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2021-12-30 14:41
在貨架設計過(guò)程中， 總會(huì )被問(wèn)到設計的安全系數是多少？
安全系數（factor of safety）是工程結構設計方法中用以反映結構安全程度的系數。 安全系數的確定需要考慮荷載、材料的力學(xué)性能、試驗值和設計值與實(shí)際值的差別、計算模式和施工質(zhì)量等各種不定性。 安全系數涉及工程的經(jīng)濟效益及結構破壞可能產(chǎn)生的后果，如生命財產(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)看看安全系數的兩大體系：分項系數法和安全系數法。
分項系數法
分項系數法是指把貨架自重、托盤(pán)重以及各種活荷載分別都乘以一個(gè)加載系數，如貨架自重加載系數1.2、托盤(pán)重加載系數1.4等，然后把這些加過(guò)系數的重量加載到貨架上，計算出一個(gè)構件的實(shí)際應力，最后用材料的許用應力與算得的實(shí)際應力進(jìn)行對比，只要實(shí)際應力小于許用應力，即可符合設計要求。
安全系數法
安全系數法相當于所有的單項荷載系數全部取1.0甚至是更低的系數，然后把這些的無(wú)系數的荷載加載到貨架上，計算出一個(gè)構件的實(shí)際應力，最后材料的許用應力與實(shí)際應力的比值，需要大于某個(gè)值，比如1.4，這個(gè)就是安全系數。
兩者區別
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)把系數加在前面，一個(gè)把系數加在后面，沒(méi)太大區別。其實(shí)這兩者之間最大的區別并不在系數加在前還是后，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)不到太大區別，實(shí)質(zhì)上其本質(zhì)區別在于到底是1個(gè)單一的系數還是一組系數。安全系數法采用了一個(gè)單一的安全系數來(lái)確定結構的可靠程度，而分項系數法，是把結構中各種分項荷載劃分得更細更清楚，不同的單項荷載加載不同的系數，更為合理一些。
安全系數取多少
當采用分項系數法時(shí)，是沒(méi)有單一安全系數這個(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多少??？我們只能以權重最大的貨物托盤(pán)荷載的分項系數1.4作為靜態(tài)安全系數，但如果業(yè)主又要問(wèn)地震時(shí)或風(fēng)力下的安全系數，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系數分別是1.2、1.2和1.3，第一個(gè)1.2是貨架自重的系數，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，第三個(gè)1.3是地震作用的系數，都是重要的不可省略的，那么安全系數到底是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，所以難以提供準確的安全系數值。而且抗震設計還有強度及穩定性修正系數，實(shí)際安全系數應該在1.0左右，更是不好解釋。
那么為什么我們非要用分項系數法呢？不是有安全系數法可以用么？
那么回答就是：我們國家的結構荷載規范只有分項系數法，建筑結構荷載規范GB50009使用的是分項系數法，所以我們貨架領(lǐng)域GB/T28576，CECS23：90等也采用分項系數法，此外歐洲也是使用分項系數法。因為沒(méi)有安全系數可以用，所以才使用了分項系數法。
因此再碰到問(wèn)貨架安全系數的問(wèn)題，如果說(shuō)靜態(tài)安全系數，可以勉強的用貨物重的系數1.4來(lái)答復。為什么是1.4，目前世界上主流貨架設計規范來(lái)自中國、歐洲、美國三地，這三種規范對貨架的各種荷載安全系數要求有相同之處，也有不同之處，但對貨物重這一靜態(tài)最高權重的分項系數來(lái)說(shuō)，中國、歐洲、美國均為1.4，故取1.4。但這仍是不準確的回復方式，最完美的回答還是給業(yè)主講清楚分項系數法及安全系數法的區別，否則用一個(gè)體系的內容去解釋另一個(gè)體系，是無(wú)法得到準確的回答的。
注：結構領(lǐng)域的安全系數法（許用應力法）主要是美國在采用，稱(chēng)之為ASD法，同時(shí)美國也同樣使用分項系數法，稱(chēng)之為L(cháng)RFD法。
總的來(lái)說(shuō)，在美國建筑荷載規范中，有安全系數及分項系數兩種體系，安全系數法比分項系數法略偏保守一點(diǎn)。
安全(分項)系數到底是什么
雖然說(shuō)前面介紹了兩種方法來(lái)解釋安全系數和分項系數的區別，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？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)安全系數是1.4，是不是說(shuō)可以放1.4倍重的貨物？
先說(shuō)結論，不可以。
現有標準的結構設計都是采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法，這個(gè)概率計算，就是以結構的失效概率來(lái)確定結構的可靠度。安全系數也好，分項系數也好，都是根據工程實(shí)踐由統計概率進(jìn)行確定的，比較拗口，通俗的來(lái)理解就是可靠度的概念，是系統不出現問(wèn)題的幾率。再通俗一點(diǎn)，打個(gè)不太準確但是好理解的比方，貨架如果有1.4系數，系統不出問(wèn)題的概率可能是99.9%，如果1.2系數可能就只有99%，而1.0系數可能就只有90%了，結構出問(wèn)題的幾率大大增加，這在工程設計中是不允許的。
為什么會(huì )出現這樣的情況？安全系數、分項系數是綜合考慮了計算荷載及應力準確性、構件工作重要性、材料的可靠性以及必要的生產(chǎn)安裝缺陷等因素，其中每一項都可能出現理論與實(shí)際不符合的情況，影響構件的實(shí)際強度，為了給貨架安全使用留出安全裕度，這個(gè)系數是不可折減的，一旦折減，整個(gè)系統出現問(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，一旦出現事故，后果都是不可承受的，系統的可靠度要求需要保持在一個(gè)很高的位置上。
最后我們總結一下，安全系數或分項系數是保證貨架安全所必不可少的，兩者目標一致，但實(shí)現方式不同，最好不要混為一談，否則會(huì )存在一些理解上的偏差。在國內， 通常采用分項系數法。
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