Regálové systémy pohledem současných bezpečnostních předpisů III

Stručné informace o ČSN EN 15512 (26 9636)

[Ocelové statické skladovací systémy – Přestavitelné paletové regálové systémy – Zásady navrhování konstrukce (5)]

V úvodním příspěvku tohoto seriálu, v kapitole věnované nežádoucím událostem, které jsou neustále vykazovány v rámci regálového skladování, jsme informovali o totální havárii automatizovaného regálového skladu (6). V odborném posudku na ocelovou konstrukci regálu je mj. konstatováno, že napětí ve spodní části regálových sloupků v kritickém okamžiku dosahovalo 162 MPa, čímž byla překročena dovolená hodnota napětí, podle tehdejší ČSN 73 1401 – Navrhování ocelových konstrukcí, která činila 152 MPa. To ale znamená, že vzpěrná stabilita regálových sloupků byla při plném zatížení (nutno zdůraznit nikoliv přetížení) regálu překročena, což vyjádřeno jinými slovy tvoří skutečnost, že předmětný regál byl špatně navržen.

Ve vazbě na výše uvedené skutečnosti představuje zpracování speciální technické normy, formulující zásady správného – tudíž i bezpečného, navrhování konstrukcí regálových systémů, mimořádně prospěšnou a záslužnou skutečnost. Alespoň orientační, rámcovou znalost této normy by mělo tvořit, dle možností, součást kvalifikace všech vedoucích a zodpovědných zaměstnanců zúčastněných na regálovém skladování. U projektantů a konstruktérů regálových skladovacích systémů by pak podrobná znalost této normy měla tvořit dokonce součást kvalifikačních předpokladů pro zastávání jejich profesních funkcí, a to bez výjimek.

Rámcové informace

Komentovaná norma specifikuje požadavky návrhu konstrukce, použitelné pro všechny typy a provedení přestavitelných příčkových paletových regálů, vyrobených z ocelových prvků. Takovéto regály jsou určeny pro skladování jednotkových břemen – skladových položek, které mohou být ukládány a odebírány pouze jednou operací. Ještě je třeba uvést, že příslušné regály jsou, až na výjimky, vystaveny převážně statickým zatížením. Norma je použitelná jak pro nevyztužené, tak i vyztužené regálové systémy. Ve své úvodní části stanoví okruh svého určení, použití – zejména pro:

1. komise a odborné útvary navrhující navazující související výrobky, činnosti:
   1. strojní a technologické zařízení, jehož součástí je také regálový systém
   2. související prováděcí a zkušební normy
2. projektanty a konstruktéry
3. příslušné orgány.

Zásady navrhování regálových konstrukcí

Regálové systémy, které mohou být navrhovány jako nevyztužené, popř. vyztužené, jsou konstrukčně řešeny jako:

• jednostranné, u kterých regálová řada je přístupná pouze z jedné provozní uličky,
• oboustranné, u kterých řady regálů jsou přístupné ze dvou sousedních provozních uliček, spojených rozpěrami, tj. prvky spojujícími a rozpínajícími dva rámy, které jsou zády k sobě.

U nevyztuženého regálového systému – viz následující obrázek, je jeho stabilita ve směru uličky (směr k) zajištěna omezujícím účinkem připojovacích přírub nosníků (pol. a). V příčném směru uličky (směr j) je stabilita zajištěna vyztužením svislého rámu (pol. e). U samostatného oboustranného regálu musí být sousední rámy ještě spojeny rozpěrami (pol. c). U řady oboustranných regálů musí současně být mezi každým sousedním párem rámů použity minimálně dvě rozpěry. Ty musí být umístěny v místech uzlů rámů a maximálně vzdáleny od sebe. Další rozpěra musí být umístěna v sousedství každého tuhého spojení. Nejspodnější rozpěru je nutno umístit v úrovni prvního výztužného uzlu poblíž nejnižšího vyztužení nad podlahou. Přitom každá rozpěra musí mít tahovou únosnost minimálně rovnou horizontálnímu zatížení od umístění.

V obrázku znamená:
a – nosníky
b – svislé rámy
c – rozpěry
d – horní vazníky
e – vyztužení rámu
f – jednostranný regál
g – ulička
h – oboustranný regál
j – směr napříč uličkou
k – ve směru uličky

U vyztuženého regálového systému – viz následující obrázek, musí být síly působící v čelní a zadní rovině přeneseny do páteřního vyztužení v zadní části regálu (pol. a). Stabilizační účinek páteřního vyztužení je přenesen do nevyztužených sloupků v přední a zadní části regálu nejčastěji pomocí horizontálního vyztužení. Stabilita v příčném směru uličky (směr k) je zajištěna pomocí výztužných rámů (pol. f).

V obrázku znamená:
a – páteřní vyztužení
b – nosníky
c – svislé rámy
d – držáky výztuhy
e – horní vazníky
f – vyztužení rámu
g – jednostranný regál
h – ulička
j – oboustranný regál
k – směr napříč uličkou
m – ve směru uličky
n – horizontální vyztužení

Při návrhu regálového systému se vychází z minimální životnosti deset let. Skutečná životnost většiny regálů je ale dána stupněm jejich opotřebení a poškození během provozu, jakož i korozí. Takovéto skutečnosti nemohou být brány v úvahu při návrhu určitého regálu; předpokládá se ale, že regálový systém bude řádně používán a udržován a jakékoliv poškození bude okamžitě opraveno. Při návrhu regálové konstrukce, nebo jejich částí je nutno důsledně vycházet z komentované technické normy (5).

Zatížení regálové konstrukce

Výchozí je znalost všech možných zatížení a kombinovaných zatížení, včetně způsobu obsluhy uvažovaného regálu. Ke stálým zatížením patří zejména hmotnost celé konstrukce, včetně stěn, podlah, stropů, schodišť a upevněného obslužného zařízení. Proměnná zatížení jsou zejména ovlivněna umístěním samotného regálu. Může být instalován v zastřešeném uzavřeném skladovém objektu se všemi obvodovými stěnami, popř. zčásti bez obvodových stěn. Lze jej rovněž umístit do venkovního prostředí, a to jako opláštěný systém – viz následující obrázek, nebo bez opláštění.

V obrázku znamená:
a – střešní opláštění
b – střešní nosník
c – výztuha nosníků opláštění
d – nosník opláštění
f – vaznice

V rámci proměnných zatížení je nutno sledovat zejména:

• jednotková břemena – skladové položky, které mohou být uloženy nebo odebrány jednou operací,
• vertikální a horizontální zatížení od umísťování,
• zatížení od regálem vedeného zařízení,
• nárazová a mimořádná zatížení,
• zatížení větrem, sněhem apod.

V souvislosti s ukládáním jednotkových břemen je nutno stanovit zatížení regálové konstrukce od způsobu jejich umisťování na místo uložení. Samostatně je třeba sledovat vertikální a horizontální zatížení od umisťování břemen. Při určování vertikálního zatížení:

1. v případech kdy je umísťování prováděno mechanickým zařízením, potom u systémů s ukládáním jednoho jednotkového břemena, jakož i vícenásobného břemena ukládaného současně, musí být nosníky a připojení konců nosníků konstruovány pro přídavné vertikální zatížení od umísťování. Toto zatížení, působící svisle směrem dolu, odpovídá 25 % maximálního zatížení od břemena, umístěného na nejnepříznivější pozici,
2. při ručním ukládání musí být nosníky a připojení nosníků konstruovány pro obdobné přídavné svisle dolu působící zatížení o velikosti 100 % maximálního zatížení od břemena, umístěného na nejnepříznivější pozici.

Při určování horizontálního zatížení od umisťování jednotkových břemen v příčném i podélném směru uliček je nutno vycházet ze způsobů obsluhy regálu. Pokud je zboží – materiál ukládán ručně ovládaným mechanickým zařízením (zdvižnými manipulačními vozíky), potom:

1. pro regály až do výšky 3 m musí být horizontální zatížení od ukládání o velikosti 0,5 kN aplikováno v každé výšce až do vrchu regálu,
2. pro regály s výškou nad 6 m představuje určení horizontálního zatížení od ukládání určitý problém; zatížení o velikosti 0,25 kN lze aplikovat na vrch regálu, nebo zatížení o velikosti 0,5 kN v každé výšce až do 3 m,
3. pro regály s výškou mezi 3 m a 6 m představuje určení horizontálního zatížení regálu od ukládání rovněž určitý problém; buď na vrch regálu lze aplikovat velikost zatížení interpolací mezi body 1) a 2) – tj. 0,5 kN a 0,25 kN, nebo zatížení o velikosti 0,5 kN v každé výšce až do 3 m.

Pokud je zboží – materiál ukládán automatickým zakladačem musí velikost a polohu horizontálního zatížení od ukládání stanovit jeho dodavatel. Tato hodnota ale nemůže být menší než 0,25 kN.

Pokud je uvažováno s použitím zarážek, je nutno již v konstrukční dokumentaci jednoznačně specifikovat jejich druh, a současně stanovit horizontální zatížení od ukládání. Jedná se o povinnost specifikátora. Možno doplnit, že rozeznáváme:

• nárazníkovou zarážku palety, která slouží jako výpomoc pro řidiče vysokozdvižného vozíku při ukládání jednotkového břemena do správné pozice v regálu,
• bezpečnostní zarážku palety, která je určena pro zabránění náhodné kolize ložené palety nebo jejího břemena s jinými jednotkovými břemeny nebo zařízením, při jejím umisťováním do regálové buňky.

Nutno si ale uvědomit, že nárazníkové zarážky způsobují vznik proměnných zatížení a bezpečnostní zarážky dokonce zatížení mimořádných. Proto je nutno oboje zatížení zahrnout do konstrukčních podkladů příslušných regálových systémů. Použití nárazníkových zarážek není ale zcela vhodné, neboť umožňují zneužití. U přestavitelných paletových regálů, kdy jsou určeny jako pomoc při polohování palet, mohou vznikat značné síly, u kterých je obtížné určit jejich velikost. U ručně ovládaného mechanického zařízení musí být zarážky dimenzovány pro minimální hodnotu 0,25 tíhy jednotkového břemena v rovině svislého rámu.

Horizontální zatížení od ukládání musí být vzato v úvahu při konstrukci dále uvedených komponent v blízkém okolí zarážek:

• samotné zarážky,
• spojení zarážky s dotčenými komponentami regálu (nosník nebo sloupek),
• část sloupku nebo nosník, se kterým je zarážka přímo spojena,
• vyztužení svislého rámu v blízkém okolí této části sloupku.

S ohledem k účinkům tlumení může být uvažováno s redukovaným horizontálním zatížením od ukládání a to:

1. redukované horizontální zatížení od ukládání = 0,1 tíhy jednotkového břemena – pro konstrukci kotvení rámu za předpokladu zatíženého sloupku s horizontálním zatížením od ukládání působícím na jeden rám v nejvyšším místě,
2. redukované horizontální zatížení od ukládání = 0,1 tíhy jednotkového břemena – pro celkovou konstrukci rámu (vyztužení a sloupek) a horizontálním zatížení od ukládání působícím na jeden rám v nejvyšším místě pozice palety.

V podélném směru uličky vzniká horizontální zatížení od umisťování na úrovni nosníků, které zvětšuje posunutí ve směru uličky způsobené imperfekcemi (nedokonalém vytvoření) konstrukce – viz následující obrázek. Pro zabránění nadměrného zatížení může být soustředěné horizontální zatížení od ukládání nahrazeno zatížením o velikosti 2 horizontální zatížení od ukládání, které je rovnoměrně rozloženo ve všech úrovních nosníků.

Celková imperfekce výztužného systému

V obrázku znamená:
Ø – celkové odchýlení regálové konstrukce od vertikály.

V příčném směru uličky je nejnepříznivější pozice od umisťování buď:

3. vrch svislého rámu pro určení maximálních sil ve výztužném systému, resp. střed mezi dvěma uzly příhradové konstrukce vyztužení svislého rámu pro určení maximálního ohybového momentu v příčném směru uličky. V tomto případě bývá obvykle kritickým místem zatížení nejnižší délka sloupku mezi výztužnými body.

4. střed rozponu nosníku v horizontální rovině pro zajištění maximálního ohybového momentu podle vedlejší osy. Tento případ není nutno podrobně analyzovat, je možno uvažovat s polovičním horizontálním zatížením od ukládání přenášené jedním nosníkem v horizontální rovině podle neutrální osy.

Při návrhu regálového systému platí zásada, že tíha jednotkových břemen a globální imperfekce regálu vždy musí společně tvořit jedno zatížení. Zatížení od umisťování musí tvořit rovněž samostatné zatížení. U každého svislého rámu musí být patky sloupků připevněny přímo ke sloupkům a zajištěny v podlaze pomocí vyrovnávacích podložek nebo podlitím. Přitom je nezbytné, že sloupky jsou pevně podepřeny v celé ploše patky sloupku. Každé spojení sloupku s podlahou musí být schopné přenášet minimální normovou sílu 3 kN v tahu a 5 kN ve smyku.

Dále je nutno zvážit velikosti zatížení od zařízení vedené regálem. U regálů obsluhovaných zakladači se snižuje pravděpodobnost, že při zvyšování počtu zakladačů budou všechny ve stejné době způsobovat horizontální zatížení ve stejném směru a ve stejném místě současně. Pokud jsou rámy svázány přes uličky lze hodnotu celkové horizontální síly Q_h,t, podle následujícího obrázku, na úrovni vodící kolejnice volit podle následující tabulky.

V tabulce znamená:
Q_h – maximální specifické zatížení od jednoho zakladače.
Q_h,t - redukovaný součet Q_h sil působících na horní vodící kolejnici zakladače, kterým jsou zatíženy všechny svislé rámy podle následujícího obrázku.

V kapitole 8 jsou v komentované normě specifikovány materiálové a rozměrové požadavky na kovové ocelové materiály určené k použití pro výrobu regálů. Oceli musí být v případě potřeby současně vhodné pro tvarování za studena, svařování a galvanické pokovování. Ze stanovených rozměrových tolerancí lze kupříkladu uvést, že počáteční maximální odchylka prvku od teoretické osy musí být menší než 1/400 délky prvku, při měření k oběma koncům. Současně počáteční zkroucení prvku po jeho „instalování“ musí být ve středu rozponu menší než 1^o na metr pro symetrické profily a 1,5^o na metr pro nesymetrické profily.

V kapitole 9 norma stanoví postup pro analýzu regálové konstrukce. Výpočetní model a základní předpoklady pro výpočet musí respektovat chování konstrukce v odpovídajících mezních stavech s potřebnou přesností, a současně musí odrážet chování jednotlivých průřezů, prvků, spojů a podpor. Třeba vzít v úvahu také kupříkladu účinek rohového zaoblení, perforování, distorzního a lokálního vyboulení apod. u jednotlivých prvků. V odůvodněných případech musí návrh ohýbaných, za studena tvarovaných nosníkových prvků regálové konstrukce zohlednit zejména:

• lokální boulení a vyboulení stěny,
• klopení a neelastické chování,
• zkroucení a zvlnění pásnice.

Vedle dalších prvků je v normě podrobně popsán postup pro výpočet a návrh regálových nosníků. Nosníky s otevřeným průřezem, u kterých není rovina ohybu současně rovinou symetrie, jsou vystaveny kombinaci ohybu a kroucení. Jsou také zvláště náchylné na klopení. Pevnost a tuhost takovýchto nosníků, jakož i nosníků, u kterých výše naznačené jevy nemohou být spolehlivě analyticky vyšetřeny, je účelné stanovit zkouškou, jejíž popis tvoří normativní přílohu komentované normy. U nosníků s relativně velkou délkou a/nebo relativně velkým poměrem výšky k šířce je vhodné prokázat, že jsou stabilní na kroucení. Současně je třeba si uvědomit, že ložená paleta se svým jednotkovým břemenem může být tužší než nosník, který ji podepírá – viz následující obrázek. V takovémto případě při kontrole nosníků na vyboulení stěny, nebo vyboulení stěny kombinované s ohybem, by mělo být uvažováno, že celkové zatížení působí na podpěrné nosníky pouze dvěma vnějšími prvky palety, jak je zřejmé z obrázku.

V rámci návrhu patek regálových sloupků je nutno respektovat zásadu, že každý sloupek musí být upevněn pomocí své vlastní patky. V této souvislosti musí být provedeny kontroly pevnosti patky sloupku, kontaktního tlaku a kotevních šroubů. Důležité je stanovení účinné plochy pro patky sloupku. Spojení sloupku s podlahou je obecně zatížené tlakem a ohybem. Vzhledem k tomu že vliv ohybového momentu byl již vzat v úvahu v rámci dřívější části prováděné analýzy, stačí při návrhu patky sloupku sledovat pouze vliv tlakové síly pro osové zatížení patky sloupku. Předpokládá se, že tlak přenášený účinnou plochou patky je rovnoměrně rozložený na celou její účinnou plochu – viz následující obrázek.

V obrázku znamená:
e – vzdálenost od líce sloupku k hraně patky sloupku
Vzdálenost od líce sloupku k hraně patky sloupku – hodnota e se určí podle vztahu:
e = t odmocnina (n/3m)
kde:
t – je tloušťka patky sloupku
n – návrhová pevnost patky sloupku
m – návrhová pevnost podlahy pro kontaktní tlak

Návrh regálového systému musí být závěrem podroben globální analýze, a to ve dvou stupních. V prvním stupni se provádí globální analýza konstrukce pro stanovení rozložení vnitřních sil a posunutí. Ve druhém stupni se kontrolují jednotlivé prvky konstrukce za účelem zjištění, zda mají odpovídající odolnost v mezním stavu únosnosti, a zda nemohou vznikat nepřijatelné deformace v mezním stavu použití. Postup a bližší podrobnosti jsou stanoveny v komentované normě, která současně stanoví rozsah zkoušek k prokázání shody, že konečný výrobek bude v souladu s touto normou. Pro každou sérii zkoušek musí být vyhotovena písemná dokumentace.

Součást normy tvoří přílohy

Příloha A (normativní) – Zkoušení,

Příloha B (informativní) – Metoda zvýšeného posunutí pro analýzu ve směru uličky,

Příloha C (informativní) – Přibližné rovnice pro konstrukci pravidelného skladovacího regálu ve směru uličky,

Příloha D (informativní) – Podklad pro přijetí materiálů s nízkým poměrem f_u/f_y (ocel válcovaná za studena),

Příloha E (informativní) – Imperfekce umístění,

Příloha F (informativní) – Ekvivalentní zatížení nosníku,

Příloha G (informativní) – Zjednodušená metoda pro analýzu stability v příčném směru uličky za podmínky, že je rovnoměrné zatížení v buňkách v celé výšce svislého rámu,

Příloha H (informativní) – Provozní kontrola výroby,

Příloha I (informativní) – Odchylky typu A.

Správná orientace výztuhy regálových rámů

Běžné typy používaných regálových rámů jsou zřejmé z následujícího obrázku.

Základní provedení svislých regálových rámů

V obrázku znamená:

1. „Tažený“ vyztužený rám,
2. „D“ vyztužený rám pravidelný,
3. “D“ vyztužený rám nepravidelný,
4. „Z“ vyztužený rám,
5. „K“ vyztužený rám

V rámci návrhu regálového skladu, ve kterém má být realizováno mechanické zakládání, zejména vysokozdvižnými vozíky, je nutno též stanovit odpovídající orientaci výztuhy u rámu typu 2, resp. 3 dle výše uvedeného obrázku. V takovémto případě je nutno mít na zřeteli možný střed vozíků s regálem, zejména v regálové uličce, který může mít až fatální následky - kupř. v podobě havárie celého regálového systému.

Na následujícím obrázku je zřejmé použití stejných rámů typu 2 (pravidelných vyztužených rámů „D“), ve dvou stejných regálových skladech, ale s rozdílnou orientací výztuhy. Ve skladu A se ve spodní části, při pohledu z uličky, výztuhy sbíhají, oproti skladu B, kde se naopak rozbíhají. Pokud si představíme náraz, zejména motorového vozíku při projíždění regálovou uličkou, do znázorněných regálů, je zřejmé, že ve skladu B bude docházet v průměru k častějšímu a také k závažnějšímu poškozování zejména sloupků regálů. Z toho vyplývá, že správná orientace výztuhy byla tudíž použita ve skladu A.

Ještě je třeba doplnit, že v rámci prováděných kontrol regálových konstrukcí, je, jak uvádí Boška, cca 90 % závad zjišťováno ve výškách do 1 500 mm od podlahy (7). Jmenovaný současně upozorňuje na správnou orientaci výztuhy ve výše uvedeném regálovém skladu A (7). Není tudíž náhodné, že i v ČSN EN 15635 (8) je znázorněno poškození regálového sloupku ve výšce 1 000 mm nad podlahou právě u nesprávně orientované výztuhy – viz následující obrázek

Použitá literatura:

1. https://www.idnes.cz/auto/autoservis/sklad-logistika-nahradni-dily-skoda-chaoticky-sklad-chaos.A181203_112836_autoservis_fdv
2. Dušátko, A. Regálové systémy pohledem současných bezpečnostních předpisů II, Bezpečnost a hygiena práce č. 6/2020, s. 6 až 11
3. Bezpečný výškový sklad, Logistika č. 11/2006, s. 33
4. ČSN 74 4505 - Podlahy – Společná ustanovení, květen 2012
5. ČSN EN 15512 (26 9636) - Ocelové statické skladovací systémy – Přestavitelné paletové regálové systémy – Zásady navrhování konstrukce, říjen 2009
6. Dušátko, A. Bezpečnost regálového skladování, Bezpečnost a hygiena práce č. 9/2019, s. 19
7. https://www.bozpprofi.cz/33/regaly-od-a-do-z-2-instalace-regaloveho-systemu-uniqueidgOkE4NvrWuOKaQDKuox_Z1X3_eABlzKNIQdJrOY3ey8/?query=franti%B9ek%20bo%B9ka%20kontrola%20reg%E1l%F9&serp=1
8. ČSN EN 15635 (26 9635) - Ocelové statické skladovací systémy – Používání a údržba skladovacího zařízení, červenec 2009