魏芬洋

（廣東省重工建筑設(shè)計院有限公司，廣東廣州 510670）

0 引言

隨著我國機(jī)動車的飛速發(fā)展，機(jī)動車停車庫已由地面單層發(fā)展為單層、多層、高層以及地下單層、多層等，形式多種多樣，而坡道作為停車庫與地面的連接通道，便成為空中停車場和地下停車場不可或缺的一部分。但與此同時，坡道結(jié)構(gòu)計算應(yīng)遵循的分析方法也成為爭論點(diǎn)。若從坡道的歸屬來看，其屬于建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照建筑結(jié)構(gòu)的分析方法來計算，但從坡道的功能來看，其為車輛服務(wù)，車輛行駛頻率大，荷載作用模式與市政匝道類似，應(yīng)按照市政橋梁的分析方法來計算。若對坡道進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)和市政橋梁分別計算并包絡(luò)設(shè)計，則要求設(shè)計人員掌握建筑結(jié)構(gòu)和市政橋梁的分析方法，難度較大，且設(shè)計周期長，人員投入大，造成人力資源的浪費(fèi)，效率降低。故為避免重復(fù)計算，提高效率，在兼顧安全、經(jīng)濟(jì)性等因素下，總結(jié)梁板式坡道在設(shè)計中采用建筑結(jié)構(gòu)和市政橋梁計算方法的特點(diǎn)也變得尤為重要。

1 建筑結(jié)構(gòu)與市政橋梁設(shè)計方法的對比

首先，值得注意的是，建筑結(jié)構(gòu)和市政橋梁的總體設(shè)計方法是一致的，均是基于概率極限狀態(tài)的設(shè)計方法。它要求在極限狀態(tài)下，荷載及作用產(chǎn)生的效應(yīng)大于結(jié)構(gòu)抗力的概率小于規(guī)定限值，設(shè)計表達(dá)公式仍沿用經(jīng)驗與概率相結(jié)合的極限狀態(tài)設(shè)計法的分項系數(shù)表達(dá)式，而通過分項系數(shù)等引入了統(tǒng)計與概率的概念，表達(dá)式即為γ0S≤R。除此之外，這兩種設(shè)計方法在構(gòu)件的假定、計算方法、破壞形式等均是一致，在荷載定義與種類、分項系數(shù)取值、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)等諸多方面有許多一致的地方，故建筑結(jié)構(gòu)和市政橋梁的設(shè)計方法在總體設(shè)計方法上是一致的，而在荷載種類與荷載作用、分項系數(shù)等局部設(shè)計中不盡相同。建筑結(jié)構(gòu)與市政橋梁設(shè)計方法中的不同之處主要有以下3 個方面。

1.1 荷載種類與作用方式

在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）中規(guī)定的荷載主要有永久荷載（包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重、預(yù)應(yīng)力、土壓力等）、可變荷載（樓屋面活載、吊車荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、積灰荷載等）、偶然荷載（撞擊力、爆炸力等），而對溫度與混凝土收縮徐變一般通過結(jié)構(gòu)分縫與后澆帶等措施來消除，汽車荷載等則籠統(tǒng)地規(guī)定汽車通道及客車停車庫的等效均布荷載來定義。而對市政橋梁而言，雖大分類也是永久荷載、可變荷載和偶然荷載，但細(xì)分類中，考慮較多的荷載還包括混凝土收縮徐變、溫度、支座摩阻力、汽車荷載、離心力和制動力等，荷載種類更加細(xì)分，考慮的組合荷載更加復(fù)雜[1]。

在考慮可變荷載作用方式上，建筑結(jié)構(gòu)活荷載采用等效均布活荷載全面積均勻分布的形式加載于結(jié)構(gòu)上，再根據(jù)力學(xué)模型分析各構(gòu)件的受力情況而開展設(shè)計。而橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中對車道荷載是采用集中荷載與均布荷載相結(jié)合的方式模擬車道車輛，均布荷載應(yīng)滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上，集中荷載只作用于相應(yīng)影響線中一個最大影響線峰值處。而橋梁的局部加載、橋臺等計算則采用車輛荷載。橋梁結(jié)構(gòu)的荷載作用方式較建筑結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，最不利荷載分布更多。

但值得注意的是，在車庫坡道這個具體工程中，由于坡道不屬于市政路，行車速度基本上在10km 以下，且行車種類以輕型車、小型車為主，施工過程有兼作施工通道功能，遇突發(fā)狀況時還有消防車輛通行，故其汽車產(chǎn)生的離心力、制動力等并不大，車行荷載也比市政路小得多。

1.2 材料分項系數(shù)

由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期采用50 年，而橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期采用100 年，導(dǎo)致材料分項系數(shù)的不同。比如，建筑結(jié)構(gòu)混凝土分項系數(shù)為1.4，普通鋼筋分項系數(shù)為1.1，而橋梁結(jié)構(gòu)混凝土分項系數(shù)為1.45，普通鋼筋分項系數(shù)為1.2。在構(gòu)件強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值相同的情況下，建筑結(jié)構(gòu)C30 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為14.3N/mm2，HRB400 普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為360N/mm2，而橋梁結(jié)構(gòu)C30 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為13.8N/mm2，HRB400 普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為330N/mm2，差別較大[2]。

1.3 作用分項系數(shù)與荷載組合

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2018）規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)的永久作用分項系數(shù)為1.3，可變作用的分項系數(shù)為1.5。而對于橋梁結(jié)構(gòu)，其作用分項系數(shù)取值種類較多，對永久作用分項系數(shù)，混凝土和圬工結(jié)構(gòu)、混凝土橋面板鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力、土等取1.2，對鋼橋面板鋼結(jié)構(gòu)采用1.1，對混凝土收縮與徐變、水浮力采用1.0，對土側(cè)壓力采用1.4，在可變作用分項系數(shù)中，車道荷載取1.4，車輛荷載取1.8，風(fēng)荷載取1.1，其余可變荷載取1.4，該作用分項系數(shù)與建筑結(jié)構(gòu)原分項系數(shù)較為相近。而建筑結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)荷載的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)也不盡相同，許多荷載差別很大，比如建筑結(jié)構(gòu)中風(fēng)荷載組合值系數(shù)為0.6，頻遇值系數(shù)為0.4，準(zhǔn)永久值為0，而橋梁結(jié)構(gòu)中風(fēng)荷載組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)均為0.75。作用分項系數(shù)和組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)的不同，也終將導(dǎo)致荷載組合的不同[3]。

2 梁板式坡道計算分析

由于車庫坡道具有車型以輕型車、小型車為主，且車速緩慢等特點(diǎn)，在設(shè)計過程中，參考《車庫建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ 100—2015）關(guān)于坡道的規(guī)定和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2010）（2015 年版）關(guān)于變形縫的規(guī)定，在設(shè)置后澆帶、加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)及考慮溫度變化對結(jié)構(gòu)的影響下，坡道對變形縫的間距采用50m，這樣既減少了溫度變化對結(jié)構(gòu)的作用，也減少了因過多變形縫導(dǎo)致的車輛震動，影響行車舒適感。坡道寬8m，跨度采用3×15m 跨，兩端各懸挑2.5m 順接其他聯(lián)結(jié)構(gòu)，邊縱梁尺寸0.35m×1.2m，中縱梁尺寸0.7m×2m，橫梁尺寸0.5m×1.2m，橋墩0.8×0.8m，坡道板厚為0.2m。

2.1 建筑結(jié)構(gòu)分析法

2.1.1 主要材料及性能

為便于對比，本次分析混凝土強(qiáng)度采用C30 混凝土，鋼筋采用HRB400 級鋼筋。其各材料性能取值為：fck=20.1MPa，ftk=2.01MPa，fc=14.3MPa，ft=1.43MPa，彈性模量 Ec=3×104MPa，泊松比 μ=0.2，熱膨脹系數(shù) α=1×10-5/℃。

2.1.2 計算荷載取值

恒荷載：含結(jié)構(gòu)自重和附加恒載（包括鋪裝、防撞欄等）。

活荷載：在大多數(shù)的坡道使用過程中，都有消防車運(yùn)行的功能要求，此時應(yīng)考慮消防荷載35kN/m2，且坡道以服務(wù)輕型車、小型車為主，此時還應(yīng)考慮4kN/m2的客車荷載。而當(dāng)建筑開發(fā)體量較大時，坡道還兼具施工車輛通道的功能，此時應(yīng)考慮施工階段施工車輛通行，按常規(guī)施工車輛30t 總重量為限值，即坡道施工車輛荷載取值按35kN/m2考慮。故活荷載取值有3 種情況。

第一種情形，考慮施工車輛的坡道：取活荷載為35kN/m2。

第二種情形，考慮消防車的坡道：取活荷載為35kN/m2，并按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）相關(guān)規(guī)定折減。

第三種情形，僅考慮小型車、輕型車的坡道：取活荷載為4kN/m2[4]。

2.1.3 計算結(jié)果

第一種情形：考慮施工車輛的坡道。

根據(jù)PKPM 計算結(jié)果，中縱梁最大彎矩為10003kN·m，而墩柱最大彎矩 M=1563.9kN·m，對應(yīng)最大軸力為2382.2kN。圖1 為考慮施工車輛坡道中縱梁彎矩包絡(luò)。

第二種情形：考慮消防車輛的坡道。

根據(jù)PKPM 計算結(jié)果，中縱梁最大彎矩為6824kN·m，而墩柱最大彎矩M=816kN·m，對應(yīng)最大軸力為1763.1kN。

第三種情形：僅考慮小型車、輕型車的坡道。

根據(jù)PKPM 計算結(jié)果，中縱梁最大彎矩為4209kN·m，而墩柱最大彎矩 M=433.4kN·m，對應(yīng)最大軸力為1141.7kN。

2.2 市政橋梁分析法

2.2.1 主要材料及性能

為與建筑結(jié)構(gòu)分析法更有可比性，混凝土強(qiáng)度采用C30 混凝土，鋼筋采用HRB400 級鋼筋。其各材料性能 取 值 為 ：fck=20.1MPa，ftk=2.01MPa，fcd=13.8MPa，ftd=1.39MPa，彈性模量 Ec=3×104MPa，泊松比 μ=0.2，熱膨脹系數(shù) α=1×10-5/℃。

2.2.2 計算荷載取值

結(jié)構(gòu)重力：含結(jié)構(gòu)自重和二期荷載（包括鋪裝、防撞欄等）。

混凝土收縮、徐變：收縮徐變時間取10 年，即3650d。

汽車荷載：荷載等級取城-B 級，縱向加載采用車道荷載，設(shè)計車道數(shù)采用2 車道。

溫度荷載：整體溫差按系統(tǒng)溫度0℃，升溫20℃，降溫20℃考慮，局部溫差按公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范考慮。

2.2.3 施工階段

施工階段共劃分三個階段，如表1 所示。

表1 施工階段

2.2.4 計算結(jié)果

根據(jù)Midas Civi 計算結(jié)果，中縱梁最大彎矩為4472.5kN·m，而墩柱最大彎矩M=649.2kN·m，對應(yīng)最大軸力為1655.82kN。圖2 為中縱梁最大彎矩。

2.3 計算結(jié)果對比

對比建筑結(jié)構(gòu)分析法和市政橋梁分析法，在不同的荷載作用形式下，建筑結(jié)構(gòu)分析方法得出的內(nèi)力要比市政橋梁分析法大許多。對于兼具施工、消防功能的坡道而言，建筑結(jié)構(gòu)分析方法比市政橋梁分析法更為保守。

3 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)和市政橋梁由于采用了不同的荷載類型和分項系數(shù)等，導(dǎo)致對坡道的分析方法備受爭議。本文通過對坡道分別進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)和市政橋梁兩種分析方法進(jìn)行計算，得出了以下結(jié)論。

（1）當(dāng)坡道考慮施工車輛通行時，按建筑結(jié)構(gòu)的分析方法較市政橋梁分析方法保守較多。

（2）當(dāng)坡道考慮消防車輛通行時，按建筑結(jié)構(gòu)的分析方法略保守于市政橋梁分析方法。

（3）當(dāng)坡道僅考慮小型車、輕型車通行時，按市政橋梁分析方法要比建筑結(jié)構(gòu)分析方法保守較多。

值得注意的是，以上結(jié)論均通過計算總結(jié)所得，在實際設(shè)計過程中，仍應(yīng)根據(jù)項目具體情況進(jìn)行分析，例如，在第3 個結(jié)論，在坡道僅考慮小型車、輕型車通行時，坡道上荷載已遠(yuǎn)小于城-B 級，市政橋梁分析方法顯得過于保守；而當(dāng)車輛運(yùn)行速度較快時，市政橋梁分析方法對坡道的作用也將加大，若按建筑結(jié)構(gòu)的分析方法設(shè)計也許會偏于危險。故本文僅針對低速、限定車輛類型的坡道進(jìn)行研究，以供借鑒[5]。