立体库钢货架结构水平拉杆布置研究

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1、立体库钢货架结构水平拉杆布置研宄摘要：立体库钢货架结构背靠背水平拉杆布置对结构的稳定性具有重要作用。本文通过有限元屈曲分析发现，不设置背靠背水平拉杆的货架结构背拉杆失效，结构会发生相对侧移失稳；设置背靠背水平拉杆的货架结构变形方向一致，背拉杆发挥作用抵抗结构侧移。因此建议实际设计中合理设置背靠背水平拉杆。关键词：立体库钢货架、结构设计、背拉杆、7K平拉杆一、引言立体库钢货架结构高度较大，纵向一般设置背拉体系以提高结构的抗侧刚度，以保证结构在地震等侧向水平荷载作用下的稳定。背拉体系包括背拉杆与水平拉杆，如图1所示。出于货物存取对空间需求的考虑，背拉杆一般设置

2、在两列货架的中间即背靠背处，两侧通过水平拉杆将不同平面内的货架结构连接至背拉杆，从而使整个结构上的侧向水平荷载都能传递到背拉杆上。合理的设计可使结构在侧向水平荷载作用下，不发生侧向倒塌；设置过多无效的构件则造成材料浪费、占用空间等不合理情况。而实际设计中的立体库钢货架，大都没有设置背靠背水平拉杆，如此设计可能不合理，结构存在安全隐患。《钢结构设计规范》(GB50017-2003)将框架分为三类：无支撑纯框架、强支撑框架和弱支撑框架，不同类别的结构采用不同的内力分析方法，然而判定规则较为复杂。BSEN15512：2009规范采用临界荷载系数入将货架结构分有侧

3、移、部分侧移和无侧移三类，规定有侧移结构应采用二阶分析，部分侧移结构可间接考虑二阶效应，而无侧移结构采用一阶分析即可。背拉体系主要影响立体库钢货架在纵向的稳定性。本文采用有限元分析软件SAP2000建立三维空间模型，通过线性屈曲分析获取立体库钢货架结构纵向的屈曲系数(即临界荷载系数)，通过对比背靠背处不同的水平拉杆布置对应的屈曲系数，分析其对立体库钢货架结构的影响。二、有限元基准模型根据某实际项目中的立体库钢货架结构尺寸，建立如图2所示的三维有限元模型。立体库钢货架总高度11200mm，横梁长度2400mm，横梁跨数12跨，载重层数5层，每货格双托盘，单托

4、盘载重1000kg。约束柱脚节点X、y、z向平动自由度，约束梁柱节点y向自由度，梁柱采用半刚性连接，所有拉杆、横斜补两端采用铰接。调整背拉杆与背靠背处水平拉杆的截面，使结构在竖向荷载作用下屈曲分析得到的整体屈曲系数为10（无侧移最低限值），定义此模型为基准模型，并规定基准模型对应的背拉杆系数3与背靠背水平拉杆系数a分别为1.0。之后针对a与P进行参数分析，参数变化见表1。三、分析对比不同背拉杆系数3下，背靠背水平拉杆系数a变化引起的结构屈曲系数，见图3。1.不同背拉杆系数B对应的背靠背水平拉杆系数a屈曲系数X曲线趋势一致，初期随着3的增大入迅速增大，之后逐

5、渐趋于平缓。这表明背靠背处水平拉杆的设置对屈曲系数影响很大，特别是当a=0时，即不设置背靠背水平拉杆时，结构的屈曲系数为3.5左右，远小于无侧移最低限值10，此时结构的屈曲模态如图4所示。背拉杆两侧立体库钢货架向不同方向侧移屈曲，背拉杆失效。如果此时还按照无侧移结构设计，那么结果是偏于不安全的。应按照有侧移结构设计，但是此种情况下一般选材很大或者设计校核不满足要求。同时表明，背靠背处水平拉杆设置不需要无条件放大，存在一最优化限值。设置背靠背处水平拉杆，结构屈曲系数大于10时，背拉杆两侧的立体库钢货架向一个方向侧移屈曲,如图5所示，背拉杆才会起到抗侧移作用。

6、2.背拉杆系数增大，则屈曲系数趋于稳定所需的背靠背水平拉杆系数也相应增大。这表明背拉杆与水平拉杆的设置是相互配合与影响的，无条件增大任何一种构件的截面都不会达到最优的效果。四、结论立体库钢货架结构不设置背靠背水平拉杆，会导致背拉杆失效，结构纵向抗侧移能力较弱，属于有侧移结构；在设置背靠背水平拉杆后，背拉杆发挥作用能有效增强结构抗侧移能力，使结构转变为无侧移结构。因此建议设计中必须设置背靠背处水平拉杆。背靠背处水平拉杆设置应与背拉杆设置互相配合，不用无条件增大，建议最低设置能保证结构纵向的屈曲系数不小于10。