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看完這篇文章，讓你秒懂什么是貨架結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)！
2021-12-30 14:41
在貨架設(shè)計(jì)過(guò)程中， 總會(huì)被問(wèn)到設(shè)計(jì)的安全系數(shù)是多少？
安全系數(shù)（factor of safety）是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中用以反映結(jié)構(gòu)安全程度的系數(shù)。 安全系數(shù)的確定需要考慮荷載、材料的力學(xué)性能、試驗(yàn)值和設(shè)計(jì)值與實(shí)際值的差別、計(jì)算模式和施工質(zhì)量等各種不定性。 安全系數(shù)涉及工程的經(jīng)濟(jì)效益及結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，如生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)影響等諸因素。
要說(shuō)清楚這個(gè)還真不簡(jiǎn)單。 首先我們先來(lái)看看安全系數(shù)的兩大體系：分項(xiàng)系數(shù)法和安全系數(shù)法。
分項(xiàng)系數(shù)法
分項(xiàng)系數(shù)法是指把貨架自重、托盤(pán)重以及各種活荷載分別都乘以一個(gè)加載系數(shù)，如貨架自重加載系數(shù)1.2、托盤(pán)重加載系數(shù)1.4等，然后把這些加過(guò)系數(shù)的重量加載到貨架上，計(jì)算出一個(gè)構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力，最后用材料的許用應(yīng)力與算得的實(shí)際應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，只要實(shí)際應(yīng)力小于許用應(yīng)力，即可符合設(shè)計(jì)要求。
安全系數(shù)法
安全系數(shù)法相當(dāng)于所有的單項(xiàng)荷載系數(shù)全部取1.0甚至是更低的系數(shù)，然后把這些的無(wú)系數(shù)的荷載加載到貨架上，計(jì)算出一個(gè)構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力，最后材料的許用應(yīng)力與實(shí)際應(yīng)力的比值，需要大于某個(gè)值，比如1.4，這個(gè)就是安全系數(shù)。
兩者區(qū)別
看到這里，感覺(jué)這兩種方法就像文字游戲，不過(guò)是一個(gè)把系數(shù)加在前面，一個(gè)把系數(shù)加在后面，沒(méi)太大區(qū)別。其實(shí)這兩者之間最大的區(qū)別并不在系數(shù)加在前還是后，上面的例子由于荷載種類(lèi)少且過(guò)于簡(jiǎn)單所以感覺(jué)不到太大區(qū)別，實(shí)質(zhì)上其本質(zhì)區(qū)別在于到底是1個(gè)單一的系數(shù)還是一組系數(shù)。安全系數(shù)法采用了一個(gè)單一的安全系數(shù)來(lái)確定結(jié)構(gòu)的可靠程度，而分項(xiàng)系數(shù)法，是把結(jié)構(gòu)中各種分項(xiàng)荷載劃分得更細(xì)更清楚，不同的單項(xiàng)荷載加載不同的系數(shù)，更為合理一些。
安全系數(shù)取多少
當(dāng)采用分項(xiàng)系數(shù)法時(shí)，是沒(méi)有單一安全系數(shù)這個(gè)概念的，如果業(yè)主問(wèn)了這個(gè)問(wèn)題，你們的貨架安全系數(shù)多少?。课覀冎荒芤詸?quán)重最大的貨物托盤(pán)荷載的分項(xiàng)系數(shù)1.4作為靜態(tài)安全系數(shù)，但如果業(yè)主又要問(wèn)地震時(shí)或風(fēng)力下的安全系數(shù)，這個(gè)就比較難估算了。我們以地震工況為例，貨架自重、貨物重和地震作用的分項(xiàng)系數(shù)分別是1.2、1.2和1.3，第一個(gè)1.2是貨架自重的系數(shù)，考慮到貨架自重較小，可忽略，但是第二個(gè)1.2是貨物重的系數(shù)，第三個(gè)1.3是地震作用的系數(shù)，都是重要的不可省略的，那么安全系數(shù)到底是1.2還是1.3呢？提1.2不安全，提1.3就保守了，至于1.2和1.3之間的某個(gè)值，由于貨物重和地震作用沒(méi)有直接比例關(guān)系，無(wú)法插值，所以難以提供準(zhǔn)確的安全系數(shù)值。而且抗震設(shè)計(jì)還有強(qiáng)度及穩(wěn)定性修正系數(shù)，實(shí)際安全系數(shù)應(yīng)該在1.0左右，更是不好解釋。
那么為什么我們非要用分項(xiàng)系數(shù)法呢？不是有安全系數(shù)法可以用么？
那么回答就是：我們國(guó)家的結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范只有分項(xiàng)系數(shù)法，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009使用的是分項(xiàng)系數(shù)法，所以我們貨架領(lǐng)域GB/T28576，CECS23：90等也采用分項(xiàng)系數(shù)法，此外歐洲也是使用分項(xiàng)系數(shù)法。因?yàn)闆](méi)有安全系數(shù)可以用，所以才使用了分項(xiàng)系數(shù)法。
因此再碰到問(wèn)貨架安全系數(shù)的問(wèn)題，如果說(shuō)靜態(tài)安全系數(shù)，可以勉強(qiáng)的用貨物重的系數(shù)1.4來(lái)答復(fù)。為什么是1.4，目前世界上主流貨架設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)自中國(guó)、歐洲、美國(guó)三地，這三種規(guī)范對(duì)貨架的各種荷載安全系數(shù)要求有相同之處，也有不同之處，但對(duì)貨物重這一靜態(tài)最高權(quán)重的分項(xiàng)系數(shù)來(lái)說(shuō)，中國(guó)、歐洲、美國(guó)均為1.4，故取1.4。但這仍是不準(zhǔn)確的回復(fù)方式，最完美的回答還是給業(yè)主講清楚分項(xiàng)系數(shù)法及安全系數(shù)法的區(qū)別，否則用一個(gè)體系的內(nèi)容去解釋另一個(gè)體系，是無(wú)法得到準(zhǔn)確的回答的。
注：結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的安全系數(shù)法（許用應(yīng)力法）主要是美國(guó)在采用，稱之為ASD法，同時(shí)美國(guó)也同樣使用分項(xiàng)系數(shù)法，稱之為L(zhǎng)RFD法。
總的來(lái)說(shuō)，在美國(guó)建筑荷載規(guī)范中，有安全系數(shù)及分項(xiàng)系數(shù)兩種體系，安全系數(shù)法比分項(xiàng)系數(shù)法略偏保守一點(diǎn)。
安全(分項(xiàng))系數(shù)到底是什么
雖然說(shuō)前面介紹了兩種方法來(lái)解釋安全系數(shù)和分項(xiàng)系數(shù)的區(qū)別，但我們自己經(jīng)常也會(huì)有疑問(wèn)，為什么要加這個(gè)系數(shù)？這個(gè)問(wèn)題與業(yè)主經(jīng)常問(wèn)的另一個(gè)問(wèn)題本質(zhì)是一樣的，這個(gè)問(wèn)題是：如果說(shuō)貨架靜態(tài)安全系數(shù)是1.4，是不是說(shuō)可以放1.4倍重的貨物？
先說(shuō)結(jié)論，不可以。
現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，這個(gè)概率計(jì)算，就是以結(jié)構(gòu)的失效概率來(lái)確定結(jié)構(gòu)的可靠度。安全系數(shù)也好，分項(xiàng)系數(shù)也好，都是根據(jù)工程實(shí)踐由統(tǒng)計(jì)概率進(jìn)行確定的，比較拗口，通俗的來(lái)理解就是可靠度的概念，是系統(tǒng)不出現(xiàn)問(wèn)題的幾率。再通俗一點(diǎn)，打個(gè)不太準(zhǔn)確但是好理解的比方，貨架如果有1.4系數(shù)，系統(tǒng)不出問(wèn)題的概率可能是99.9%，如果1.2系數(shù)可能就只有99%，而1.0系數(shù)可能就只有90%了，結(jié)構(gòu)出問(wèn)題的幾率大大增加，這在工程設(shè)計(jì)中是不允許的。
為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況？安全系數(shù)、分項(xiàng)系數(shù)是綜合考慮了計(jì)算荷載及應(yīng)力準(zhǔn)確性、構(gòu)件工作重要性、材料的可靠性以及必要的生產(chǎn)安裝缺陷等因素，其中每一項(xiàng)都可能出現(xiàn)理論與實(shí)際不符合的情況，影響構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度，為了給貨架安全使用留出安全裕度，這個(gè)系數(shù)是不可折減的，一旦折減，整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的幾率就會(huì)大大增加，注意是出問(wèn)題的幾率大大增加，而不是一定會(huì)出問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)工程界多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一旦出現(xiàn)事故，后果都是不可承受的，系統(tǒng)的可靠度要求需要保持在一個(gè)很高的位置上。
最后我們總結(jié)一下，安全系數(shù)或分項(xiàng)系數(shù)是保證貨架安全所必不可少的，兩者目標(biāo)一致，但實(shí)現(xiàn)方式不同，最好不要混為一談，否則會(huì)存在一些理解上的偏差。在國(guó)內(nèi)， 通常采用分項(xiàng)系數(shù)法。
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