局部均布荷载作用下双向板等效均布荷载的确定方法
2016-04-18葛爱民
局部均布荷载作用下双向板等效均布荷载的确定方法
葛爱民
(中山大学基建处)
将两种常见错误的局部均布荷载作用下双向板等效均布荷载的计算结果与按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）附录C楼面等效均布荷载确定方法的计算结果做比较，发现两种错误的计算结果比按规范计算的结果偏大很多，造成浪费或导致不必要的加固。
双向板；局部均布荷载；等效均布荷载
1 前言
随着大型实验及医疗等设备的发展应用，在实验室、医院建筑等设计项目中，楼面活荷载不能简单按文[1]表5.1.1民用建筑楼面均布活荷载标准值取用，针对大型设备应根据文[1]附录C的楼面等效均布活荷载的确定方法，复核设备等效均布荷载值是否在文[1]表5.1.1相应类别建筑荷载标准值范围内，否则应按实际情况计算荷载值。文[1]对单向板上局部荷载的楼面等效均布活荷载计算方法公式明确，但对于双向板仅在第C.0.6条中规定“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。”这样对规范条文的表述就可能有两种不同理解。第一种理解按四边简支板的绝对最大弯矩等值的原则进行计算；第二种理解按与单向板相同的计算方式两个方向分别计算，分别按单向简支板绝对最大弯矩等值的原则进行计算，另外第三种是有些设计人员所谓的“按面积分摊”计算，本文对三种方法计算结果进行对比分析，以确认对规范的正确理解及应用。
2 按四边简支板的绝对最大弯矩确定等效活荷载
2.1 设计条件
四边简支的双向板，板的跨度lx=3600mm，ly=3000mm，板厚120mm。
设备荷载N=36KN，设备荷载作用面的宽度btx=600mm，bty=600mm，设备与楼面全底面接触，不考虑垫层，设备在该双向板范围内的位置不固定，本文计算分析中仅对设备荷载的作用进行分析对比，不考虑其他恒、活荷载作用。
图1 计算简图
2.1.1 局部荷载的有效分布宽度b
b=bcy+0.7l=720+0.7×3000=2820mm(注：l按双向板短跨长度ly计算)
2.1.2 四边简支计算跨中最大弯矩
根据计算条件，应用文[2]中局部均布荷载作用下的弯矩系数查得，X、Y方向表中系数分别为0.1563、0.1826，由此计算跨中弯矩分别为：
如按混凝土结构考虑则按文[2]换算成μ=0.167计算（本文统一按μ=0分析对比）。
由此计算双向板等效荷载分别为：
依据以上计算，两个方向弯矩与其对应跨度分别计算出等效荷载不同，文[1]未做详细解释，本文结合有限元计算结果建议q=max(qx,qy)为等效均布荷载值。
3 两个方向分别按与单向板相同的计算原则计算
3.1 设计条件同2.1
3.2 按左右边支承单向板计算
取l=lx=3600，b=bcy+0.7l=720+0.7×3600=3240
X向简支单向板的绝对最大弯矩Mymax，按设备最不利布置局部荷载位于板正中确定，依据文[2]计算得：
3.3 按上下边支承单向板计算
取l=ly=3000,b=bcy+0.7l=720+2100=2820
Y向简支单向板的绝对最大弯矩Mxmax
如按局部线荷载考虑单向板的绝对最大弯矩：
以上分别按两个方向计算，由两个方向绝对最大弯矩等值确定的等效均布荷载，等效荷载存在较大差异,结合有限元计算分析，此结果不可取。
4 按面积换算计算的等效荷载
⑴设计条件同2.1。
⑵设备作用范围内单块板面积S=3×3.6=10.8m2，设备与楼板接触底面积A=0.6×0.6=0.36m2。
按设备与楼板接触底面积及所在楼板面积换算荷载，按面积分摊的“等效荷载”为q=36/10.8=3.33kN/m2。
5 结论
本文算例第二、三两种错误的计算方法得出的等效均布荷载结果比第一种按荷载规范计算的结果要大87%以上，第三种方法是有些设计人员凭经验、习惯思维的所谓“等面积分摊”，该方法缺乏力学计算依据，计算结果偏于保守；第二种方法是对规范条文的错误理解，计算结果最大、最保守。目前部分软件使用第二种计算方法，导致内力及配筋计算结果偏大很多。
结构设计人员应重视大型设备等局部荷载问题，以免设计过程中采用不正确的计算方法，造成浪费。尤其是在旧建筑结构新增大型设备复核时，采用错误的计算方法盲目对建筑物进行加固，不仅浪费资源，而且在植筋等施工中操作不当还会留下安全隐患。随着结构计算软件技术的进步，已有结构软件可以输入作用在板面的局部均布荷载，但在使用软件时应注意验证程序的正确与否，并采用符合规范的计算设计方法及软件。●
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2012.
[2]《建筑结构静力计算手册》编写组.建筑结构静力计算手册（第二版）[K].中国建筑工业出版社,1998.
