不平衡弯矩与施工工况的无梁结构设计范文

【摘要】以无梁楼盖顶板若干标准跨为研究对象，研究其在不等跨、消防车不利布置、覆土不利布置、回填时土方车运行工况下的板柱节点冲剪强度，从而在结构设计时，给出相关设计指引。

【关键词】不平衡弯矩；施工工况；无梁楼盖；结构设计

引言

无梁楼盖在地下室工程中广泛应用，但在佛山、河源、中山等城市出现多起倒塌事故。从众多的倒塌事故中看出，无梁楼盖破坏是板柱节点的冲剪破坏，冲剪破坏引起的冲击力会引发结构的连续倒塌。现行结构设计方法，以经验系数法和有限元法为主。经验系数法未考虑因不等跨、荷载不利布置、非均布荷载造成的不平衡弯矩，节点冲剪验算偏于不安全。有限元法均可考虑上述不足，但设计工况欠考虑。以顶板标准跨无梁楼盖（柱距8.1m×8.1m，X向16跨xY向8跨，覆土分别为1.0m、1.2m、1.5m）为研究对象，借助yjk有限元模块，研究其在不等跨（内跨及边跨）、消防车不利布置、覆土不利布置、回填时土方车运行工况下的板柱节点冲剪强度，从而在结构设计时，给出相关设计指引。

1不等跨（内跨及边跨）

保持其中两邻跨总长度（16200mm）不变，两跨的跨度比分别为1.1、1.3、1.5，覆土分别为1.0m、1.2m、1.5m，研究板柱节点的冲剪强度，限于篇幅，仅列出边跨不等跨板柱节点冲剪力增幅，见表1。由表1可看出，板柱节点的冲剪力增幅百分比随着跨度比增大而增大，同时随着覆土的增大而增大。边跨增大的幅值比内跨大；边跨的增幅在10%～20%，而内跨的增幅在2%～5%。

2消防车不利布置

常规设计思路是将消防车荷载满布于消防车道上，并没有考虑消防车的不利布置。本文以30t消防车为例，研究消防车荷载不利布置对板柱节点冲剪力的影响。参考文献[1]，消防车道上的消防车不利布置有三种情况，见图1所示，与满布消防车荷载比较，板柱节点的冲剪力增幅见表2。由表2可看出，消防车荷载不利布置对板柱节点冲剪力的增幅影响随着覆土厚度的增大而增大，在隔二布置不利布置时达到峰值；与消防车道满布消防车荷载相比，消防车不利布置对板柱节点的冲剪力增幅不明显。

3覆土不利布置

顶板在后期园林覆土施工时，据相关顶板覆土施工组织指引书可知，土方车运载覆土从某入口进入，若只有一个出入口，则从最远处边跨开始进行覆土作业，若有多个出入口，则从顶板中域位置各向两边反方向进行覆土作业。限于篇幅，仅示意从顶板中域各向两边反方向进行覆土作业，如图2所示（斜线阴影为覆土完成区域，箭头表示作业方向）。以中间的板柱节点为研究对象，相对于使用阶段时顶板满布覆土工况，板柱节点的冲剪力增幅见表3。由表3可看出，覆土不利布置对板柱节点冲剪力的增幅影响随着覆土厚度的增大而增大，对板柱节点冲剪力的增幅影响在5%范围左右。

4土方车运载回填覆土

顶板回填覆土时，土方车从场地外回填土堆放点运载覆土至顶板进行组织回填施工。文献[2]可知，土方车空载时的质量为19t，满载时的质量为50t，土方车的尺寸和轮距如图3所示。一般土方车在顶板上行驶时比较平稳，速度较慢，但是考虑刹车、颠簸等因素，同时结合相关文献[3]，对于顶板覆土回填时土方车作用荷载工况设计，本文认为土方车竖向荷载的动力系数可取为1.3。由文献[2]可知，2台土方车（一辆满载和一辆空车）在8.1m×8.1m双向板跨的等效荷载可取为22kN/m2，再考虑1.3的动力放大系数，则在顶板覆土回填时，土方车运行等效荷载为28.6kN/m2。以中柱的板柱节点为研究对象，相对于使用阶段时顶板满布覆土工况，板柱节点的冲剪力增幅见表4。由表4可看出，土方车荷载对板柱节点冲剪力增幅在薄覆土工况时影响较大，有20%～35%的增幅，在厚覆土工况时影响较小，在5%增幅范围。

5结论

（1）若用经验系数法进行无梁楼盖顶板结构设计时，考虑不平衡弯矩，对于边跨不等跨板柱节点的冲剪力验算，建议适当留有10%～20%的富余量；内跨不等跨则留有5%的富余量。建议以有限元计算结果为准，经验系数法仅作辅助复核之用。（2）消防车荷载的不利布置对板柱节点冲剪力增幅的影响可以忽略。（3）考虑覆土荷载的不利布置，若用有限元法计算，板柱节点冲剪力建议预留5%的富余量。（4）对于薄覆土（不大于1.2m）的顶板，土方车运行工况对板柱节点冲剪力增幅影响较大，建议预留20%～35%的富余量。建议在进行无梁楼盖顶板结构设计时，考虑土方车运行工况（附加恒载2.0kN/m2，活载28.6kN/m2）。

参考文献

[1]范重，鞠红梅，彭中华.消防车等效均布活荷载取值研究[J].建筑结构，2011，41（3）：1-6.

[2].肖彦杰，韩建刚.基坑栈桥面板土方车等效荷载取值研究[J].结构工程师，2017，33（5）：179-184.

[3]《建筑结构荷载规范》（DBJ15-101-2014）[M].广州：中国建筑工业出版社，2014.

作者：李江刚 单位：广东中建国际建设咨询有限公司