地下室頂板消防車(chē)荷載的取值分析及在軟件中的實(shí)現(xiàn)

文/陳正澤 湖南建設(shè)集團(tuán)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

消防車(chē)荷載數(shù)值大、作用位置不確定，對(duì)設(shè)計(jì)影響較大，因而受到廣大設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。設(shè)計(jì)中，消防車(chē)荷載以等效均布活荷載形式作用于板面，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012[1]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《荷載規(guī)范》）給出了各種板跨等效活荷載的大于，及各種結(jié)構(gòu)布置情況下的消防車(chē)荷載折減系數(shù)。設(shè)計(jì)中如何選用消防車(chē)荷載大小及折減系數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面大小及配筋影響較大。

1、消防車(chē)荷載取值

《荷載規(guī)范》表5.1.1 列出了消防車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的取值及組合值、頻遇值、準(zhǔn)永久值系數(shù)。（1）單向板樓蓋（板跨不小于2m）和雙向板樓蓋（板跨不小于3mx3m）,消防車(chē)荷載為35kN/m2；（2）雙向板樓蓋（板跨不小于6mx6m）和無(wú)梁樓蓋（柱網(wǎng)不小于6mx6m），消防車(chē)荷載為35kN/m2。該表的注4：當(dāng)雙向板樓蓋板跨介于3mx3m ～6mx6m 之間時(shí)，應(yīng)該按跨度線性插值。補(bǔ)充說(shuō)明了各種跨度情況下的取值方法。

《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范疑難熱點(diǎn)問(wèn)題及對(duì)策》[2]指出：《荷載規(guī)范》中所說(shuō)的單向板是指長(zhǎng)寬比大于3 的板。如果雙向板不是矩形板（3mx3m ～6mx6m），而是長(zhǎng)方形雙向板{3mx(4 ～9)m}，可偏安全按短跨確定其消防車(chē)荷載。雙向板樓蓋（板跨度大于6mx6m）時(shí)，消防車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取20kN/m2?！逗奢d規(guī)范》給出的消防車(chē)荷載是基于：全車(chē)總重300kN，前軸重60kN，后軸重2X120kN，共有2 個(gè)前輪，4 個(gè)后輪，輪壓作用尺寸0.2m ～0.6m，選擇的樓板跨度為2 ～4m 的單向板和3 ～6m 的雙向板。計(jì)算中綜合考慮消防車(chē)臺(tái)數(shù)，樓板跨度、長(zhǎng)寬比以及覆土厚度的影響，按照荷載最不利布置原則確定消防車(chē)位置，采用有限元軟件進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑消防的需要也不斷提高，重型消防車(chē)也由300kN 提高到550kN，該荷載作用下的消防車(chē)等效均布荷載，規(guī)范并未給出?！督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施》[3]2.2.1 注明，當(dāng)為550kN 級(jí)消防車(chē)時(shí)，可將300kN 級(jí)消防車(chē)荷載乘以1.17 作為其荷載。

2、消防車(chē)荷折減

《荷載規(guī)范》5.1.2、5.1.3 規(guī)定折減條件及折減系數(shù)：對(duì)于單向板樓蓋次梁及槽形板的肋梁應(yīng)取0.8，對(duì)于單向板樓蓋主梁應(yīng)取0.6，對(duì)于雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8。設(shè)計(jì)墻、柱時(shí)，可按實(shí)際情況考慮，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)可不考慮消防車(chē)荷載?！督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施》2.2.1 中說(shuō)明：墻、柱的消防車(chē)等效均布活荷載，應(yīng)該先根據(jù)墻、柱所圍成的“等代樓板”確定的等效均布活荷載，乘以折減系數(shù)0.8 確定。

一般的地下室頂板，因考慮綠化及景觀，均會(huì)考慮1.2m ～1.5m 的覆土，覆土及面層的存在，對(duì)汽車(chē)輪壓具有擴(kuò)散作用，覆土越厚，汽車(chē)輪壓擴(kuò)散越充分，當(dāng)覆土厚度足夠時(shí)汽車(chē)輪壓荷載可按均布荷載考慮?！逗奢d規(guī)范》附錄B給出了，考慮覆土厚度的折減系數(shù)，并給出了折算覆土厚度的計(jì)算公式，式中應(yīng)力擴(kuò)散角不大于45 度。《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析》[4]1.2.3 給出了擴(kuò)散角的具體取用值：在混凝土中按45 度考慮，在土中可按30 度考慮。

某工程柱網(wǎng)尺寸為8mx8m，地下室頂板考慮消防車(chē)荷載，頂板上覆土1.5m，考慮采用主梁+十字次梁布置的方案。雙向板跨度為4mx4m，消防車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為35kN/m2，查規(guī)范附錄B 考慮覆土折減系數(shù)為0.83，線性插值4mx4m 的消防車(chē)荷載為30kN/m2，作用在板面的消防車(chē)荷載大小為30x0.83=24.9kN。計(jì)算次梁時(shí)，考慮活荷載折減系數(shù)0.8，荷載大小為24.9x0.8=19.92kN/m2。計(jì)算主梁時(shí)，按8mx8m 考慮，消防車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為20kN/m2，考慮活荷載折減系數(shù)0.8，荷載大小為20x0.8=16 kN/m2。計(jì)算墻、柱時(shí)，按8mx8m考慮，消防車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為20kN/m2，考慮活荷載折減系數(shù)0.8，荷載大小為20x0.8=16kN/m2。

3、消防車(chē)荷載在軟件中的實(shí)現(xiàn)

在以前的設(shè)計(jì)中，因?yàn)橄儡?chē)荷載的特殊性，設(shè)計(jì)人在設(shè)計(jì)時(shí)，為考慮不同構(gòu)件設(shè)計(jì)所取用的消防車(chē)荷載不同，往往需要分幾個(gè)模型，分別計(jì)算主梁和墻柱、次梁和板、以及基礎(chǔ)。該方法比較繁瑣，給設(shè)計(jì)人帶來(lái)不小的困擾。隨著軟件不斷升級(jí)完善，一個(gè)模型可以完成所有分析，逐步解決了設(shè)計(jì)人的煩惱。以YJK 軟件為例(以上面例子作為荷載輸入)：

（1）在建模階段，定義一個(gè)自定義工況，選擇消防車(chē)，修改相關(guān)系數(shù)，并在模型相應(yīng)區(qū)域輸入相應(yīng)的消防車(chē)荷載值。

圖一 消防車(chē)工況定義

（2）在前處理，計(jì)算參數(shù)設(shè)置里面，定義消防車(chē)荷載工況的對(duì)應(yīng)組合。

圖二 工況組合定義

（3）在前處理，活荷載折減設(shè)置里面，設(shè)置主梁、次梁、墻柱的折減系數(shù)。比如：消防車(chē)定義時(shí)，設(shè)置的梁折減系數(shù)為0.8，輸入的消防車(chē)荷載為24.9kN/m2，則此處次梁折減系數(shù)就是軟件默認(rèn)的0.8，主梁、墻柱折減系數(shù)應(yīng)該修改為：0.8x20/24.9=0.6426。

（4）完成計(jì)算分析，查看構(gòu)件信息，可以看到消防車(chē)荷載的組合情況。

圖三 荷載折減系數(shù)修改

結(jié)論：

由于消防車(chē)荷載的特殊性，若按常規(guī)活荷載方式輸入，將難于滿足規(guī)范的相應(yīng)要求，不嚴(yán)謹(jǐn)。在當(dāng)下的設(shè)計(jì)中，甲方越來(lái)越要求經(jīng)濟(jì)性，合理的利用軟件輸入消防車(chē)荷載，既能滿足規(guī)范的相應(yīng)要求，也能滿足一定的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。