多层仓库超规范车辆活荷载布置简化方法

介绍车库荷载的布置

２０１０年１０月第５期总第１７０期

中国港湾建设

Oct．，２０１０Ｔｏｔａｌ１７０，Ｎｏ．５

ChinaHarbourEngineering

多层仓库超规范车辆活荷载布置简化方法

王燕１，李祖良２，刘欣梅２

（１．长沙理工大学，湖南长沙

摘

４１０１１４；２．中交天津港湾工程设计院有限公司，天津

３００４５７）

要：通过大连香炉礁物流中心多层仓库结构设计，总结多层仓库超规范车辆活荷载简化方法；根据工程中组成

结构构件的重要性、构件承受最大荷载的概率，提出针对梁、板、柱、基础按行车荷载简化情况确定最不利荷载组合，据此对结构构件进行设计计算。可为类似工程设计提供参考。关键词：零担物流中心；设计；车辆活荷载；荷载简化中图分类号：Ｕ６５３．７

文献标志码：Ａ

文章编号：１００３－３６８８（２０１０）０５－００２２－０４

SimplifiedMethodofSupergageVehicleLive

LoadDistributionofMulti-layerWarehouse

WANGYan1，LIZu-liang2，LIUXin-mei2

（1.ChangshaUniversityofScience&Technology，Changsha410114，China；CCTianjinPortEngineeringDesign&ConsultingCo.，Ltd.，Tianjin300457，China）

Abstract：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒｗａｒｅｈｏｕｓｅｉｎＤａｌｉａｎＸｉａｎｇｌｕｊｉａｏｌｏｇｉｓｔｉｃｓｃｅｎｔｅｒ，ｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｅｔｈｏｄｏｆｓｕｐｅｒｇａｇｅｖｅｈｉｃｌｅｌｉｖｅｌｏａｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｐｒｏｊｅｃｔｓ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｂｅａｒｉｎｇｍａｘｉｍｕｍｌｏａｄ，ｔｏｃｏｎｆｉｒｍｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｌｏａｄｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｖｅｈｉｃｌｅｌｏａｄｂａｓｅｄｏｎｇｉｒｄｅｒ，ｂｏａｒｄ，ｃｏｌｕｍｎａｎｄｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓｄｅｓｉｇｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．

Keywords：ｌｅｓｓ－ｔｈａｎｔｒｕｃｋｌｏａｄｌｏｇｉｓｔｉｃｓｃｅｎｔｅｒ；ｄｅｓｉｇｎ；ｖｅｈｉｃｌｅｌｉｖｅｌｏａｄ；ｌｏａｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ1

工程概况

物流中心多层仓库，位于大连香炉礁7号地块内，占地面积33377.2m2，建筑面积17532.9m2，建筑层数为2层，局部3层，建筑高度16.1m，总长为158.8m。

2500

P1+P165kN（轴重）P2+P2

155kN（轴重）P3+P3P3+P3

90kN（轴重）90kN（轴重）

（a）汽车纵向轴载示意图

1800

P1

P11300

3400

P2P2

489012500

P3P3

P3P313101600

22.1

车辆活荷载布置简化难点结构跨度大、车辆活荷载大

物流中心多层仓库具有货物流通零散、快速，且同一

时间在建筑物上车辆较多的特点，为满足上述要求，需要设置较大的跨度，本工程中最大行车结构单元尺寸为11m×12m[1]。典型车辆满载总重为40t，如图1所示。2.2

现行规范未列出车辆活荷载标准值

[2]

现行国家标准GB5009—2001《建筑结构荷载规范》

（b）4×2型平头柴油半挂牵引汽车及箱式半挂车平面示意图

图1车辆荷载及车型尺寸示意图

对建筑楼面均布荷载的规定主要是根据以往的设计经验和对某些类型房屋的统计分析结果。而本工程中起控制作用的荷载为载重车辆在楼面上运行产生的楼面移动活载。荷载规范4.2.1条规定“由运输工具等产生的局部荷载，均

收稿日期：２０１０－０５－１２

作者简介：王燕，女，天津市人，硕士，工程师，结构工程专业。

[2]

，未列出本类工程的楼面活荷载标准值。按实际情况考虑”

2.3车辆活荷载布置情况复杂

多层设车道的物流仓库可以分为两种：一是集装箱多

层仓库，内有固定行车通道，集装箱车单方向循环运行，货柜从集装箱侧面装卸，不考虑车辆掉头回车；二是类似本工程的零担物流仓库，进入仓库的车型多，车辆在建筑物内无固定运行方向，车辆可在建筑物内掉头、回车，车

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辆所需的运行面积大，车辆在建筑物各运行区域内随机出现。设计中需要考虑的工况组合比较复杂。2.4

国内尚无工程实例可供设计简化参考

多层物流仓库结构设计过程复杂、难度大，而且本类工程在国内尚无工程实例总结可供参考。3

车辆活荷载布置简化方法

多层物流仓库功能较为复杂，车辆活荷载大，需要分析各结构构件的真实受力状况。根据荷载对各结构构件的影响、构件承受最大荷载的概率，针对不同构件采取不同的荷载简化方法和布置方案，经过多工况、多模型的计算归纳出结构构件的受力包络图，按包络图计算配筋。3.1

板荷载布置简化方法1）板的设计考虑两种方法。

①根据车辆的最大轮压按《建筑结构荷载规范》中附录B楼面等效活荷载的方法进行简化，将最大轮压分别

[2]

考虑港口工程荷载规范与建筑结构荷载规范的荷载组合系数不尽相同，设计时取恒、活荷载的标准值计算出构件的剪力和弯矩。根据《建筑结构荷载规范》中3.2.3条基本组合公式分别按以下2种组合计算出最大弯矩及剪力后进行配筋设计。

①可变荷载效应控制的组合：

S=γGSGK+γQ1SQ1K+ΣγQiψciSQiK

i=2n

②永久荷载效应控制的组合：

S=γGSGK+ΣγQiSQiK

i=1n

2）单个轮压作用面积为200mm×600mm。由于板是直接承受车辆活荷载，将荷载传递给梁，再由梁传递给柱，进而传递给地基基础的重要构件，同时板直接承受车辆的动力荷载，因此板的设计宜采用车轮荷载直接布置计算才较为合理。根据各车轴在板块上的出现情况，归纳出楼板荷载布置的各种工况如下：

①行车道和双向坡道计算，采用井字梁板结构，最大板块尺寸为a×b=3.0m×3.0m，板范围内承受荷载的情况如图2所示。

P2=77.5kN

P3=45kNP3=45kN

布置于板边用于计算剪力，布置在跨中用于计算最大弯矩。但此种方法仅限于周边简支的支撑条件。对于本工程而言，这种方法存在一定的局限性，仅用于校核。

②利用《丰海港口工程计算系统》软件中的码头面板计算模块对计算板单元上各种实际行车工况进行计算。

P1=32.5kN

P1

b

b

P2

b

P3P3

P3P3

板边界

板边界

P1

P2

板边界

a

aa

（a）前轴全部进入板范围内（b）中轴全部进入板范围内（c）后轴全部进入板范围内

图2板范围内承受荷载的情况

表1

项目最小法一

值法二最大法一值法二

②单向坡道计算，采用梁板结构，最大板块尺寸为a×b=3.0m×5.1m，板范围内承受荷载的情况如图2所示。

3）按照图2（b）所示工况，利用《丰海港口工程计算系统》软件中码头面板模块计算板的弯矩和剪力，简称法一；根据荷载规范[2]附录B，将货车后轴荷载简化为77.5×2=155kN的集中荷载，按结构板厚200mm，板上垫层厚200mm，并考虑1.1的动力系数[2]，计算出等效均布荷载约40kN/m2，在此条件下计算板的弯矩和剪力，简称法二。将二者在承载能力极限状态组合的计算结果对比，如表1。

经过比较，采用丰海有限元计算的弯矩和剪力的结果较等效荷载简化的计算结果大。考虑有限元计算的模型更接近于实际工况，并且丰海软件计算范围广、工况考虑全，故设计中采用丰海软件的计算结果进行设计。

承载能力极限状态组合对比

弯矩Mx弯矩My剪力Qx剪力Qy

-1-1-1

/（kN·m·m）/（kN·m·m）/（kN·m）/（kN·m-1）-30.650-25.70811.1098.851

-27.678-25.70813.9498.851

-118.792-75.237118.79275.237

-124.492-75.237124.49275.237

3.2次梁（井字梁）的荷载布置简化方法

多辆汽车同时作用于1根次梁单元上的概率非常高，

荷载简化时把重轴荷载布置于次梁最不利位置跨中和支座，采用中国科学研究院开发的PKPM软件分别计算次梁跨中最大弯矩、支座处最大剪力。考虑PKPM软件计算井字梁时是按协调变形原理进行计算，设计时分别按两个方

介绍车库荷载的布置

·24·

向布置荷载进行核算。

中国港湾建设

90+45

1800

荷载扩散线

90+45

90+45

1800

２０１０年第５期

重轴同时作用，kN）90+45（

荷载简化如图3所示。按《建筑结构荷载规范》4.6.2条动力系数取1.1，180kN为货车双拼轴的总重，20kN为考虑另一车前轴传至此点轴载。

1300

100kN/m

200厚刚性面层

1000800100030010008001000

5900

主梁考虑荷载均布范围

9000

）9m跨主梁轮载简化图（a

90+45

1800

90+45

90+45

1800

90+45

90+45

1800

100kN/m

200厚刚性面层

200

100080010003001000800100030010008001000

9000

主梁考虑荷载均布范围11000，12000）10000（

重轴同时作用，kN）90+45（

13001300

货车前轴货车重轴货车双拼重轴简化为单轴

荷载扩散线

（a）货车框架单元内平面布置图

1.1×（180+20）kN

）1.1×65kN1.1×155kN（20kN另车影响

）单根次梁货车荷载重轴跨中布置（弯矩最大工况，右侧跨）（b

1.1×（180+20）kN

（20kN另车影响）

（b）10m、11m、12m跨主梁轮载简化图

注：90kN为单侧重轴荷载；45kN为考虑前轴荷载的20%所得，（65+155）/5=44，取45kN；100kN/m为折算线荷载，1.1×（90+45）×4/5.9=100；按《建筑结构荷载规范》4.6.2条取动力系数为1.1。

1.1×65kN1.1×155kN

（c）单根次梁货车荷载重轴边支座布置（剪力最大工况，右侧跨）

图3

3.3

次梁（井字梁）荷载简化示意图

图4框架梁荷载简化示意图

力学、结构静力简化计算原则[4-5]进行弯矩和剪力的计算，

框架梁荷载布置简化设计

由于框架梁是地震抗侧力体系的重要组成构件，并且框架梁上直接承受车辆动力荷载的概率、以及承受车辆最大轴载的频率都很高，因此考虑动力系数之后，采用直接布置车辆荷载进行荷载布置简化比较符合工程实际。根据框架梁的跨度及货车的相关尺寸进行重型轮压布载，根据车辆在梁上的实际运行情况进行简化。其中车辆的横向布置按JTGD60—2004《公路桥涵设计规范》中第4.3.1条[3]进行布置，相邻货车轮间距为1.3m。由于集中荷载通过触地面积和垫层传递后为均布局部荷载，计算时对此荷载进行折算简化成连续的均布荷载。如图4所示。

框架梁荷载布置按照实际情况进行简化，并根据结构

3.4

可分为以下4种工况：

工况1：连跨布置荷载。工况2：隔跨布置荷载。

工况3：连跨布置荷载，并在垂直相邻跨布置荷载。工况4：隔跨布置荷载，并在垂直相邻跨布置荷载。比较计算结果可知工况3是框架梁弯矩和剪力均最大的工况，见图5~图7，故取工况3进行设计计算。

框架柱及基础的荷载布置简化方法

荷载规范规定，动力系数仅传递到板和梁[2]，因此柱和基础计算时不考虑动力系数。框架柱及基础荷载布置简化时考虑整车为单元布置，按照柱端产生最大荷载效应的出现概率最大的情况进行设计计算。这样既能保证框架柱的

图5工况3货车在框架内的平面布置图

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２０１０年第５期王燕，等：多层仓库超规范车辆活荷载布置简化方法

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15006000100kN/m

150015006000100kN/m

150015006000100kN/m

150015006000100kN/m

150015006000100kN/m

1500

l/3

l/3

l/3

100kN/m

100kN/m

100kN/m

2l/3

2l/3

2l/3

100kN/m

1000

1000

1000

图6

-1267

-1168-1177

工况3框架梁货车荷载重轴连跨联合布置

-1193-1193

-1189-1135

-1193-1194

-1185

8531046884

1000

901107689789810768988931067885

（a）连跨联合布置框架梁弯矩包络图

-714-327-542

712539325

2l/3

8181054874

-324-540-715

784

711540328

-793731559338

-701-314-528-716-329-544-715-329-543

712539326716543328

（b）连跨联合布置框架梁剪力包络图

图7

应的整车布置如图8所示。

框架梁工况3弯矩剪力计算包络图

重要性、承受最大荷载的概率，归纳出板、梁、柱、基础相应合理的荷载简化方法。

1）板设计活荷载控制工况为，货车挂车部分的双拼后轴全部进入板范围内的工况。

2）井字梁活荷载控制工况为，货车挂车部分的双拼后轴作用在梁跨中时为弯矩控制工况；货车挂车部分的双拼后轴作用在梁端时为剪力控制工况。

3）框架梁活荷载控制工况为，折算荷载连跨布置，并在垂直相邻跨布置荷载的工况。

结构安全，亦能保证适当的经济性。使柱产生最大荷载效

12000

Z-1

4）柱和基础活荷载控制工况为，考虑整车为单元布置，将整车满载重平均分配在车水平投影面积上的活荷载作为均布荷载布置的工况。

多层仓库车辆活荷载较大，布置灵活，情况复杂，超出现行荷载规范的范围，本文通过采用合理的荷载简化方法，总结出本工程的设计方法，为类似工程设计提供参考。

10000

90009000

参考文献：

[1]大连零担货物运输市场（香炉礁物流园区7号地块）工程可行

性研究[R].中交天津港湾工程设计院有限公司，2008.[2]GB5009-2001，建筑结构荷载规范[S].[3]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].[4]

龙驭球，包世华.结构力学（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[5]建筑结构静力计算手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版

社，2005.

图8框架柱整车布置示意图

对于柱和基础的设计荷载简化方法为：将整车满载重（40t）平均分配在车辆水平投影面积上，即400/（12.5×2.5）=12.8kN/m，取13.0kN/m。

2

2

4结论

本文根据多层仓库中组成结构构件的受力特点、结构

l/3

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1qs1.html