淺談青島貨架立柱的設(shè)計與選用

倉庫貨架是提高倉庫使用效率，增強(qiáng)倉庫存取效率的重要載體，在各行各業(yè)得到了越來越廣泛的運用。可拆卸式貨架又稱組合式貨架,層高可按節(jié)距任意調(diào)節(jié)，使貨架的層間距可隨擺放貨物的大小任意調(diào)整，增加存貨的隨意性及靈活性，同時具有構(gòu)件尺寸小、倉庫利用率高、制作方便、可以互換組裝且安裝周期短等優(yōu)點，成為貨架中應(yīng)用最廣泛的一種。

       立柱又是可拆卸式貨架的最終受力支承部件，其設(shè)計是整個貨架系統(tǒng)的關(guān)鍵，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和使用的經(jīng)濟(jì)性。

       組裝式貨架主要由立柱片、橫梁等基本件和護(hù)角、地角、隔撐、隔擋、層板（鋼板或木板）等選配件組成。立柱片是貨架的主要受力支承部件，承重最大可達(dá)21噸。隨著貨架高度的增加、層數(shù)增多，立柱受載大，且大多采用冷彎沖孔薄壁型鋼，本身殘存一定的加工應(yīng)力，實際的受力情況也比較復(fù)雜，因此立柱的設(shè)計選用成為整個貨架系統(tǒng)的關(guān)鍵，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和使用的經(jīng)濟(jì)性。

    一 立柱的結(jié)構(gòu)

    1 立柱的截面形狀

       從截面看，立柱的截面形狀有很多種，但就目前市場分布來看，基本上主流型材還是至騰貨架的基本型，其中有些型材結(jié)構(gòu)相對比較簡單，主要用于輕量型貨架；多邊輥軋結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，加工工藝也相對復(fù)雜，主要用于中重型貨架。由基本型衍生的其他形狀主要是在長度較長的邊上增加彎折，以提高立柱的剛度和穩(wěn)定性。在具體設(shè)計上，除了考慮強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以外，一般還應(yīng)考慮具體的成型工藝對孔型的影響、坯料的預(yù)加工情況對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，如預(yù)沖孔和不在冷彎輥線上的彎曲變形對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，冷彎過程中預(yù)沖孔的可能變形性等。在保證配合尺寸公差要求、保證孔距要求的前提下，截面形狀的設(shè)計應(yīng)兼顧不同板厚的要求，變形采用固定彎曲半徑。

    2 橫梁掛接孔

       立柱的正面均勻分布著許多長孔（掛鉤孔）和圓孔，用來掛接橫梁的掛鉤、安裝安全銷。

       孔型通常采用呈倒八字、菱形或倒梯形，使立柱的長孔與垂直方向有一小角度，掛鉤掛上以后在貨物重力的作用下自動鎖緊，且掛鉤與立柱長孔之間為面接觸， 受力狀態(tài)較好，保證使用時更加穩(wěn)固安全。但是，掛鉤孔的開設(shè)對立柱的短柱承載能力有很大的影響，開孔后的承載能力是不開孔時承載能力的70%~95%，而且對小規(guī)格的立柱的影響更大。因此，在滿足橫梁掛鉤承載能力的條件下，應(yīng)該使掛鉤孔的尺寸和數(shù)量盡可能少，以提高貨架的整體承載能力。

       目前，我們至騰和其它一些大型貨架廠家的貨架生產(chǎn)借鑒了歐洲或日本等國家的成熟技術(shù)，產(chǎn)品成系列化且結(jié)構(gòu)相對統(tǒng)一，每個系列的產(chǎn)品一般只是外形尺寸和材料壁厚的不同，提高了立柱的生產(chǎn)效率，并易于貨架的快速選型。

    3 設(shè)計校核

       由于立柱是貨架的主要受力件，結(jié)構(gòu)形狀相對復(fù)雜，并且大多數(shù)采用冷彎薄壁型鋼（本身殘存一定的加工應(yīng)力），受載情況也比較復(fù)雜，尤其是高層貨架，層數(shù)多，受載大，從而使立柱的設(shè)計冗繁，校核復(fù)雜，取值的合理與否，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性。

    4 強(qiáng)度與穩(wěn)定性驗算

    （1）強(qiáng)度驗算

       我們至騰貨架在對立柱進(jìn)行強(qiáng)度驗算時，根據(jù)其受載狀態(tài)的不同，需分別按軸壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件進(jìn)行驗算，計算采用《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB50018—2002)的相關(guān)公式。

    （2）穩(wěn)定性驗算

       雖然貨架的立柱基本是由薄鋼板經(jīng)冷軋而成，立柱截面經(jīng)多次彎曲，不會出現(xiàn)局部失穩(wěn)現(xiàn)象，但是隨著貨架支柱截面形式的不斷豐富和高強(qiáng)鋼材的應(yīng)用，使得受壓立柱向著輕型、薄壁的方向發(fā)展，容易引起立柱的整體失穩(wěn)，因此受壓立柱構(gòu)件的穩(wěn)定性顯得更加重要。

       對應(yīng)于立柱的軸壓與壓彎受力狀態(tài)，穩(wěn)定性驗算也應(yīng)分別按軸壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件這兩種情況進(jìn)行驗算，而且既要驗算其自身平面內(nèi)外的穩(wěn)定性，又要驗算柱肢平面內(nèi)外的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性驗算采用《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)公式。

       由于人工計算比較繁復(fù)，并且容易出錯，因此不少學(xué)者采用有限元分析的理論，借助ANSYS、NASTRAN等軟件，對貨架整體或立柱等部分進(jìn)行數(shù)值模擬，對立柱的強(qiáng)度、穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得出極限承載力和試件的失效模態(tài)，同時可對截面形狀和各種孔型開設(shè)的位置大小進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

       分析計算和實踐都證實，立柱所用的材料的機(jī)械性能、模具的設(shè)計、制作精度是影響立柱承載能力和穩(wěn)定性的主要因素，各種孔型的大小變化對穩(wěn)定性有直接的影響，材料的截面局部變薄對穩(wěn)定性的影響不大。