什么是结构设计？为什么要在招投标之前提供货架结构计算书？

本文简述了结构设计的相关概念，阐明了货架项目在招投标之前提供货架结构计算书的必要性。

货架结构设计

一、什么是结构

结构是能承受作（荷）用（载）并具有适当刚度的由各连接部件有机组合而成的系统。然而，把部件组合起来不一定就是结构，也可能是机构，机构是活动的，部件之间是相对运动的。若要将部件“有机”组合为结构，准确合理的结构设计是必需的。

二、结构设计方法

货架结构作为一种工程结构，由立柱、横梁与各种支撑杆等部件组成，能承受货物荷载。根据国家标准，工程结构设计宜采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法；当缺乏统计资料时，工程结构设计可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可采用容许应力或单一安全系数等经验方法进行。虽然设计方法有上述三种可用，但结构设计仍应采用极限状态法。基础设计确定基础底面积会采用容许应力法，地基稳定性验算会采用安全系数法。货架结构设计标准采用了极限状态设计法。既然标准已经规定了，那么确定遵循的设计标准后，应严格按照标准来设计。

三、极限状态设计

极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。

当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：

1、结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载，比如横梁弯曲破坏；

2、整个结构或其一部分作为刚体失去平衡，比如横梁一端挂齿从立柱孔脱出；

3、结构转变为机动体系，比如立柱组只有横撑没有斜撑，或立体库货架背拉体系不足或失效；

4、结构或结构构件丧失稳定，比如立柱屈曲，或立柱组倾覆；

5、结构因局部破坏而发生连续倒塌，比如撞了一下立柱，倒了整个仓库；

6、结构或结构构件的疲劳破坏。

当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：

1、影响正常使用或外观的变形，比如横梁挠度或立柱垂直度超标；

2、影响正常使用或耐久性能的局部损坏；

3、影响正常使用的振动；

4、影响正常使用的其他特定状态。

结构设计时应对结构的不同极限状态分别进行计算或验算。以承载能力极限状态为例，结构或结构构件设计应满足下式：（暂不考虑结构重要性系数）

Sd≤Rd

Sd为作用组合的效应(如轴力、弯矩)设计值，Rd为结构或结构构件的抗力（承载力）设计值。

这样，结构设计需要确定Sd与Rd两部分内容。

传统的结构设计分为两步：

【内力分析】

确定结构或结构构件Sd的过程叫内力分析，就是将设计标准规定需要考虑的荷载，乘上各自分项系数，以一定规则组合，然后计算结构在荷载组合作用下，所有构件与连接所承受的力的效应（拉压弯剪扭）。这个计算过程对于极其简单的结构而言可以手算得到结果，但是对于工程结构动辄成千上万构件的计算量，只能借助于计算机软件来完成。计算机软件采用了一种叫做有限单元法的计算方法，名称很高大上，因此有限元计算甚至成为了结构计算和结构设计的代名词，一开口就是有限元报告。实际上，完成有限元计算只是完成结构设计的第一步。

计算公式

【构件设计】

确定结构构件Rd，并判定Sd≤Rd是否满足的过程叫构件设计。构件的承载力，要考虑构件的材质、截面、尺寸、构造、破坏模式等等因素，按照标准规定的力学计算方法得出，必要时应测试辅助。之后判定所有构件与连接的承载力是否满足内力的需求。构件设计是一复杂且重复的过程，很多计算机软件把这一过程（核心是设计标准、规范）也编写进程序，在有限元计算得到内力后，自动进行构件设计，节省了大量的工作。目前这一套方法在建筑结构设计中已经非常成熟，但是对于货架结构设计还不可行，原因在于货架结构设计标准、规范还没能被写入软件中。如果谁可以提供全部由有限元软件生成的货架结构计算书，请不吝赐教。

四、货架结构计算书

一个货架工程项目，一般分为规划、设计、制造、安装与使用五个阶段。正常来讲，在设计阶段就应该已经完成了货架的结构设计。实际项目中，很多项目业主在货架安装完成后即将验收前要求供应商提供货架结构计算书，以证明货架的承载力。当然不排除货架结构设计之前已经完成，此时提供结构计算书仅为资料存档用的可能性。然而实际大部分情况是，货架的结构设计工作之前根本没有做，货架的选型选材依据无非就是经验与模仿，这样的结构必然存在不确定性。

可能有人问，既然之前的工作不到位，现在要验收业主意识到这一点了，那么补充结构设计工作不就可以了吗？道理上来讲是没有问题的，但是实际操作有风险。

此时项目已经完工，木已成舟，结构设计校核能通过还好说，万一通不过应采取何种措施？势必会增加项目额外成本，延误项目工期，且不论国企，即使是民企外企的项目负责人也不愿承担这些责任！现实中，有的业主没有要求提供结构计算书，有的业主对供应商随意出具的结构计算书验收签字。无论如何，种下因就要承担相应的果。为了避免事后的被动，本文标题第二个问题就有了解释，一定要在招投标之前提供货架结构计算书，一旦发现存在问题，还有充分的空间回旋，即使整个方案推倒重来也未尝不可。

货架结构计算书应由同时具有结构工程专业及货架结构设计背景的专业人员完成或审核。专业的货架结构设计依赖于：

【专业的队伍】

从事货架结构设计的注册结构工程师、带资质设计院的技术支持与背书、国外项目PE（专业结构工程师）技术支持

【专业的实验室】

所有货架设计标准都是基于测试的，没有测试数据的货架结构设计都是空中楼阁。测试数据获取很重要，知道测试数据如何用于结构设计更重要。

【专业的数据库】

充分发挥专业实验室的作用，针对市场上各主流货架产品构件，进行大量的测试，建立专业设计数据库，可以在项目规划阶段就完成货架结构的预设计。

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