淺談庫房樓面等效均布活荷載的確定方法

尤培華 楊海萍 胡鐘

中國核電工程有限公司鄭州分公司（450052）

淺談庫房樓面等效均布活荷載的確定方法

尤培華 楊海萍 胡鐘

中國核電工程有限公司鄭州分公司（450052）

按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）及《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計手冊》（第二版）中工業(yè)建筑樓面等效均布活荷載確定的原則，討論雙向板等效均布活荷載的確定方法。通過計算實例，進行雙向板嚴格按雙向板計算所得樓面等效均布活荷載數(shù)值與按照短跨方向的單向板計算所得樓面等效均布活荷載數(shù)值結(jié)果對比。

工業(yè)建筑；單、雙向板；樓面等效均布活荷載

0 前言

近些年，隨著核電項目的大力發(fā)展，越來越多BOP庫房項目需要設(shè)計。同時由于核電站廠區(qū)規(guī)劃場地范圍的限制，BOP子項用地范圍不夠充足，大型庫房等建筑物也逐漸向多層化發(fā)展。針對多層的大型庫房建筑，其樓面活荷載的取值大小的選擇恰當與否，不僅關(guān)系到建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，還關(guān)系到建筑物結(jié)構(gòu)的安全性及經(jīng)濟效益性。

1 樓面等效均布活荷載確定原則[1-2]

大型工業(yè)建筑庫房樓面在生產(chǎn)使用時，由設(shè)備、貨架等產(chǎn)生的局部樓面荷載，應(yīng)該按照實際受荷情況來考慮，可以通過計算等效均布活荷載來實現(xiàn)。

1.1 操作荷載

樓面上無設(shè)備區(qū)域操作荷載，按2.0 kN/m2均布活荷載考慮。在設(shè)備所占區(qū)域內(nèi)不考慮操作荷載。

1.2 樓面等效均布活荷載的確定方法

1）樓面板的等效均布活荷載，按內(nèi)力的等值來確定。

2）對于連續(xù)板的等效均布活荷載，可按單跨簡支板計算，但計算樓板的實際內(nèi)力時仍應(yīng)按連續(xù)板來考慮。確定等效均布活荷載時，可根據(jù)彈性體系結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算。

3）對于單向樓板上的局部荷載，包括作用集中荷載，樓板的計算等效均布活荷載qe按下式計算所得：

式中：l0——單向板的計算跨度；b——單向板上局部荷載的計算有效分布寬度；Mmax——簡支樓板的最大彎矩絕對值。計算絕對最大彎矩時，設(shè)備荷載應(yīng)乘以動力系數(shù)，并扣去設(shè)備所占樓板面積上由操作荷載引起的樓板彎矩。

4）單向板上，任意位置處的局部荷載的計算有效分布寬度b,均按荷載規(guī)范附錄C中第C.0.5條的相關(guān)規(guī)定來計算確定。

5）對于四邊支承的雙向板，等效均布活荷載計算原則與單向板的計算原則相同，連續(xù)雙向板的等效均布活荷載可按單跨四邊簡支雙向板來計算，并根據(jù)彎矩相等原則確定。

2 樓面等效均布活荷載計算實例

2.1 工程實例

某大型工業(yè)建筑的樓面板，在設(shè)備安裝時的荷載最不利的布置位置如圖1所示，單個設(shè)備的重量取值為10 kN，設(shè)備的平面尺寸為0.88 m×2.4 m，動力系數(shù)取值為1.1，設(shè)備下不設(shè)墊層，樓面板為多跨雙向鋼筋混凝土連續(xù)板，樓板厚度為0.2 m，樓板上無設(shè)備區(qū)域的操作荷載為2 kN/m2，求此情況下的樓面板的等效均布活荷載。

圖1 樓板平面圖

2.1.1 按雙向板計算樓面板等效均布活荷載

嚴格按四邊簡支單跨雙向板計算。樓面板沿短邊方向的計算跨度為lx=5.4 m。樓板上設(shè)備荷載作用面的計算寬度分別為：

式中：bcx——荷載面平行于板短跨的計算寬度；btx——荷載面平行于板短跨的寬度；S——墊層厚度；bcy——荷載面平行于板長跨的計算寬度；bty——荷載面平行于板長跨的寬度；h——樓板厚度。

世界范圍內(nèi)對能源互聯(lián)網(wǎng)沒有統(tǒng)一的名稱和定義,在眾多對能源互聯(lián)網(wǎng)不同形態(tài)的描述中,兩種具有代表性的觀點是:“能源系統(tǒng)的類互聯(lián)網(wǎng)化”和“互聯(lián)網(wǎng)+智能電網(wǎng)+智慧能源”。前者借鑒互聯(lián)網(wǎng)開放對等、即插即用的理念和體系架構(gòu),結(jié)構(gòu)上難以區(qū)分能源網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò),運行模式上采用區(qū)域自治和骨干管控相結(jié)合的方式,其研究和實踐還沒有統(tǒng)一的目標和方向,現(xiàn)階段有一些示范工程建設(shè)和實驗室的研究。后者借助互聯(lián)網(wǎng)收集信息,分析決策后指導(dǎo)能源網(wǎng)絡(luò)的運行調(diào)度,信息網(wǎng)絡(luò)可以認為是能源網(wǎng)絡(luò)的支持決策網(wǎng)絡(luò),其本質(zhì)與早些時候提出的智能電網(wǎng)類似,以德國、中國為代表。在現(xiàn)階段的技術(shù)水平下,后者比前者更具可操作性。

作用在板面上的荷載：

1）無設(shè)備區(qū)域的均布面荷載為：q1=2 kN/m2。

2）由設(shè)備荷載產(chǎn)生的局部均布面荷載為（設(shè)備荷載需乘以動力系數(shù)，并扣除相應(yīng)的操作荷載）：q2=（10×1.1-0.88×2.4×2）/（1.08×2.6）=2.41 kN/m2。

3）求q2產(chǎn)生的等效均布荷載：已知：

查《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計手冊》（第二版）表3-5，利用插值法可得：

x方向的彎矩系數(shù)為0.146 3；y方向的彎矩系數(shù)為0.102 7。

2.1.2 按短跨方向單向板計算樓面等效均布活荷載

按短跨方向簡支單跨單向板計算：

設(shè)備荷載作用面的計算寬度分別為：

式中：btx——荷載面平行于板跨的寬度；bty——荷載面垂直于板跨的寬度；bcx——荷載面平行于板跨的計算寬度；bcy——荷載面垂直于板跨的計算寬度。

板的計算簡圖（按簡支單跨板計算）見圖2。

圖2 板的計算簡圖（單位：mm）

作用在板面上的荷載：

2.2 按雙向板、單向板計算樓面等效均布活荷載結(jié)果比較

按雙向板計算結(jié)果：qe=2.745 kN/m2；按短跨方向單向板計算結(jié)果：qe=2.398 kN/m2。

從以上看出，對于雙向板，按短跨方向單向板近似簡化計算樓面等效均布活荷載所得值偏小。

3 結(jié)語

在設(shè)計工業(yè)建筑庫房時，樓面等效均布活荷載的取值是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。對于雙向板，在滿足一定條件情況下，可以按短跨方向單向板近似簡化計算樓面等效均布活荷載。對于施工圖階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)嚴格按照單、雙向板計算庫房樓面的等效均布活荷載。

[1]GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]陳基發(fā),沙志國.建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計手冊(第二版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.