重型货车停车库等效均布活荷载取值研究

周国伟，朱祖敬

（1、广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司 广州 510507；2、广州市设计院集团有限公司 广州 510620）

0 引言

文献［1］中的客车停车库及车道的活荷载仅考虑由小轿车、吉普车、小型旅行车的车轮局部荷载及其他必要的维修设备荷载，对于特殊车辆荷载的等效均布活荷载问题，国内外专家学者已进行了较多研究，研究重点主要针对消防车荷载［2-4］。文献［2-3］分别研究了30 t及78 t的重型消防车在不同覆土厚度下的等效均布活荷载；文献［4］针对地下空间顶板用于主干道时的等效车辆荷载进行了研究；范重等人［5］对小型客车停车库在多种柱网尺寸下的均布活荷载取值进行了研究；赵建峰［6］对河北、上海、浙江3 个地区的特重车荷载参数进行了统计分析。

近年来，在物流枢纽基建项目中，出于货物调度的需求，出现了货车停车楼这一业态。货车按载重量大小可分为轻卡、中卡、重卡几种类型，每种类型的货车尺寸及载重参数均不相同，在结构设计荷载取值时，需进行专门研究。其中，重型货车停车库主要有以下几个特点：①超长车身（通常为12 m）导致结构柱距远超常规停车库；②轮压与楼板直接接触，基本无扩散角，因此无需考虑轮压扩散折减；③车轴数量多、轴重大，导致楼板设计时的等效活荷载取值可能较大；④大柱距导致主梁、次梁受荷面积大，主梁、次梁设计时的等效活荷载折减系数需专门研究。

针对以上问题，本文以广州东部某交通物流枢纽基建项目中的车辆调度场为例，通过收集市场常见的重型货车参数，确定了重型货车停车楼车辆荷载计算的基础数据。基于初设阶段的井字梁布置方案，考虑轮压不利布置，计算了楼板等效均布活荷载。在研究主梁、次梁的等效均布活荷载时，考虑重型货车车身较长的特点，采用移动荷载分析手段模拟货车车队在楼板上的移动过程，得出主、次梁在实际使用时可能产生的最大内力，以此换算主、次梁等效均布活荷载。本文的分析思路，可供其他车辆类型的荷载研究参考。

1 车身参数及轴荷

《道路车辆外廊尺寸、轴荷及质量限值：GB 1589—2004》［7］中，对各类车辆的轮廓尺寸、最大轴重均有明确规定，其中，货车车长限值为12 m，车宽限值为2.5 m。车辆外形的主要参数由前悬长度、轴数及轴距、后悬长度组成，详见图1所示，这些参数与车辆等效均布活荷载计算密切相关。

图1 货车车身参数示意Fig.1 Truck Body Parameters

以重卡货车为例，通过收集市场常见重型货车品牌的参数，如表1 所示，确定了常用货车的轴数及轴距，用于后续的荷载分析。从表1可以看出，重卡货车通常为4轴，前、后轴数各为2根，前轴每侧单车轮，后轴为双车轮。车身尺寸按文献［7］上限设计，以12 m居多，前轴距为1.8～2.1 m，中轴距为4.1～5.05 m，后轴距各品牌基本一致，为1.35 m；各品牌前、后轮距差别亦较小，满载质量均为31 t。

表1 重卡货车品牌参数Tab.1 Heavy Truck Brand Parameters

用于分析的货车车身参数详见表2，表2 中的中卡和轻卡车身参数基于同样的收集方式获得，供同类项目参考，本文后续分析以重卡货车为例。

表2 用于分析的货车车身参数Tab.2 Truck Body Parameters for Analysis

重卡货车车轴荷载取值参照文献［7］中的轴荷限值确定（前轴70 kN，后轴120 kN）。单轮及双轮接地面积分别按0.2 m×0.3 m 及0.2 m×0.6 m 考虑，后续分析的前、后轮轮压分别取为600 kPa 及500 kPa，全车总重按各轴荷总和考虑取37 t，大于表1 中的满载质量，可认为考虑20%的超载。

2 工程背景

本工程为广州东部某物流枢纽中心的车辆调度场，建筑平面布置详图2。由于重卡货车车身较长，应尽量减少掉头、倒车入库等操作，建筑采用两侧停车的布局方式，中间为单向车道，通过两端回转平台实现车流循环组织。停车位区域结构柱网为15 m×15 m，采用井字梁布置，楼板跨度为5 m×5 m。两端回转平台柱跨24 m，单个车位尺寸为4 m×15 m。

图2 重型货车停车库建筑平面布置Fig.2 Building Layout of Heavy Truck Parking Garage（mm）

3 楼板等效均布活荷载

楼板等效均布活载可按四边简支板最大弯矩等值确定，可表达为：

式中：q0为单位均布荷载；M0为单位均布荷载下的楼板跨中最大弯矩，可按《建筑结构静力计算手册》［8］计算；Mmax为轮压作用下的楼板最大弯矩，可采用有限元计算软件分析求得。车辆紧密排列下的轮压位置示意如图3所示，阴影区为5 m×5 m楼板。

图3 重卡货车前、后轮压不利布置Fig.3 Unfavorable Arrangement of Front and Rear Wheel Pressure of Heavy Truck （mm）

采用SAP2000 进行建模分析，对楼板壳单元按轮压接地尺寸进行网格划分，轮压布置示意详见图4，从左至右依次对应图3⒜～图3⒟工况。由于后轮车轴重量显著大于前轮车轴，计算结果表明，后轮轮压对楼板弯矩起控制作用。后轮轮压作用下两个方向的楼板弯矩云图如图5 所示，其中，上、下排分别为绕x、y轴方向的弯矩。轮压作用下的楼板弯矩计算值及等效均布荷载统计如表3所示，由表3可知，本工程井字梁楼盖的楼板等效均布活荷载最大为图3⒝工况下的26.13 kPa，几种不利工况布置下的等效均布活荷载差别约为4 kPa。

表3 各工况楼板等效均布活荷载Tab.3 Equivalent Uniform Live Load of Floor in Each Working Condition

图4 重卡货车轮压加载示意Fig.4 Heavy Truck Wheel Pressure Loading Diagram

图5 后轮轮压作用下的楼板弯矩云图Fig.5 Floor Bending Moment Cloud Diagram under the Action of Rear Wheel Pressure

4 次梁等效均布活荷载

次梁等效均布活载取弯矩等效及剪力等效二者的较大值。考虑重卡货车轴距大，轴数多，按静力不利布置分析不能全面反应车辆移动过程中的不利情况，本文采用移动荷载分析方法［9-10］，统计次梁在移动过程中的最大弯矩及剪力，以此换算次梁的等效均布活荷载。

移动荷载分析步骤如下：①根据柱网跨度，选取极限满布的4 列头尾相连的车队，每列车队长度应大于次梁的计算跨度，本工程每列车队为2辆；②车队的行驶路径从车头进入次梁的支座开始，到车尾驶离次梁另一端支座终止；③在次梁跨度内，按车队排布的轮压及行驶位置定义车辆荷载及行驶轨道；④统计移动荷载中次梁的最大弯矩及剪力，并换算井字梁的等效均布活荷载。计算次梁内力时，不考虑楼板刚度贡献，采用刚臂将轨道轮压荷载按力矩平衡原则分配到两侧次梁上，次梁跨度范围内的轨道布置、车队移动荷载示意详见图6。

图6 移动荷载、移动轨道布置示意Fig.6 Moving Load and Moving Track Layout （mm）

图7可直观地表达次梁弯矩随移动荷载的变化过程。表4 为基于移动荷载分析的次梁弯矩、剪力包络值，并换算了用于次梁分析的等效均布活荷载。从表4可以看出，本工程次梁等效均布活荷载值为剪力控制，可取为20 kPa，相对楼板计算的折减系数为约0.76。

表4 次梁等效均布活荷载Tab.4 Beam Equivalent Uniform Live Load

图7 移动荷载作用下的次梁弯矩变化Fig.7 Moment Variation of Secondary Beam under Moving Load

5 框架梁等效均布活荷载

文献［1］附录C 第C.0.8 条规定：当荷载分布比较均匀时，主梁上的等效均布活荷载可由全部荷载总和除以全部受荷面积求得。本工程在主梁分析时，对以下3种荷载工况产生的框架梁内力进行对比分析：

⑴每跨按图8 布置4 辆重型货车，轴荷按本文第一节考虑，标准跨内最多可能布置4 排16根后轮车轴及2 排8 根前轮车轴。按文献［1］换算的等效均布活荷载值为：

图8 标准柱跨内重型货车排布Fig.8 The Arrangement of Heavy Trucks in the Standard Column Span

（70×8+120×16）÷152=11.02 kN/m2

⑵按单车总重除以车身投影面积计算等效均布活荷载：

（70×2+120×2）÷2.55÷12=12.42 kN/m2

⑶采用移动荷载分析方法，建立3×3 标准柱跨模型，每跨内参照图6布置4辆车行轨道，每列车队数量增加至5辆，详见图9。

图9 主梁分析的移动荷载及轨道布置示意图Fig.9 Moving Load and Track Layout of Main Girder Analysis

以上3种工况的中跨框梁内力详见表5，由表5可知，移动荷载计算的内力与工况2基本吻合，大于文献［1］建议的换算值。其中，工况3 较工况1 的最大负弯矩增大约13.9%，剪力值增大约16.1%。因此，对于重型货车停车库而言，建议主梁分析时，采用单车总重除以车身投影面积计算等效均布活荷载，并辅以移动荷载分析进行验证。

表5 各工况中跨主梁内力Tab.5 Internal Force of Mid-span Girder in Each Working Condition

6 总结及建议

⑴通过收集市场常见的9 个品牌的重型货车车身尺寸、轴距、轴数等参数，确定了用于重型货车停车库结构分析的车辆参数。

⑵基于广州东部某物流枢纽中心的车辆调度场项目，分析了采用15 m×15 m柱距、井字梁楼盖方案在重型货车轮压下的楼板等效均布活荷载为26 kPa。

⑶采用移动荷载分析方法模拟车辆行驶过程，得出次梁计算的等效均布活荷载约为20 kPa，即次梁计算时折减系数约为0.77。

⑷主梁的等效均布活荷载建议采用车轴总重除以车身总面积确定，按文献［1］根据车辆排布除以受荷面积的方式可能偏小。

⑸确定特殊车辆的等效均布活荷载时，移动荷载分析是较为有效的分析手段。