方法

傳統(tǒng)的貨架結(jié)構(gòu)設計分為兩步：內(nèi)力計算與構(gòu)件校核。內(nèi)力計算就是看看貨架承受了哪些荷載，哪幾種荷載會同時作用在貨架上，然后計算每根立柱、橫梁、撐桿等在這些荷載作用下分別分擔了多少力（也就是所謂的內(nèi)力）。構(gòu)件校核就是校核所有的構(gòu)件（包括節(jié)點）是不是能承受得住它分擔的力（內(nèi)力）。把內(nèi)力分析與構(gòu)件校核的過程形成文檔，就是貨架結(jié)構(gòu)計算報告或貨架結(jié)構(gòu)計算書。所有構(gòu)件都校核通過，才代表著整個貨架結(jié)構(gòu)設計是符合要求的。

對于簡單的貨架，內(nèi)力計算可以手算完成，但是需要扎實的結(jié)構(gòu)力學功底。對于稍復雜一點的貨架，手算就搞不定了，內(nèi)力計算就得通過有限元軟件建模計算完成。有的人鑒于此，會把貨架結(jié)構(gòu)計算報告稱為貨架有限元計算報告。目前市場上的商用結(jié)構(gòu)設計軟件已經(jīng)相當成熟，均能建模完成貨架的內(nèi)力計算。

構(gòu)件校核需要按照標準或規(guī)范給出的公式計算，主要就是計算出構(gòu)件的承載力，看看承載力是不是大于它的內(nèi)力。標準或規(guī)范的公式，已經(jīng)充分考慮了構(gòu)件的材料、規(guī)格尺寸、受力特性、破壞模式等，只需要按部就班地完成計算就行。由于貨架的構(gòu)件數(shù)量較大，荷載組合較多，僅憑手動校核工作量是非常巨大的。目前還沒有哪個商用軟件把貨架規(guī)范寫進了軟件中，所以如果是采用當前商用軟件生成的貨架結(jié)構(gòu)計算報告，那么可以肯定，這份報告沒有嚴格按照兩步進行貨架結(jié)構(gòu)設計，其中的構(gòu)件校核（主要就是立柱）完全是忽悠人的。即使有的商用軟件已經(jīng)把國外的冷成型鋼規(guī)范寫入軟件中，但是由于貨架立柱的復雜性，還是不能嚴格按照貨架規(guī)范進行立柱的校核。

▎二、直接設計法

除了上面的傳統(tǒng)兩步法進行貨架結(jié)構(gòu)設計，也可以采用一步到位的直接設計法，就是把荷載按組合施加到貨架上，看看貨架上最大的應力是不是超過了貨架鋼材的強度。如果最大應力沒有超，那么就可以直接判定貨架結(jié)構(gòu)承載滿足要求。直接設計法就必須借助有限元軟件才能實現(xiàn)了，這樣出具的報告肯定可以稱為有限元計算報告。

直接設計法省去了第二步構(gòu)件校核繁冗的計算，看似簡單便捷，但是為什么不推薦呢？原因就在于其操作專業(yè)性要求非常高，在模型中要準確反映構(gòu)件的材料、規(guī)格尺寸、受力特性、破壞模式等。以下幾點因素均應考慮，如果考慮不全，那么直接設計法得到的貨架承載就會嚴重偏高，導致設計不安全。

1. 貨架構(gòu)件（主要就是立柱）為薄壁鋼構(gòu)件，為了模擬其受力行為，直接設計的有限元模型不能采用桿單元建模，應采用殼單元；

2. 貨架構(gòu)件（主要就是立柱）為冷加工成型，存在可觀的殘余應力，會降低承載，直接設計的有限元模型必須考慮殘余應力的影響；

3. 貨架立柱如果有開孔，則必須將孔洞建到有限元模型中；

4. 構(gòu)件之間節(jié)點的特性要與實際一致，如梁柱節(jié)點半剛接、柱腳節(jié)點半剛接、撐桿拉桿節(jié)點鉸接等；

5. 貨架結(jié)構(gòu)的整體缺陷應在有限元模型中考慮，如下圖所示。

6. 貨架立柱的構(gòu)件幾何缺陷應在有限元模型中考慮，如下圖所示。

7. 貨架立柱的截面幾何缺陷應在有限元模型中考慮，如下圖所示。

直接設計法如此復雜，真正有能力完成、又愿意花費大筆時間去做的人，在全國幾根手指就可以數(shù)得過來。

直接設計法基本考慮了貨架主要力學特性并在有限元模型中反映，這樣的受力分析才能被稱為貨架三維仿真設計。我們見多了那種帶有彩色應力云圖的貨架結(jié)構(gòu)計算報告，其真實水平貽笑大方。

▎三、穩(wěn)圖貨架結(jié)構(gòu)設計軟件WeRack

基于以上原因，目前主流貨架結(jié)構(gòu)設計標準或規(guī)范還是采用傳統(tǒng)的兩步設計法。令人遺憾的是，在當前卷字為王的貨架市場，即使是頭部貨架企業(yè)，也并沒有嚴格按照標準進行貨架結(jié)構(gòu)設計，第二步的構(gòu)件校核就是用商用軟件隨便算算，合理性不言而喻。雖然貨架的選材可能是足夠的，雖然貨架可能不會出問題，但是其貨架結(jié)構(gòu)計算報告的邏輯是不對的。

穩(wěn)圖開發(fā)了一款貨架結(jié)構(gòu)設計軟件（WeRack），為冷彎薄壁型鋼貨架結(jié)構(gòu)提供了一系列廣泛的基于規(guī)范的設計功能。WeRack針對當前市場上商用軟件只能進行貨架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，而不能進行真正的貨架構(gòu)件校核的問題，開發(fā)了內(nèi)力導出功能，并根據(jù)導出的內(nèi)力按照貨架結(jié)構(gòu)設計規(guī)范進行構(gòu)件校核。目前，WeRack能夠用中國規(guī)范、歐洲規(guī)范、美國規(guī)范和澳洲規(guī)范對鋼貨架主要構(gòu)件（核心是立柱）進行自動化的校核。WeRack不僅節(jié)省了貨架結(jié)構(gòu)工程師手動計算校核的工作時間，又因為嚴格按照貨架規(guī)范自動進行校核，所以還能保證結(jié)果的可靠性與準確性，避免人為失誤導致的錯誤。在校核完成后，WeRack可以將校核結(jié)果生成貨架結(jié)構(gòu)計算報告。目前軟件已經(jīng)完成測試，預計下月推出，敬請期待。