行車工況下地下室頂板受力分析研究

姜海鋒，晏金洲

(南通華榮建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南通 226005)

0 引言

在現(xiàn)在追求效益的年代，多數(shù)建筑工地存在多棟單體建筑同時(shí)建造，而為充分利用有限場地，地下室頂板往往會成為施工期間臨時(shí)道路。設(shè)計(jì)單位對施工工況的考慮不足和施工單位地下室頂板超荷載不合理的使用，使近幾年地下室頂板坍塌、滲漏等事故案例不在少數(shù)。如何保證在施工期間安全、正確地使用和加固地下室行車段原結(jié)構(gòu)構(gòu)件，成為工程中施工和設(shè)計(jì)工程師共同關(guān)注的話題。

1 工程概況

R19026項(xiàng)目二標(biāo)段位于南通市通盛大道西、國勝路北地塊，主要由5～13號9棟18層高剪力墻住宅組成，其中含地下室長285.2m、寬157.49m，地庫每隔40m左右設(shè)置伸縮后澆帶。

2 原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

本工程為1層地下室車庫，車庫頂板設(shè)計(jì)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值5kN/m2，地下室頂板覆土厚度為1.5m，即恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為27kN/m2，可按在頂板不覆土情況下，頂板能承受的等效均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為32kN/m2。根據(jù)荷載規(guī)范中對于消防車等效荷載的研究，隨著板跨變大，等效荷載逐漸變小，故應(yīng)在行車道線路上選擇相對板跨較小的進(jìn)行驗(yàn)算，選擇5.2m×5.4m雙向板進(jìn)行受力分析(見圖1)。

圖1 計(jì)算板跨選取

選取的頂板厚250mm，混凝土等級為C35，按四邊固定支撐，通過計(jì)算得到相關(guān)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 四邊固定雙向板計(jì)算結(jié)果

由表1可知，若將行駛車輛等效荷載控制在32kN/m2以內(nèi)，按原設(shè)計(jì)得到的結(jié)構(gòu)頂板配筋均大于計(jì)算結(jié)果，能滿足承載力要求，且裂縫寬度小于規(guī)定限值。

3 梁、柱在行車工況下的受力分析

實(shí)際工程中，一般只對行車路段原結(jié)構(gòu)板進(jìn)行受力復(fù)核，而忽略了支撐板、梁和柱。即便在施工期間的行駛路線是按方案規(guī)定的固定線路，但由于車輛行駛過程中位置的改變會引起不同內(nèi)力，故應(yīng)專門針對行駛路段梁、板按最不利工況布置情況進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1 等效均布荷載與行車荷載等效換算

臨時(shí)道路按行走頻率最多的混凝土罐車進(jìn)行驗(yàn)算，車輛尺寸如圖2所示。采用4軸、12輪，其中前2個(gè)軸軸距1.8m，為單輪胎與地面接觸；后2個(gè)軸軸距1.4m，為雙輪胎與地面接觸，后輪胎著地面積0.6m×0.2m。按GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》樓面等效均布活荷載確定方法計(jì)算可得P1=175kN。

圖2 擬計(jì)算罐車尺寸

即后2個(gè)軸單側(cè)輪壓最大為175kN，按后2個(gè)軸承受總質(zhì)量的80%確定，得總車質(zhì)量可為43.75t(實(shí)際現(xiàn)場按40t進(jìn)行限載控制)，即原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)頂板能承受車輛輪壓最大值如圖3所示。

圖3 罐車輪壓最大值

3.2 縱向主梁(ZL)最不利工況分析

將后1軸直接放在需驗(yàn)算縱向主梁(ZL)上，后2軸和前2個(gè)軸分別置于驗(yàn)算縱向主梁兩側(cè)板跨上，為縱向主梁最不利工況，計(jì)算工況下平面布置如圖4所示。

圖4 縱向梁最不利工況示意

通過對行駛路段跨取為中間跨，將ZL按連續(xù)三跨梁進(jìn)行計(jì)算分析，受力情況如表2所示。

表2 連續(xù)三跨ZL受力分析計(jì)算結(jié)果

由表2可知，支座處需抗彎配筋面積 1 022mm2，小于實(shí)際配筋面積1 901mm2；梁跨中需配筋為1 069mm2，小于實(shí)際配筋面積1 963mm2,故ZL在此不利工況布置下能滿足抗彎要求。

支座處最大剪力為237.44kN，經(jīng)計(jì)算得抗剪箍筋面積為70mm2，小于實(shí)際梁中支座處最小抗剪箍筋面積237mm2，故ZL能滿足抗剪要求。

3.3 橫向主梁(HL)最不利工況分析

將混凝土罐車后2個(gè)軸同一側(cè)2個(gè)后輪直接作用在驗(yàn)算橫向主梁(HL)跨中，另一側(cè)在行駛驗(yàn)算板跨中，計(jì)算平面如圖5所示。

圖5 橫向主梁最不利工況示意

通過對HL按連續(xù)三跨梁進(jìn)行計(jì)算，受力情況如表3所示。

表3 連續(xù)三跨HL受力分析計(jì)算結(jié)果

由表3可知，支座處需抗彎配筋面積993.83mm2，小于實(shí)際配筋面積2 827mm2；梁跨中需要配筋為1 069mm2，小于實(shí)際配筋面積 2 799mm2, 故HL在此不利工況布置下能滿足抗彎要求。

支座處最大剪力為212.02kN，經(jīng)計(jì)算得抗剪箍筋面積為60mm2，小于實(shí)際梁中支座處最小抗剪箍筋面積150mm2。故HL在此不利工況布置下能滿足抗剪要求。

3.4 框架柱最不利工況分析

1)原結(jié)構(gòu)框架柱設(shè)計(jì)

地下室頂板涉及路線的框架柱位于中間跨，原設(shè)計(jì)框架柱對稱兩側(cè)梁板跨度、尺寸及荷載情況相差不大，基本對稱布置，柱兩側(cè)梁端彎矩也基本對稱，故框架柱受力以軸心力為主。柱配筋如圖6所示。

圖6 柱配筋

2)行車工況下框架柱受力分析

由于行車路線跨內(nèi)荷載的存在，在行車路線跨內(nèi)與相鄰跨內(nèi)的受荷情況存在較大差異，打破了原來柱兩側(cè)梁端彎矩的平衡，使框架柱單側(cè)存在較大彎矩(見圖7)，與原設(shè)計(jì)工況下的受力情況有較大變化。

圖7 梁柱節(jié)點(diǎn)受力簡圖

根據(jù)梁、柱節(jié)點(diǎn)彎矩平衡原理，通過對行駛路段框架梁最不利情況進(jìn)行分析可知，Mmax=196.29kN·m，而框架柱單側(cè)配置縱筋面積為603mm2，單側(cè)能抵抗彎矩118kN·m，通過對框架柱受力分析可知，柱上端單側(cè)配筋不足以平衡梁端傳來的彎矩，故柱端存在抗彎不足，易造成柱上端被拉壞，需對其進(jìn)行加固。

通過采取減小框架梁跨度的方法來減小梁端彎矩，進(jìn)而減小柱端彎矩達(dá)到保護(hù)框架柱的目的。采取在框架梁跨中設(shè)置鋼管支撐的方法，通過計(jì)算分析最終得梁端最大彎矩減小為85.7kN·m，小于柱單側(cè)抗彎能力118kN·m，即柱單側(cè)受彎能力滿足要求。

4 應(yīng)用效果

根據(jù)R19026項(xiàng)目地下室頂板實(shí)際情況，結(jié)合方案驗(yàn)算，現(xiàn)場采用直徑150mm、壁厚4.5mm的Q235鍍鋅鋼管進(jìn)行加固。鋼管上、下設(shè)置250mm×250mm×10mm鋼板來減少局壓，并在鋼管四周均勻設(shè)置4道加勁肋與鋼板相連。施工過程中，在支模階段提前將支撐鋼管安放在預(yù)設(shè)位置，保證鋼管上口鋼板與模板面平齊，確保支撐鋼管不發(fā)生偏心且能全程參與受力。臨時(shí)行駛路段使用過程中，安裝標(biāo)識牌和護(hù)欄，并安排專人對通行車輛進(jìn)行嚴(yán)格限速限重檢查。

通過對R19026項(xiàng)目行車路段加固方案的應(yīng)用驗(yàn)證，涉及的地下室行車范圍內(nèi)的板、梁、柱均未因行車荷載而額外引起裂縫和滲漏現(xiàn)象(見圖8)。

圖8 工程應(yīng)用效果

5 結(jié)語

通過對R19026項(xiàng)目地下室頂板加固方案的驗(yàn)算分析并應(yīng)用可知，對于雙向板板跨內(nèi)存在集中荷載進(jìn)行等效荷載換算時(shí)，應(yīng)取相對較小的板跨來計(jì)算；在相關(guān)板和梁驗(yàn)算均通過的情況下，仍要對涉及的框架柱進(jìn)行分析驗(yàn)算；如需加固，所有涉及的構(gòu)件均需按加固后的實(shí)際情況再次進(jìn)行分析驗(yàn)算；同時(shí)，現(xiàn)場必須嚴(yán)格按既定方案進(jìn)行限速限重。