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摘要： 介绍了自动化立体仓库钢货架的设计，结合实际工程的设计，概括了该类结构在体系布置、内力分析及构件承载力验算等方面的基本原则，为同类工程的设计提供了范例和设计依据。
关键词： 库架合一；风荷载；位移
Abstract: the article introduces the automated multi-layered storehouse steel shelves design, combining the actual engineering design, summarized the structure in the system arrangement, internal force analysis and bearing capacity of component checking the basic principle for the design of similar projects provides a model and design basis.
Keywords: library frame unity; The wind load; displacement
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
1、引言
立体仓库近几年在国内有了较大的发展，以其库房的高度优势、较大的库存量、优美现代的外形受到物流界的青睐。当前国内的立体仓库多采用组合式货架，组合式货架是由立柱、横梁等承载构件组装而成的储存货物的钢结构设施，一般由专业的货架公司设计、安装。本文就这一类型的货架设计依据、技术特点、结构体系分析计算作以阐述。
立体仓库分为库架合一式和库架分离式，前者是指立体仓库的货架除承受货物的荷载外，还作为库房的骨架支撑着屋面和墙面围护，承担水平风荷载及地震力。后者是指立体仓库的货架与库房结构相互独立，立体仓库的货架安装在完工后的库房内。两者的特点比较如下：1.库架分离式立体仓库因其高度受到结构厂房的限制，一般不能过高。而库架合一式立体仓库由于实现了库架合一，能够承受较大的风载，因此其高度较高，能够更有效合理地利用空间。2.对于立体仓库方案设计而言，最忌讳的是库内的结构立柱，它的存在使立体仓库的货架所占用的空间加大，会浪费整列货位，使得立体仓库的宽度增大。库架合一可实现库内无立柱，在空间上更有优势。3.在受力性能上，库架合一实现货架、屋架、围护结构、基础形成了一个刚体，整体结构承受风荷载和抗震能力大大提高。4.库架合一式立体仓库的综合造价低于库架分离式立体仓库。5.施工安装方面，库架合一式立体仓库施工顺序是：基础——货架安装——堆垛机安装——彩钢板围护，在围护结构安装前吊装堆垛机大件设备更加便利。由此可见库架合一式立体仓库更具优势和发展前景。
本文以实际工程为例，重点探讨库架合一式立体仓库的受力分析和结构计算。
2、工程概况
某自动化立体仓库，宽度7.9米，长度72米，高度23米，横向为两排货架，每排9层货格，货格尺寸：6000mm×2700mm×2400mm（H），每个货格承受车身工件荷载700kg。两排货架中间为巷道，由堆垛机完成货格存取货物的工作。纵向货架立柱间距6.06米，立柱顶部设置横梁支撑屋面系统。主体结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g,第一组。设计基本风压:0.55kN/㎡（重现期n=50）；基本雪压：0.50kN/㎡（重现期n=50）。
立体仓库透视图
货架结构体系布置和建模分析
库架合一式货架结构设计考虑的荷载有恒荷载、货架活荷载（货物重量）、屋面活荷載、雪荷载、风荷载和地震力作用，应按上列荷载效应的最不利组合设计。本工程货架钢结构采用平面杆系结构分析建模，采用建研院编制的PKPM系列STS程序进行建模计算，分别计算横向和纵向平面杆系的受力。货架结构构件与连接的计算、构造要求、支撑布置以及柱脚底板设计等均符合钢结构设计的相关要求。货架立柱除按照压弯构件计算整体结构的强度、稳定性及柱顶侧移外，尚应计算柱肢及腹杆的强度和稳定性。
货架横向按有侧移刚架计算，货架纵向设柱间支撑，按无侧移刚架计算。除两端单元内设置柱间支撑，中间位置也设一道柱间支撑。由于沿巷道两侧要满足货物的存取，在巷道侧无法设置垂直支撑，在巷道两侧的边列柱设置垂直支撑，货架纵向通过货格横梁连接，横梁兼做纵向系杆。此外，每两层货格设一道水平支撑，在平面内形成封闭系统，以增强结构的整体性。在巷道顶部设有天轨，天轨与货架顶部横梁连接，天轨对堆垛机起导向作用，必须保证其水平度与垂直度。
货架纵向杆系布置图
4、设计目标及控制要点
库架合一式货架的加工和安装精度要求很高，为了保证堆垛机设备的正常使用，货架立柱的垂直偏差、位移、沉降差均有很高的要求。
本项目货架立柱截面采用Q235国标热轧型钢，12.79m以下采用HW150X150,12.79m以上采用HW125X125，横杆及斜腹杆采用圆钢管(后为热镀锌方便改为热轧H型钢)，货格横梁采用冷弯C型钢C200x80x20x2.5，横梁挠度限值为l/200，且≤15mm。计算模型的节点选取，假定货架片横杆和斜腹杆与立柱连接均为铰接，立柱柱脚和基础埋板在两水平方向均按铰接考虑。货架杆件截面的选择及长细比应满足《钢结构设计规范》和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的要求，构件的强度及挠度应满足设计要求。
风荷载是库架合一式立体仓库受力计算的重点。本工程立体库高23米，风荷载作用下货架顶部的位移控制是关键所在，根据欧盟标准FEM9.831《有轨巷道堆垛起重机设计规范高架仓库的公差、变形和间隙》，货架柱顶水平位移限值的控制条件为：在50%风压力作用下柱顶水平位移不大于高度的1/1000，即位移量不大于23mm。根据所选构件截面计算，柱顶位移为22.9mm，满足位移控制条件要求。风荷载作用下全库空载状态时，货架柱底会出现向上拉力，应进行货架结构的整体倾覆计算。为了保证柱脚节点的安全可靠性，柱脚基础埋板采用2根[20a槽钢（带端板）锚固于基础。所有柱脚底板均用可调螺栓调平后与基础埋板围焊固定。
货架结构的基础除满足上部结构的承载要求外，还应根据使用要求严格控制基础的不均匀沉降，因此采用足够刚度的整体式基础是必要的。本工程地基经过强夯处理，处理后承载力达到280KPa。货架基础设计采用600厚整体筏板，满足整体结构的抗倾覆计算，同时有利于控制不均匀沉降。
货架立面图 左风荷载作用下位移值
5、围护结构
墙面围护采用横板布置，横板跨度4500，沿货架高度方向间隔4800左右设置水平放置的工形传递梁HN198x99，沿外墙周圈间隔4500布置方钢管160x3.0，横板与方钢管固定，方钢管通过水平传递梁将风荷载传至货架。
屋面采用复合夹芯板，连续搭接檩条。
6、结论及应用前景
本文针对货架结构的受力特点，通过工程实例分析，详细介绍了货架结构的荷载取值、模型建立、结构体系布置，可作为类似工程的设计参考。库架合一式立体仓库设计需要了解立体仓库的用途和工艺要求。重点在柱顶位移的控制，连接节点的设计及节点构造做法也非常重要，要保证节点的可靠性，不但要满足受力特性的要求，还要考虑施工安装的便利。结构体系要满足工艺使用要求，在计算分析和施工图设计环节中作进一步的细化分析处理。
在我国，库架合一自动化立体仓库有很好的发展前景，无论是生产过程仓库还是产成品仓库，库架合一非常适合现代化工厂的理念，货位数、效率和空间能够最合理配置，随着我院承接各类设计业务的涉及面不断扩展，接触到组合式货架体系的结构形式越来越多。以前立体仓库的上部结构基本由专业货架公司设计，该项目货架承包商将设计任务委托给我院，由结构专业设计货架结构，这对我院是一次有意义的尝试，可为我院今后承接类似项目的设计提供参考。货架结构是一种特殊的结构形式，想要掌握并精通这类结构的设计还需要接触更多的实际工程并进行深入的分析研究。
参考文献
[1] FEM9.831《有轨巷道堆垛起重机设计规范高架仓库的公差、变形和间隙》
[2] 钢货架结构设计规范 JBJ9-97
[3] 《CECS23:90中国工程建设标准化协会标准钢货架结构设计规范》
[4] 手册编辑委员会；钢结构设计手册（上册）；中国建筑工业出版社；2004.1
[5] 李新荣，魏才昂，丁峙崐等；钢结构结点设计手册（第二版）；中国建筑工业出版社；2005.4
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词： 库架合一；风荷载；位移
Abstract: the article introduces the automated multi-layered storehouse steel shelves design, combining the actual engineering design, summarized the structure in the system arrangement, internal force analysis and bearing capacity of component checking the basic principle for the design of similar projects provides a model and design basis.
Keywords: library frame unity; The wind load; displacement
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
1、引言
立体仓库近几年在国内有了较大的发展，以其库房的高度优势、较大的库存量、优美现代的外形受到物流界的青睐。当前国内的立体仓库多采用组合式货架，组合式货架是由立柱、横梁等承载构件组装而成的储存货物的钢结构设施，一般由专业的货架公司设计、安装。本文就这一类型的货架设计依据、技术特点、结构体系分析计算作以阐述。
立体仓库分为库架合一式和库架分离式，前者是指立体仓库的货架除承受货物的荷载外，还作为库房的骨架支撑着屋面和墙面围护，承担水平风荷载及地震力。后者是指立体仓库的货架与库房结构相互独立，立体仓库的货架安装在完工后的库房内。两者的特点比较如下：1.库架分离式立体仓库因其高度受到结构厂房的限制，一般不能过高。而库架合一式立体仓库由于实现了库架合一，能够承受较大的风载，因此其高度较高，能够更有效合理地利用空间。2.对于立体仓库方案设计而言，最忌讳的是库内的结构立柱，它的存在使立体仓库的货架所占用的空间加大，会浪费整列货位，使得立体仓库的宽度增大。库架合一可实现库内无立柱，在空间上更有优势。3.在受力性能上，库架合一实现货架、屋架、围护结构、基础形成了一个刚体，整体结构承受风荷载和抗震能力大大提高。4.库架合一式立体仓库的综合造价低于库架分离式立体仓库。5.施工安装方面，库架合一式立体仓库施工顺序是：基础——货架安装——堆垛机安装——彩钢板围护，在围护结构安装前吊装堆垛机大件设备更加便利。由此可见库架合一式立体仓库更具优势和发展前景。
本文以实际工程为例，重点探讨库架合一式立体仓库的受力分析和结构计算。
2、工程概况
某自动化立体仓库，宽度7.9米，长度72米，高度23米，横向为两排货架，每排9层货格，货格尺寸：6000mm×2700mm×2400mm（H），每个货格承受车身工件荷载700kg。两排货架中间为巷道，由堆垛机完成货格存取货物的工作。纵向货架立柱间距6.06米，立柱顶部设置横梁支撑屋面系统。主体结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g,第一组。设计基本风压:0.55kN/㎡（重现期n=50）；基本雪压：0.50kN/㎡（重现期n=50）。
立体仓库透视图
货架结构体系布置和建模分析
库架合一式货架结构设计考虑的荷载有恒荷载、货架活荷载（货物重量）、屋面活荷載、雪荷载、风荷载和地震力作用，应按上列荷载效应的最不利组合设计。本工程货架钢结构采用平面杆系结构分析建模，采用建研院编制的PKPM系列STS程序进行建模计算，分别计算横向和纵向平面杆系的受力。货架结构构件与连接的计算、构造要求、支撑布置以及柱脚底板设计等均符合钢结构设计的相关要求。货架立柱除按照压弯构件计算整体结构的强度、稳定性及柱顶侧移外，尚应计算柱肢及腹杆的强度和稳定性。
货架横向按有侧移刚架计算，货架纵向设柱间支撑，按无侧移刚架计算。除两端单元内设置柱间支撑，中间位置也设一道柱间支撑。由于沿巷道两侧要满足货物的存取，在巷道侧无法设置垂直支撑，在巷道两侧的边列柱设置垂直支撑，货架纵向通过货格横梁连接，横梁兼做纵向系杆。此外，每两层货格设一道水平支撑，在平面内形成封闭系统，以增强结构的整体性。在巷道顶部设有天轨，天轨与货架顶部横梁连接，天轨对堆垛机起导向作用，必须保证其水平度与垂直度。
货架纵向杆系布置图
4、设计目标及控制要点
库架合一式货架的加工和安装精度要求很高，为了保证堆垛机设备的正常使用，货架立柱的垂直偏差、位移、沉降差均有很高的要求。
本项目货架立柱截面采用Q235国标热轧型钢，12.79m以下采用HW150X150,12.79m以上采用HW125X125，横杆及斜腹杆采用圆钢管(后为热镀锌方便改为热轧H型钢)，货格横梁采用冷弯C型钢C200x80x20x2.5，横梁挠度限值为l/200，且≤15mm。计算模型的节点选取，假定货架片横杆和斜腹杆与立柱连接均为铰接，立柱柱脚和基础埋板在两水平方向均按铰接考虑。货架杆件截面的选择及长细比应满足《钢结构设计规范》和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的要求，构件的强度及挠度应满足设计要求。
风荷载是库架合一式立体仓库受力计算的重点。本工程立体库高23米，风荷载作用下货架顶部的位移控制是关键所在，根据欧盟标准FEM9.831《有轨巷道堆垛起重机设计规范高架仓库的公差、变形和间隙》，货架柱顶水平位移限值的控制条件为：在50%风压力作用下柱顶水平位移不大于高度的1/1000，即位移量不大于23mm。根据所选构件截面计算，柱顶位移为22.9mm，满足位移控制条件要求。风荷载作用下全库空载状态时，货架柱底会出现向上拉力，应进行货架结构的整体倾覆计算。为了保证柱脚节点的安全可靠性，柱脚基础埋板采用2根[20a槽钢（带端板）锚固于基础。所有柱脚底板均用可调螺栓调平后与基础埋板围焊固定。
货架结构的基础除满足上部结构的承载要求外，还应根据使用要求严格控制基础的不均匀沉降，因此采用足够刚度的整体式基础是必要的。本工程地基经过强夯处理，处理后承载力达到280KPa。货架基础设计采用600厚整体筏板，满足整体结构的抗倾覆计算，同时有利于控制不均匀沉降。
货架立面图 左风荷载作用下位移值
5、围护结构
墙面围护采用横板布置，横板跨度4500，沿货架高度方向间隔4800左右设置水平放置的工形传递梁HN198x99，沿外墙周圈间隔4500布置方钢管160x3.0，横板与方钢管固定，方钢管通过水平传递梁将风荷载传至货架。
屋面采用复合夹芯板，连续搭接檩条。
6、结论及应用前景
本文针对货架结构的受力特点，通过工程实例分析，详细介绍了货架结构的荷载取值、模型建立、结构体系布置，可作为类似工程的设计参考。库架合一式立体仓库设计需要了解立体仓库的用途和工艺要求。重点在柱顶位移的控制，连接节点的设计及节点构造做法也非常重要，要保证节点的可靠性，不但要满足受力特性的要求，还要考虑施工安装的便利。结构体系要满足工艺使用要求，在计算分析和施工图设计环节中作进一步的细化分析处理。
在我国，库架合一自动化立体仓库有很好的发展前景，无论是生产过程仓库还是产成品仓库，库架合一非常适合现代化工厂的理念，货位数、效率和空间能够最合理配置，随着我院承接各类设计业务的涉及面不断扩展，接触到组合式货架体系的结构形式越来越多。以前立体仓库的上部结构基本由专业货架公司设计，该项目货架承包商将设计任务委托给我院，由结构专业设计货架结构，这对我院是一次有意义的尝试，可为我院今后承接类似项目的设计提供参考。货架结构是一种特殊的结构形式，想要掌握并精通这类结构的设计还需要接触更多的实际工程并进行深入的分析研究。
参考文献
[1] FEM9.831《有轨巷道堆垛起重机设计规范高架仓库的公差、变形和间隙》
[2] 钢货架结构设计规范 JBJ9-97
[3] 《CECS23:90中国工程建设标准化协会标准钢货架结构设计规范》
[4] 手册编辑委员会；钢结构设计手册（上册）；中国建筑工业出版社；2004.1
[5] 李新荣，魏才昂，丁峙崐等；钢结构结点设计手册（第二版）；中国建筑工业出版社；2005.4
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。