CN105625764B - 工程车辆荷载作用下车库顶板承载力计算与施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑设计与施工技术交叉领域，特别涉及一种工程车辆荷载作用下车库顶板承载力计算与施工方法，特征是采取以下步骤：一、确定地下车库顶板承载力验算对象；二、现浇板承载力验算；三、现浇板抗冲切验算；四、框架梁与次梁承载力验算；五、选择工程车辆；六、确定工程车辆行驶路线。本发明是在不考虑偶然荷载和地震作用工况下，按照工程车辆轮压作用最不利工况对地下车库顶板进行承载力验算。在确保结构安全的条件下，使建筑材料运输车辆从车库顶板上直接到达目的地，避免主楼施工材料二次搬运，大幅度缩短施工周期，大量节约施工综合费用，并且符合高效节能的绿色施工要求。

Description

工程车辆荷载作用下车库顶板承载力计算与施工方法
技术领域
本发明涉及一种工程车辆荷载作用下车库顶板承载力计算与施工方法，属于建筑设计与施工技术交叉领域。适用于井字梁、主次梁、膜壳和叠合暗箱等所有车库顶板结构体系上行驶工程车辆的计算与施工。
背景技术
在建筑群内设置贯通场区的地下车库形式已在全国普遍应用。但由于地下车库顶板上可以行驶300KN级工程车辆的消防通道区域通常设计有温度后浇带，使得此区域无法行驶工程车辆，且目前尚缺乏消防通道以外区域地下车库顶板上行驶工程车辆的科学计算与施工方法。因此设计、质安、监理等单位明令禁止在地下车库顶板上行驶工程车辆。因此地下车库施工完毕的主楼施工阶段的建筑材料运输、混凝土搅拌等工程车辆只能停泊在车库基坑以外的施工道路上。由于混凝土输送水平管道超长，经常发生赌泵现象，使得混凝土浇筑效率大幅度降低；由于建筑材料和车库顶板覆土等需要二次倒运方可到达目的地，导致施工综合费用和施工周期大幅度增加，极大影响了施工进度和经济与社会效益，已成为一项亟待解决的全国普遍性技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种技术领先，经济合理，安全可靠的工程车辆荷载作用下车库顶板承载力计算与施工方法，实现主楼建筑材料运输和混凝土输送等工程车辆从地下车库顶板上行驶一步到位。
本发明所述的工程车辆荷载作用下车库顶板承载力计算与施工方法，其特征在于采取以下步骤：
一、确定车库顶板结构承载力验算对象：
在地下车库顶板结构图上选择现浇板、框架梁和次梁跨度较大的区域为承载力验算对象。(本领域技术人员可在地下车库顶板结构图纸上分别对各框架柱网内的现浇板、框架梁和次梁跨度进行对比，可以准确确定其较大跨度区域)
二、现浇板承载力验算：
1)、轮压作用面积按下式计算：A＝(a+2htan45°)×(b+2htan45°)
式中：a-工程车辆后轮着地长度(轮胎直径方向)取0.2m；
b-工程车辆后轮着地宽度取0.6m；
h-现浇板厚度(m)；
tan45°-轮压在现浇板混凝土中的扩散角取45°。
2)、轮压局部均布荷载标准值按下式计算：q＝KF/A
式中：K-工程车辆起动和刹车动力系数取1.3；
F-工程车辆后轮压力值(KN)，取后轴荷载之单轴荷载的1/2；
A-轮压作用面积(㎡)。
3)、现浇板轮压作用最不利工况按下列方法确定：
a、当现浇板垂直于工程车辆行驶方向的跨度为2.0m～3.4m时，按照工程车辆后轴距中心与现浇板竖向坐标中心线重合、工程车辆后轮宽度中心与现浇板水平坐标中心线重合时的最不利工况确定轮压作用中心；
b、当现浇板垂直于工程车辆行驶方向的跨度为3.5m～6m时，按照工程车辆后轴距中心与现浇板竖向坐标中心线重合、工程车辆后轮距中心与现浇板水平坐标中心线重合时的最不利工况确定轮压位置。
4)、现浇板承载力按下列方法计算：
以四边固定板模型,采用《理正结构设计工具箱软件》进行现浇板在轮压局部均布荷载设计值作用下的承载力有限元计算。
5)、现浇板承载力按下列条件判定：
当计算书中计算配筋截面面积小于或等于实际配筋面积时，即结构承载力满足要求；当裂缝和挠度均小于或等于设计容许值时，即刚度满足要求。
三、现浇板抗冲切验算：
1)、车库顶板现浇板抗冲切按下式计算：
FR≥Fl＝(0.7βhft+0.25σpc.m)ηumh0
η＝0.4+1.2/βs Fl＝γF
um＝2[(b+2h0/2)+(a+2h0/2)]
式中：FR—现浇板抗冲切承载力(KN)；
Fl—工程车辆后轮压力设计值(KN)；
η—工程车辆后轮局部荷载作用面积形状的影响系数；
βs—工程车辆后轮局部荷载作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值，βs不大于4，当βs小于2时取2；
βh—现浇板截面高度影响系数，当现浇板厚度h不大于800㎜时取1.0；当现浇板厚度h不小于2000㎜时取0.9；其间按线性内插法取值；
ft—现浇板混凝土轴心抗拉强度设计值(N/mm2)；
σpc.m—工程车辆后轮计算截面周长上两个方向混凝土有效预压应力取1.0～3.5N/mm2；非预应力现浇板时，此值为0；
um—工程车辆后轮作用处现浇板计算截面的周长，取距离工程车辆后轮局部荷载作用面积周边h0/2处现浇板垂直截面的不利周长㎜；
h0—现浇板截面有效高度㎜；
γ—工程车辆后轮局部荷载动力系数取1.3；
F—工程车辆后轮压力值(KN)；
a、b—分别为工程车辆后轮着地长度和宽度；
2)、现浇板抗冲切按下列条件判定：
当现浇板抗冲切承载力大于或等于工程车辆后轮压力设计值时，即抗冲切能力满足要求。
四、框架梁与次梁承载力验算：
1)、等效均布荷载标准值按下列方法计算：
按照上述现浇板承载力验算第3)条所述现浇板轮压作用最不利工况，以四边简支板模型，采用《理正结构设计工具箱软件》进行现浇板弯矩有限元计算，并按照最大弯矩相等的原则拟合反算现浇板等效均布荷载标准值。
2)、确定梁计算单元：
按照确定的地下车库顶板承载力验算对象，取车辆行驶方向的三个框架柱网覆盖区域的框架梁和次梁为梁计算单元；
3)、梁计算模型与等效均布荷载布置：
框架梁和次梁按三跨连续梁模型计算，并将上述等效均布荷载标准值布置在中间框架柱网内的横向中心一列现浇板范围。
4)、框架梁和次梁承载力验算：
采用《理正结构设计工具箱软件》验算框架梁和次梁的结构承载力。
5)、框架梁和次梁承载力按下列条件判定：当计算书中计算配筋截面面积小于或等于实际配筋面积时，即结构承载力满足要求；当裂缝和挠度均小于或等于设计容许值时，即刚度满足要求；
五、选择工程车辆
当地下车库顶板结构的现浇板、框架梁和次梁承载力、刚度和现浇板抗冲切均满足拟定荷载等级的工程车辆后轮荷载要求时，则可选择小于或等于拟定荷载等级的工程车辆进行建筑材料运输，并严禁工程车辆超载。
六、确定工程车辆行驶路线
按照混凝土搅拌车、输送泵、建筑材料运输和顶板覆土等工程车辆在地下车库顶板上一次到达目的地的原则确定行驶路线，以便缩短运输距离和避免建筑材料二层倒运。
本发明的有益效果是：
1)为巨大面积车库中主楼工程施工提供工程车辆行驶的科学计算与施工方法；
2)使混凝土搅拌车、输送泵、建材运输、地下车库顶板覆土等工程车辆直达目的地，避免二次倒运，使施工效率成倍提高，大幅度缩短施工周期，大量节约施工综合费用，具有显著的经济效益与广泛的推广应用价值；
3)车库顶板上覆土一次运输到位，大幅度减少了工地扬尘；混凝土输送一步到位，大量减少了赌泵导致的混凝土浪费与建筑垃圾；填充墙砌块运输一步到位，大量减少了二次倒运产生的破碎砌块垃圾。符合环保节能与绿色施工的要求，具有显著的社会效益。
附图说明
图1是本发明的工程车辆行驶最不利工况示意图；
图2是本发明的工程车辆等效均布荷载布置区域示意图。
图1和图2中：1、框架梁 2、现浇板 3、次梁 4、工程车辆后轴距 5、框架柱 6、车辆行驶方向三个框架柱网覆盖区域 7、工程车辆后轮距 8、工程车辆后轮 9、现浇板竖向坐标中心线 10、现浇板水平坐标中心线 11、中间框架柱网 12、横向中心一列现浇板范围。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1、2所示，本发明所述的工程车辆荷载作用下车库顶板承载力计算与施工方法：
一、确定地下车库顶板承载力验算对象
在地下车库顶板结构图上选择现浇板2、框架梁1和次梁3跨度较大的区域为承载力验算对象。
二、现浇板2承载力验算
1)、轮压作用面积按下式计算：A＝(a+2htan45°)×(b+2htan45°)
式中：a-工程车辆后轮8着地长度(轮胎直径方向)取0.2m；
b-工程车辆后轮8着地宽度取0.6m；
h-现浇板2厚度(m)；
tan45°-轮压在现浇板2混凝土中的扩散角取45°。
2)、轮压局部均布荷载标准值按下式计算：q＝KF/A
式中：K-工程车辆起动和刹车动力系数取1.3；
F-工程车辆后轮8压力值(KN)，取后轴荷载之单轴荷载的1/2；
A-轮压作用面积(㎡)。
3)、现浇板2轮压作用最不利工况按下列方法确定：
a、当现浇板2垂直于工程车辆行驶方向的跨度为2.0m～3.4m时，按照工程车辆后轴距4中心与现浇板竖向坐标中心线9重合、工程车辆后轮8宽度中心与现浇板水平坐标中心线10重合时的最不利工况确定轮压作用中心；
b、当现浇板2垂直于工程车辆行驶方向的跨度为3.5m～6m时，按照工程车辆后轴距4中心与现浇板竖向坐标中心线9重合、工程车辆后轮距7中心与现浇板水平坐标中心线10重合时的最不利工况确定轮压位置。
4)现浇板2承载力按下列方法计算：
以四边固定板模型,采用《理正结构设计工具箱软件》和下列程序进行现浇板2在轮压局部均布荷载设计值作用下的承载力有限元计算：
点击:输入现浇板2厚度,输入4(矩形板时),输入自由,输入固定,的X、Y坐标输入0,输入现浇板X、Y坐标值,输入0.05m→点击：输入0，输入25.1(KN/m3)输入1.2，输入1.3，输入1，输入0，局部均布荷载的输入工程车辆后轮8的个数，选择活载、输入工程车辆后轮8局部均布荷载标准值(KN/㎡)、分别输入工程车辆后轮8所在位置4个角点的X、Y坐标值→点击：按设计选择材料种类、混凝土强度等级、纵筋种类、钢筋保护层厚度，和输入1，输入90，输入纵向钢筋直径与间距→点击计算成功后→点击→点击：按结构设计图纸分别输入四边支座和下部纵横向配筋等级、直径与间距→点击，即可生成现浇板2承载力有限元计算书。
5)、现浇板2承载力按下列条件判定：
当计算书中计算配筋截面面积小于或等于实际配筋面积时，即结构承载力满足要求；当裂缝和挠度均小于或等于设计容许值时，即刚度满足要求。
三、现浇板2抗冲切验算：
1)现浇板2抗冲切按下式公式计算：FR≥Fl＝(0.7βhft+0.25σpc.m)ηumh0
η＝0.4+1.2/βs Fl＝γF
um＝2[(b+2h0/2)+(a+2h0/2)]
式中：FR—现浇板2抗冲切承载力KN；
Fl—工程车辆后轮8压力设计值KN；
η—工程车辆后轮8局部荷载作用面积形状的影响系数；
βs—工程车辆后轮8局部荷载作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值，βs不大于4，当βs小于2时取2；
βh—现浇板2截面高度影响系数，当现浇板2厚度h不大于800㎜时取1.0；当现浇板2厚度h不小于2000㎜时取0.9；其间按线性内插法取值；
ft—现浇板2混凝土轴心抗拉强度设计值(N/mm2)；
σpc.m—工程车辆后轮8计算截面周长上两个方向混凝土有效预压应力取1.0～3.5N/mm2；非预应力现浇板时，此值为0；
um—工程车辆后轮8作用处现浇板2计算截面的周长，取距离工程车辆后轮8局部荷载作用面积周边h0/2处现浇板2垂直截面的不利周长(㎜)；
h0—现浇板2截面有效高度(㎜)；
γ—工程车辆后轮8局部荷载动力系数取1.3；
F—工程车辆后轮8压力值(KN),取后轴荷载之单轴荷载的1/2；
a、b—分别为工程车辆后轮8着地长度和宽度；
2)现浇板2抗冲切按下列条件判定：
当现浇板2抗冲切承载力大于或等于工程车辆后轮压力设计值时，即抗冲切能力满足要求。
四、框架梁1和次梁3承载力验算：
1)、等效均布荷载标准值按下列方法计算：
按照上述现浇板2承载力验算第3)条所述现浇板2轮压作用最不利工况，以四边简支板模型，采用《理正结构设计工具箱软件》进行现浇板2弯矩有限元计算，并按照最大弯矩相等的原则拟合反算现浇板2等效均布荷载标准值。
2)等效均布荷载标准值作用下的现浇板2弯矩有限元计算程序：
采用《理正结构设计工具箱软件》进行验算。点击：输入现浇板2厚度，输入4(矩形板时)，输入自由，输入简支，X、Y坐标均输入0，分别输入现浇板2的2～4号点X、Y坐标值，输入0.05(m)→点击：、输入1，其他荷载参数均输入0，的输入工程车辆后轮8个数，输入活载，输入工程车辆后轮8局部均布荷载标准值KN/㎡，分别输入工程车辆后轮8所在位置4个角点的X、Y坐标值→点击生成计算书后获取现浇板2最大弯矩值。
3)拟合反算现浇板2等效均布荷载标准值计算程序：
采用《理正结构设计工具箱软件》进行验算。点击：输入塑性板，输入现浇板2厚度，输入LX和LY设计跨度，四边均输入简支，、输入0，、、输入1，首先输入35KN/㎡进行试运算，然后通过反复修改数值拟合反算弯矩值与上述现浇板2弯矩有限元计算中的最大弯矩值基本吻合时，即为现浇板2等效均布荷载标准值。
4)、确定梁计算单元：
按照确定的地下车库顶板承载力验算对象，取车辆行驶方向三个框架柱网覆盖区域6的框架梁1和次梁3为梁计算单元。(车辆行驶方向三个框架柱网覆盖区域6包括框架柱5)
5)、梁计算模型与现浇板2等效均布荷载布置：
框架梁1和次梁3按三跨连续梁模型计算，并将上述等效均布荷载标准值布置在中间框架柱网11内的横向中心一列现浇板范围12。
6)、框架梁1和次梁3承载力计算序程：
采用《理正结构设计工具箱软件》进行验算。点击：和分别输入1和3，和分别输入轴线间距(m)，选择“有梁”并输入梁截面尺寸(㎜)，输入次梁数和截面尺寸，左边、右边梁柱输入自由，上边和下边梁柱输入简支，输入自由→点击：输入现浇板恒荷载KN/m2，输入0，输入25.5KN/m3，输入1.2，输入1.3，输入0，中选择“双向”，输入0，输入1，和输入中间框架柱网11内的横向中心一列现浇板范围12，输入现浇板2等效均布荷载标准值与折减系数0.8的乘积(KN/m2)→点击：输入非抗震，、、、 输入相应设计值，输入1，和中输入1，和分别输入纵筋和箍筋的设计直径及箍筋间距，和选择“考虑”→点击生成计算书→点击→→：按结构设计图纸分别输入各架框架梁1和次梁3、和→点击即可生成框架梁1和次梁3承载力计算书。
7)框架梁1和次梁3承载力按下列条件判定：
当计算书中计算配筋截面面积小于或等于实际配筋面积时，即结构承载力满足要求；当裂缝和挠度均小于或等于设计容许值时，即刚度满足要求。
五、选择工程车辆
当地下车库顶板结构的现浇板2、框架梁1和次梁3承载力、刚度和现浇板2抗冲切均满足拟定荷载等级的工程车辆后轮8荷载要求时，则可选择小于或等于拟定荷载等级的工程车辆进行建筑材料运输，并严禁工程车辆超载。
四、确定工程车辆行驶路线
按照混凝土搅拌车、输送泵、建筑材料运输和顶板覆土等工程车辆一次到达目的地的原则确定行驶路线，以便缩短运输距离和避免建筑材料二层倒运。

Claims (1)

1.一种工程车辆荷载作用下车库顶板承载力计算与施工方法，其特征在于采取以下步骤：
一、确定地下车库顶板承载力验算对象：
在地下车库顶板结构图上选择现浇板、框架梁与次梁跨度较大的区域为承载力验算对象；
二、现浇板承载力验算：
1)轮压作用面积按下式计算：A＝(a+2htan45°)×(b+2htan45°)
式中：a-工程车辆后轮着地长度取0.2m；
b-工程车辆后轮着地宽度取0.6m；
h-现浇板厚度m；
tan45°-轮压在现浇板混凝土中的扩散角取45°；
2)轮压局部均布荷载标准值按下式计算：q＝KF/A
式中：K-工程车辆起动和刹车动力系数取1.3；
F-工程车辆后轮压力值kN，取后轴荷载之单轴荷载的1/2；
A-轮压作用面积㎡；
3)现浇板轮压作用最不利工况按下列方法确定：
a、当现浇板垂直于工程车辆行驶方向的跨度为2.0m～3.4m时，按照工程车辆后轴距中心与现浇板竖向坐标中心线重合、工程车辆后轮宽度中心与现浇板水平坐标中心线重合时的最不利工况确定轮压作用中心；
b、当现浇板垂直于工程车辆行驶方向的跨度为3.5m～6.0m时，按照工程车辆后轴距中心与现浇板竖向坐标中心线重合、工程车辆后轮距中心与现浇板水平坐标中心线重合时的最不利工况确定轮压位置；
4)现浇板承载力按下列方法计算：
以四边固定板模型,采用《理正结构设计工具箱软件》进行现浇板在轮压局部均布荷载设计值作用下的承载力有限元计算；
5)现浇板承载力按下列条件判定：
当计算书中计算配筋截面面积小于或等于实际配筋面积时，即结构承载力满足要求；当裂缝和挠度均小于或等于设计容许值时，即刚度满足要求；
三、现浇板抗冲切验算:
按照轮压着地面积、现浇板厚度、混凝土轴心抗拉强度设计值和抗冲切计算公式进行现浇板抗冲切计算；
1)、车库顶板现浇板抗冲切按下式计算：
FR≥Fl
FR＝(0.7βhft+0.25σpc.m)ηumh0
η＝0.4+1.2/βs Fl＝γF
um＝2[(b+2h0/2)+(a+2h0/2)]
式中：FR—现浇板抗冲切承载力kN；
Fl—工程车辆后轮压力设计值kN；
η—工程车辆后轮局部荷载作用面积形状的影响系数；
βs—工程车辆后轮局部荷载作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值，βs不大于4，当βs小于2时取2；
βh—现浇板截面高度影响系数，当现浇板厚度h不大于800㎜时取1.0；当现浇板厚度h不小于2000㎜时取0.9；其间按线性内插法取值；
ft—现浇板混凝土轴心抗拉强度设计值N/mm2；
σpc.m—工程车辆后轮计算截面周长上两个方向混凝土有效预压应力取1.0～3.5N/mm2；非预应力现浇板时，此值为0；
um—工程车辆后轮作用处现浇板计算截面的周长，取距离工程车辆后轮局部荷载作用面积周边h0/2处现浇板垂直截面的不利周长㎜；
h0—现浇板截面有效高度㎜；
γ—工程车辆后轮局部荷载动力系数取1.3；
F—工程车辆后轮压力值kN；
a、b—分别为工程车辆后轮着地长度和宽度；
2)现浇板抗冲切按下列条件判定：
当现浇板抗冲切承载力大于或等于工程车辆后轮压力设计值时，即抗冲切能力满足要求；
四、框架梁和次梁承载力验算
1)确定现浇板等效均布荷载标准值：
按照上述现浇板承载力验算第3)条所述现浇板轮压作用最不利工况，以四边简支板模型进行现浇板弯矩有限元计算，并按照最大弯矩相等的原则拟合反算现浇板等效均布荷载标准值；
2)确定梁计算单元：
按照确定的地下车库顶板承载力验算对象，取车辆行驶方向的三个框架柱网覆盖区域的框架梁和次梁为梁计算单元；
3)梁计算模型与现浇板等效均布荷载布置：
框架梁和次梁按三跨连续梁模型计算，并将等效均布荷载标准值布置在中间柱网内的横向中心一列现浇板范围；
4)梁承载力验算与判定：
采用《理正结构设计工具箱软件》计算框架梁和次梁的结构承载力，并按下列条件判定：当计算书中计算配筋截面面积小于或等于实际配筋面积时，即结构承载力满足要求；当裂缝和挠度均小于或等于设计容许值时，即刚度满足要求；
五、选择工程车辆
当地下车库顶板结构的现浇板、框架梁和次梁承载力、刚度和现浇板抗冲切均满足拟定荷载等级的工程车辆后轮荷载要求时，则选择小于或等于拟定荷载等级的工程车辆进行建筑材料运输，并严禁工程车辆超载；
六、确定工程车辆行驶路线
按照工程车辆在地下车库顶板上一次到达目的地的原则确定行驶路线，以便缩短运输距离和避免建筑材料二层倒运。
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