Эти стеллажи решают проблему блочного складирования, когда невозможна установка поддонов друг на друга из-за хрупкости товара. При минимальных потерях пространства на проходы, можно компактно складировать большие количества однородных продуктов в каналах набивных стеллажей. Принцип обработки: последним прибыл, первым убыл.
НАЗНАЧЕНИЕ
Набивные стеллажи применяются для хранения большого количества однородного товара, для которого срок хранения не критичен.
ОСОБЕННОСТИ
- Загрузка и разгрузка производится с одной стороны.
- Данный вид стеллажей не трубет дополнительных проходов между стеллажами т.к. загрузка и выгрузка происходит путем въезда складской техники прямо в ячейку стеллажа.
- Использование техники с опорными вилами невозможно ввиду того, что поддон загружается короткой стороной в глубину стеллажа. Паллету на которой стоит груз в этом случае может просто "разломать".
КОНСТРУКЦИЯ
Конструкция набивных стеллажей реализует принцип работы LIFO (last in first out) - "последний вошел - первый вышел". Иначе говоря, поддон, загруженный в стеллаж первым, выгружен будет последним.
Состоят из вертикальных рам, ложементов, межрамных связей, кронштейнов, закрещиваний верхних и тупиковых, а также верхних и тупиковых балок. Комплектуются направляющими и защитными элементами.
Для ложементов используется многопрофилированный оцинкованный профиль, что обеспечивает максимальную жесткость и надежность конструкции, а также большую грузоподъемность и прочность стеллажа в целом (он же является дополнительным элементом жесткости). Толщина металла 1,5 или 2,0мм, стыковка по длине двух ложементов специальным соединительным элементом, повторяющим профиль ложемента. Крепление к стойке напрямую посредством болтового соединения.
|
|
|
|
|
|
Расчет не стандартного набивного (глубинного) стеллажа пятиярусное хранение паллет вес паллета 1250 кг.
Содержание
2 Прочностной расчет стеллажной конструкции
2.1.1 Геометрическая схема конструкции
2.2.1 Собственный вес конструкции
2.2.3 Нагрузка на ограничители
2.2.4 Расчетные комбинации загружений
2.3 Проведение расчета и анализ результатов
2.3.3 Расчет общей устойчивости конструкции
2.3.4 Расчет несущей способности
4 Варианты усиления конструкции стеллажа
4.1 Вариант с раскреплением центрального пролета стеллажа
4.2 Вариант с увеличением изгибной жесткости подпятника
1 Введение
В соответствии с договором № ФР – 147/09/2017 от 25.05.2017 г. между ООО «АПМ СОФТ» иООО «СтеллКо» был проведен проверочный расчет металлоконструкций набивных стеллажей.
Расчет проводился с помощью программного продукта «CAD/CAE Система автоматизированного расчета и проектирования конструкций для промышленного и гражданского строительства APM CivilEngineering 11 (Система APM CivilEngineering 11)». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013613273 от 29.03.2013 г., выданное Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Роспатент).
Расчетное ядро системы APM CivilEngineering – модуль APM Structure3D – имеет Аттестационный паспорт программного средства №330 от 18 апреля 2013 г ., выданный Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) и сертификат соответствия № RA.RU.АБ86.Н00949 требованиям следующих нормативных документов:
СП 20.13330.2011 (СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»);
СП 14.13330.2011 (СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах»);
СП 16.13330.2011 (СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»);
СП 15.13330.2012 (СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции»);
СП 52-101-2003 («Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»);
СП 50-101-2004 («Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений»);
СП 50-102-2003 («Проектирование и устройство свайных фундаментов»);
СТО 36554501-002-2006 («Деревянные клееные и цельнодеревянные конструкции. Методы проектирования и расчета»);
ГОСТ Р ИСО 9127-94 («Документация пользователя и информация на упаковке потребительских программных пакетов »);
ГОСТ Р ИСО/МЭК 12119-2000 («Информационная технология. Пакеты программ. Требования к качеству и тестирование»).
2 Прочностной расчет стеллажной конструкции
2.1 Исходные данные
2.1.1 Геометрическая схема конструкции
Металлоконструкция стеллажа представляет собой ряд рам (рис. 2.1 ), состоящих из стоек (сечение № 5) и связей (сечение № 4). Рамы связанны между собой балками (сечение № 1), распорками (сечение № 3),связями (сечение № 6). Вдоль ряда рам располагаются ложементы (сечение № 2), передающие нагрузку от складируемых объектов через коннектор (рис. 2.2 ) непосредственно на рамы. Конструкция стеллажа расположена внутри здания складского комплекса. Крепление стеллажа к полу осуществляется через подпятник (рис. 2.3 )
Расчетная схема конструкции стеллажа строится на основе чертежей, присланных Заказчиком.
Высота стеллажа 11500 мм.
Общая конструкция стеллажа представлена на рис. 2.4 .
Рисунок 2 . 1 – Одиночная рама для конструкции стеллажа
Рисунок 2 . 2 – Коннектор крепления ложемента к раме стеллажа
Рисунок 2 . 3 – Подпятник крепления рамы к полу
а) 
б) 
в) 
Рисунок 2 . 4 – Внешний вид конструкции стеллажа: а) – вид сбоку, б) – видсверху,
в) – вид спереди
Элементы несущих металлоконструкций стеллажа моделировались с помощью стержневых конечных элементов.
В связи с перфорацией несущих стоек расчет будем проводить с учетом редуцированного профиля в соответствии с п. 9.2.3 EN 15512 Steelstaticstoragesystems - Adjustablepalletrackingsystems - Principlesforstructuraldesign.
Расчетная схема конструкции набивного стеллажа с ложементами, выполненная в модуле APMStructure 3D, показана на рис. 2.5 .
Рисунок 2 . 5 – Модель стеллажа в APMStructure 3D
2.1.2 Сечения
Сечения для расчета были взяты из присланной заказчиком 3Dмодели
Поперечные сечения элементов стеллажа показаны ниже в табл. 2.1
Таблица 2 . 1 – Характеристики сечений элементов, используемых в расчетной модели
|
1 |
Балка
|
Jг: 1885500мм4 Jв: 265300мм4 Theta: 0 градус Jгц: 1885500мм4 Jвц: 265300мм4 Jp: 2150800 мм4 Jк: 3047,3мм4 F: 757,33 кв.мм |
|
2 |
Ложемент
|
Jг: 1186900мм4 Jв: 1303500мм4 Theta: 43,28 градус Jгц: 273990мм4 Jвц: 2216400мм4 Jp: 2490300мм4 Jк: 718,33мм4 F: 582,66кв.мм |
|
3 |
Распорка
|
Jг: 89763мм4 Jв: 29448мм4 Theta: 0 градус Jгц: 89763мм4 Jвц: 29448мм4 Jp: 119210мм4 Jк: 74668мм4 F: 284,04кв.мм |
|
4 |
Связь рамы
|
Jг: 8003мм4 Jв: 14975мм4 Theta: 0 градус Jгц: 8003мм4 Jвц: 14975мм4 Jp: 22978мм4 Jк: 17121мм4 F: 131,37кв.мм |
|
5 |
Стойка рамы
|
Jг: 859260мм4 Jв: 258340мм4 Theta: 0,02 градус Jгц: 859260мм4 Jвц: 258340мм4 Jp: 1117600мм4 Jк: 687,35мм4 F: 512,49кв.мм |
|
6 |
Уголок
|
Jг: 62397мм4 Jв: 22618мм4 Theta: 24,64 градус Jгц: 72994мм4 Jвц: 12020мм4 Jp: 85015мм4 Jк: 680,55мм4 F: 236,36кв.мм |
2.1.3 Связи и опоры
Крепление балки к стойкам происходит через зацепы, представленные на рис. 2.6
Рисунок 2 . 6 – Конструкция зацепов горизонтальной балки
В модели присутствуют жесткие, шарнирные соединения элементов (рис. 2.7 )
Рисунок 2 . 7 – Шарнирное соединение раскоса со стойкой
Исходя из конструкции подпятника (рис. 2.3 ), опоры рам принимались шарнирными (рис. 2.8 ).
Рисунок 2 . 8 – Опоры стеллажа
2.1.4 Материалы
Стойки – сталь 08кп (предел текучести 196 МПа).
Остальные элементы стеллажа– Ст3пс (предел текучести 235 МПа).
2.2 Нагружение конструкции
2.2.1 Собственный вес конструкции
Для учета собственного веса металлоконструкции используется стандартная процедура задания «множителя собственного веса» в диалоговом окне «Загружения», рис. 2.9
Рисунок 2 . 9 – Загружения при расчете модели
Коэффициент надежности по нагрузке γf=1,05 для веса строительных металлических конструкций согласно пп.7.2 табл.7.1 СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Вес конструкции учитывается автоматически только для части, построенной в модели.
2.2.2 Полезная нагрузка
Согласно ТЗ необходимо определить максимальную нагрузку, которую способна воспринимать конструкция стеллажа. В чертежах указан размер паллеты с грузом в плане 1,2 х 1,2 м. Вес одной паллеты указан 1250 кг. На ложемент, длинной 5,0 м вмещается 4 паллеты. Расчетную нагрузку на два ложемента стеллажа принимаем равной весу 4 паллет с грузом по 1250 кг/паллет, т.е. 4 х 1250 кг = 5000 кг. Но поскольку на один ложемент будет приходиться половина этой нагрузки, то это будет составлятьQ = 5000 / 2 = 2500 кг = 24525 Н. Данная нагрузка будет приходиться на длину ложемента. Величина удельной нагрузки составит:qраспр =24525Н / 5,0 м = 4905 Н/ м (рис. 2.10 ).
2.2.3 Нагрузка на ограничители
В соответствии с ГОСТ Р 56567-2015 «Стеллажи сборно-разборные. Нормы расчета», п. 6.3.4.2 (с), нагрузка на ограничитель (сечение № 1) составляет четверть веса штучного груза. Исходя из этого, qогр = 1250 · 0,25 · 9,81 / 1,57 = 1953 Н / м. Наиболее неблагоприятным местом приложения данной нагрузки при заполнении стеллажа при помощи штабелирующей техники, управляемой операторами, является верхний ярус в крайнем пролете стеллажной конструкции (рис. 2.11 ).
Рисунок 2 . 10 – Нагрузка на ложементы
Рисунок 2 . 11 – Нагрузка на ограничители
2.2.4 Расчетные комбинации загружений
Для анализа конструкций стеллажа, созданы две комбинации загружений
Расчетные комбинации загружений представлены в табл. 2.2
Таблица 2 . 2 – Расчетные комбинации загружений
|
№ |
Комбинация нагружений |
Нагружение |
К-т надежности по ответственности |
К-т сочетания |
К-т надежности по нагрузке |
Итоговый к-т |
|
1 |
Прочность |
Собственный вес |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Полезная |
1 |
0.9 |
1,4 |
1,26 |
||
|
Ограничители |
1 |
0.9 |
1,4 |
1,26 |
||
|
2 |
Устойчивость |
Собственный вес |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Полезная |
1 |
0.9 |
1 |
0.9 |
||
|
Ограничители |
1 |
0.9 |
1 |
0.9 |
2.3 Проведение расчета и анализ результатов
Проведение статического расчета производится в модуле расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций с использованием метода конечных элементов – APM Structure3D, входящего в состав системы автоматизированного расчета и проектирования конструкций для промышленного и гражданского строительства APM CivilEngineering, v.14.Был выполнен статический расчет стержневой модели конструкции стеллажа на основное сочетание нагрузок (собственный вес + полезная нагрузка + нагрузка на ограничители), а также расчет устойчивости. Получены карты напряженного и деформированного состояния конструкции. Далее приводятся цветовые карты результатов анализа напряженно-деформированного состояния и всей металлоконструкции стеллажа и анализ напряженно деформированного состояния ложемента и анализ их устойчивости.
2.3.1 Статический расчет
Рисунок 2 . 12 – Карта распределения напряжений конструкции в стеллажа
Рисунок 2 . 13 – Карта распределения коэффициента запаса по пределу текучести в стеллаже
На рис. 2.12 представлена карта распределения напряжений. Максимальные напряжения составили в конструкции стеллажа составили σmax = 98,93 МПа.
На рис. 2.13 показана карта распределения коэффициента запаса по пределу текучести. Видно, что минимум значение коэффициента принимает в балке ограничителя, к которой была приложена нагрузка (kf = 1,981).
2.3.2 Прогибы и перемещения
На рис. 2.14 ‒ 2.16 показаны карты перемещений элементов стеллажа. Видно, что основные перемещения – это отклонения стоек по горизонтали.
Максимальный прогиб составилf = 4,638 мм для балки ограничителя в направлении осиY. Согласно ГОСТ Р 55525 ‒ 2013 «Складское оборудование. Стеллажи сборно-разборные. Общие технические условия» (табл. 5), значение предельногопрогиба составляет:
fu = L / 200 = 1570 / 200 = 6,28 мм
Максимальное значение прогиба не превышает предельное.
3 
Рисунок 2 . 14 – Карта распределения перемещений в стеллажевдоль оси X
Рисунок 2 . 15 – Карта распределения перемещений в стеллажевдоль оси Y
Рисунок 2 . 16 – Карта распределения перемещений в стеллажевдоль оси Z
2.3.3 Расчет общей устойчивости конструкции
Произведен расчет общей устойчивости конструкции стеллажа. В результате проведенного расчета, получено наименьшее значение коэффициента запаса устойчивости конструкции (согласно СП 16.13330.2011, п. 4.3.2 с учетом п. 4.2.5, 4.2.6 устойчивость идеализированной линейно упругой модели каркаса считается обеспеченной, если Куст ≥ 1.3
На рис. 2.17 показана первая форма потери устойчивости и первые пять коэффициентов запаса для стеллажа. Коэффициент запаса составил kz = 0,9897, что меньше требуемого значения Куст ≥ 1.3.
Рисунок 2 . 17 – Первая форма потери устойчивости и коэффициенты
запаса для первых пяти форм потери устойчивости стеллажа
2.3.4 Расчет несущей способности
Согласно СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» проведем проверку несущей способности наиболее нагруженных элементов конструкции. Для этого воспользуемся специализированными функциями модуля APM Structure3D по работе со стальными конструктивными элементами.
Ввод исходных данных и вывод результатов производится в окне «Стальные конструктивные элементы». При этом используются данные таблиц 6*, 11, 19* СП 16.13330.2011.
Проведем проверку несущей способности наиболее нагруженной стойки в месте, где в ней возникают наибольшие напряжения, а также балки ограничителя, к которой была приложена нагрузка.
Результаты расчета приведены на рис. 2.18 ‒ 2.19 .
Из результатов видно, что стойка не отвечает требованиям ГОСТ Р 55525 ‒ 2013 по предельной гибкости (120 ‒ для стоек). Расчет стойки на устойчивость в составе схемы был произведен выше. Для балки значения коэффициентов использования от различных силовых факторов не превышают единицу.
Рисунок 2 . 18 – Результаты проверки несущей способности наиболее нагруженной стойки
Рисунок 2 . 19 – Результаты проверки несущей способности балки ограничителя
Сводные результаты расчета приведены в таблице 2.3
Таблица 2 . 3 – Сводная таблица результатов расчета стеллажа
|
Критерий |
Результат |
|
|
1 |
Коэффициент запаса прочности, оцененный по пределу текучести при нагрузке 1250 кг на паллет |
1,981 |
|
2 |
Максимальные перемещения во всей конструкции, мм |
4,638 |
|
3 |
Минимальный коэффициент запаса устойчивости |
0,9897 |
3 Выводы
По предоставленным заказчиком исходным данным, была построена модель конструкции набивного стеллажа, произведен статический расчет на штатную нагрузку (1250 кг на паллет) на основное сочетание нагрузок, расчет устойчивости, а также расчет несущей способности наиболее нагруженных элементов.
Анализ результатов статического расчета показывает, что при штатной нагрузке, уровень эквивалентных напряжений в конструкции стеллажа не превышает предельного значения (kf = 2,464).
Максимальные деформации в конструкции стеллажа не превышают предельные значения.
По результатам расчета на устойчивость, минимальный коэффициент запаса составил kz = 0,9897, что меньше требуемого kуст = 1,3. Следовательно, необходимо уменьшить действующую на стеллаж нагрузку в kнагр = 1,3/0,9897 = 1,32 раза. В таком случае, нагрузка на паллет составит 1250/1,32 = 940 кг. Значение распределенной нагрузки на один ложемент составит
qраспр = 4905 /1,32 = 3710 Н/м. Результаты повторного расчета на общую устойчивость при обновленных данных нагрузках приведены на рис. 3.1 . Значение коэффициента запаса устойчивостиkz = 1,30007, чтобольше требуемого kуст = 1,3.
Рисунок 3 . 1 – Результаты расчета на общую устойчивость при обновленных нагрузках
Значение нагрузки на паллет не должно превышать значения 940 кг.
Из результатов расчета по несущей способности видно, что стойка не отвечает требованиям ГОСТ Р 55525 ‒ 2013 по предельной гибкости (120 ‒ для стоек).
Для балки значения коэффициентов использования от различных силовых факторов не превышают единицу.
4 Варианты усиления конструкции стеллажа
4.1 Вариант с раскреплением центрального пролета стеллажа
При сохранении данных габаритов стеллажной конструкции, первым вариантом усиления конструкции будет замена стоек на более массивные, чем сечение 5. Так как при данной высоте стеллажа, необходимо дополнительное раскрепление из плоскости всех рам стеллажа по высоте, так как при раскреплении рам в одном пролете не влияет на состояние рам в других пролетах стеллажа (рис. 4.1 ). Коэффициент запаса устойчивости составил 0,9897.
Рисунок 4 . 1 – Результаты расчета на общую устойчивость при дополнительном раскреплении центрального пролета рамы стеллажа
4.2 Вариант с увеличением изгибной жесткости подпятника
Исходя из присланных заказчиком исходных данных (конструкция подпятника, рис. 2.3 ), опоры стеллажа принимались шарнирными (рис. 2.8 ). Для обеспечения требуемого коэффициента запаса устойчивости, необходимо увеличить жесткость подпятника в направлении изгиба из плоскости рамы стеллажа.
Примем в модели опоры для стеллажа с запретом угла поворота из плоскости рамы (рис. 4.2 ).
Рисунок 4 . 2 – Опоры стеллажа с запретом угла поворота из плоскости рамы
Ниже на рис. 4.3 приведены результаты расчета на устойчивость для приведенной выше расчётной схемы. Коэффициент запаса устойчивости при начальной нагрузке в 1250 кг/паллет составил 2,8524.
Рисунок 4 . 3 – Результаты расчета общей устойчивости с учетом запрета угла поворота из плоскости рамы
Как видно из результатов расчета, имеет смысл повысить изгибную жесткость подпятника в направлении из плоскости рамы стеллажа.
Литература
1. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. – 10-е изд., пе-рераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 592 с. (Сер. Механика в техническом университете; Т.2) - стр.352 выражение 8.2
2. Зубченко А.С. Марочник сталей и сплавов / А.С. Зубченко, М.М. Колоском, Ю.В. Каширский и др. М.: Машиностроение, 2003, 784 с.: ил.
3. ГОСТ Р 56567-2015 Стеллажи сборно-разборные. Нормы расчета
4. СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81
5. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. АктуализированнаяредакцияСП 2.01.07-85
6. EN 15512:2009 Steel static storage systems - Adjustable pallet racking systems- Principles for structural design