組裝式鋼貨架的結構安全隱患分析（上）

貨架安全

現如今倉儲物流高度發達，貨架吞吐貨物效率的提升，倉儲貨架存儲量的加大，地震、撞擊等不可控因素，以及對倉儲設備成本的壓縮來提高企業自身競爭力的表現，均可能為貨架安全埋下隱患。

新聞報道

●2019年長春市農安縣一大型冷庫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倒塌，事故共造成1人死亡，8人重傷

●2021年上海松江一倉庫7米高貨架倒塌，造成多名工作人員受傷

問：貨架發生倒塌，都是因為貨架承受不住重力而發生倒塌嗎？

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構分析。首先介紹三個物理指標：

強度：貨架能不能撐得住

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

穩定性：貨架變形了會不會搖來晃去從而倒塌

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

看起來就很不經撞，實際性能表現也不經撞；

所以穩定性成為貨架結構是否倒塌的關鍵原因，也幾乎是主導原因。

國內外標準

國外標準，關于貨架結構設計的EN15512詳細地介紹了根據試驗得出相關依據，例如A.2.7柱腳剛度測試：

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，中間使用實際用到的砼立方體（強度完全同實際使用情況），其表面保持平整，連接螺栓型號規格、孔位位置及孔大小完全同實際使用情況，混凝土立方體的底部為限制豎向旋轉而不限制水平移動的滾珠軸承，立柱兩端為千斤頂，負責施加重合于立柱形心軸的兩個大小相等、方向正好相反的力,C1~C6為類似于傳感器的測量裝置并全置零,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至設計強度，保持不動，并施加F2，觀察位移變化，直到F2達到最大值。此時，可根據力分析圖得到柱腳極限彎矩M和轉角θ，由此確定柱腳極限剛度。

EN標準注重于現場模擬試驗得出極限值指標，也如其中的A2.8立柱片剛度的測試

基于現場試驗的方法是得到真實值貼切的辦法，介于鋼貨架體系的特殊構造：剛度呈現非線性特征；因為開孔，孔位處形成應力集中，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，導致在實際受力時的剛度矩陣隨位移變化而迭代變化，因此直接的理論推導有很大難度。

國內標準：GB 50018-2002《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》其實并未考慮均勻開孔的薄壁立柱，貨架領域對半剛性連接節點的把控，主要通過CECS23:1990的門架試驗進行控制，而對貨架的設計：GB/T28576-2012《工業貨架設計計算》將各構件連接的參數進行了簡化（如剛接），方便計算。

貨架的結構安全

介于從設計、科研考慮的前沿范疇，再到運行維護的現場檢測環節，貨架檢測針對于以下能代表安全隱患的側重面實施現場抽驗（結構安全重視度均用★和☆標出）：

1.立柱垂直度指標★★★★★

立柱垂直度超標將為貨架結構體系失穩創造條件。

垂直度超標的主要原因：在受到水平力的情況下，如輕度碰撞，產生立柱的移動；因頂部側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，進一步使變形增大，最終造成失穩破壞的后果。

其力與位移的關系在其中相互耦合造成失穩，因此應在設計階段、施工安裝階段、現場檢驗階段嚴格控制鋼貨架立柱的垂直度指標。

在T/CSCS032-2022《貨架鋼結構檢測與評定標準》中，第一次對行業內貨架的垂直度指標進行了整合，提出了適用于設計與現場檢驗的直觀數值。

針對于不同貨架類型，貨架立柱垂直度限值如下：

2.橫梁撓度檢測★★★☆☆

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

從結構安全考慮：不開孔的薄壁型鋼，雙軸對稱、慣性矩大，抗彎性能好的截面特征使得在常規重型貨架檢測中檢測橫梁撓度時，檢測數量并沒有垂直度指標的檢測數量多，對于不常規的情況：超載，肉眼可見的橫梁下垂等情況，則應適當加大檢測數量。

對不同的貨架類型的橫梁撓度，國家新規GB/T 41514-2022 《鋼結構貨架使用安全與評估規范》整合了各貨架相關標準的現場評估限值，而T/CSCS032-2022《貨架鋼結構檢測與評定標準》對撓度進行了補充參考。

國家新貨架評估規范GB/T 41514-2022如下：

T/CSCS032-202的指標整合如下：

與撓度相關聯的是在JB/T 14032-2021 《鋼制貨架載荷試驗方法》中的垂直靜載荷試驗和T/CSCS032中的使用性檢測和承載力檢測。均是從強度（承載力）和剛度（使用性）進行試驗加載。

值得注意的是，當橫梁截面太高而本身薄壁的過載情況，可能會產生橫梁的扭轉，產生原因為荷載過大且偏離截面彎心（特別是C型梁截面），因此應實際按照GB/T 27924-2011《工業貨架規格尺寸與額定荷載》進行選取橫梁尺寸，不宜選擇高寬比過大的截面。

小結

鋼貨架作為倉儲物流重要的基礎設施，全維度涉及物流、機械、工程等領域，貨架種類多樣，功能豐富；國內標準體系走向也由前沿的科研學術設計偏向于現場檢驗，從我國出版的第一本鋼貨架設計規范CECS23:1990，到最新出版的GB/T41514-2022《鋼結構貨架使用安全與評估規范》和T/CSCS032-2022《貨架鋼結構檢測與評定標準》，不斷整合迭代并規范貨架重要安全指標的過程，如CECS23中鋼貨架垂直度指標為1/120，到最近變為1/160，也正符合事物發展的正常社會歷史邏輯：由科研到一線的過程以國內潛在巨大的市場價值作為推動，而由一線回歸至科研也是以科學嚴謹的態度去把控產品技術安全指標。