浅谈仓库货架立柱的设计与选用

       仓库货架是提高仓库使用效率，增强仓库存取效率的重要载体，在各行各业得到了越来越广泛的运用。可拆卸式货架又称组合式货架,层高可按节距任意调节，使货架的层间距可随摆放货物的大小任意调整，增加存货的随意性及灵活性，同时具有构件尺寸小、仓库利用率高、制作方便、可以互换组装且安装周期短等优点，成为货架中应用最广泛的一种。

       立柱又是可拆卸式货架的最终受力支承部件，其设计是整个货架系统的关键，直接关系到结构的安全性和使用的经济性。

       组装式货架主要由立柱片、横梁等基本件和护角、地角、隔撑、隔挡、层板（钢板或木板）等选配件组成。立柱片是货架的主要受力支承部件，承重最大可达21吨。随着货架高度的增加、层数增多，立柱受载大，且大多采用冷弯冲孔薄壁型钢，本身残存一定的加工应力，实际的受力情况也比较复杂，因此立柱的设计选用成为整个货架系统的关键，直接关系到结构的安全性和使用的经济性。

    一 立柱的结构
 
    1 立柱的截面形状
       从截面看，立柱的截面形状有很多种，但就目前市场分布来看，基本上主流型材还是至腾货架的基本型，其中有些型材结构相对比较简单，主要用于轻量型货架；多边辊轧结构相对比较复杂，加工工艺也相对复杂，主要用于中重型货架。由基本型衍生的其他形状主要是在长度较长的边上增加弯折，以提高立柱的刚度和稳定性。在具体设计上，除了考虑强度、刚度和结构的稳定性以外，一般还应考虑具体的成型工艺对孔型的影响、坯料的预加工情况对产品质量的影响，如预冲孔和不在冷弯辊线上的弯曲变形对产品质量的影响，冷弯过程中预冲孔的可能变形性等。在保证配合尺寸公差要求、保证孔距要求的前提下，截面形状的设计应兼顾不同板厚的要求，变形采用固定弯曲半径。

    2 横梁挂接孔
       立柱的正面均匀分布着许多长孔（挂钩孔）和圆孔，用来挂接横梁的挂钩、安装安全销。
       孔型通常采用呈倒八字、菱形或倒梯形，使立柱的长孔与垂直方向有一小角度，挂钩挂上以后在货物重力的作用下自动锁紧，且挂钩与立柱长孔之间为面接触， 受力状态较好，保证使用时更加稳固安全。但是，挂钩孔的开设对立柱的短柱承载能力有很大的影响，开孔后的承载能力是不开孔时承载能力的70%~95%，而且对小规格的立柱的影响更大。因此，在满足横梁挂钩承载能力的条件下，应该使挂钩孔的尺寸和数量尽可能少，以提高货架的整体承载能力。
       目前，我们至腾和其它一些大型货架厂家的货架生产借鉴了欧洲或日本等国家的成熟技术，产品成系列化且结构相对统一，每个系列的产品一般只是外形尺寸和材料壁厚的不同，提高了立柱的生产效率，并易于货架的快速选型。

    3 设计校核
       由于立柱是货架的主要受力件，结构形状相对复杂，并且大多数采用冷弯薄壁型钢（本身残存一定的加工应力），受载情况也比较复杂，尤其是高层货架，层数多，受载大，从而使立柱的设计冗繁，校核复杂，取值的合理与否，直接关系到结构的安全性。

    4 强度与稳定性验算
    （1）强度验算
       我们至腾货架在对立柱进行强度验算时，根据其受载状态的不同，需分别按轴压构件和压弯构件进行验算，计算采用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002)的相关公式。

    （2）稳定性验算
       虽然货架的立柱基本是由薄钢板经冷轧而成，立柱截面经多次弯曲，不会出现局部失稳现象，但是随着货架支柱截面形式的不断丰富和高强钢材的应用，使得受压立柱向着轻型、薄壁的方向发展，容易引起立柱的整体失稳，因此受压立柱构件的稳定性显得更加重要。

       对应于立柱的轴压与压弯受力状态，稳定性验算也应分别按轴压构件和压弯构件这两种情况进行验算，而且既要验算其自身平面内外的稳定性，又要验算柱肢平面内外的稳定性，稳定性验算采用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的相关公式。

       由于人工计算比较繁复，并且容易出错，因此不少学者采用有限元分析的理论，借助ANSYS、NASTRAN等软件，对货架整体或立柱等部分进行数值模拟，对立柱的强度、稳定性进行分析，得出极限承载力和试件的失效模态，同时可对截面形状和各种孔型开设的位置大小进行优化设计。

       分析计算和实践都证实，立柱所用的材料的机械性能、模具的设计、制作精度是影响立柱承载能力和稳定性的主要因素，各种孔型的大小变化对稳定性有直接的影响，材料的截面局部变薄对稳定性的影响不大。