叉車作業樓面結構計算的探析

曹 霄

(山西省機電設計研究院，山西 太原 030009)

0 引言

在建筑結構設計中，叉車作業樓面活荷載常用樓面等效均布活荷載計算。在計算模型中，也用等效均布荷載模擬叉車荷載是不準確的。簡述叉車荷載的結構計算參數取值和內力計算方法，通過分析不同次梁間距下叉車的荷載效應和結構內力，按內力等值的原則來分別確定計算模型中計算樓板、次梁和框架梁柱時的樓面等效均布活荷載。

1 常用室內叉車荷載及技術條件

叉車在企業物流系統中扮演著非常重要的角色，是物料搬運設備中的主力軍。對于多層建筑，一般室內樓板上使用的叉車為四輪電動平衡重叉車，無污染，噪聲小。根據工藝及廠家提供數據，常用叉車標定載重(P)為1 t,2 t,3 t,5 t，自重(G)為2 t,2.6 t,3 t,7.2 t。叉車滿載時，前橋承擔0.9(P+G),后橋承擔0.1(P+G)。在建筑結構計算中僅考慮叉車滿載時為最不利工況是偏于安全的。叉車荷載通過輪胎作用于樓板上，一般叉車輪與樓面接觸面積為0.15 m×0.20 m。滿載叉車交會的工況不在考慮范圍內。

2 叉車作業的樓面等效均布活荷載

叉車作業為一種移動的局部活荷載，根據GB 50009—2012建筑結構荷載規范附錄C.0.4，可計算其等效均布活荷載。簡支單向板的絕對最大彎矩Mmax的計算需采用內力影響線的原理。可分別計算叉車行進方向與板跨方向垂直和平行的兩種工況，取最大值乘以動力系數，即為叉車作業的樓面等效均布活荷載。一般情況，叉車行進方向與板跨方向平行時是最不利工況。

3 地震作用時叉車樓面活荷載的組合值系數

計算地震作用時，建筑的重力荷載代表值應取結構和構配件自重標準值及各可變荷載組合值之和。按GB 50011—2010建筑抗震設計規范表5.1.3，參照其他民用建筑，叉車作業的樓面等效均布活荷載組合值系數取0.5，對于生產繁重的場所，應參照藏書庫、檔案庫，組合值系數取0.8。重力荷載代表值是計算地震作用的關鍵參數，有叉車作業的樓面在結構整體計算中應考慮叉車滿載時的組合值。叉車作業樓面活荷載用樓面等效均布活荷載來計算重力荷載代表值是不準確的。

4 叉車作業的動力系數

根據《荷載規范》5.6.2條“搬運和卸載重物以及車輛啟動和剎車的動力系數，可采用1.1～1.3；其動力荷載只傳至樓板和梁”。參考JTG D60—2004公路橋涵設計通用規范4.3.2條6款，“汽車荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數采用1.3”及5款的沖擊系數取值區間。

叉車作業的樓面等效均布活荷載的動力系數取1.3比較合理。建筑結構設計的動力計算，可將重物或設備的自重乘以動力系數后，按靜力計算方法設計。對于叉車操作不當或管理混亂的特殊工況，結構設計中不予考慮。

5 三種次梁間距叉車作業樓面活荷載效應的對比分析

根據荷載規范附錄C.0.4，計算等效均布活荷載如表1所示。次梁間距越大，等效均布活荷載取值越小；叉車額重越大，等效均布活荷載取值越大。對于9 m柱距的框架梁結構，次梁間距取1.8 m時，需布置4根次梁，每個次梁承擔的受荷面積也較小；次梁間距取3.0 m時，需布置2根次梁，每個次梁承擔的受荷面積相對較大。對不同跨度的次梁，假定次梁中部為3.0 m寬的叉車通道，通道兩側為堆貨區，堆貨區活荷載取值10 kN/m2。考慮恒荷載和活荷載組合計算得到簡支次梁跨中彎矩設計值如表2所示。

表1 等效均布活荷載取值

表2 簡支次梁跨中彎矩設計值(一)

表2中恒載分項系數為1.3，活載分項系數為1.5，面層做法按2.0 kN/m2考慮。由表2可見，次梁間距的變化對次梁跨中彎矩設計值影響明顯。叉車額重取值對次梁跨中彎矩影響顯著。

假定次梁中部為3.0 m寬的叉車通道，通道兩側為堆貨區，堆貨區活荷載取值10 kN/m2。叉車荷載按集中力直接作用于次梁最不利位置時，考慮恒荷載和活荷載組合計算得簡支次梁跨中彎矩設計值如表3所示。

由表2與表3對比得出，簡支次梁跨中彎矩設計值按不同方法計算結果差別較大，設計次梁時，應以表3為準。考慮叉車作業樓面的樓板設計，叉車額定噸位越大，次梁間距應越小。

6 叉車荷載的計算模型輸入

計算中不應用樓面活荷載布置模擬叉車荷載效應。叉車作業為一種移動的局部活荷載，用等效均布活荷載計算樓板叉車荷載效應是根據樓板跨中內力、變形及裂縫的等值要求來計算的。但次梁計算中考慮叉車荷載效應時，將計算樓板的等效均布活荷載也作用于次梁時是不合理的。在主梁設計和整體結構計算中用計算樓板的等效均布活荷載考慮叉車荷載效應也是不正確的。在計算主、次梁和整體結構分析中，可按內力等值的原則來分別確定計算模型中的樓面等效均布活荷載。根據《荷載規范》C.0.7條，次梁上局部荷載的等效均布活荷載應按彎矩和剪力等效的均布活荷載較大值確定。按簡支梁計算局部荷載時，還應考慮鄰近樓面傳來的活荷載及兩側相鄰次梁的卸荷作用。叉車荷載在主梁上的等效均布活荷載可由全部荷載總和除以全部受荷面積求得。整體結構計算中，也可以取與主梁計算中相同的等效均布活荷載。一般情況下，主次梁計算得出的等效均布活荷載比樓板計算得出的等效均布活荷載要小。在整體建模計算中，可以對計算樓板的等效均布活荷載取經驗值系數以局部樓面均布活荷載的方式輸入模型來代替叉車荷載作用進行整體結構分析與設計。樓板和次梁設計中，應按樓板跨中內力、變形及裂縫的等值要求來驗算樓板和次梁的截面及配筋。

7 結論

1)地震作用時叉車樓面活荷載的組合值系數取0.5，對于生產繁重的場所組合值系數取0.8。

2)叉車作業的樓面等效均布活荷載的動力系數取1.3。

3)叉車作業的樓面次梁間距應根據叉車噸位和樓板厚度取值適中。

4)計算樓板、次梁和框架梁柱時，可按內力等值的原則來分別確定計算模型中的樓面等效均布活荷載。

5)按簡支梁計算局部荷載時，應考慮鄰近樓面傳來的活荷載及兩側相鄰次梁的卸荷作用。