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车库等效均布荷载取值的分析与建议

作者:易发游戏网站 发布于:2020-10-31 10:44 点击量:

  车库等效均布荷载取值的分析与建议_建筑/土木_工程科技_专业资料。第 40 卷 增刊 建 筑 结 构 2010 年 4 月 车库等效均布荷载取值的分析与建议 周宁峰,孟中朝 (路劲地产集团有限公司,苏州 215123) [摘要] 车辆局部荷载作用下,对各类

  第 40 卷 增刊 建 筑 结 构 2010 年 4 月 车库等效均布荷载取值的分析与建议 周宁峰,孟中朝 (路劲地产集团有限公司,苏州 215123) [摘要] 车辆局部荷载作用下,对各类构件采用同一化的等效均布荷载有时过于简化,于安全性与经济性不利。 通过分析后认为,在实际电算时,对于楼板、梁柱、基础、抗震设计应采用不同数值,并宜分别对应于采用满布 (投影)荷载的相应倍数。 [关键词] 等效均布荷载;跨度效应;板形效应;满布荷载 Analysis and advice to design value of vehicle equivalent uniform load Zhou Ningfeng,Meng Zhongchao (RoadKing Properties Holdings Limited, Suzhou 215123,China) Abstract: Under ‘local loading’ of vehicle, it may be too rough to use same ‘equivalent uniform load’ on different types of structural elements instead of ‘local load’. It’s harmful to the safety and economy. With analysis, it is proposed that different ‘equivalent uniform load’ should be used at different structural element such as slab, beam, column, foundation and anti-seismic calculation. Keywords: equivalent uniform load; span effect; shape effect; packed distribution load 0 引言 《建筑结构荷载规范》 (GB50009—2001) 第 4.1.1 这种等效专指“弯矩”内力相同。由于车辆轮压是局 部作用,从微观角度分析,局部作用区域下的楼板在 受力时通过弯、剪、扭向四周传递效应,如果没有约 束则继续向四周扩散效应,相反,如果在某方向遇到 约束,则在该方向产生弯矩,并同时减弱了向其他方 向的扩散。 1.1 局部荷载的跨度效应 规范条文说明上要求的消防车排布情况见图 1。 先讨论板的跨度效应。限于篇幅,只讨论荷载作 用面的长边平行于板跨的情形。 图 2 左为 2m跨的单向 板,受消防车轮压每个 60kN,作用在 0.2m×0.6m的范 围内。按照规范附录B方法计算:板厚h加两倍垫层厚 2s 共 计 0.2m, 有 bcx=0.4m , bcy=0.8m , l=2.0m , b=bcx+0.7×l=1.8m , 由 于 e=1.4m < b , 因 此 取 b ′ = (1.8+1.4)/2=1.6m。经计算Mx=31.2kN·m(考虑动力 系数 1.3) ,则qe=8×31.2/4/1.6=30.84kN/m2。 类似的,如果单向板的跨度增大到 3.0m,如图 2 之中、右所示,则b=2/3×0.8+0.73×3=2.723m, b ′ = (2.723+1.4) /2=2.06m, 经计算, 组合一Mx=32.18kN·m (考虑动力系数 1.3) , qe=8×32.18/9/2.06=13.89kN/m2, 同样,组合二的qe=8×30.29/9/2.06=13.07kN/m2,综合 取 13.78kN/m2,随着板跨的继续增大,qe仍会下降。 条规定了普通客车、消防车楼面荷载取值,并在第 4.1.2 条对梁等构件的活载折减方法进行了表述。 但是 实际工程中,设计人员对此经常有模糊的认识,甚至 错误的做法,一方面可能对结构设计的安全性造成威 胁,另一方面又可能使梁、竖向构件及基础的设计出 现浪费。以下通过计算比较,给出建议的取值方法, 以期满足适用广泛性和计算平滑性要求,并便于设计 者理解和电算时采用。 1 板的等效均布荷载及合理换算方法 规范 4.1.1 条将楼盖分成 “板跨不小于 2m 的单向 板”和“板跨不小于 6m×6m 的双向板”两类。由于 两个等效荷载数值相差 40%以上,并未提及在实际工 程中应用最为广泛的板跨小于 6m 的双向板以及跨度 大于 2m 的单向板,造成设计人员往往无所适从,或 者凭理解随意取值的情况,因此完善这部分的取值方 法显得十分迫切。 规范附录 B 规定, “楼面的等效均布活荷载,应 在其设计控制部位上,根据需要按内力(如弯矩、剪 力等) 、 变形及裂缝的等值要求来确定。 在一般情况下, 可仅按内力的等值来确定” 。 对于楼板而言, 已经明确, 86 可见, 随着板跨的增大, 板的有效分布宽度明显增大, 降低了板控制截面的弯曲效应。车辆等效均布荷载随 板跨增大而降低, 这种现象可称之为板的 “跨度效应” 。 一规律,引进“板形系数”ks,取值可见表 2. 板形系数(n 为长短边长比) n ks 2 1.00 1.8 1.05 1.6 1.13 1.4 1.25 1.3 1.34 1.2 1.44 1.1 1.57 表2 1.0 1.78 因此,长短边长相近的双向板,车辆等效均布荷 载可按下式计算: qe=Kd×km×KS×qe0 (2) (3) 双向板的等效均布荷载是以短边弯矩相等为 原则确定的,但是从上面计算可以看到,与长边弯矩 相对应的等效均布荷载明显大于短边等效均布荷载, (a)qe=24.37kN/m2(b)组合一 (c)组合二 图 1 消防车排布示意 图 2 不同跨度单向板的消防车排布 如果片面地按照前者进行计算、配筋,则长边有可能 出现承载力不足的问题。当然考虑板的塑性内力重分 布因素,板未必会有安全隐患,但是从理论分析的角 度,出于对板的抗裂考虑,同时为了简化,本文建议 长边的弯矩设计值不宜小于短边弯矩设计值的 2/3, 而 不再计算长边的等效均布荷载。 例如,对于图 3 所示的阴影处的双向板, 3300×4000 区格,按式(2)计算,查表 1 得km=2.44, 查 表 2 得 KS=1.43 , 取 Kd=1.3 , qe0=9.5 , 则 qe=Kd×km×KS×qe0=43.09kN/m2。 为此,本文认为单向板的等效均布荷载可以具体 按下式计算: (1) qe=Kd×km×qe0 式中Kd为动力系数;qe0为消防车的“满布荷载” ,按 照图 1 排列时的总重的平均投影值计取,对于 300kN km为跨度系数, 可按表 1 的消防车可取qe0=9.5 kN/m2; 取值。 消防车轮压作用下板的等效均布荷载值跨度系数km l/m km ≤2 2.83 2.5 2.68 3 2.53 3.5 2.38 4 2.23 4.5 2.08 5 1.92 5.5 1.78 表1 ≥6 1.62 次梁 注:l 为板格的短边跨度。 次梁 例如,对于 2m跨的单向板,300kN消防车等效均 布 荷 载 qe=Kd×km×qe0=1.3×2.83×9.5=35kN/m2 , 对 于 3.3m 的单向板等效均布荷载, qe0=1.3×2.44×9.5=30.1 kN/m2。 1.2 双向板的板形效应 对于双向板,一般将短边尺寸作为板的跨度,但 是长边的尺寸大小对等效荷载的取值也有明显影响, 比如四边简支的 2m×4m板块和 2m×2m板块,两者跨 度相同,各自板中受一个轮压局部荷载,按照《建筑 结构静力计算手册》 (第二版) [4] 图 3 双向板(剖线 梁、柱、基础的等效均布荷载计算 软件中对于梁、柱、基础等构件,其内力计算是 依附于板而进行的,由上述分析可知,不同跨度、不 同板形楼板的等效荷载相互间相差甚多,由于梁等构 件的“等效均布荷载”是以梁等构件自身内力等效的 原则确定的,所以将梁、柱的荷载机械地直接沿用板 的等效均布荷载而计算,是一种概念性错误。 2.1 梁的等效均布荷载 梁的等效原则有支座弯矩、 跨中弯矩和剪力三种, 一般由剪力等效控制。按照文[2],建议主、次梁采用 “实际分布情况简化的集中活荷载”进行内力分析, 为简化电算、估算,笔者建议也可按下式采用: qbe=Kb×qe0 (3) 主梁跨度为 8m时取为 2.6, 式中, Kb为梁的等效系数, 跨度为 6m时为 3.2,次梁跨度为 8m时取为 2.8,跨度 87 表 4-29 , 前 者 ay/ly=0.8/4=0.2, 则Mx=0.2116×0.4×0.8× ax/lx=0.4/2=0.2, ( 1.3×60/0.4/0.8 ) =16.50kN·m , My=10.95kN·m, 再查 表 4-16 , 得 qex=16.5/4/0.0965=42.7kN/m , qey=157 kN/m2。后者板块qex=69.4 kN/m2。 从上面对比可以得到以下三个规律性结论: (1)相同跨度的双向板,qe大于单向板,原因是 双向板支座对轮压局部荷载的约束作用,弱于对均布 荷载的约束作用。 (2)相同跨度的双向板,随长短边长比ly/lx的逐 步减小,其等效均布荷载逐步增大,为了准确反映这 2 为 6m时为 3.2,其他可内插采用。 2.2 柱的等效均布荷载 柱的等效原则有轴力等效、X向柱底弯矩等效、Y 向柱底弯矩等效三种。 参考文[2]成果, 建议柱采用 “实 际分布情况简化的集中活荷载” , 也即本文前述的 “满 布荷载”qe0进行内力分析,为简化电算、便于估算, 笔者建议对于消防车荷载也可按下式采用: 楼板采用式(1)或(2)的数值,对于梁采用式(3) 数值,对于柱采用式(4)计算,对于基础、抗震设计, 统一采用qe0进行设计,也就是一个模型计算四次,在 计算工作量可控的同时, 能够满足安全、 经济的需要。 参 考 文 献 [1] 朱炳寅 . 汽车等效均布荷载的简化计算 [J]. 建筑结构 · 技术通讯 , , 2009,39(3) :17-18. qce=Kc×qe0 (4) [2] 卞文 . 大型车辆设计荷载取值探讨 [J]. 结构工程师,2004,20(6) : 其中 Kc 为柱的等效系数,跨度为 8m 时取为 2.3,跨 1-5. 度为 6m 时为 3.0,其他可内插采用。 [3] 吴腾, 葛耀君, 熊洁. 现行国内外公路桥梁汽车荷载及其响应的比较 2.3 基础的等效分布荷载及抗震重力代表值的取用 [J]. 结构工程师,2008,24(5) :130-136. 基础的等效分布荷载及抗震计算时的重力代表值 [4] 《建筑结构静力计算手册》编写组. 建筑结构静力计算手册(第二 的取用均应直接采用qe0进行设计。以上分析是以消防 版)[M]. 中国建筑工业出版社,1998. 车荷载为例进行的,对于普通客车,可以类比采用。 [5] 周军文, 鲁良辉. 无梁楼盖地下室消防车活载取值的探讨[J]. 四川建 但应注意,规范说明中指出这种等效荷载的内容,不 筑,2008,28(6) :119-120. 仅含车辆的自重和载重,还包括“其他必要的维修设 [6] 蔡健,何春保,沈建华,等. 局部荷载作用下有梁矩形板的弹性分 备荷载” 、以及必要的人流等,因此对于车库而言,以 2 析[J]. 力学与实践,2004,26(6) :45-49. 上各类构件的取值均不应小于 2.5 kN/m 。 [7] 杨宏. 消防车等效均布荷载的计算[J]. 四川建筑,2008,28(3) : 3 结语 92-94,96. 综上所述,由于局部荷载作用下,建筑物各个构 件,以及构件的各个部位的受力特征与理想均布荷载 作用下的效应是不同的,所以,等效均布荷载是一种 作者简介:周宁峰,结构总工程师,一级注册结构工程师,高级工程 简化,是一种近似。既然如此,等效理应有其适用范 师,Email:。 围。通过上面的分析,笔者建议在实际电算时,对于 ___________________________________________________________________________________________ (上接第 15 页) 为了解决现场的施工困难,首先,将框架梁在与 型钢柱交接处偏心搁置,梁边贴柱边,梁的两排钢筋 部分由型钢的侧面穿过,不与型钢接触,躲过型钢, 如图 5 所示的型钢梁柱节点构造。其次,柱子的箍筋 除最外侧箍筋外,内侧矩形箍筋改用两个开口矩形箍 筋搭接焊接。 部位的配筋都有不同程度的增加。因此,对这些竖向 构件,框架柱采取全长箍筋加密,且全部采用 12 (HRB335 级)钢筋,同时适当提高框架柱的配筋率; 剪力墙的边缘构件全部按照约束边缘构件要求设置。 同时,裙房屋面上一层的抗震构件的抗震等级和下一 层的抗震等级相同;裙房屋面上二层的抗震等级再根 据各个塔楼的高度单独设置。 4 结语 (1) 在条件允许的情况下, 多塔结构尽量避免各 个单塔高度相差过大,尽量采用等高的单塔,以减少 地震剪力,减少塔楼根部的地震剪力集中。 (2) 通过设置型钢混凝土柱, 可以很好地增加结 构的延性,尤其是在多塔裙房屋面部位的延性。 (3)采用钢梁+混凝土板组合结构,对使用荷载 图 5 型钢梁柱节点构造 较大的大跨度屋盖,是一种方便有效的方法。 3.2.2 其他竖向构件 裙房屋面上一层的框架柱和剪力墙,根据前面分 析比较的计算结果显示,与其他类似部位相比,这些 88 作者简介:张速,本科,高级工程师,Email:。

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