纯电动公交车入驻原有立体停车库的结构承载力分析研究

叶 磊（上海久事国际体育中心有限公司，上海 201814）

经调查，各地公交场站建设年代普遍较为久远，在设计建造时并未考虑未来入驻车型改变带来的荷载和冲击力的改变，对既有立体停车库的结构安全性、适用性和耐久性三个方面提出挑战，也极大地限制了纯电动公交车的使用和场站服务水平的提升。因此，在公交车型进行较大变化与调整的背景下，非常有必要对立体停车库的结构承载力进行分析研究。本文研究的范围主要是上海浦西中心城地我的公交立体停车库。

1现状梳理

1.1入驻车辆信息梳理

为广泛考察新型纯电动公交车的尺寸和重量，本文收集梳理了所有正在使用的 26 种电动公交车资料，从中选出 6种数量最多，最具代表性的车型，这 6 种车型数量占车辆总数约 56%。另，收集了一种常用传统柴油公交车，具体汇总表 1 所示。

表1 不同型号的公交车尺寸重量信息汇总表

1.2 公交立体停车库信息汇总

上海浦西中心城我 12 个公交立体停车库柱网布置和楼板跨度，如表 2 所示。

表2 12 个公交立体停车库信息汇总表

备注：①楼板长宽比在 2～3 之间时，单向板双向板均可，因配筋具有明显的方向性，因此均判定为单向板；②部分早期的停车场采用预制板＋现浇层的做法。

根据以上内容可知，现有停车场的楼板跨度基本在2.2～3.0 m 之间，楼板受力类型为单向板受力，因此等效均布荷载均按单向板考虑。

2 公交立体停车库的结构荷载验算方法及依据

2.1 等效均布荷载

2.1.1 计算依据

针对等效均布荷载计算方法，本文依据 GB 50009—2001《荷载规范》附录C“楼面等效均布活荷载的确定方法”进行计算确定，分为以下步骤：

（1）按简支假定计算板在最不利集中荷载作用下的弯矩，公式为：

其中，Mmax—弯矩，kN·m

P—集中荷载，kN

L—长度，m

（2）计算单向板上局部荷载的有效分布宽度，因此处仅考虑轮胎受压的情况，满足 GB 50009—2001 C.0.5-1 的情况，故的计算公式为：

其中，bty为集中荷载接触面宽度，s 为垫层厚度，h 为楼板厚度。

另，当存在两个相邻荷载且荷载中心距 e＜b 时，应对有效分布宽度予以折减。

（3）得到最大弯矩和有效分布宽度后，即可计算等效均布荷载，公式为：

2.1.2计算结果

根据 GB 50009—2001 与等效均布荷载直接有关的参数有集中荷载、荷载作用宽度和楼板跨度三个指标，其中荷载作用宽度假定为后轮与地面的接触宽度，轮胎接触宽度为0.2 m，考虑楼板厚度为 0.15 m，垫层厚度为 0.03 m，按式（3）可得作用宽度为 0.41 m，偏安全取 0.4 m，作为定量考虑。因此只考虑荷载和跨度作为变量。由于后轴包含左右两侧的轮胎，而轮胎间距在 2.5～2.55 m，根据式（3）、式（4），当跨度为 3 m 时，b=2.5 m，因此可不折减有效分布宽度。

依据表 3 汇总资料，车辆整备重量在 11 200～13 000 kg之间，后轴占整车重量的比重在 65%～70% 之间，因此认为新型电动公交车后轴重量应在 7 150～9 100 kg 之间。楼板跨度在 2.2～3.0 m 之间。取集中荷载从 7 000 kg 开始，每次递增 500 kg，最大荷载到 9 500 kg（对应车辆重量13.5 t），分别考察在跨度 2.2～3.0 m 下的等效均布荷载取值。为方便计算和查看，表格内重量单位由 kg 转换为kN。

经计算发现，在相同跨度下及集中荷载（轴重）与等效均布荷载完全呈线性递增关系；在同一集中荷载作用下，随着楼板跨度的增加，等效均布荷载呈倒数递减关系；如表 3所示。

表3 不同荷载和跨度下的等效均布荷载单位：kN/m2

由于各停车场站楼板跨度不一，复核验算时不宜统一成一种荷载情况，建议仍旧按不同的板跨进行考虑。由于公交车停车库与常规客车停车库在荷载频次上没有太大的差异，组合值系数、频遇值系数和准永久值系数均按 GB 50009—2001 表 6.1. 1第 8 项客车的工况选取。

2.2 荷载折减系数

楼板作为直接承受车辆轴重的构件，其自身的受荷面积较小，所以折算的等效均布荷载较大，且不应进行折减。但对于梁柱等结构构件，由于其本身的受荷面积较大，且一个跨度内能够同时存在的车辆有限，因此直接利用楼板的等效均布荷载进行设计复核会造成严重的浪费，故需要根据其实际可能受到的荷载情况进行折减。

2.2.1 次梁折减系数计算

根据表 2，现有停车场站的跨度在 10.5～13.5 m 之间，一辆公交车的宽度约为 2.5 m，一根车道宽度为 3 m，考虑到安全距离，行人通道以及充电设备，结构构件占用空间等因素，结合建筑停车位布置，当次梁跨度小于 12.5 m时，一跨范围内可能同时存在的车辆数量基本上为 3 辆，即左右各停放一辆，中间留出一根通道，因此对于次梁来说，最不利工况即 3 辆车的后轴重量全部作用在一根次梁上，3 辆车的后轴重量分别作用在梁的 4 分点位置。当次梁跨度大于等于12.5 m 时，也可能出现中间有两根车道的情况，此时车辆后轴重量可按 5 分点位置分布。现假定后轴重量为90 kN，可计算得到不同跨度和间距的次梁折减系数具体如表 4 所示。

表4 次梁折减系数与次梁跨度、间距的关系

可以看出随着次梁跨度的增加，折减系数随之减小，当次梁跨度一致时，随着楼板跨度减小而减小。且由于以 12.5 m为界车停车数量发生变化，荷载有所突变，因此不能单一的选取一个固定值作为次梁折减系数，而是根据次梁跨度的我间划分采用不同的折减系数。

2.2.2 主梁折减系数计算

对于主梁，应根据次梁的布置我分连接次梁的主梁和与次梁平行的主梁，对于前者，由于主要荷载均通过次梁传递到主梁上，因此可以直接按构件受荷面积上总的荷载来考虑；对于平行次梁方向的主梁，由于其受力状态与次梁接近，因此应采用次梁的折减系数进行计算复核。

2.3 结论汇总

2.3.1 楼板等效均布荷载

结合车辆轴重，设定后轴重量为 90 kN，并考虑 1.2 的动力荷载系数，不同楼板跨度下的楼面荷载取值建议如表 5所示，当今后车辆荷载发生变化，可参考关系线性增加。

表5 楼板等效均布荷载建议值

2.3.2 次梁及平行次梁的主梁折减系数

因折减系数与次梁跨度和间距有关，次梁相比楼板可作为非直接承受动力荷载构件，且实际车梁轮胎存在一定间距，比计算假定中直接采用后轴重量作为一个集中荷载更为有利，车轮作用位置不会直接在次梁正上方，且通常一个跨度内分布规律为两侧为停车位，中间为车道，几乎不会出现一根次梁上同时长期有满载情况，因此不考虑动力系数的影响，并考虑满载状态为瞬时荷载，可再考虑承载力调整系数0.7，修正后折减系数建议按表 6 进行选取。

表6 修正后的次梁折减系数

2.3.3 垂直次梁的主梁、柱、基础

垂直次梁的主梁、柱、基础需根据一个柱网范围的围合面积选取相应的计算荷载，但当柱网较小时，又存在假定的车辆数量大于实际可停放数量的矛盾，因此建议在单向板的情况下，对于已有的老停车场站，仅复核其承载力时，最低可按 3.5 kN/m2进行复核分析。

3 各公交立体停车库原结构承载力分析

结合验算结果与现有各立体停车库结构信息，对上海浦西中心城我 12 座立体停车库按照六个类别，分析如下。

第一类，真南路、逸仙路停车场。真南路停车场 2.2 m板跨情况下的计算楼板的荷载＞25.3 kN/m2的荷载，次梁跨度 13 m，折减后的荷载为 12.68 kN/m2，实际荷载略小于该值，相差约 3%。主梁和柱的荷载为 4.0 kN/m2。综合考虑楼板荷载、主梁、柱的荷载等情况，可认为主体结构满足；逸仙路停车场设计时根据不同的楼层，分别有 15 t 的车辆和 12 t 的车辆，其均布荷载均满足验算要求，次梁跨度13.5 m，次梁荷载均小于折减后的荷载 8.96 kN/m2，主梁和柱的均布荷载取值大于等于 4.0 kN/m2，同样可认为其主体结构满足。

第二类，宝杨路、漕宝路停车场。因年代较久远，目前仅能获取其计算主梁与柱的均布荷载，为 3.5 kN/m2，可认为其主梁、柱和基础基本满足新能源纯电动车的荷载要求。对于楼板和次梁，则需结合其他同期场站的鉴定报告进行判定。参考楼板跨度及次梁跨度均接近的重庆南路站，这两个场站的楼板厚度、配筋均与重庆南路站相同或接近，因此可认为这两个场站的结论与重庆南路站接近。

第三类，国江路、曹杨路、内江路、重庆南路停车场。因安全鉴定报告均为近几年进行的鉴定，虽然没有详细的荷载计算信息，但在报告中都注明了验算的车梁荷载信息。目前有鉴定报告的四个场站中，除曹杨路停车场外，其余三个结论均为满足或基本满足，验算的车辆重量为 12.8～13 t，与本文中假定的最大车辆重量 13.5 t 基本接近，因此可认为仍旧基本满足新能源车的荷载要求。另，曹杨路停车场虽然结论为不满足，但其验算的车辆重量为 18 t，远远超过目前收集到的车辆最大重量，结合原设计年代、柱网布置、次梁截面和楼板厚度、配筋等信息，与漕宝路及重庆路停车场的情况较为接近，可认为其基本满足。

第四类，南陈路、天山路停车场。根据收集到的图纸信息与其他场站进行比较，其设计建造年代、楼板和柱网跨度等均与宝杨路停车场接近，经查竣工图资料，其楼板厚度、主次梁截面尺寸以及配筋均接近或相同，故该停车场可取与宝杨路停车场相同的判定结论。

第五类，共和新路停车场。该停车场经鉴定结论为严重损坏，因此在 2016—2017 年间进行了加固改造，梁柱均采用扩大截面法进行了加固，原预制楼板拆除并改为 200 mm厚现浇混凝土楼板。该停车场改造图纸中注明楼板设计活荷载为 5.0 kN/m2，可认为该停车场满足要求。

第六类，国和路停车场。因设计年代较早，缺乏设计荷载信息，只能基于柴油车的车辆信息进行判定。根据表1的柴油车轴重，可判断出该型柴油车和现有电动车约有 20%的重量差异，考虑到活荷载组合系数为 1.4，设计标准值和承载力设计值之间有 40% 的安全储备，可判断在结构无老化损伤的前提下，该停车场理论上可承担电动公交车的重量，但结构构件可能已临近极限状态，如构件已有老化损毁，则处于不安全状态。因此该场站在未经鉴定加固的前提下，楼、屋面上不推荐停放电动公交车。

4 结 语

（1）对于逸仙路、国江路、共和新路和真南路停车场，现阶段即可用于停放新能源纯电动公交车。后续运营期间，可定期开展安全性检测，对报告中指出的局部不足和损坏的构建进行相应的加固和修复。

（2）对于宝杨路、国江路、内江路和南陈路停车场，建议先行开展安全性检测，以判断原结构是否存在缺陷、损坏等情况，并根据检测结果对部分存在缺陷的构件进行加固，后可用于停放新能源纯电动公交车。

（3）对于曹杨路、漕宝路和重庆南路停车场，建议进行抗震鉴定，鉴定过程中需与鉴定单位保持密切沟通，及时调整防火分我和停车布置，且后续使用年限可选用 40 a，按B 类建筑进行抗震鉴定，以便减少加固工程量，避免出现过于高昂的改造费用。

（4）对于国和路停车场，因其已使用近 40 a，接近 50 a的设计使用年限，建议保持现有状态不更换其入驻车型。如确需入驻纯电动公交车，建议进行抗震鉴定，且后续使用年限按 30 a 考虑，按 A 类建筑进行抗震鉴定，并开展相关内容加固工作。