不平衡彎矩與施工工況的無梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文

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【摘要】以無梁樓蓋頂板若干標(biāo)準(zhǔn)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(shí)土方車運(yùn)行工況下的板柱節(jié)點(diǎn)沖剪強(qiáng)度，從而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，給出相關(guān)設(shè)計(jì)指引。

【關(guān)鍵詞】不平衡彎矩；施工工況；無梁樓蓋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

無梁樓蓋在地下室工程中廣泛應(yīng)用，但在佛山、河源、中山等城市出現(xiàn)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(jié)點(diǎn)的沖剪破壞，沖剪破壞引起的沖擊力會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法和有限元法為主。經(jīng)驗(yàn)系數(shù)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(jié)點(diǎn)沖剪驗(yàn)算偏于不安全。有限元法均可考慮上述不足，但設(shè)計(jì)工況欠考慮。以頂板標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)跨及邊跨）、消防車不利布置、覆土不利布置、回填時(shí)土方車運(yùn)行工況下的板柱節(jié)點(diǎn)沖剪強(qiáng)度，從而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，給出相關(guān)設(shè)計(jì)指引。

1不等跨（內(nèi)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(jié)點(diǎn)的沖剪強(qiáng)度，限于篇幅，僅列出邊跨不等跨板柱節(jié)點(diǎn)沖剪力增幅，見表1。由表1可看出，板柱節(jié)點(diǎn)的沖剪力增幅百分比隨著跨度比增大而增大，同時(shí)隨著覆土的增大而增大。邊跨增大的幅值比內(nèi)跨大；邊跨的增幅在10%～20%，而內(nèi)跨的增幅在2%～5%。

2消防車不利布置

常規(guī)設(shè)計(jì)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(jié)點(diǎn)沖剪力的影響。參考文獻(xiàn)[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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(shí)達(dá)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(jié)點(diǎn)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(shí)，據(jù)相關(guān)頂板覆土施工組織指引書可知，土方車運(yùn)載覆土從某入口進(jìn)入，若只有一個(gè)出入口，則從最遠(yuǎn)處邊跨開始進(jìn)行覆土作業(yè)，若有多個(gè)出入口，則從頂板中域位置各向兩邊反方向進(jìn)行覆土作業(yè)。限于篇幅，僅示意從頂板中域各向兩邊反方向進(jìn)行覆土作業(yè)，如圖2所示（斜線陰影為覆土完成區(qū)域，箭頭表示作業(yè)方向）。以中間的板柱節(jié)點(diǎn)為研究對象，相對于使用階段時(shí)頂板滿布覆土工況，板柱節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)沖剪力的增幅影響隨著覆土厚度的增大而增大，對板柱節(jié)點(diǎn)沖剪力的增幅影響在5%范圍左右。

4土方車運(yùn)載回填覆土

頂板回填覆土?xí)r，土方車從場地外回填土堆放點(diǎn)運(yùn)載覆土至頂板進(jìn)行組織回填施工。文獻(xiàn)[2]可知，土方車空載時(shí)的質(zhì)量為19t，滿載時(shí)的質(zhì)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(shí)比較平穩(wěn)，速度較慢，但是考慮剎車、顛簸等因素，同時(shí)結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[3]，對于頂板覆土回填時(shí)土方車作用荷載工況設(shè)計(jì)，本文認(rèn)為土方車豎向荷載的動(dòng)力系數(shù)可取為1.3。由文獻(xiàn)[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(dòng)力放大系數(shù)，則在頂板覆土回填時(shí)，土方車運(yùn)行等效荷載為28.6kN/m2。以中柱的板柱節(jié)點(diǎn)為研究對象，相對于使用階段時(shí)頂板滿布覆土工況，板柱節(jié)點(diǎn)的沖剪力增幅見表4。由表4可看出，土方車荷載對板柱節(jié)點(diǎn)沖剪力增幅在薄覆土工況時(shí)影響較大，有20%～35%的增幅，在厚覆土工況時(shí)影響較小，在5%增幅范圍。

5結(jié)論

（1）若用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法進(jìn)行無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮不平衡彎矩，對于邊跨不等跨板柱節(jié)點(diǎn)的沖剪力驗(yàn)算，建議適當(dāng)留有10%～20%的富余量；內(nèi)跨不等跨則留有5%的富余量。建議以有限元計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法僅作輔助復(fù)核之用。（2）消防車荷載的不利布置對板柱節(jié)點(diǎn)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(jì)算，板柱節(jié)點(diǎn)沖剪力建議預(yù)留5%的富余量。（4）對于薄覆土（不大于1.2m）的頂板，土方車運(yùn)行工況對板柱節(jié)點(diǎn)沖剪力增幅影響較大，建議預(yù)留20%～35%的富余量。建議在進(jìn)行無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮土方車運(yùn)行工況（附加恒載2.0kN/m2，活載28.6kN/m2）。

參考文獻(xiàn)

[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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)工程師，2017，33（5）：179-184.

[3]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（DBJ15-101-2014）[M].廣州：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

作者：李江剛 單位：廣東中建國際建設(shè)咨詢有限公司