純電動公交車入駐原有立體停車庫的結構承載力分析研究

葉 磊（上海久事國際體育中心有限公司，上海 201814）

經調查，各地公交場站建設年代普遍較為久遠，在設計建造時并未考慮未來入駐車型改變帶來的荷載和沖擊力的改變，對既有立體停車庫的結構安全性、適用性和耐久性三個方面提出挑戰(zhàn)，也極大地限制了純電動公交車的使用和場站服務水平的提升。因此，在公交車型進行較大變化與調整的背景下，非常有必要對立體停車庫的結構承載力進行分析研究。本文研究的范圍主要是上海浦西中心城地我的公交立體停車庫。

1現狀梳理

1.1入駐車輛信息梳理

為廣泛考察新型純電動公交車的尺寸和重量，本文收集梳理了所有正在使用的 26 種電動公交車資料，從中選出 6種數量最多，最具代表性的車型，這 6 種車型數量占車輛總數約 56%。另，收集了一種常用傳統(tǒng)柴油公交車，具體匯總表 1 所示。

表1 不同型號的公交車尺寸重量信息匯總表

1.2 公交立體停車庫信息匯總

上海浦西中心城我 12 個公交立體停車庫柱網布置和樓板跨度，如表 2 所示。

表2 12 個公交立體停車庫信息匯總表

備注：①樓板長寬比在 2～3 之間時，單向板雙向板均可，因配筋具有明顯的方向性，因此均判定為單向板；②部分早期的停車場采用預制板＋現澆層的做法。

根據以上內容可知，現有停車場的樓板跨度基本在2.2～3.0 m 之間，樓板受力類型為單向板受力，因此等效均布荷載均按單向板考慮。

2 公交立體停車庫的結構荷載驗算方法及依據

2.1 等效均布荷載

2.1.1 計算依據

針對等效均布荷載計算方法，本文依據 GB 50009—2001《荷載規(guī)范》附錄C“樓面等效均布活荷載的確定方法”進行計算確定，分為以下步驟：

（1）按簡支假定計算板在最不利集中荷載作用下的彎矩，公式為：

其中，Mmax—彎矩，kN·m

P—集中荷載，kN

L—長度，m

（2）計算單向板上局部荷載的有效分布寬度，因此處僅考慮輪胎受壓的情況，滿足 GB 50009—2001 C.0.5-1 的情況，故的計算公式為：

其中，bty為集中荷載接觸面寬度，s 為墊層厚度，h 為樓板厚度。

另，當存在兩個相鄰荷載且荷載中心距 e＜b 時，應對有效分布寬度予以折減。

（3）得到最大彎矩和有效分布寬度后，即可計算等效均布荷載，公式為：

2.1.2計算結果

根據 GB 50009—2001 與等效均布荷載直接有關的參數有集中荷載、荷載作用寬度和樓板跨度三個指標，其中荷載作用寬度假定為后輪與地面的接觸寬度，輪胎接觸寬度為0.2 m，考慮樓板厚度為 0.15 m，墊層厚度為 0.03 m，按式（3）可得作用寬度為 0.41 m，偏安全取 0.4 m，作為定量考慮。因此只考慮荷載和跨度作為變量。由于后軸包含左右兩側的輪胎，而輪胎間距在 2.5～2.55 m，根據式（3）、式（4），當跨度為 3 m 時，b=2.5 m，因此可不折減有效分布寬度。

依據表 3 匯總資料，車輛整備重量在 11 200～13 000 kg之間，后軸占整車重量的比重在 65%～70% 之間，因此認為新型電動公交車后軸重量應在 7 150～9 100 kg 之間。樓板跨度在 2.2～3.0 m 之間。取集中荷載從 7 000 kg 開始，每次遞增 500 kg，最大荷載到 9 500 kg（對應車輛重量13.5 t），分別考察在跨度 2.2～3.0 m 下的等效均布荷載取值。為方便計算和查看，表格內重量單位由 kg 轉換為kN。

經計算發(fā)現，在相同跨度下及集中荷載（軸重）與等效均布荷載完全呈線性遞增關系；在同一集中荷載作用下，隨著樓板跨度的增加，等效均布荷載呈倒數遞減關系；如表 3所示。

表3 不同荷載和跨度下的等效均布荷載單位：kN/m2

由于各停車場站樓板跨度不一，復核驗算時不宜統(tǒng)一成一種荷載情況，建議仍舊按不同的板跨進行考慮。由于公交車停車庫與常規(guī)客車停車庫在荷載頻次上沒有太大的差異，組合值系數、頻遇值系數和準永久值系數均按 GB 50009—2001 表 6.1. 1第 8 項客車的工況選取。

2.2 荷載折減系數

樓板作為直接承受車輛軸重的構件，其自身的受荷面積較小，所以折算的等效均布荷載較大，且不應進行折減。但對于梁柱等結構構件，由于其本身的受荷面積較大，且一個跨度內能夠同時存在的車輛有限，因此直接利用樓板的等效均布荷載進行設計復核會造成嚴重的浪費，故需要根據其實際可能受到的荷載情況進行折減。

2.2.1 次梁折減系數計算

根據表 2，現有停車場站的跨度在 10.5～13.5 m 之間，一輛公交車的寬度約為 2.5 m，一根車道寬度為 3 m，考慮到安全距離，行人通道以及充電設備，結構構件占用空間等因素，結合建筑停車位布置，當次梁跨度小于 12.5 m時，一跨范圍內可能同時存在的車輛數量基本上為 3 輛，即左右各停放一輛，中間留出一根通道，因此對于次梁來說，最不利工況即 3 輛車的后軸重量全部作用在一根次梁上，3 輛車的后軸重量分別作用在梁的 4 分點位置。當次梁跨度大于等于12.5 m 時，也可能出現中間有兩根車道的情況，此時車輛后軸重量可按 5 分點位置分布?，F假定后軸重量為90 kN，可計算得到不同跨度和間距的次梁折減系數具體如表 4 所示。

表4 次梁折減系數與次梁跨度、間距的關系

可以看出隨著次梁跨度的增加，折減系數隨之減小，當次梁跨度一致時，隨著樓板跨度減小而減小。且由于以 12.5 m為界車停車數量發(fā)生變化，荷載有所突變，因此不能單一的選取一個固定值作為次梁折減系數，而是根據次梁跨度的我間劃分采用不同的折減系數。

2.2.2 主梁折減系數計算

對于主梁，應根據次梁的布置我分連接次梁的主梁和與次梁平行的主梁，對于前者，由于主要荷載均通過次梁傳遞到主梁上，因此可以直接按構件受荷面積上總的荷載來考慮；對于平行次梁方向的主梁，由于其受力狀態(tài)與次梁接近，因此應采用次梁的折減系數進行計算復核。

2.3 結論匯總

2.3.1 樓板等效均布荷載

結合車輛軸重，設定后軸重量為 90 kN，并考慮 1.2 的動力荷載系數，不同樓板跨度下的樓面荷載取值建議如表 5所示，當今后車輛荷載發(fā)生變化，可參考關系線性增加。

表5 樓板等效均布荷載建議值

2.3.2 次梁及平行次梁的主梁折減系數

因折減系數與次梁跨度和間距有關，次梁相比樓板可作為非直接承受動力荷載構件，且實際車梁輪胎存在一定間距，比計算假定中直接采用后軸重量作為一個集中荷載更為有利，車輪作用位置不會直接在次梁正上方，且通常一個跨度內分布規(guī)律為兩側為停車位，中間為車道，幾乎不會出現一根次梁上同時長期有滿載情況，因此不考慮動力系數的影響，并考慮滿載狀態(tài)為瞬時荷載，可再考慮承載力調整系數0.7，修正后折減系數建議按表 6 進行選取。

表6 修正后的次梁折減系數

2.3.3 垂直次梁的主梁、柱、基礎

垂直次梁的主梁、柱、基礎需根據一個柱網范圍的圍合面積選取相應的計算荷載，但當柱網較小時，又存在假定的車輛數量大于實際可停放數量的矛盾，因此建議在單向板的情況下，對于已有的老停車場站，僅復核其承載力時，最低可按 3.5 kN/m2進行復核分析。

3 各公交立體停車庫原結構承載力分析

結合驗算結果與現有各立體停車庫結構信息，對上海浦西中心城我 12 座立體停車庫按照六個類別，分析如下。

第一類，真南路、逸仙路停車場。真南路停車場 2.2 m板跨情況下的計算樓板的荷載＞25.3 kN/m2的荷載，次梁跨度 13 m，折減后的荷載為 12.68 kN/m2，實際荷載略小于該值，相差約 3%。主梁和柱的荷載為 4.0 kN/m2。綜合考慮樓板荷載、主梁、柱的荷載等情況，可認為主體結構滿足；逸仙路停車場設計時根據不同的樓層，分別有 15 t 的車輛和 12 t 的車輛，其均布荷載均滿足驗算要求，次梁跨度13.5 m，次梁荷載均小于折減后的荷載 8.96 kN/m2，主梁和柱的均布荷載取值大于等于 4.0 kN/m2，同樣可認為其主體結構滿足。

第二類，寶楊路、漕寶路停車場。因年代較久遠，目前僅能獲取其計算主梁與柱的均布荷載，為 3.5 kN/m2，可認為其主梁、柱和基礎基本滿足新能源純電動車的荷載要求。對于樓板和次梁，則需結合其他同期場站的鑒定報告進行判定。參考樓板跨度及次梁跨度均接近的重慶南路站，這兩個場站的樓板厚度、配筋均與重慶南路站相同或接近，因此可認為這兩個場站的結論與重慶南路站接近。

第三類，國江路、曹楊路、內江路、重慶南路停車場。因安全鑒定報告均為近幾年進行的鑒定，雖然沒有詳細的荷載計算信息，但在報告中都注明了驗算的車梁荷載信息。目前有鑒定報告的四個場站中，除曹楊路停車場外，其余三個結論均為滿足或基本滿足，驗算的車輛重量為 12.8～13 t，與本文中假定的最大車輛重量 13.5 t 基本接近，因此可認為仍舊基本滿足新能源車的荷載要求。另，曹楊路停車場雖然結論為不滿足，但其驗算的車輛重量為 18 t，遠遠超過目前收集到的車輛最大重量，結合原設計年代、柱網布置、次梁截面和樓板厚度、配筋等信息，與漕寶路及重慶路停車場的情況較為接近，可認為其基本滿足。

第四類，南陳路、天山路停車場。根據收集到的圖紙信息與其他場站進行比較，其設計建造年代、樓板和柱網跨度等均與寶楊路停車場接近，經查竣工圖資料，其樓板厚度、主次梁截面尺寸以及配筋均接近或相同，故該停車場可取與寶楊路停車場相同的判定結論。

第五類，共和新路停車場。該停車場經鑒定結論為嚴重損壞，因此在 2016—2017 年間進行了加固改造，梁柱均采用擴大截面法進行了加固，原預制樓板拆除并改為 200 mm厚現澆混凝土樓板。該停車場改造圖紙中注明樓板設計活荷載為 5.0 kN/m2，可認為該停車場滿足要求。

第六類，國和路停車場。因設計年代較早，缺乏設計荷載信息，只能基于柴油車的車輛信息進行判定。根據表1的柴油車軸重，可判斷出該型柴油車和現有電動車約有 20%的重量差異，考慮到活荷載組合系數為 1.4，設計標準值和承載力設計值之間有 40% 的安全儲備，可判斷在結構無老化損傷的前提下，該停車場理論上可承擔電動公交車的重量，但結構構件可能已臨近極限狀態(tài)，如構件已有老化損毀，則處于不安全狀態(tài)。因此該場站在未經鑒定加固的前提下，樓、屋面上不推薦停放電動公交車。

4 結 語

（1）對于逸仙路、國江路、共和新路和真南路停車場，現階段即可用于停放新能源純電動公交車。后續(xù)運營期間，可定期開展安全性檢測，對報告中指出的局部不足和損壞的構建進行相應的加固和修復。

（2）對于寶楊路、國江路、內江路和南陳路停車場，建議先行開展安全性檢測，以判斷原結構是否存在缺陷、損壞等情況，并根據檢測結果對部分存在缺陷的構件進行加固，后可用于停放新能源純電動公交車。

（3）對于曹楊路、漕寶路和重慶南路停車場，建議進行抗震鑒定，鑒定過程中需與鑒定單位保持密切溝通，及時調整防火分我和停車布置，且后續(xù)使用年限可選用 40 a，按B 類建筑進行抗震鑒定，以便減少加固工程量，避免出現過于高昂的改造費用。

（4）對于國和路停車場，因其已使用近 40 a，接近 50 a的設計使用年限，建議保持現有狀態(tài)不更換其入駐車型。如確需入駐純電動公交車，建議進行抗震鑒定，且后續(xù)使用年限按 30 a 考慮，按 A 類建筑進行抗震鑒定，并開展相關內容加固工作。