地下室结构顶板的工效活荷载计算.docVIP

浅谈地下室结构顶板的效活荷载计算 摘要：本主主要对消防车荷载、 城-a级汽车荷载进行论述。 关键词：地下结构；汽车荷载；影响线；等效荷载 1 消防车荷载 对于普通建筑地下室，顶板一般需要考虑的较大活荷载是消防车道区域的消防车荷载。《建筑结构荷载规范》[1](以下简称《荷载规范》)中规定了消防车活荷载标准值：双向板(板跨不小于6m×6m)采用20kn/m2，单向板(板跨不小于2m)采用35kn/m2，对于常见的板顶覆土的情况，规范未做出明确规定。结构工程师在实际设计中多在10~35kn/m2之间取值，具有一定的主观随意性，往往导致构件设计过于保守或者偏于不安全。 1.1 计算依据及基本参数取值 根据《荷载规范》附录b，本文按内力的等值来计算等效荷载。据《荷载规范》4.1.1条，消防车总重取300kn；参照《公路桥涵设计通用规范》[2](以下简称《公路规范》)4.3.4条，覆土压力扩散角取30度；据《全国民用建筑工程设计技术措施-结构》[3](以下简称《技术措施》)确定消防车平面尺寸及横向布置，车前轴重60kn，单个后轴重120kn，考虑双车并列时车辆横向净距0.6m。荷载的有效分布宽度按《荷载规范》附录b计算。 图1 300kn消防车平面尺寸（单位：mm） 需要指出的是，由于《公路规范》及《技术措施》车辆尺寸图中车轮着地尺寸未按实际尺寸表示且未标注具体尺寸，仅以文字说明尺寸数据，导致目前较多设计人员在计算汽车等效荷载考虑轮压布置时，均错误地将车轮着地宽度及长度调转了，这样会导致计算荷载扩散区域出现一部分偏差。关于车轮着地尺寸，可以参考《城市桥梁设计规范》[4](以下简称《城市桥规》)。 1.2 荷载作用范围 轮压荷载自轮压边缘向下扩散，扩散后平面尺寸按bcx=btx +2（s×tanθ+h/2）；bcy =bty +2（s×tanθ+h/2）计算，式中：bcx、bcy为荷载作用面在两个方向的计算宽度；btx、bty为轮压着地宽度和长度；s为覆土厚度；h为板厚；θ为扩散角。 取板厚为0.2m估算可得，当覆土厚度为0.865m时，后四轮轮压的扩散范围已相连，此时，考虑四轮扩散轮压共同作用在板上时为控制工况；当覆土厚度0.865m时，轮压扩散范围相互重叠，需按扩散后的总面积进行计算；从实际情况出发，消防车道5m时，笔者认为应考虑两辆车同时作用的不利情况。 1.3 计算结果 计算时区分车纵向垂直板跨方向及平行板跨方向。经试算，对于跨度2m的单向板，覆土厚度≤0.27m时，车纵向垂直板跨方向起控制作用；覆土厚度增大，车纵向平行板跨方向起控制作用；随着板跨增大，此临界覆土厚度增大。 表1 跨度2m的单向板上车后轮等效活荷载 需要指出的是，《荷载规范》规定在设计梁、墙、柱及基础时应对消防车活载进行较大程度的折减，笔者认为其折减系数仅适用无覆土楼盖；对于有覆土的情况，由于车活载已经被覆土扩散均布化，设计梁等构件时应适当减弱折减幅度，文献[5]对此进行了部分研究。 2. 城-a级汽车荷载 对于地面上为市政道路的地下结构，按照《城市桥规》[4]，道路属于城市主干路或者重型车辆行驶频繁的快速路和次干路的，应取城-a级汽车荷载进行设计，包含车道荷载和车辆荷载，车道荷载为均布荷载qk=10.5kn/m附加1个移动集中荷载pk=180~360kn（按跨度5m~50m内插取值）；车辆荷载取700kn重车，布置如图2；车道荷载和车辆荷载不同时作用。本文以某三跨单向板结构为例，求解顶板等效活荷载。 图2 城-a级车辆荷载布置图（单位：mm） 2.1 计算参数 结构上覆土1.5m，边跨跨度7.5m，中跨6m，顶板厚700mm，侧壁厚700mm，按纵向单位延米长度简化为单层平面框架进行计算，中柱按轴向刚度等效为110mm厚，侧壁及中柱底端设固结支座，车行方向平行板跨方向。 轮压扩散的参数及计算方法同前述，考虑多车道车辆并行的不利情况，按车辆净距0.6m，单辆车轮压横向扩散总宽度取为3.1m，计得扩散后各车轴处均摊面荷；车道集中荷载pk取190kn，按单轴轮压扩散。 各活载均为移动荷载，需根据影响线确定荷载布置，对于多次超静定结构，在没有特定计算软件的情况下，绘制确定数值的影响线较为繁琐，笔者采用挠度法仅绘制影响线的大概形状，在此基础上进行荷载布置，然后通过常规计算软件试算比较得到等效荷载值。挠度法亦称机动法，是根据虚外功互等定理的的推理：位移互等定理、反力位移互等定理，使在所求约束力方向给出一个强迫位移时，承载杆所发生的挠曲线成为该约束力的影响线。 2.2 计算结果 按照影响线的形状对荷载进行不利布置，计算结