汽车荷载的简化计算

建筑结构 技术通讯 2009 3 论文编号 zby27 汽车等效均布荷载的简化计算 朱炳寅 中国建筑设计研究院 汽车 消防车 轮压以其荷载数值大 作用位置不确定及一般作用时间较短而倍受 结构设计者关注 结构设计的关键问题在于汽车轮压等效均布荷载数值的确定 轮压荷载 作用位置的不确定性 给等效均布荷载的确定带来了相当的困难 一般情况下 要精确计 算轮压的等效均布荷载是比较困难的 且从工程设计角度看 也没有必要 等效 和 折减 的本质都是 近似 等效 和 折减 的次数越多其误差就越大 本文推荐满 足工程设计精度需要的汽车轮压等效均布荷载的简化计算方法 供读者参考 1 影响等效均布荷载的主要因素 1 跨度 等效均布荷载的数值与构件的跨度有直接的关系 在相同等级的汽车轮压作用下 板的跨度越小 则等效均布荷载的数值越大 而板的跨度越大 则等效均布荷载数值越小 结构设计中应注意 等效均布荷载 及 效应相等 的特点 汽车轮压荷载具有荷载作用 位置变化的特性 是移动的活荷载 其最大效应的把握困难 且效应类型 弯矩 剪力等 的不同 等效均布荷载的数值也不相同 等效的过程就是一次近似的过程 2 动力系数 汽车荷载属于动力荷载 板顶填土或面层对汽车动力荷载起缓冲和扩散作用 板顶 覆土或面层太薄时 一般可不考虑其有利影响 而当板顶覆土厚度较大时 轮压荷载对顶 板的动力影响已经不明显 可取动力系数为 1 0 见表 1 荷载规范 表 4 1 1 中给出的 车辆荷载 是一种直接作用在楼板上的等效均布荷载 已考虑了动力系数 可直接采用 表 1 汽车轮压荷载传至楼板及梁的动力系数 覆土厚度 m 0 250 300 350 400 450 500 550 600 65 0 70 动力系数1 301 271 241 201 171 141 101 071 041 00 注 1 覆土厚度不为表中数值时 其动力系数可按线性内插法确定 2 当直接采用 荷载规范 表 4 1 1 中第 8 项规定的数值时 无需再乘以表中数值 3 覆土层厚度 1 荷载规范 表 4 1 1 中第 8 项所规定的汽车荷载 是轮压直接作用在楼板上的 等效均布荷载 2 结构板面的覆土及面层对汽车轮压具有扩散作用 车轮压力扩散角 在混凝土中 按 45 考虑 在土中可按 30 考虑 覆土越厚 汽车轮压扩散越充分 当覆土层厚度足 够厚 轮压扩散足够充分时 汽车轮压荷载可按均布荷载考虑 当覆土层厚度足够时 可 按汽车在合理投影面积范围内的平均荷重计算汽车的轮压荷载 见表 2 表 2 覆土厚度足够时消防车的荷载 建筑结构 技术通讯 2009 3 论文编号 zby27 汽车类型100kN 汽车150kN 汽车200kN 汽车300kN 汽车550kN 汽车 荷载 kN m2 4 36 38 511 311 4 覆土厚度最小值 hmin m 2 52 42 42 32 6 足够的覆土厚度指 汽车轮压通过土层的扩散 交替和重叠 达到在某一平面近似 均匀分布时的覆土层厚度 足够的覆土厚度数值应根据工程经验确定 当无可靠设计经验 时 可按后轴轮压的扩散面积不小于按荷重比例划分的汽车投影面积 图 1 确定相应的 覆土厚度为 hmin 当实际覆土厚度 h hmin时 可认为覆土厚度足够 以 300kN 级汽车为例 图 1 考虑汽车合理间距 每侧 600mm 后汽车的投影面积为 8 0 6 2 5 0 6 26 66m2 后轴轮压占全车重量的比例为 240 300 0 8 取后轴轮压的扩散面积为 0 8 26 66 21 33m2 根据后轴轮压的扩散面积不小于按荷重比例划分的汽车投影面积有 21 33 2000 30tan22 30tan22 30tan22 hhh 则 h 2 28m 取 h 2 3m 此时可确定为覆土层厚度足够 车身合理投影范围内的 平均重量为 300 26 66 11 3 kN m2 图 1 足够的覆土层厚度计算示意 单位 m 2 等效均布荷载的折减 1 荷载规范 按跨中弯矩相等的原则进行等效荷载的计算 并将其用于所有的各 类构件 板 梁 柱和墙等 全部效应 弯矩 剪力 轴力等 的设计计算 采用的是按 构件类型及从属面积折减的方法 2 对现浇梁板结构 汽车轮压荷载在地下结构顶板及顶板梁内都有分布和传递 结 构设计时可将轮压荷载按 楼板 次梁 主梁的路径传递 以简化设计过程 楼板传递给 相应支承构件 次梁 主梁 柱或墙等 的等效均布荷载应按 荷载规范 第 4 1 2 条的 要求进行相应的折减 3 由于等效均布荷载与其效应具有一一对应的关系 不同效应之间的等效均布荷载 建筑结构 技术通讯 2009 3 论文编号 zby27 不同 原则上不能通用 可以发现 此处的等效均布荷载的折减又是一次更大程度的近似 过程 同时也再次表明 对等效均布荷载进行所谓精细计算是没有意义的 计算以满足工 程精度为宜 3 汽车等效均布荷载的简化计算 1 荷载规范 明确规定了等效均布荷载的计算原则 但由于消防车轮压位置的不 确定性 实际计算复杂且计算结果有时与规范数值出入很大 特殊情况下 如双向板等 等效均布荷载的计算结果明显不合理 当支承情况越复杂 局部荷载的作用面积越小 板 顶面层或覆土层很薄时 等效均布荷载的数值偏差幅度越大 因此 应注意对等效均布荷 载的比较并合理取值 举例说明如下 某简支双向板 跨度 2m 板厚 150mm 其上作用有 300kN 级消防车 已知 yx ll h 后轴轮压 P 60kN 轮压着地面积为 0 2 0 6m 动力系数 1 3 板顶面混凝土面层 100mm 厚求 s e q 解 考虑板顶混凝土面层对轮压的扩散作用 在混凝土内的轮压扩散角按 45 考虑 见图 2 查 建筑结构静力计算手册 第二版 表 4 29 0 2 2 0 1 0 4m 0 6 2 0 1 0 8m 0 4 2 0 2 0 8 2 0 4 x a y a xx la xy la 考虑动力系数后 1 3 60 0 4 0 8 244 kN m2 3 1 yxa aPq 简支双向板的绝对最大弯矩 244 0 4 0 8 11 2 kN m 1434 0 max x M 244 0 4 0 8 9 18 kN m 11 2 kN m 1176 0 max y M maxx M 取 11 2 kN m maxmaxx MM 简支双向板在等效均布荷载作用下的跨中弯矩值查 建筑结构静力计算手册 第 二版 表 4 16 0 0368 0 1472则 11 2 0 1472 76 kN m2 比规范给 maxe M 2 lqe e q e q 定的简支单向板等效均布荷载值 35 kN m2 还大 明显不合理 图 2 简支双向板在汽车轮压作用下的等效均布荷载计算 建筑结构 技术通讯 2009 3 论文编号 zby27 2 为避免上述问题的出现 实际工程中可按线性关系确定等效均布荷载的数值 为 方便设计 此处提供在消防车 300kN 级 轮压作用下 满足工程设计精度要求的等效荷 载计算表 供设计者选择使用 1 不同板跨时 双向板等效均布荷载见表 3 表 3 消防车轮压直接作用下双向板的等效均布荷载 板跨 m 2 02 53 03 54 04 55 05 5 6 0 等效均布荷载 kN m2 35 033 131 329 427 525 623 821 920 0 2 不同覆土厚度时 消防车轮压等效均布荷载的调整系数 按表 4 确定 表 4 消防车轮压作用下 不同覆土厚度时的等效均布荷载调整系数 覆土厚度 m 0 25 0 500 751 001 251 501 752 00 2 50 调整系数1 000 920 830 750 660 580 490 410 32 3 综合考虑板跨和不同覆土层厚度时 消防车轮压等效均布荷载见表 5 6 表 5 消防车轮压作用下单向板的等效均布荷载值 kN m2 覆土厚度 m 板跨 m 0 25 0 500 751 001 251 501 752 00 2 50 2 35 032 029 126 123 220 217 214 311 3 表 6 消防车轮压作用下双向板的等效均布荷载值 kN m2 覆土厚度 m 板格的短边 跨度 m 0 25 0 500 751 001 251 501 752 00 2 50 2 035 032 029 126 123 220 217 214 311 3 2 533 130 427 724 922 219 516 814 011 3 3 031 328 826 323 821 318 816 313 811 3 3 529 427 124 922 620 318 115 813 611 3 4 027 525 523 521 419 417 415 413 311 3 4 525 623 822 020 318 516 714 913 111 3 5 023 822 220 619 117 516 014 412 911 3 5 521 920 619 217 916 615 314 012 611 3 6 0 20 018 917 816 715 714 613 512 411 3 4 结论 1 汽车的等效均布荷载与板跨 覆土层厚度等密切相关 2 汽车的等效