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          物流中心如何抗震

          來源:

            2008年5月12日14時28分,四川汶川縣發生8.0級強烈地震。這是新中國成立以來破壞性最大、救災難度最大的一次地震災害。截至6月23日,地震造成69181人遇難,374171人受傷,18498人失蹤;倒塌房屋778.91萬間,損壞房屋2459萬間;6443個規模以上工業企業一度停產(其中四川5610個),機關、學校、醫院等嚴重受損。災區的物流中心同樣經歷了地震的考驗,有雖受影響但尚能運轉的,也有物流設備被震塌破壞嚴重的。如何確保物流中心有一定抗震能力成為業界關注的焦點。


                    據了解,目前物流中心的抗震主要聚焦于倉庫的土木建筑如何抗震、立體庫的設計如何抗震,以及倉庫內高層設備如高層貨架與堆垛機如何抗震。而其他低矮的設備如托盤、叉車、輸送機等在地震中主要產生位移,對物流中心的影響不大。


                    土木建筑抗震倉庫的土木建筑抗震能力直接關系著整個物流中心的抗震能力。建筑一旦倒塌,設備肯定無法幸免于難??梢哉f,土木建筑的抗震算是物流中心抗震的最重要因素。


                    據中國建筑科學研究院工程抗震研究所副所長程紹革研究員介紹,我國對于建筑的抗震要求與標準有明確的規定,但是還沒有專門針對物流建筑的抗震設計規范,物流建筑的抗震設計參照《建筑抗震設計規范》中的規定。其次,對于設備的抗震研究,因為設備抗震的數據收集與參數的確定遠遠復雜于建筑,目前抗震研究所所做的研究僅僅局限于核設備、電力設備等重要設備,物流設備的抗震研究并無觸及。


                    據了解,在1976年唐山地震之后,當時國家成立了很多抗震研究部門。但此后的30年沒有發生造成巨大損失的強震,人們的思想也有些松懈。一些抗震研究部門也逐漸撤銷了,專門從事地震研究的部門在減少。但國家對于建筑抗震的監管仍算比較嚴格。


                    根據國家地震局研究得出的相關數據,我國將建筑抗震設防烈度的區域劃分為6度區、7度區、8度區、9度區4個等級。北京為8度區,也就是要求建筑物抗震設防烈度為8度。地震級數是指地震的能量,烈度是指地震的破壞程度。而抗震設防烈度是一個地區抗震設防依據的地震烈度,是國務院地震行政主管部門對建設工程制定的必須達到的抗御地震破壞的準則和技術指標。它是在綜合考慮地容、環境、工程的重要程度、要達到的安全目標和國家經濟承受能力等因素的基礎上確定的。


                    依據建筑的抗震設防烈度,我國將建筑主要分為四大類。

                    一是甲類建筑,它屬于重大建筑工程和地震時可能發生嚴重次生災害的建筑,其地震作用應高于本地區抗震設防烈度的要求,其值應按批準的地震安全性評價結果確定;其抗震措施,當抗震設防烈度為6~8度時,應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求,當為9度時,應符合比9度抗震設防更高的要求。


                    二是乙類建筑,屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑,它的地震作用應符合本地區抗震設防烈度的要求;其抗震措施,一般情況下,當抗震設防烈度為6~8度時,應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求,當為9度時,應符合比9度抗震設防更高的要求;此外,對地基基礎的抗震措施也有相關規定。對較小的乙類建筑,當其結構改用抗震性能較好的結構類型時,應允許仍按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震措施。


                    三是丙類建筑,屬于除甲、乙、丁類以外的一般建筑,其地震作用和抗震措施均應符合本地區抗震設防烈度的要求。


                    四是丁類建筑,屬于抗震次要建筑。丁類建筑在一般情況下,地震作用仍應符合本地區抗震設防烈度的要求;抗震措施應允許比本地區抗震設防烈度的要求適當降低,但抗震設防烈度為6度時不應降低。


                    按照傳統的分類,在過去的看法里,單層的倉庫即可被認定為丁類建筑。然而,由于近幾年物流業的快速發展,出現了很多功能重要的高層立體庫,其高度是傳統倉庫的好幾倍,事實上這類物流中心已不能被當作丁類建筑,更不應按丁類建筑要求抗震設防。


                    當抗震設防烈度為6度時,除規范有具體規定外,對乙、丙、丁類建筑可不進行地震作用計算, 但仍采取相應的抗震措施。


                    程紹革研究員介紹,按照《建筑抗震設計規范》,抗震設計的大理念是“大震不倒、中震可修、小震不壞”,要求在發生較小強度地震時,建筑結構不允許發生任何破損;在發生設防烈度的地震時,允許建筑結構件發生損壞,地震后經過結構修復,建筑物要能夠繼續正常使用;當發生罕見的超過設防烈度的大地震時,建筑物可能內部損壞比較嚴重,結構無法修復,但要求盡量保證建筑不倒塌、不傷人。所有的建筑物,不管是民用住宅還是工業用建筑、機關學校,都要嚴格按照這個規范來設計建造,通過精確計算和采用構造措施來保證規范的執行。


                    抗震設防通常通過以下環節來實現:確定抗震設防要求,即確定建筑物必須達到的抗御地震災害的能力;抗震設計,采取基礎、結構等抗震措施,達到抗震設防要求;抗震施工,嚴格按照抗震設計施工,保證建筑質量;抗震管理,使用中的建筑物不得隨意改變建筑內部結構。


                    程紹革研究員表示,我國關于建筑物的抗震管理從設計到施工到使用都有明確的規范,如果嚴格執行了規范,建筑物的抗震通常不會出問題。


                    立體倉庫抗震設計近幾年我國物流業發展迅速,各地新建了很多先進的立體倉庫。立體倉庫不同于傳統的庫房,它不僅高度是普通倉庫的數倍,里面的物流設備也更加精密,次生災害也更加嚴重,比如起火和貴重設備的損壞,以致有人質疑立體倉庫在中國有無必要推廣。


                    業內資深專家、北京達特煙草成套設備技術開發有限責任公司總工程師張正義表示,他不主張在地廣人稀、發展不足的行業興建立體倉庫,但是在經濟比較發達的地區,優勢行業中有條件的企業還是應該大力推廣立體倉庫,因為在這些重要的經濟地區,土地資源越來越緊缺。而遭遇地震時,只要立體倉庫和其中設備設計恰當,還是可以避免損害的。比如日本,身處地震頻發地區,每年仍有幾百座立體倉庫在正常建設。所以,立體倉庫如何抗震應受到業內重視。


                    多位業內人士表示,目前行業內還沒有針對立體倉庫以及其中物流設備的抗震的國家標準或行業標準。立體倉庫在做抗震考慮時,一是系統集成商在系統設計規劃時多做考慮,二是倉庫內的一些高層設備比如高層貨架和高位運行的堆垛機如何抗震。


                    據日東電子發展(深圳)有限公司主管物流產業的總經理助理王晨光介紹,從立體倉庫的抗震設計上看,主要考慮的是物流設備和倉庫相連接的部分如何設計,即地基如何設計。在此次地震中,日東公司承建的成都飛機工業集團立體倉庫項目基本沒有受到損壞,其地基的設計是重要原因之一。據了解,該立體倉庫的地面預埋采用的是預埋槽鋼的方式。即在做預埋時,每一排與貨架立柱連接的預埋螺栓采用整根槽鋼聯結起來,然后槽鋼之間再用角鋼連接,使整個地面與貨架及建筑鋼結構的房構、彩鋼板形成了一個剛體,其抗震能力大大增強。


                    不過國內的立體倉庫并非每一座都采取如此做法。據張正義介紹,目前,國內立體倉庫的地基設計沒有統一的規范,多數設計若非過于保守就是不到位。


                    對于立體庫地基的設計,常規做法應該由設備供應商提供設計圖紙,客戶再做適度修改。但是與地基相關的有貨架和堆垛機兩類,這兩者互相交織無法定論,就變為設計院來綜合提供設計圖紙。而設計院并非貨架或者堆垛機的生產商,對設備相關的設計不夠熟悉,并且一些設計院對含有堆垛機的倉庫設計得也比較少,立體倉庫的地基設計出現一些問題也就在所難免。


                    首先,有的立體倉庫里,把整個地基和倉庫的土木建筑連接到一起,合為一體。張正義認為這是不合適的,它應該是一個單獨的地基。


                    其次,由于地基很長,現在很多系統集成商的做法是把它分成很多小塊修建。這也是不妥的,遭遇地震或其他災害時,會出現不均勻沉降。因此最好將地基連成一個整體,但這需要施工時一氣呵成,難度較大。一個降低難度的做法是將地基的主鋼筋埋于下層,其上面一層可以鋪一些細鋼筋,到地面上后可以切割細分成多塊,這樣施工后的地基仍然是一個整體。


                    最后,有的設計院只考慮了堆垛機和貨架的靜態負荷下的地基壓力。張正義認為,還應該考慮地震狀況下負荷的增加,其中包括地震時的壓力、水平方向力以及堆垛機向上拉力等等,這些數值相比靜態壓力要成倍增加。在遭遇地震貨架和堆垛機水平運動或者向上運動時,要為抗震添加輔助支撐。輔助支撐需要和相鄰立柱形成一個逃生通道。這是因為地震時很可能伴隨火災發生,而在失火狀態下,并不應該優先考慮消防員或者救援人員進入倉庫滅火,而應該是倉庫內人員往外逃生最重要,因此任何庫房都應該有逃生通道。


                    除了地基的設計,系統集成商還應該考慮到地震對立體倉庫軟件的破壞。王晨光表示,地震時因為立體倉庫里部分設備損壞,會造成信息系統通信網絡中斷,受損部分的貨物與設備的信息丟失,更甚者,會進一步影響整個信息系統的指揮能力,導致倉庫內所有設備罷工。這顯然不利于降低損失。因此,設計信息系統時最好是考慮遭遇地震或其他事故時,一臺或幾臺設備故障停工,但不影響其他設備正常運轉。


                    高層設備抗震立體倉庫抗震時,除了土木建筑的抗震、系統的抗震設計外,最重要的影響因素便是貨架、堆垛機這類高層設備如何具有抗震能力。這種抗震能力又主要取決于貨架本身質量、與倉庫相連的堆垛機的輔助設備以及它們之間的連接件的設計安裝。


                    由德馬泰克物流系統(蘇州)有限公司擔任系統集成商的東方汽輪機廠位于德陽綿竹市漢旺鎮的自動化立體庫項目,距離5·12地震震中僅30公里,在經歷里氏8.0級、最大烈度11度的特大地震后,雖然自動化高架庫所在建筑受損嚴重,周圍建筑也已完全倒塌,但立體庫貨架基本無恙。貨架變形損壞極少;天地軌基本無變形;除因被墜物砸落造成表面受損外,堆垛機和輸送機整體結構完好。此自動化立體倉庫解決方案包括21米高的6巷道貨架、6臺單立柱起重量超過1噸的有軌巷道堆垛機、出入庫系統和計算機監控系統。據悉,此項目當初的設計抗震烈度達7度以上。


                    德馬泰克物流系統(蘇州)有限公司專家林肇祁分析,立體倉庫內涉及抗震的主要設備包括以貨架為主和系統設備的支撐物為輔的鋼結構以及設備連接和緊固結構。這類設備自身的結構設計會影響到抗震能力。此外,諸如貨架和堆垛機的梁、柱等的結構件、設備的選材以及連接和緊固方式在設計中應該嚴格按照相關的設計規范和標準進行設計、校核、制造及安裝,貫徹“不怕一萬,只怕萬一”的謹慎態度,對地震的強度和烈度的萬一狀況給予充分考慮。


                    談到貨架,林肇祁表示,德馬泰克作為行業資深的系統集成商,堅持以歐洲的標準和規范為設計依據,對項目選用的貨架供應商設定嚴格要求和實施考評制度。特別在立體庫項目中,貨架及鋼結構件按照建筑鋼結構的設計規范進行設計或校核,并進行有限元分析,從而使抗震能力有了保障。這樣的設計使德馬泰克的貨架成本高出國內外同行,值得慶幸的是,相對高的成本換來的是客戶的安全和放心。


                    為東方汽輪機廠自動化立體庫項目提供貨架的是國內主要貨架生產廠家之一--南京音飛貨架制造有限公司。據音飛貨架工程項目部項目經理高雙華介紹,此項目貨架有19層,每個貨位承受2噸重壓力。據介紹,音飛貨架在生產設計時執行科學嚴格的標準,其貨架受力計算軟件是聯合北京科技大學開發而成,并專門在南京理工大學做貨架相關的破壞實驗。


                    貨架對立體倉庫抗震的重要性顯而易見,但是從哪些方面來明確高層貨架的抗震標準還需要進一步研究和統一。據上海十通貨架公司總經理陸建萍介紹,貨架的抗震能力主要取決于其剛度和柔度。剛度又主要取決于所選擇的貨架生產材料的強度與貨架的厚度。柔度的重要性與剛度相當,主要取決于貨架結構上的設計。剛度相對柔度好確定一些,柔度的確定比較困難,因為結構上的設計目前在國內沒有統一的標準,也沒有統一的計算依據和方法,各廠家都有自己的一套分析方法。陸建萍認為在 這種情況下,很多貨架的抗震保證更流于商業承諾,而非技術保障。


                    對于如何確定貨架的抗震能力,張正義認為,首先高層貨架應該執行國家關于建筑設計的相關標準和要求。有人認為建筑物應該執行此標準,貨架則無必要。


                    在“建筑抗震設計規范”中有一條“一般儲存物品的價值低、人員活動少、無次生災害的單層倉庫等可劃為丁類建筑。”但是現在國內興建的高架倉庫建筑物高度一般為24米,貨架高度一般為19米左右,堆放貨物8~10層,儲存物品的價值中等(如香煙)或中等偏低(如圖書);高架庫內平時無人員活動但調整、維修有人、端頭出入庫區平時有人操作;如貨架倒塌可能產生的次生災害是損害高架庫墻體、損害堆垛機、損害端頭出入庫區設備;也不能完全排除貨架倒塌可能引起短路引發火災;多數建設項目將高架庫與生產車間、分揀工房一體化,形成數萬平米(最大達20萬平米)的聯合工房。


                    雖然現代自動化立體倉庫在建筑結構上屬于單層,但是“建筑抗震設計規范”中所指的“無次生災害的單層倉庫”應該是指3~6米高的普通人力或叉車倉庫,而不是指多層貨架的現代自動化立體倉庫。因此,多層、高層貨架的現代自動化立體倉庫的建筑應按丙類建筑進行抗震設計,高層貨架起碼也應該執行建筑的抗震標準。


                    即使有了可依據的標準,但貨架的抗震標準仍不統一,原因就在于目前各個貨架生產廠家對于如何計算分析抗震烈度沒有統一的計算方法。換言之,給幾個廠家同一個抗震烈度,可能每個廠家計算分析出的貨架參數都不一樣。


                    張正義認為,有必要加強對計算方法的監督,同時需要在招標書里采取指令性的措施,比如在一定的地震烈度下,對貨架的材質、截面等提出要求。貨架供應商最好也能在標書里出示自己的計算依據和方法。這也是為了避免供應商以單薄的設計取得報價優勢。另外,一些抗震、防事故的措施也有必要明確標明在招標書里,比如,要求抗震烈度7度和8度時,供應商在靠邊柱的地方,應增加輔助立柱,過去有廠家已經做到,但多數沒有,事實上都應該做到。


                    其次,抗震要求貨架材料的質量保證體系能夠正確運轉,做到所使用材料的質量可追溯。不然出現質量問題,很難說生產材料來自哪一批次。而出現一個薄弱環節就能為整個立體庫帶來安全隱患。


                    對于高位運行的堆垛機,主要是其輔助設備即天軌和地軌與抗震有關系,而與堆垛機本身的選型和材質沒有關系,需要防止的是天軌和地軌與其他連接件在地震發生時扭曲、變形甚至斷裂。


                    立體倉庫里的連接件對于抗震也很重要。日東電子發展(深圳)有限公司承建的成都飛機工業集團立體倉庫項目能夠幸免于難與其連接件的緊固有很大關系。據稱,該項目堆垛機立柱和上下橫梁與法蘭聯接板的焊接,貨架梁、柱的翼緣、腹板與端板的連接焊縫,柱的翼緣、腹板與柱底板的焊接都為全熔透坡口焊;所有的聯結螺栓均采用強度等級為10.9級的摩擦型高強度螺栓。


                    在立體倉庫的使用管理中,也有必須注意的環節。主要是要求客戶必須按照立體倉庫的維護手冊操作,按規定時間進行必要的檢修保養。張正義提出,立體倉庫在使用上還應該注意低位貨架優先存貯的原則,即貨物先堆放下層貨架再堆放上層。這樣做,一可以節能,二利于抗震。據了解,這次地震中便有因為高層貨架堆放過多,造成頭重腳輕,在劇烈晃動之中貨架承受不住而倒塌的例子。


                    經受地震災害后,物流中心首先應做的是救人,其次搶救物資,盡量不妨礙生產,接著是檢測倉庫硬件設備受損情況如何,是否需要修復或者更換,最后是檢查信息系統是否正常。  

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