10 Статический расчет стеллажей
10.1 Основные положения
10.1.1 Основные положения
Расчет стеллажей следует проводить в два этапа. На первом этапе проводят статический расчет конструкции в целях определения распределения внутренних усилий и перемещений. На втором этапе необходимо осуществлять проверку прочности, жесткости и устойчивости отдельных элементов конструкции (на наличие в них достаточного сопротивления) в предельном состоянии несущей способности и во избежание развития недопустимых деформаций в предельном состоянии эксплуатационной пригодности.
Для статического расчета необходимо использовать центр тяжести поперечного сечения брутто или редуцированного поперечного сечения, геометрические свойства которых используются в дальнейшем.
Паллетные стеллажи обычно изготавливают из холодноформованных профилей. Для стеллажей используют линейные методы статического расчета. При этом в расчетах соединений допускается учитывать их нелинейное поведение при условии, что используемая нелинейная характеристика основана на результатах испытаний, которые имеют соответствующий диапазон углов поворота.
Также допускается использовать физически нелинейный расчет, если сечения, в которых наблюдаются пластические деформации, удовлетворяют критериям, изложенным в (2) и [3] для нелинейного расчета, а также условиям долговечности.
10.1.2 Плоскостной анализ
Паллетный стеллаж представляет собой пространственную конструкцию, для упрощения статического расчета которой допускается рассматривать стеллаж как набор плоских рам. расположенных в вертикальных плоскостях параллельно и перпендикулярно проходам, а также в горизонтальной плоскости, каждую из которых рассматривают как независимый функциональный элемент. Допускается не учитывать несовершенства одной плоскости при проведении статического расчета другой плоскости. При этом при расчете элемента необходимо учесть воздействия в одной плоскости. влияющие на поведение в другой с использованием соответствующих уравнений взаимодействия.
Расчет может быть основан на подробном пространственном анализе в соответствии с 10.1.3.
Данный раздел распространяется как на стеллажи с крестовыми раскосами жесткости, так и на стеллажи без таких раскосов в соответствии с 5.1.2 и 5.1.3.
10.1.3 Усовершенствованный пространственный анализ
Статический анализ должен базироваться на подробном пространственном коиечпоэлементном нелинейном анализе, полностью учитывающем все требования настоящего стандарта. Используемая методика должна соответствовать (2) [п. 5.3.2 (11)).
Анализ следует проводить по следующим параметрам:
a) Общим несовершенствам как в Х-, так и в У-направлении.
b) Несовершенствам элемента (изначально изогнутые элементы) должны соответствовать указанным в [2] [п. 5.3.2 (11)). При определении кривой продольного изгиба по результатам испытаний (в соответствии с А.2.3), значение aLT должно определяться по кривой, аппроксимирующей результаты испытаний.
48
ГОСТ Р 56567—2015
c) Эксцентриситетам в соединениях (при необходимости).
d) Потере устойчивости формы сечения.
e) И эгибно-крут ильной потери устойчивости элементов.
0 воздействию депланации при крутильной форме потери устойчивости, кручении и эксцентриситета центра изгиба.
При уточненном расчете не учитывается местная потеря устойчивости элемента, т. в. понижающий коэффициент х s 1 (по напряжениям потери устойчивости).
10.2 Процедура расчета
10.2.1 воздействия
10.2.1.1 Основные положения
Расчет конструкции стеллажей проводят с учетом воздействий, описанных в разделе 6.
10.2.1.2 Расчетные значения
Расчетное значение воздействия как в предельном состоянии несущей способности, так и предельном состоянии эксплуатационной пригодности должно быть получено путем умножения воздействий на коэффициенты нагрузки, указанные в 7.4, и коэффициенты сочетания, указанные в 7.2 и 7.3.
10.2.2 Алгоритм расчета
10.2.2.1 Основные положения
Анализ стеллажей должен проводиться сначала в Х-направлении. а затем в /-направлении. При расчете стоек усилия, получаемые в результате проведения двух данных анализов, должны быть объединены с помощью формул взаимодействия, приведенных в 9.7. Прочие элементы следует рассчитывать на основе анализа рамы в какой-либо из плоскостей.
Примечание — Расчет стоек подразумевает сочетание осевой нагрузки (включающей нагрузку от хранимых материалов и увеличивающуюся за счет любых дополнительных осевых нагрузок) с изгибающими моментами относительно обеих осей сечения. В соответствии с 5.3.2 отклонения от вертикальной плоскости и нагрузки при размещении могут учитьваться в одном направлении одновременно.
10.2.2.2 Комбинации нагрузок для анализа в Х-направлении
Конструкция должна быть рассчитана в Х-направлении при действии следующих комбинированных нагрузок:
a) собственный вес конструкции, включая постоянные нагрузки;
b) временная нагрузка от штабелирующей техники;
c) временная нагрузка на переходы или полы;
d) воздействия, возникающие вследствие несовершенств в Х-направлении;
e) временная нагрузка от хранимых материалов. При учете временной нагрузки от хранимых материалов необходимо рассмотреть наименее благоприятную схему нагружения для каждого из следующих критериев;
• общая устойчивость в Х-направлении;
• изгиб и потеря устойчивости стоек;
— прогибы балок и изгибающие моменты середины пролета;
• моменты е соединениях балок со стойками.
Для оценки общей устойчивости в Х-направлении необходимо рассматривать полностью нагруженную конструкцию с воздействиями, возникающими вследствие несовершенств, как указано в 5.3.
При расчете стоек необходимо рассматривать случай полного нагружения, а также случай нагружения по приведенным ниже схемам. При расчетах стеллажа может быть достаточно рассмотрения схемы нагружения в виде полностью нагруженной конструкции, за исключением одной ненагруженной пары балок в средней части конструкции стеллажа на нижнем уровне (см. рисунок 27а). В стеллажах с крестовыми раскосами жесткости необходимо рассмотреть схему нагружения, вызывающую кривизну стоек в одном направлении, как показано на рисунке 27Ь.
Примечание 1 — При нахождении нижней балки близко к уровню пола необходимо рассмотреть вариант схемы нагружения а соответствии с рисунком 27с.
Примечание 2 — Данный анализ завышает основные осевые нагрузки и изгибающие моменты, действующие на стоюси в Х-направлении. Допускается применять линейный анализ для расчета вариантов схем нагружения в тех случаях, когда данные результаты сочетаются с результатами нелинейного анализа при условии полного нагружения.
49
ГОСТ Р 56567—2015
Упругая связь
27а — Расчетная схеыа нагружения сюплажз баз крестовых раскосов жесткости
27Ь — Расчетная схеыа нагружения стеллажа с хрестовыыи раскосаыи жесткости
Упругая связь
Рисунок 27с — Дополнительная схема нагружения при нахождении нижней бати возле уровня пола
Рисунок 27 — Схемы нагружения для расчета в Х-направлении
50
ГОСТ Р 56567—2015
10.2.2.3 Сочетания нагрузок для расчета е /-направлении
Конструкция должна быть рассчитана е /-направлении для следующих комбинаций нагрузок.
a) собственный вес конструкции, включая постоянные нагрузки;
b) временная нагрузка от хранимых материалов:
c) временная нагрузка на переходы или полы;
d) временная нагрузка от штабелирующей техники (например, нагрузки при размещении в соответствии с 6.3.3 и 6.3.4);
e) воздействия, возникающие вследствие несовершенств в /-направлении.
Примечание 1 — Рассмотрение схем нагружения для данных сочетаний нагрузок не требуется.
Примечание 2—Нагрузки от штабелирующей техники обычно возникают по горизонта™ 8 /направлении.
Примечание 3 —Данный анализ завышает изгибающие моменты и вторичные осевые нагрузки е стойках.
10.2.2.4 Допустимые отклонения от вертикальной плоскости в Х-направлекии
Для конструкции высотой Л отклонение от вертикальной плоскости полностью нагруженного стеллажа с учетом воздействий, возникающих вследствие несовершенств, указанных в 5.3 (но не нагрузок при размещении, указанных в 6.3.4.3), должно быть меньше, чем допустимые отклонения от вертикальной плоскости для предельного состояния эксплуатационной пригодности, определенного
в 11.2.
При необходимости проведения классификации рам в соответствии с 10.3.3 в расчете необходимо учитывать нелинейные эффекты.
10.2.3 Расчет стеллажей с крестовыми раскосами и без них в Х-направлении
Устойчивость в Х-направлении должна быть подтверждена расчетом, учитывающим следующие факторы:
a) дестабилизирующее воздействие осевых сжимающих нагрузок на стойки (геометрическая нелинейность);
b) моментно-поворотные характеристики соединения балки со стойкой;
c) моментно-поворотные характеристики соединения стойки стеллажа с полом:
d) жесткость раскосной системы и узлов рамы к действию поперечной силы;
e) моментно-поворотные характеристики стыковых соединений стоек;
0 воздействия, возникающие в результате наличия несовершенств в Х-направлении. как указано е 5.3.
Жесткость раскосной системы и узлов рамы при действии поперечной силы необходимо определять путем проведения испытания, аналогичного описанному в А.2.8. поскольку данное значение рассчитать затруднительно.
Примечание 1 — Раскосы рамы обеспечивают дополнительные осевые усилия в смежных стойках рамы, которые должны рассматриваться при расчете данных элементов.
Примечание 2 — Горизонтальные крестовые раскосы жесткости также передают горизонтальные нагрузки в Х-капраалекии е плоскость вертикального крестового раскоса жесткости и таким образом обеспечивают дополнительное осевое усилие на соседние стойки, которое необходимо учитывать при расчете данных элементов.
Примечание 3 — Описанные в примечаниях 1 и 2 варианты учитываются, обеспечивая возможность рамы с крестовыми раскосами жесткости функционировать в качестве вертикального раскоса жесткости.
Примечание 4 — Стеллажи могут прикрепляться в Х-направлении к элементам строительных конструкций зданий и сооружений (см. 7.7). В таком случае при расчете необходимо учитывать усилие и жесткость соединительных элементов и элементов строительных конструкций зданий и сооружений.
Примечание 5 — При использовании расчетных схем, показанных на рисунках 28. 29. изгибающие моменты в кроншгетах и торцах балок допускается корректировать с учетом толщины стоек.
Типовые расчетные схемы показаны на рисунках 28 и 29.
51
ГОСТ Р 56567—2015
Упругая связь
Упругая связь
26а — Стеллаж без крестовых раскосов жесткости, имеющий исходное отклонение от вертикальной плоскости *
28Ь — Эквивалентная система нагружения для стеллажа без крестовых раскосов жесткости
Рисунок 28 — Расчетная схема конструкции стеллажа без крестовых раскосое жесткости для оценки устойчивости в Х-нзправлении
Упругая связь
Упругоя связь
29а — Стеллаж с крестовыми раскосами жесткости, имеющий исходное отклонение от вертикальной плоскости f
29Ь — Эквивалентная система нагружения для стеллажа с крестовыми раскосами жесткости
Рисунок 29 — Расчетная схема конструкции стеллажа с крестовыми раскосами жесткости для оценки устойчивости в Х-направлении
10.2.4 Моментно*ловоротные характеристики кронштейнов балок
Моментно-ловоротмые характеристики кронштейнов балки в соединении со стойкой должны определяться как расчетные значения жесткости и момента сопротивления путем проведения испытаний в соответствии с А.?.4.
52
ГОСТ Р 56567—2015
10.2.5 Моментнонюворотные характеристики узла крепления
стоек к полу
Жесткость узла крепления стоек к полу можно рассматривать как жесткость соединения, работающего на изгиб.
Для стоек с торцами, перпендикулярными оси стойки, жесткость соединения стойки с полом может приниматься как Ely/h, где
Е1у — изгибная жесткость стойки в Х-направлении (относительно оси Y); h — высота первого уровня балки с минимальным значением 1 м.
Расчет профиля стойки и подпятника должен зависеть от внутренних усилий, полученных в ходе статического расчета.
При использовании большего значения жесткости узла крепления стоек к полу в расчете оно должно быть определено экспериментальным путем (в соответствии с А.2.7) с осевой нагрузкой, соответствующей предельному состоянию несущей способности рассчитываемой конструкции.
Допускается использовать большее количество вариантов жесткости и прочности с осевой нагрузкой.
Необходимо проводить проверку расчетов, которая учитывает варианты прочности и жесткости узла крепления стоек к полу в соответствии с вариантами осевой нагрузки.
16.3 Расчет стеллажей с крестовыми раскосами жесткости и без них в /•направлении
10.3.1 Основные положения
Устойчивость стеллажа в /-направлении должна быть подтверждена расчетом, учитывающим следующие факторы:
a) жесткость раскосной системы и узлов рамы к действию поперечной силы (значение определяют экспериментальным путем в соответствии с А.2.8):
b) моментно-поворотные характеристики стыковых соединений стоек;
c) нагрузки, создаваемые штабелирующей техникой:
d) моментно-поворотные характеристики соединения стойки стеллажа с полом;
в) общая устойчивость рамы с крестовыми раскосами жесткости;
0 воздействия, возникающие вследствие несовершенств в /-направлении, как указано в 5.3.3.
Упругость соединения стойки с полом может учитываться в случае гарантии постоянного обеспечения полного контакта подпятника с полом.
Примечание — Принято учитывать шарнирное соединение между стойками и полом. Типовая расчетная схема представлена на рисунке 30.
10.3.2 Потеря устойчивости одной из стоек рамы под действием неравномерной нагрузки
Неравномерное сжатие стоек рамы возникает по причинам:
a) исходного несовершенства в вертикальной плоскости;
b) временной горизонтальной нагрузки:
c) влияния геометрической нелинейности.
Необходимо проверить наиболее интенсивно нагруженную стойку на изгибно-крутильную форму потери устойчивости (в Х-направлении) при неравномерном сжатии двух стоек рамы. Данная проверка не является определяющей для стеллажа без крестовых раскосов жесткости.
10.3.3 Классификация рам
Классификация рам основана на соотношении критического упругого нагружения
При VsJVa S0.1 рама должка классифицироваться как рама с отсутствием отклонений от вертикальной плоскости, т. е. ее реакция на горизонтальные усилия в одной плоскости достаточно жесткая для того, чтобы обеспечить приемлемую точность и не принять во внимание дополнительные внутренние усилия или моменты, возникающие в результате горизонтального смещения узлов. В таком случае достаточно проведения линейного анализа.
Любую другую раму следует классифицировать как раму с отклонениями от вертикальной плоскости и при расчете необходимо учитывать воздействие горизонтального смещения ее узлов.
Методики расчета значений /с, достаточной точности для классификации рам приведены в приложениях В. С. G.
Примечание — Стеллажи без крестовых раскосов жесткости рассматривают как имеющие отклонения от вертикальной плоскости в Х-направпении и требуют учета геометрической нелинейности.
53
ГОСТ Р 56567—2015
Этапы расчета представлены в 10.4.
При 0.1 < VsJV,.f s 0.3 допускается использовать 2-й этап расчета, при котором геометрическую нелинейность учитывают косвенно. При VsJVcr > 0.3 необходимо использовать 1-й этап расчета, при котором геометрическая нелинейность учитывается непосредственно.
Примечание — Предельное отношение, при котором точный анализ второго порядка приобретает обязательный характер, выше установленного а [2]. Это связано с тем. что промышленно производимые стеллажи имеют более жесткие допуски, чем обычные строительные конструкции, а также обладают упругими соединениями и типовым исполнением. Совпадение результатов между точными и приближенными методами близко настолько, что диапазон применимости приближенных методов может быть увеличен.
X — оси, проходящие через центр масс полною поперечною сечения стоек. А — нагрузка при размещении,
С — боковая нагрузка а результате воздействия штабелирующей техники: D — ширина рамы.
F — нагрузки, вызванные несовершенствами конструкции: Н,-Н6 — расстояние между балками: IV — нагрузка на балку: ф — несовершенство е виде отклонения от аертикальной плоскости
Рисунок 30 — Расчетная схема для расчета на устойчивость а /-направлении конструкций стеллажа с крестовыми раскосами жесткости
Примечание 1 — Раскосная система рамы может иметь пониженную жесткость (см. приложение G) или упругую связь с обоих концов.
Примечание 2 — В расчетных схемах, представленных на рисунке 30. эксцентриситеты раскосов должны удовлетворять требованиям 5.3.6.
10.4 Методы проведения статического расчета
Проведение комплексного анализа всей рамы или репрезентативного количества секций стеллажа в X• либо /-направлении должно быть выполнено одним из двух способов.
Этап 1: Используют геометрически нелинейный анализ или физически нелинейный анализ, в котором элементы конструкции смоделированы стержневыми элементами и соединения обладают соответствующими моментно-ловоротными характеристиками.
Существует два альтернативных способа рассмотрения крутильной жесткости кронштейнов балок:
1) Кронштейны балки можно смоделировать в виде торсионов постоянной жесткости. 8 этом случае
люфт кронштейнов балки можно отнести к несовершенствам рамы в соответствии с 5.3.2.
54
ГОСТ Р 56567—2015
2) Кронштейны балки можно смоделировать в виде нелинейных торсмонов. В этом случае люфт соединения кронштейнов балки и стойки можно либо учесть в нелинейной характеристике торсиока. либо рассматривать его в соответствии с 5.3.2.
Этап 2: Используют линейный анализ, в котором элементы конструкции смоделированы стержневыми элементами и соединены с помощью торсионов и в котором нелинейные эффекты оцениваются косвенно одним из нижеприведенных методов:
а) Используют метод увеличенных моментов (описанный в приложении В), при котором значения моментов, вызывающие отклонения от вертикальной плоскости, полученные в ходе линейного анализа. увеличиваются путем умножения их на коэффициент
_ Кг
V.-4
(45)
При использовании метода увеличенных моментов для расчетов следует использовать те же расчетные длины, что и при отсутствии отклонения от вертикальной плоскости.
b) Приведенный в приложении С метод, который использует упрощенные уравнения, считается версией метода анализа увеличенных моментов и требует соблюдения тех же требований.
c) Любое другое упрощение влияния нелинейных эффектов возможно при условии, что результаты расчета при данном упрощении соответствуют результатам расчета при нелинейном анализе и являются консервативными.
При использовании методов, указанных в приложениях В или С. и при наличии стыкового соединения ниже уровня третьей балки должно быть либо подтверждено, что стыковое соединение не приводит к потере жесткости, либо проведен полный нелинейный анализ с учетом гибкости стыкового соединения.
Примечание 1 — Моменты отклонения от вертикальной плоскости — это моменты, которые связаны с горизонтальным поступательным движением балки относительно уровня балки ниже. Они возникают вследствие горизонтального нагружения, но также могут возникнуть вследствие нагружения вдль оси Z при асимметри’+юсти конструкции или нагрузки.
Примечание 2 — Если у всех секций одна и та же конфигурация уровней балок, при расчетах допукэется использовать наименьшее из следующего числа секций: либо пять секций, либо фактическое количество.
Примечание 3 — Упрощенный метод приложения С можно использовать только для типовых паллетных стеллажей, которые соответствуют нижеуказанным требованиям:
a) длина балок одинакова во всех секциях:
b) практически одинаковая высота уровней хранения ео всех секциях, за исключением первого уровня:
c) одинаковое сечение стоек всего стеллажа:
d) одинаковое сечение балок всего стеллажа:
в) одинаковые уровни балок стеллажа ео всех секциях:
f) одинаковый тип кронштейнов балок стеллажа.
Примечание 4 — Если жесткость и момент сопротивления стыкового соединения равны или больше жесткости и моменту сопротивления наиболее слабой стойки из двух соединенных при той же длине, то е статическом расчете допускается не учитьвагь наличие стыкового соединения.
10.5 Упрощенные методы расчета устойчивости в У-направлвнии
Методика 2-го этапа описана в приложении G и основана на методе увеличенных моментов.
10.6 Расчет стоек
10.6.1 Основные положения
Необходимо проверить, что е предельном состоянии несущей способности стойки удовлетворяют требованиям 9.7 при действии нагрузок, описанных в 6.
10.6.2 Расчетные осевые усилия и изгибающие моменты
Осевые усилия и изгибающие моменты, рассчитанные для предельного состояния несущей способности. должны использоваться непосредственно в соответствующих формулах взаимодействия, приведенных в 9.7.6. при этом необходимо учесть все эффекты геометрической нелинейности, которые появляются вследствие общего поведения конструкции.
Примечание 1 — Расчетное осевое усилив в части стойки представляет собой вертикальное усилие, возникающее вследствие прилагаемой нагрузки, увеличенной за счет дополнительных воздействий вследствие
55
ГОСТ Р 56567—2015
отклонений от вертикальной плоскости в обоих направлениях, которые также могут увеличиваться вследствие влияния несовершенств, нагрузок при размещении, побочных эффектов и пр. (см. 7.1). Даннов осевое усилие должно сочетаться с расчетными изгибающими моментами относительно обеих осей.
Примечание 2 — Наихудший вариант расчета может быть осложнен тем фактом, что нелинейные эффекты 8 одной плоскости могут увеличиваться зз счет нелинейных эффектов в другой плоскости. Учитывать данное взаимодействие необязательно. Расчетная осевая нагрузка на стойку может быть увеличена за счет нелинейных эффектов с несовершенствами в одной плоскости и нелинейных эффектов без несовершенств в другой. Если данный расчет приводит к более высокой осевой нагрузке, чем была использована в соответствующем нелинейном анализе, повторять данный анализ не нужно.
Примечание 3 — В конструкции с крестовыми раскосами жесткости осевые усилия и изгибающие моменты. полученные по результатам линейного анализа по предельному состоянию несущей способности, должны использоваться непосредственно в формулах взаимодействия. Критическими в рамах с крестовыми раскосами жесткости считаются стойки, смежные с раскосом жесткости.
Примечание 4 — Осевые усилия в стойках пролетов с крестовыми раскосами жесткости могут складываться в том числе из действия опрокидывающих моментов вследствие несовершенств рамы. Это повышает осевую нагрузку в одной стойке и может вызвать силу отрывания 8 основании другой стойки. Сопротивление такому отрыванию осуществляется анкерными болтами подпятника.