行车工况下地下室顶板受力分析研究

2023-02-25 05:42姜海锋晏金洲
施工技术(中英文) 2023年2期
关键词:行车主梁弯矩

姜海锋,晏金洲

(南通华荣建设集团有限公司,江苏 南通 226005)

0 引言

在现在追求效益的年代,多数建筑工地存在多栋单体建筑同时建造,而为充分利用有限场地,地下室顶板往往会成为施工期间临时道路。设计单位对施工工况的考虑不足和施工单位地下室顶板超荷载不合理的使用,使近几年地下室顶板坍塌、渗漏等事故案例不在少数。如何保证在施工期间安全、正确地使用和加固地下室行车段原结构构件,成为工程中施工和设计工程师共同关注的话题。

1 工程概况

R19026项目二标段位于南通市通盛大道西、国胜路北地块,主要由5~13号9栋18层高剪力墙住宅组成,其中含地下室长285.2m、宽157.49m,地库每隔40m左右设置伸缩后浇带。

2 原结构设计概况

本工程为1层地下室车库,车库顶板设计活荷载标准值5kN/m2,地下室顶板覆土厚度为1.5m,即恒荷载标准值为27kN/m2,可按在顶板不覆土情况下,顶板能承受的等效均布荷载标准值为32kN/m2。根据荷载规范中对于消防车等效荷载的研究,随着板跨变大,等效荷载逐渐变小,故应在行车道线路上选择相对板跨较小的进行验算,选择5.2m×5.4m双向板进行受力分析(见图1)。

图1 计算板跨选取

选取的顶板厚250mm,混凝土等级为C35,按四边固定支撑,通过计算得到相关计算结果如表1所示。

表1 四边固定双向板计算结果

由表1可知,若将行驶车辆等效荷载控制在32kN/m2以内,按原设计得到的结构顶板配筋均大于计算结果,能满足承载力要求,且裂缝宽度小于规定限值。

3 梁、柱在行车工况下的受力分析

实际工程中,一般只对行车路段原结构板进行受力复核,而忽略了支撑板、梁和柱。即便在施工期间的行驶路线是按方案规定的固定线路,但由于车辆行驶过程中位置的改变会引起不同内力,故应专门针对行驶路段梁、板按最不利工况布置情况进行验算。

3.1 等效均布荷载与行车荷载等效换算

临时道路按行走频率最多的混凝土罐车进行验算,车辆尺寸如图2所示。采用4轴、12轮,其中前2个轴轴距1.8m,为单轮胎与地面接触;后2个轴轴距1.4m,为双轮胎与地面接触,后轮胎着地面积0.6m×0.2m。按GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》楼面等效均布活荷载确定方法计算可得P1=175kN。

图2 拟计算罐车尺寸

即后2个轴单侧轮压最大为175kN,按后2个轴承受总质量的80%确定,得总车质量可为43.75t(实际现场按40t进行限载控制),即原设计结构顶板能承受车辆轮压最大值如图3所示。

图3 罐车轮压最大值

3.2 纵向主梁(ZL)最不利工况分析

将后1轴直接放在需验算纵向主梁(ZL)上,后2轴和前2个轴分别置于验算纵向主梁两侧板跨上,为纵向主梁最不利工况,计算工况下平面布置如图4所示。

图4 纵向梁最不利工况示意

通过对行驶路段跨取为中间跨,将ZL按连续三跨梁进行计算分析,受力情况如表2所示。

表2 连续三跨ZL受力分析计算结果

由表2可知,支座处需抗弯配筋面积 1 022mm2,小于实际配筋面积1 901mm2;梁跨中需配筋为1 069mm2,小于实际配筋面积1 963mm2,故ZL在此不利工况布置下能满足抗弯要求。

支座处最大剪力为237.44kN,经计算得抗剪箍筋面积为70mm2,小于实际梁中支座处最小抗剪箍筋面积237mm2,故ZL能满足抗剪要求。

3.3 横向主梁(HL)最不利工况分析

将混凝土罐车后2个轴同一侧2个后轮直接作用在验算横向主梁(HL)跨中,另一侧在行驶验算板跨中,计算平面如图5所示。

图5 横向主梁最不利工况示意

通过对HL按连续三跨梁进行计算,受力情况如表3所示。

表3 连续三跨HL受力分析计算结果

由表3可知,支座处需抗弯配筋面积993.83mm2,小于实际配筋面积2 827mm2;梁跨中需要配筋为1 069mm2,小于实际配筋面积 2 799mm2, 故HL在此不利工况布置下能满足抗弯要求。

支座处最大剪力为212.02kN,经计算得抗剪箍筋面积为60mm2,小于实际梁中支座处最小抗剪箍筋面积150mm2。故HL在此不利工况布置下能满足抗剪要求。

3.4 框架柱最不利工况分析

1)原结构框架柱设计

地下室顶板涉及路线的框架柱位于中间跨,原设计框架柱对称两侧梁板跨度、尺寸及荷载情况相差不大,基本对称布置,柱两侧梁端弯矩也基本对称,故框架柱受力以轴心力为主。柱配筋如图6所示。

图6 柱配筋

2)行车工况下框架柱受力分析

由于行车路线跨内荷载的存在,在行车路线跨内与相邻跨内的受荷情况存在较大差异,打破了原来柱两侧梁端弯矩的平衡,使框架柱单侧存在较大弯矩(见图7),与原设计工况下的受力情况有较大变化。

图7 梁柱节点受力简图

根据梁、柱节点弯矩平衡原理,通过对行驶路段框架梁最不利情况进行分析可知,Mmax=196.29kN·m,而框架柱单侧配置纵筋面积为603mm2,单侧能抵抗弯矩118kN·m,通过对框架柱受力分析可知,柱上端单侧配筋不足以平衡梁端传来的弯矩,故柱端存在抗弯不足,易造成柱上端被拉坏,需对其进行加固。

通过采取减小框架梁跨度的方法来减小梁端弯矩,进而减小柱端弯矩达到保护框架柱的目的。采取在框架梁跨中设置钢管支撑的方法,通过计算分析最终得梁端最大弯矩减小为85.7kN·m,小于柱单侧抗弯能力118kN·m,即柱单侧受弯能力满足要求。

4 应用效果

根据R19026项目地下室顶板实际情况,结合方案验算,现场采用直径150mm、壁厚4.5mm的Q235镀锌钢管进行加固。钢管上、下设置250mm×250mm×10mm钢板来减少局压,并在钢管四周均匀设置4道加劲肋与钢板相连。施工过程中,在支模阶段提前将支撑钢管安放在预设位置,保证钢管上口钢板与模板面平齐,确保支撑钢管不发生偏心且能全程参与受力。临时行驶路段使用过程中,安装标识牌和护栏,并安排专人对通行车辆进行严格限速限重检查。

通过对R19026项目行车路段加固方案的应用验证,涉及的地下室行车范围内的板、梁、柱均未因行车荷载而额外引起裂缝和渗漏现象(见图8)。

图8 工程应用效果

5 结语

通过对R19026项目地下室顶板加固方案的验算分析并应用可知,对于双向板板跨内存在集中荷载进行等效荷载换算时,应取相对较小的板跨来计算;在相关板和梁验算均通过的情况下,仍要对涉及的框架柱进行分析验算;如需加固,所有涉及的构件均需按加固后的实际情况再次进行分析验算;同时,现场必须严格按既定方案进行限速限重。

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