不平衡彎矩與施工工況的無梁結構設計范文
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【摘要】以無梁樓蓋頂板若干標準跨為研究對象，研究其在不等跨、消防車不利布置、覆土不利布置、回填時土方車運行工況下的板柱節點沖剪強度，從而在結構設計時，給出相關設計指引。
引言
無梁樓蓋在地下室工程中廣泛應用，但在佛山、河源、中山等城市出現多起倒塌事故。從眾多的倒塌事故中看出，無梁樓蓋破壞是板柱節點的沖剪破壞，沖剪破壞引起的沖擊力會引發結構的連續倒塌。現行結構設計方法，以經驗系數法和有限元法為主。經驗系數法未考慮因不等跨、荷載不利布置、非均布荷載造成的不平衡彎矩，節點沖剪驗算偏于不安全。有限元法均可考慮上述不足，但設計工況欠考慮。以頂板標準跨無梁樓蓋（柱距8.1m×8.1m，X向16跨xY向8跨，覆土分別為1.0m、1.2m、1.5m）為研究對象，借助yjk有限元模塊，研究其在不等跨（內跨及邊跨）、消防車不利布置、覆土不利布置、回填時土方車運行工況下的板柱節點沖剪強度，從而在結構設計時，給出相關設計指引。
1不等跨（內跨及邊跨）
保持其中兩鄰跨總長度（16200mm）不變，兩跨的跨度比分別為1.1、1.3、1.5，覆土分別為1.0m、1.2m、1.5m，研究板柱節點的沖剪強度，限于篇幅，僅列出邊跨不等跨板柱節點沖剪力增幅，見表1。由表1可看出，板柱節點的沖剪力增幅百分比隨著跨度比增大而增大，同時隨著覆土的增大而增大。邊跨增大的幅值比內跨大；邊跨的增幅在10%～20%，而內跨的增幅在2%～5%。
2消防車不利布置
常規設計思路是將消防車荷載滿布于消防車道上，并沒有考慮消防車的不利布置。本文以30t消防車為例，研究消防車荷載不利布置對板柱節點沖剪力的影響。參考文獻[1]，消防車道上的消防車不利布置有三種情況，見圖1所示，與滿布消防車荷載比較，板柱節點的沖剪力增幅見表2。由表2可看出，消防車荷載不利布置對板柱節點沖剪力的增幅影響隨著覆土厚度的增大而增大，在隔二布置不利布置時達到峰值；與消防車道滿布消防車荷載相比，消防車不利布置對板柱節點的沖剪力增幅不明顯。
3覆土不利布置
頂板在后期園林覆土施工時，據相關頂板覆土施工組織指引書可知，土方車運載覆土從某入口進入，若只有一個出入口，則從最遠處邊跨開始進行覆土作業，若有多個出入口，則從頂板中域位置各向兩邊反方向進行覆土作業。限于篇幅，僅示意從頂板中域各向兩邊反方向進行覆土作業，如圖2所示（斜線陰影為覆土完成區域，箭頭表示作業方向）。以中間的板柱節點為研究對象，相對于使用階段時頂板滿布覆土工況，板柱節點的沖剪力增幅見表3。由表3可看出，覆土不利布置對板柱節點沖剪力的增幅影響隨著覆土厚度的增大而增大，對板柱節點沖剪力的增幅影響在5%范圍左右。
4土方車運載回填覆土
頂板回填覆土時，土方車從場地外回填土堆放點運載覆土至頂板進行組織回填施工。文獻[2]可知，土方車空載時的質量為19t，滿載時的質量為50t，土方車的尺寸和輪距如圖3所示。一般土方車在頂板上行駛時比較平穩，速度較慢，但是考慮剎車、顛簸等因素，同時結合相關文獻[3]，對于頂板覆土回填時土方車作用荷載工況設計，本文認為土方車豎向荷載的動力系數可取為1.3。由文獻[2]可知，2臺土方車（一輛滿載和一輛空車）在8.1m×8.1m雙向板跨的等效荷載可取為22kN/m2，再考慮1.3的動力放大系數，則在頂板覆土回填時，土方車運行等效荷載為28.6kN/m2。以中柱的板柱節點為研究對象，相對于使用階段時頂板滿布覆土工況，板柱節點的沖剪力增幅見表4。由表4可看出，土方車荷載對板柱節點沖剪力增幅在薄覆土工況時影響較大，有20%～35%的增幅，在厚覆土工況時影響較小，在5%增幅范圍。
5結論
（1）若用經驗系數法進行無梁樓蓋頂板結構設計時，考慮不平衡彎矩，對于邊跨不等跨板柱節點的沖剪力驗算，建議適當留有10%～20%的富余量；內跨不等跨則留有5%的富余量。建議以有限元計算結果為準，經驗系數法僅作輔助復核之用。（2）消防車荷載的不利布置對板柱節點沖剪力增幅的影響可以忽略。（3）考慮覆土荷載的不利布置，若用有限元法計算，板柱節點沖剪力建議預留5%的富余量。（4）對于薄覆土（不大于1.2m）的頂板，土方車運行工況對板柱節點沖剪力增幅影響較大，建議預留20%～35%的富余量。建議在進行無梁樓蓋頂板結構設計時，考慮土方車運行工況（附加恒載2.0kN/m2，活載28.6kN/m2）。
參考文獻
[1]范重，鞠紅梅，彭中華.消防車等效均布活荷載取值研究[J].建筑結構，2011，41（3）：1-6.
[2].肖彥杰，韓建剛.基坑棧橋面板土方車等效荷載取值研究[J].結構工程師，2017，33（5）：179-184.
[3]《建筑結構荷載規范》（DBJ15-101-2014）[M].廣州：中國建筑工業出版社，2014.
作者：李江剛 單位：廣東中建國際建設咨詢有限公司