钱建颖 丘兴凯

(1.河南工业大学，河南郑州 450052;2.中国核电工程有限公司郑州分公司，河南郑州 450052)

1 概述

随着土地资源越来越紧张，库房也逐渐从传统一层往多层发展。对于多层仓库，楼面荷载的种类形式和大小，涉及到建筑结构使用年限内的安全性和费用的合理性。

鉴于此，本文将通过某仓库的工程实例介绍库房楼面等效均布活荷载计算的一般方法，并对计算中产生的问题加以讨论，以供设计人员参考。

2 荷载条件及分析

2.1 工程概况

某仓库楼板的结构局部布置见图1。根据工艺要求，在楼板规定区域内固定布置有3 m高的托盘式和隔板式货架，库房内的卸货、上货、取货、转运通过额定载重量为1.6 t的电动叉车来实现，其荷载布置见图2。本文以其中一个既承担货架荷载又承担叉车荷载的板块“板1”作为本次双向板计算算例。

图1 楼板的结构布置

图2 荷载布置区域划分

2.2 货架条件及叉车条件

3 m托盘式和隔板式货架宽度为1.2 m，最大堆载重量为2 t/m，每隔2 m有两个支腿，每个支腿均承担2 t的荷载。每个支腿的着地面积为0.10 m×0.10 m。货架布置区域是固定的，但支腿在楼板上的位置却是由现场来自由布置的。

按照电动叉车样本，叉车额定载重量为1.6 t，为3个轮子(三支点)，满载时全部荷载为4.6 t，且90%的荷载由前面两个轮子承担，为简化计算，把所有的荷载都加到前面两个轮子中。故每个轮子承担2.3 t的集中荷载作用于楼板上。轮胎满载时的着地面积为0.15 m×0.10 m。两轮轮距为1.060 m。叉车与货架之间的安全行车距离为0.35 m。

2.3 理论计算

2.3.1 等效活荷载计算原则

根据GB 50009-2012建筑结构荷载规范［1］(以下简称《荷载规范》)附录C之C.0.1规定:“楼面(板、次梁、主梁)的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力(如弯矩、剪力等)、变形及裂缝的等值要求来确定。在一般情况下，可仅按内力的等值来确定”。C.0.2条规定:“连续梁、板的等效均布活荷载、可按单跨简支计算。但计算内力时，仍按连续考虑”。C.0.6条规定:“双向板的等效均布荷载可按与单向板相同的原则，按四边简支板的绝对最大弯矩等值来确定”。

2.3.2 理论分析

双向板楼面等效均布荷载分为货架产生的等效均布荷载和叉车产生的等效均布荷载，两者各自计算，然后取两者之和。两者都取最不利布置上的等效均布荷载。

1)货架不利布置情况。

由于货架布置的区域是固定的，支腿在楼板上的位置由现场自由布置，支腿的作用点将沿着两条直线布置，货架的最不利布置见图3。

图3 货架荷载的最不利布置和计算简图

2)叉车不利布置情况。

通过分析可以得出荷载布置离梁越近，等效均布活荷载就越小，所以叉车荷载应尽量靠近板中心布置;叉车与货架之间的安全行车距离为0.35 m。综上，叉车的最不利布置有以下三种情况:a.叉车有一个车轮在板外，另一个车轮在板内;b.叉车的两个轮子都在板内且距离梁边的距离相等;c.叉车的两个轮子在板内，有一个位于板中(见图4)。第一种布置显然比第三种小，故不做计算。只需要计算第二、第三种布置形式。

图4 叉车荷载的最不利布置

2.3.3 叉车的动力系数

根据《荷载规范》5.6.2条，并参照《公路桥涵设计通用规范》［2］4.3.2条第6款规定，对于确定叉车作用于楼面的等效均布活荷载时的动力系数可取1.3。

3 等效荷载的计算

3.1 查表计算法

按照《建筑结构荷载设计手册》［3］(以下简称《荷载设计手册》)附录四计算。

3.1.1 货架荷载的等效均布活荷载

根据《荷载设计手册》进行查表计算，考虑货架荷载第一种和第二种最不利的布置情况(如图3所示)，其等效均布活荷载分别为 19.05 kN/m2，6.61 kN/m2。

故货架产生的等效均布活荷载取19.05 kN/m2。

3.1.2 叉车荷载的等效均布活荷载

其计算过程同货架。货架产生的等效均布活荷载为11.8 kN/m2。

3.1.3 查表法最终计算结果

通过货架和叉车分别分析，货架的第一种不利布置和叉车的第三种不利布置形成最不利的荷载分布。查表法得出的等效均布活荷载为:

3.2 有限元验证

本文采用ANSYS软件壳单元(Shell63，弹性壳)来计算双向板的等效均布活荷载，其步骤如下:1)创建四边简支的弹性板模型，按照理论分析的最不利的荷载布置，按局部均布荷载计算板中心处最大弯矩Mmax1;2)再次创建四边简支的弹性板模型，参数同步骤1)，施加1 kN/m2均布荷载，计算得出板中心的最大的弯矩Mmax2;3)则双向板的等效均布活荷载为Mmax1/Mmax2，ANSYS求得的等效均布活荷载见表1。

表1 ANSYS求得的等效均布活荷载 kN/m2

则等效均布活荷载为qe=16.4+10.8=27.2 kN/m2。

与查表法相比，有限元软件计算结果偏小13.4%。这说明查表法计算结果是偏于安全的。有限元软件计算能够得出准确结果，但在设计过程中使用不便。

3.3 基于查表法的EXCEL表格工具

前文已经论述了查表计算双向板的等效均布活荷载的合理性，由于查表计算需要考虑5个系数，而每个系数往往不是表格里面的整数值，为得出一个系数就需要4个阶段总共31次的线性插值，效率低下。为提高工作效率，作者制作了一个EXCEL表格工具，其操作界面见表2。

使用时只需要把计算出的k，α，β，ξ，η等数值填入表格内，左边就会计算出你需要填入的θ值对应的各个参数。比如叉车荷载第二种最不利的布置情况的1号支腿:k=1.04，α=0.128，β=0.148，ξ=0.308，η=0.24。填入以后，第一行需要填入的是:k=1.0，α=0.1，β=0.1，ξ=0.3，η=0.2 对应的 θ=0.010 8。这样按照要求把所有的θ值填入后就能直接得到最终的参数。利用EXCEL表格工具能提高查表计算的效率，防止由于繁琐的手工计算造成的错误，且其计算的结果又通过实践的检验。

表2 EXCEL操作界面

4 结语

1)按照《荷载设计手册》计算楼面等效荷载安全可靠，但由于参数较多，查表计算效率低下。

2)利用EXCEL电子表格工具，结合《荷载设计手册》，进行设计参数的计算可以大大提高工作效率。

［1］GB 50009-2012，建筑结构荷载规范［S］.

［2］JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［3］陈基发，沙志国.建筑结构荷载设计手册［M］.第2版.北京:中国建筑工业出版社，2004.