驶入式仓储货架的设计(参考国家标准)

 

    驶入式货架、设计、标准

 

    驶入式货架是叉车驶入驶出货架内、以托盘单元货品进行存储作业的组装式货架。驶入式货架又称通廊式货架、贯通式货架，是采用格构式立柱边续方式连接起来的多门式、托盘单元化货品沿深度方向一个紧接一个存储在悬臂梁上的货架结构形式。这种货架结构形式可使叉车作业通道和货品存储空间共用，大大提高了仓库的空间、场地面积利用率，但同一作业通道内的货品不能做到先进先出，适合于大批量、少品种或作业通道内的货品一起流向同一客户的货品存储，如饮料、乳制品、烟草、低温冷冻仓储、标准规格的家电、化工、制衣等行业。据统计，驶入式货架可以达到最大的存储密度，空间有效利用率最多可提高到90%，场地面积利用率可达60%以上。

 

    随着驶入式货架应用的日益广泛，需要行业标准予以规范。目前，《驶入式货架》行业标准在中国物流技术协会和各生产制造厂的大力支持下已完成并即将颁布。该标准规定了驶入式货架的术语，额定载荷和最大载荷、材料、结构、尺寸、强度、刚度、稳定性要求，喷涂质量要求，检测方法，检验规则等，其实施将对我国货架产业的发展起到促进和规范作用。

 

    托盘单元货品的标准化

 

    驶入式货架仓库的规划设计首先是托盘单元货品的标准化，货架结构和尺寸应根据存储物品和托盘尺寸来确定，尽量选用国家标准中推荐的1200系列托盘。由于驶入式货架的托盘单元货品存储密度大，操作通道和存储空间合一，相对于其他类别的货架而言，对托盘质量和托盘单元货品的外部尺寸界限应有较高的要求；此外，托盘单元货品的重量通常应控制在1600kg以内。

 

    在上述条件的基础上，才能进一步开展驶入式货架的总体平面布置和结构设计，以及与其他货架组合使用的仓库规划和设计。

 

    驶入式货架的结构

 

    驶入式货架结构的受力方式与其他类别的货架结构有所不同，格构式的立柱结构体主要承受侧向抗弯性，即托盘单元货品存放在侧立于格构式立柱结构体的悬臂梁上，作用于单、双侧悬臂梁上的货品及货架自重，生成悬臂的力矩，传递到格构式立柱结构体上，因此，驶入式货架结构中立柱结构体的稳定性较弱，且能实现的加固方法又很少，也很难实现。

 

    目前，通过使用WAP穿梭式台车，以替代叉车进出巷道作业的驶入式货架模式，此时以连续承载横梁来替代驶入式货架中的悬臂梁，它仍保持作业通道和存储货位的合一，却提高了货架结构的承载能力和稳定性，将成为今后货架设计与规划的形式之一。

 

    本文所述的格构式立柱结构体主要由立柱构件与支撑构件（横拉、斜拉撑)组成，立柱构件大多采用单轴对称冷弯薄壁、多孔截面型构件，横拉、斜拉撑大多采用C型截面的冷弯型钢或其他截面的冷弯型钢；立柱构件与横拉、斜拉撑通过螺栓连接构成结构体；立柱构件承受的压力因有横拉、斜拉撑分担，提高了整个结构的安全性。

 

    相邻立柱构件之间通过顶梁结构半刚性或刚性连接构成多门式格构式货架，立柱构件体通过机械式锁紧装置与悬臂、悬臂梁或其他部件连接；货架格构式立柱构件底座通过螺栓或其他形式与地面基础相连。

 

    驶入式货架的结构特点

 

    驶入式货架按取货方向可分为单向驶入式、双向驶入式和贯通式三种结构，单向驶入式（靠墙区域）货架总深度最好控制在7个托盘深度以内；双向驶入式（以中间区域为分隔可两边存取货）货架区域总深度最好控制在14个托盘深度以内，以提高叉车存取的效率和可靠性；贯通式需要特别考虑货架门式结构的抗弯稳定性及性价比，一般不建议使用，除非场地物流规划方面的特殊需要。

 

    驶入式货架系统具有典型的先进后出存储特点；叉车作业方式多为持续“高举高打”模式，货物高举后的重心较高，叉车易随着通道地面的不平度等产生晃动而碰撞到货架，会影响货架结构的稳定性和安全性，因此对司机驾驶技术要求较高，货物的周转速度和效率也受到一定程度的影响。

 

    驶入式货架的结构设计是决定货架质量最关键的因素，此外，货架的材质、生产工艺、生产装备、工装夹具和静电喷涂等，都会直接影响货架的质量和档次。货架的主体结构属于多次超静定空间钢结构体，用传统的经典力学方法或动力学方法计算其强度、刚度及稳定性相当繁琐，可采用简化计算模型并结合国内外标准规范和试验数据进行分析和优化设计。目前，大多采用有限元的结构强度分析和稳定性分析来进行辅助设计和足尺荷载试验验证。

 

    驶入式货架属门式结构，为保证其稳定性，柱片长细比不宜过高，通常应控制在10米以内，并以4层、3~5列以上为宜。与同类别的托盘货架相比，除钢材截面规格要大一些，还需加设拉固结构件。驶入式货架的主配件包括柱片、悬臂及悬臂梁、顶梁、顶部斜拉杆、背部斜拉杆、行走导向轨道、护脚或护柱（货架正面通道口保护件）等。

 

    驶入式货架设计的基本尺寸

 

    W为叉车取向的托盘宽度尺寸，它是驶入式货架设计的重要参数之一，直接影响货架的其他尺寸和叉车的可操作空间；W1为叉车的有效通行距离，直接决定叉车车身的宽度（通常叉车车身宽度小于W1—100mm）；W2为通道相邻两柱片中心线之间的距离；W3为悬臂的有效长度，悬臂有效长度越大，立柱片所受的弯扭矩越大，相同规格的立柱片的承载能力越小，即影响货架的整体承载能力，一般W3≥210mm；W4为托盘在悬臂梁上的搭载尺寸，关系到托盘存取过程的安全性，一般W4≥130mm；W5是货物与立柱片之间的间隙，影响到货物对立柱片的安全性及叉车的可摇摆度，一般W5≥75mm。

 

    驶入式货架的设计

 

    在驶入式货架的设计过程中，首先要进行托盘单元货品的标准化，确定托盘的规格尺寸、堆高、额定载重量；然后才能规划驶入式货架的整体结构和存储单元的跨度、深度、层间距、高度等关键尺寸，进行货架结构和零部件的设计与审核。设计时，应针对关键参数进行设计验证或试验验证，根据案例结构建立相应的力学简化模型，根据货架的实际受力（包括地震载荷等）及载荷分布，结合相应的构件截面几何参数和质量特性，进行有关强度、刚度、稳定性的设计和校核，必要时可通过实验验证以确保设计结果与实际相符。

 

    例如，通过与客户的详细沟通、现场的实测与规划方案的比较，确定了货物重量为1000kg/托盘，托盘单元的基本参数为W1200×D1000×H1200mm，常年-18℃低温存储。最后选择驶入式货架为仓库的主要存储形式，配合选用少部分横梁式货架作为补充，满足一部分货物需拣选出库的要求，又最大限度地满足客户对冷库大容量的要求，最终冷库空间利用率约为67%，实现三层存储共19140个托盘位的存储量。

 

    与驶入式货架设计相关的其他标准

 

    在驶入式货架钢结构中，主要有两类结构构件，一类是热轧钢及钢板组合构件，相对应的主要设计规范为《钢结构设计规范GB50017-2002》；另一类为冷弯型钢，尤其是冷弯薄壁型钢，由钢片、钢带、钢板或扁钢条冷弯成型，相对应的主要设计规范为《冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002》。

 

    在型钢的尺寸、外形等方面的参照标准有《结构用冷弯空心型钢尺寸外形重量及允许偏差GB/T 6728-2002》、《通用冷弯开口型钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB/T 6723-1986》；在材料方面的参照标准有《焊管用冷连轧钢带BZJ494-2004》、《冷连轧低碳钢板及钢带BQB403-2003》、《结构用热连轧钢板及钢带BQB303-2003》、《冷连轧低碳钢板及钢带BZJ492-200》、《冷连轧碳素钢板及钢带BZJ491-2004》及《一般结构用轧制钢材料》等；在结构的焊接等方面还有一些规范，如《钢结构焊缝外形尺寸》、《钢结构制作安装施工规程》等。

 

    货架钢结构是牵涉面广泛，应用理论体系又不完善的边缘应用行业，目前国内外的主要应用规范有《钢货架结构设计规范》（CECS23：90）、《JB／T5323-91立体仓库焊接式钢结构货架技术条件》、《JB／T9018-1999有轨巷道式高层货架仓库设计规范》等。欧标FEM中与托盘货架仓库相关的标准有《FEM10.2.02.PLUS工业货架工作范例》、《FEM10.2.06.PLUS搁板板架工作范例》、《FEM10.2.03.指定规范（代号）》、《FEM 10.3.01.横梁可调节托盘货架的公差挠度和间隙》、《FEM10.2.04.用户规范（代号）》等；美国标准有《ANSI／MH10.2-1984工业和商业用钢制货架使用安全规范》、《MH16.1—2004标准工业存储用钢货架设计、试验和应用规范》等；日本的货架标准有《JIS Z0110-1998工业用货架用语》、《JIS Z0620-1998工业用货架》、《JIS Z0621-1982贯通式货架》、《JIS B8942-1998自动化仓库设计通则》等。其中单独对驶入式货架进行定义和说明的内容不多，且由于使用环境、生产制造工艺水平、材料选择及其性能上的差异、安全系数及其力学原理上的偏差等，也影响到这些先进理念在国内的广泛应用。