Como calcular a estrutura de um porta-paletes convencional

Que forças devem ser ponderadas ao projetar estantes de paletes de metal? Como verificamos se a estrutura será adequada para suportar todas as cargas? Estas e outras questões são aquelas que devem ser tidas em consideração na concepção deste tipo de bastidor, com o objectivo de garantir a sua estabilidade e resistência e, consequentemente, a segurança geral das instalações.
A norma europeia EN 15512, de acordo com a sua definição, especifica os requisitos de dimensionamento estrutural aplicáveis ​​às porta paletes convencional (estantes seletivas) fabricadas a partir de componentes de aço, destinadas ao armazenamento de cargas unitárias paletizadas e sujeitas a cargas essencialmente fixas.
Tornou-se a principal referência nesta matéria e fornece informações técnicas adicionais necessárias para a implementação dos Eurocódigos. Além disso, os projetistas também devem fornecer as normas EN 15620, EN 15629 e EN 15635 como guias para as especificações do sistema de armazenamento, as tolerâncias exigidas durante a montagem e a operação segura da instalação.
Da mesma forma, as estantes convencionais para cargas paletizadas são estruturas metálicas, geralmente formadas por componentes feitos de chapa de aço fina, formada a frio. Eles são capazes de suportar cargas pesadas, enquanto a instalação é projetada para ser o mais leve possível; conseqüentemente, o peso do rack raramente ultrapassa 5% da carga armazenada no interior da instalação.
Por outro lado, é imprescindível que este tipo de instalações para cargas paletizadas seja versátil, para poder se adaptar a diferentes tipos de carga. Por este motivo, as conexões entre as partes principais da estrutura devem ser ajustáveis ​​e de montagem rápida e fácil.
Os montantes dessas estruturas costumam ter perfurações ao longo de todo o perfil, enquanto as vigas incluem conectores fornecidos com ganchos que se encaixam nas perfurações desses montantes.

Componentes estruturais básicos

  • Molduras: são peças verticais compostas por dois montantes unidos por vigas e travessas formando uma treliça.
  • Barras verticais: tendem a ser componentes perfilados a frio de chapa fina, com seções abertas e são sempre perfuradas, o que as torna sujeitas a distorções e flacidez do tipo torcional.
  • Vigas: são peças horizontais que suportam o peso das paletes. Eles tendem a ser perfilados a frio e têm conectores em suas extremidades para fixá-los a estruturas verticais.
  • Conectores: são peças soldadas às extremidades das vigas para fixá-las aos montantes. Eles são equipados com ganchos que se encaixam nas perfurações dos montantes.

Tipos de cálculo: geral e individual

O cálculo é realizado em duas etapas:
01) Análise geral da estrutura: Normalmente são usados ​​modelos bidimensionais (2D) filiformes com cálculos de segunda ordem aplicando o método dos elementos finitos. Em alguns tipos de instalações, os cálculos também são frequentemente feitos por meio de modelos 3D de acordo com a EN 1993-1-1. Esta análise deve incorporar a modelagem do comportamento real da conexão entre as vigas verticais e o pórtico-solo.
02) Verificação individual das peças: Feita a análise geral, é fundamental verificar a exatidão do projeto verificando a flambagem e as tensões das peças que compõem a estante. Basicamente, os seguintes itens são verificados:
  • Estabilidade geral da instalação.
  • Estado de tensão de quadros: montantes e diagonais.
  • Placas de base: pressão na laje e ancoragem.
  • Vigas: flambagem e estado de tensão.
  • Conectores.

Análise geral: modelo estrutural

Para uma análise geral, é comum considerar duas estruturas bidimensionais (2D) em layouts verticais e perpendiculares simultâneos em relação aos corredores de armazenamento. No cálculo do modelo, os seguintes requisitos são observados:

Analise geral

  • Modelo filiforme.
  • O sistema se alinha pelo CG (centro de gravidade) da seção bruta, ou também pelo CG da seção transversal real.
Termos da seção correspondentes à seção bruta das peças (ou também da seção real). Nesta análise, o objetivo é obter:
As forças internas sobre as diferentes peças para posterior verificação, combinando os cálculos do corredor inferior e do corredor transversal.
Verificando a estabilidade geral da instalação.
Inclui dois tipos de análise:
  • Análise de corredor inferior: análise em 2D em um layout vertical paralelo aos corredores de carga. Esta análise também inclui as conexões semirrígidas da viga vertical e do piso vertical, obtidas por ensaio.
  • Análise entre corredores: análise em 2D em um layout vertical perpendicular aos corredores de carga. Geralmente envolve a junta articulada do piso vertical. Em ambos os casos, a imperfeição global pode ser modelada como:
  • A inclinação das colunas concordadas à imperfeição.
  • Forças horizontais na altura dos níveis de carga correspondentes à imperfeição.

Tipo de análise de acordo com a classificação da estrutura

Essa classificação é baseada na relação do projeto de carga esperada em relação à carga crítica da estrutura. De acordo com o coeficiente obtido por esta relação, será determinada a necessidade de realização de um cálculo de segunda ordem.

Análise individual: verificação de elementos

Na verificação dos diferentes elementos que compõem a estrutura devem ser levados em consideração os seguintes conceitos, entre outros:

Barras – Armações – Placas de ancoragem

  • A verticalidade funciona principalmente por compressão e flexão.
  • A utilização do fator de redução da flambagem, obtido por testes de laboratório ou por meio de fórmulas teóricas.
  • As forças internas obtidas nos cálculos do corredor inferior e transversal serão perpendiculares em conjunto.
  • Força axilar nas diagonais do quadro.
  • Força axil e momentum nas placas dos pés das colunas.
  • Axila e força de cisalhamento na ancoragem de fixação à laje.

Vigas – Conectores

  • Trabalhando principalmente com forças de flexão e cisalhamento.
  • A flambagem (deflexão) é limitada a um máximo de L / 200. Ocasionalmente, para certas instalações, desvios de valores menores são necessários.
  • Consideração das forças de localização do corredor transversal.
  • Verificando a força de cisalhamento e a deflexão na placa terminal.

Blocos de contraventamento – Contraventamento vertical e horizontal – Espaçadores

  • As diagonais da cinta funcionam exclusivamente na força axilar.
  • Verificação das forças de deflexão e cisalhamento dos elementos que conectam as diagonais do contraventamento vertical aos pórticos (espaçadores de contraventamento).
  • As ações de contraventamento aumentam as forças sobre os montantes e vigas que fazem parte do bloco de contraventamento ou que estão adjacentes a ele.
  • A excentricidade das ações da amarração vertical em relação às estantes requer um estudo do comportamento de torção dos elementos que fazem parte do bloco de amarração, bem como das estantes.

Ações

Existem diferentes tipos de ações que podem afetar a resistência e a estabilidade das estantes, pelo que também é imprescindível contemplá-las ao montar uma instalação deste tipo. As ações nas estantes são classificadas em vários grupos:

Ações permanentes

  • Peso das prateleiras.
  • Cargas permanentes e equipamentos diversos suportados pelas estantes.

Ações variáveis

  • Peso das paletes.
  • Peso e ações devido a cargas móveis em plataformas e passarelas.
  • Ações devido à localização dos paletes (vertical + horizontal).
  • Ações nos perfis de posicionamento.
  • Ações devido a guias de equipamentos de armazenamento.
  • Ações devido à imperfeição nos elementos e montagem.
  • Outras ações decorrentes de regulamentações nacionais (vento, neve, etc.).
  • O peso das paletes juntamente com a imperfeição geral considerada como uma ação única, que por sua vez é a mais relevante (desfavorável).

Ações acidentais

  • Empilhadeiras.
  • Ações em perfis de segurança.
  • Ações sísmicas.
  • Estados de carga e a combinação de ações
É considerado adequado e suficiente para estudar os dois estados de carga listados abaixo, considerando as seguintes ações ou casos de carga:
  • Ações permanentes + ação variável mais desfavorável.
  • Ações permanentes + 0,9 x (a totalidade das ações variáveis).
  • Ações permanentes + variáveis ​​+ incidentes.
  • Limite de serviço de estado (SSL)
Em cada um dos casos de carga, a flambagem das partes da estrutura sujeitas às ações não ponderadas correspondentes (cargas nominais) é estudada:
  • Verificando a estabilidade geral da estrutura.
  • Verificando a deflexão do feixe

Estado Limite Final (ULS)

Em cada um dos casos de carga é estudado o estado tensional dos componentes sujeitos às ações ponderadas correspondentes (afetados por fatores de segurança). Nas fórmulas de verificação dos elementos deve ser considerada a combinação de forças (corredor inferior + corredor transversal). É necessário também ponderar a incerteza quanto às diferentes ações que podem afetar a trasfega (descritas anteriormente).
Para isso, são considerados coeficientes de segurança estabelecidos, tanto para o coeficiente de carga quanto para o material, que podem variar entre 1,0 e 1,5. Alguns países têm legislação nacional específica que obriga a utilizar coeficientes de ponderação maiores nas instalações que são construídas no seu território (desvios A).

Excentricidades

Quando o projeto e / ou manuseio do sistema de armazenamento permite que os paletes se tornem sistematicamente descentrados, o aumento da carga que causa esse descentramento nas vigas e travessas também deve ser levado em consideração no projeto da estrutura.
Da mesma forma, devem ser observadas as excentricidades das linhas do sistema estrutural, caso sejam consideradas excessivas.
Excentricidades no posicionamento dos paletes
Posição assimétrica das paletes em relação às vigas.
A carga não é distribuída uniformemente na palete.
Excesso de carga em relação ao palete.
Excentricidades das diagonais do contraventamento vertical
Embora as diagonais do contraventamento vertical não estejam fisicamente conectadas aos racks nas junções que formam as linhas neutras dos pilares e das vigas, nos cálculos 2D as diagonais podem ser vistas como anexadas a essas junções, desde que as excentricidades dos os mesmos são mantidos abaixo de certos valores dependendo da largura da cinta e da borda das vigas.
O mesmo acontece com as diagonais das molduras.

Conclusão: a segurança da instalação e responsabilidades

Por fim, queremos destacar que em grande parte dos incidentes que ocorrem em instalações paletizadas, o erro humano interfere e é causado principalmente por arranhões ou impactos de empilhadeiras contra as estantes.
Por outro lado, esses impactos podem representar ações mais elevadas do que o normal nas estantes, do que as estabelecidas na norma EN15512. Assim, não só é imprescindível que o fabricante realize uma boa análise estrutural e dimensionamento da instalação, mas também faça bom uso da mesma, para que as ações contra as estantes não ultrapassem as consideradas no cálculo estrutural da instalação .
Tudo isto é fruto de muitos anos de experiência, estudos e ensaios da FEM (Federação Europeia de Manutenção) e outras agências. É essencial ter em mente:
En 15620. – Sistemas de armazenamento estático de aço. Tolerâncias, deformações e folgas.
  • Nivelamento da laje e sua carga insuficiente de flambagem.
  • Espaço livre entre paletes e entre palete e prateleiras.
  • Espaço livre entre estantes e obras civis.
  • Largura do corredor de acordo com a unidade de carga, o tipo de empilhadeira e o número de locais de paletes por hora.
En 15629. – Sistemas de armazenamento estático de aço. Especificação do equipamento de armazenamento.
Responsabilidades individuais dos diferentes fornecedores de sistemas que compõem o equipamento de armazenamento.
En 15635. – Sistemas de armazenamento estático de aço. Aplicação e manutenção de equipamentos de armazenamento.
  • Designação de uma pessoa responsável pela segurança do equipamento de armazenamento.
  • Sinal de carga segura
  • Educação e treinamento do pessoal do almoxarifado.
  • Danos nas estantes e avaliação do nível de danos.
  • Inspeções regulares.

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