叉车作业楼面结构计算的探析

2020-03-20曹霄

山西建筑 2020年5期

曹霄

(山西省机电设计研究院，山西太原 030009)

0 引言

在建筑结构设计中，叉车作业楼面活荷载常用楼面等效均布活荷载计算。在计算模型中，也用等效均布荷载模拟叉车荷载是不准确的。简述叉车荷载的结构计算参数取值和内力计算方法，通过分析不同次梁间距下叉车的荷载效应和结构内力，按内力等值的原则来分别确定计算模型中计算楼板、次梁和框架梁柱时的楼面等效均布活荷载。

1 常用室内叉车荷载及技术条件

叉车在企业物流系统中扮演着非常重要的角色，是物料搬运设备中的主力军。对于多层建筑，一般室内楼板上使用的叉车为四轮电动平衡重叉车，无污染，噪声小。根据工艺及厂家提供数据，常用叉车标定载重(P)为1 t,2 t,3 t,5 t，自重(G)为2 t,2.6 t,3 t,7.2 t。叉车满载时，前桥承担0.9(P+G),后桥承担0.1(P+G)。在建筑结构计算中仅考虑叉车满载时为最不利工况是偏于安全的。叉车荷载通过轮胎作用于楼板上，一般叉车轮与楼面接触面积为0.15 m×0.20 m。满载叉车交会的工况不在考虑范围内。

2 叉车作业的楼面等效均布活荷载

叉车作业为一种移动的局部活荷载，根据GB 50009—2012建筑结构荷载规范附录C.0.4，可计算其等效均布活荷载。简支单向板的绝对最大弯矩Mmax的计算需采用内力影响线的原理。可分别计算叉车行进方向与板跨方向垂直和平行的两种工况，取最大值乘以动力系数，即为叉车作业的楼面等效均布活荷载。一般情况，叉车行进方向与板跨方向平行时是最不利工况。

3 地震作用时叉车楼面活荷载的组合值系数

计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值及各可变荷载组合值之和。按GB 50011—2010建筑抗震设计规范表5.1.3，参照其他民用建筑，叉车作业的楼面等效均布活荷载组合值系数取0.5，对于生产繁重的场所，应参照藏书库、档案库，组合值系数取0.8。重力荷载代表值是计算地震作用的关键参数，有叉车作业的楼面在结构整体计算中应考虑叉车满载时的组合值。叉车作业楼面活荷载用楼面等效均布活荷载来计算重力荷载代表值是不准确的。

4 叉车作业的动力系数

根据《荷载规范》5.6.2条“搬运和卸载重物以及车辆启动和刹车的动力系数，可采用1.1～1.3；其动力荷载只传至楼板和梁”。参考JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范4.3.2条6款，“汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3”及5款的冲击系数取值区间。

叉车作业的楼面等效均布活荷载的动力系数取1.3比较合理。建筑结构设计的动力计算，可将重物或设备的自重乘以动力系数后，按静力计算方法设计。对于叉车操作不当或管理混乱的特殊工况，结构设计中不予考虑。

5 三种次梁间距叉车作业楼面活荷载效应的对比分析

根据荷载规范附录C.0.4，计算等效均布活荷载如表1所示。次梁间距越大，等效均布活荷载取值越小；叉车额重越大，等效均布活荷载取值越大。对于9 m柱距的框架梁结构，次梁间距取1.8 m时，需布置4根次梁，每个次梁承担的受荷面积也较小；次梁间距取3.0 m时，需布置2根次梁，每个次梁承担的受荷面积相对较大。对不同跨度的次梁，假定次梁中部为3.0 m宽的叉车通道，通道两侧为堆货区，堆货区活荷载取值10 kN/m2。考虑恒荷载和活荷载组合计算得到简支次梁跨中弯矩设计值如表2所示。

表1 等效均布活荷载取值

表2 简支次梁跨中弯矩设计值(一)

表2中恒载分项系数为1.3，活载分项系数为1.5，面层做法按2.0 kN/m2考虑。由表2可见，次梁间距的变化对次梁跨中弯矩设计值影响明显。叉车额重取值对次梁跨中弯矩影响显著。

假定次梁中部为3.0 m宽的叉车通道，通道两侧为堆货区，堆货区活荷载取值10 kN/m2。叉车荷载按集中力直接作用于次梁最不利位置时，考虑恒荷载和活荷载组合计算得简支次梁跨中弯矩设计值如表3所示。

由表2与表3对比得出，简支次梁跨中弯矩设计值按不同方法计算结果差别较大，设计次梁时，应以表3为准。考虑叉车作业楼面的楼板设计，叉车额定吨位越大，次梁间距应越小。

6 叉车荷载的计算模型输入

计算中不应用楼面活荷载布置模拟叉车荷载效应。叉车作业为一种移动的局部活荷载，用等效均布活荷载计算楼板叉车荷载效应是根据楼板跨中内力、变形及裂缝的等值要求来计算的。但次梁计算中考虑叉车荷载效应时，将计算楼板的等效均布活荷载也作用于次梁时是不合理的。在主梁设计和整体结构计算中用计算楼板的等效均布活荷载考虑叉车荷载效应也是不正确的。在计算主、次梁和整体结构分析中，可按内力等值的原则来分别确定计算模型中的楼面等效均布活荷载。根据《荷载规范》C.0.7条，次梁上局部荷载的等效均布活荷载应按弯矩和剪力等效的均布活荷载较大值确定。按简支梁计算局部荷载时，还应考虑邻近楼面传来的活荷载及两侧相邻次梁的卸荷作用。叉车荷载在主梁上的等效均布活荷载可由全部荷载总和除以全部受荷面积求得。整体结构计算中，也可以取与主梁计算中相同的等效均布活荷载。一般情况下，主次梁计算得出的等效均布活荷载比楼板计算得出的等效均布活荷载要小。在整体建模计算中，可以对计算楼板的等效均布活荷载取经验值系数以局部楼面均布活荷载的方式输入模型来代替叉车荷载作用进行整体结构分析与设计。楼板和次梁设计中，应按楼板跨中内力、变形及裂缝的等值要求来验算楼板和次梁的截面及配筋。