叉車(chē)作業(yè)樓面結(jié)構(gòu)計(jì)算的探析

曹 霄

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009)

0 引言

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，叉車(chē)作業(yè)樓面活荷載常用樓面等效均布活荷載計(jì)算。在計(jì)算模型中，也用等效均布荷載模擬叉車(chē)荷載是不準(zhǔn)確的。簡(jiǎn)述叉車(chē)荷載的結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)取值和內(nèi)力計(jì)算方法，通過(guò)分析不同次梁間距下叉車(chē)的荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力，按內(nèi)力等值的原則來(lái)分別確定計(jì)算模型中計(jì)算樓板、次梁和框架梁柱時(shí)的樓面等效均布活荷載。

1 常用室內(nèi)叉車(chē)荷載及技術(shù)條件

叉車(chē)在企業(yè)物流系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，是物料搬運(yùn)設(shè)備中的主力軍。對(duì)于多層建筑，一般室內(nèi)樓板上使用的叉車(chē)為四輪電動(dòng)平衡重叉車(chē)，無(wú)污染，噪聲小。根據(jù)工藝及廠家提供數(shù)據(jù)，常用叉車(chē)標(biāo)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(chē)滿(mǎn)載時(shí)，前橋承擔(dān)0.9(P+G),后橋承擔(dān)0.1(P+G)。在建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中僅考慮叉車(chē)滿(mǎn)載時(shí)為最不利工況是偏于安全的。叉車(chē)荷載通過(guò)輪胎作用于樓板上，一般叉車(chē)輪與樓面接觸面積為0.15 m×0.20 m。滿(mǎn)載叉車(chē)交會(huì)的工況不在考慮范圍內(nèi)。

2 叉車(chē)作業(yè)的樓面等效均布活荷載

叉車(chē)作業(yè)為一種移動(dòng)的局部活荷載，根據(jù)GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范附錄C.0.4，可計(jì)算其等效均布活荷載。簡(jiǎn)支單向板的絕對(duì)最大彎矩Mmax的計(jì)算需采用內(nèi)力影響線的原理?？煞謩e計(jì)算叉車(chē)行進(jìn)方向與板跨方向垂直和平行的兩種工況，取最大值乘以動(dòng)力系數(shù)，即為叉車(chē)作業(yè)的樓面等效均布活荷載。一般情況，叉車(chē)行進(jìn)方向與板跨方向平行時(shí)是最不利工況。

3 地震作用時(shí)叉車(chē)樓面活荷載的組合值系數(shù)

計(jì)算地震作用時(shí)，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值及各可變荷載組合值之和。按GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范表5.1.3，參照其他民用建筑，叉車(chē)作業(yè)的樓面等效均布活荷載組合值系數(shù)取0.5，對(duì)于生產(chǎn)繁重的場(chǎng)所，應(yīng)參照藏書(shū)庫(kù)、檔案庫(kù)，組合值系數(shù)取0.8。重力荷載代表值是計(jì)算地震作用的關(guān)鍵參數(shù)，有叉車(chē)作業(yè)的樓面在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中應(yīng)考慮叉車(chē)滿(mǎn)載時(shí)的組合值。叉車(chē)作業(yè)樓面活荷載用樓面等效均布活荷載來(lái)計(jì)算重力荷載代表值是不準(zhǔn)確的。

4 叉車(chē)作業(yè)的動(dòng)力系數(shù)

根據(jù)《荷載規(guī)范》5.6.2條“搬運(yùn)和卸載重物以及車(chē)輛啟動(dòng)和剎車(chē)的動(dòng)力系數(shù)，可采用1.1～1.3；其動(dòng)力荷載只傳至樓板和梁”。參考JTG D60—2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范4.3.2條6款，“汽車(chē)荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數(shù)采用1.3”及5款的沖擊系數(shù)取值區(qū)間。

叉車(chē)作業(yè)的樓面等效均布活荷載的動(dòng)力系數(shù)取1.3比較合理。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的動(dòng)力計(jì)算，可將重物或設(shè)備的自重乘以動(dòng)力系數(shù)后，按靜力計(jì)算方法設(shè)計(jì)。對(duì)于叉車(chē)操作不當(dāng)或管理混亂的特殊工況，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不予考慮。

5 三種次梁間距叉車(chē)作業(yè)樓面活荷載效應(yīng)的對(duì)比分析

根據(jù)荷載規(guī)范附錄C.0.4，計(jì)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??；叉車(chē)額重越大，等效均布活荷載取值越大。對(duì)于9 m柱距的框架梁結(jié)構(gòu)，次梁間距取1.8 m時(shí)，需布置4根次梁，每個(gè)次梁承擔(dān)的受荷面積也較??；次梁間距取3.0 m時(shí)，需布置2根次梁，每個(gè)次梁承擔(dān)的受荷面積相對(duì)較大。對(duì)不同跨度的次梁，假定次梁中部為3.0 m寬的叉車(chē)通道，通道兩側(cè)為堆貨區(qū)，堆貨區(qū)活荷載取值10 kN/m2?？紤]恒荷載和活荷載組合計(jì)算得到簡(jiǎn)支次梁跨中彎矩設(shè)計(jì)值如表2所示。

表1 等效均布活荷載取值

表2 簡(jiǎn)支次梁跨中彎矩設(shè)計(jì)值(一)

表2中恒載分項(xiàng)系數(shù)為1.3，活載分項(xiàng)系數(shù)為1.5，面層做法按2.0 kN/m2考慮。由表2可見(jiàn)，次梁間距的變化對(duì)次梁跨中彎矩設(shè)計(jì)值影響明顯。叉車(chē)額重取值對(duì)次梁跨中彎矩影響顯著。

假定次梁中部為3.0 m寬的叉車(chē)通道，通道兩側(cè)為堆貨區(qū)，堆貨區(qū)活荷載取值10 kN/m2。叉車(chē)荷載按集中力直接作用于次梁最不利位置時(shí)，考慮恒荷載和活荷載組合計(jì)算得簡(jiǎn)支次梁跨中彎矩設(shè)計(jì)值如表3所示。

由表2與表3對(duì)比得出，簡(jiǎn)支次梁跨中彎矩設(shè)計(jì)值按不同方法計(jì)算結(jié)果差別較大，設(shè)計(jì)次梁時(shí)，應(yīng)以表3為準(zhǔn)?？紤]叉車(chē)作業(yè)樓面的樓板設(shè)計(jì)，叉車(chē)額定噸位越大，次梁間距應(yīng)越小。

6 叉車(chē)荷載的計(jì)算模型輸入

計(jì)算中不應(yīng)用樓面活荷載布置模擬叉車(chē)荷載效應(yīng)。叉車(chē)作業(yè)為一種移動(dòng)的局部活荷載，用等效均布活荷載計(jì)算樓板叉車(chē)荷載效應(yīng)是根據(jù)樓板跨中內(nèi)力、變形及裂縫的等值要求來(lái)計(jì)算的。但次梁計(jì)算中考慮叉車(chē)荷載效應(yīng)時(shí)，將計(jì)算樓板的等效均布活荷載也作用于次梁時(shí)是不合理的。在主梁設(shè)計(jì)和整體結(jié)構(gòu)計(jì)算中用計(jì)算樓板的等效均布活荷載考慮叉車(chē)荷載效應(yīng)也是不正確的。在計(jì)算主、次梁和整體結(jié)構(gòu)分析中，可按內(nèi)力等值的原則來(lái)分別確定計(jì)算模型中的樓面等效均布活荷載。根據(jù)《荷載規(guī)范》C.0.7條，次梁上局部荷載的等效均布活荷載應(yīng)按彎矩和剪力等效的均布活荷載較大值確定。按簡(jiǎn)支梁計(jì)算局部荷載時(shí)，還應(yīng)考慮鄰近樓面?zhèn)鱽?lái)的活荷載及兩側(cè)相鄰次梁的卸荷作用。叉車(chē)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(jié)構(gòu)計(jì)算中，也可以取與主梁計(jì)算中相同的等效均布活荷載。一般情況下，主次梁計(jì)算得出的等效均布活荷載比樓板計(jì)算得出的等效均布活荷載要小。在整體建模計(jì)算中，可以對(duì)計(jì)算樓板的等效均布活荷載取經(jīng)驗(yàn)值系數(shù)以局部樓面均布活荷載的方式輸入模型來(lái)代替叉車(chē)荷載作用進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。樓板和次梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)按樓板跨中內(nèi)力、變形及裂縫的等值要求來(lái)驗(yàn)算樓板和次梁的截面及配筋。

7 結(jié)論

1)地震作用時(shí)叉車(chē)樓面活荷載的組合值系數(shù)取0.5，對(duì)于生產(chǎn)繁重的場(chǎng)所組合值系數(shù)取0.8。

2)叉車(chē)作業(yè)的樓面等效均布活荷載的動(dòng)力系數(shù)取1.3。

3)叉車(chē)作業(yè)的樓面次梁間距應(yīng)根據(jù)叉車(chē)噸位和樓板厚度取值適中。

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

5)按簡(jiǎn)支梁計(jì)算局部荷載時(shí)，應(yīng)考慮鄰近樓面?zhèn)鱽?lái)的活荷載及兩側(cè)相鄰次梁的卸荷作用。