地下室頂板消防車荷載的取值分析及在軟件中的實現(xiàn)

【摘要】消防車荷載在地下室頂板設(shè)計中，是一種比較常見的活荷載，但又不同于普通的活荷載。消防車荷載取值往往較大，影響地下室的梁、板、柱等構(gòu)件的截面及凈高，對整個地下室的造價影響較大。

【關(guān)鍵詞】消防車荷載;地下室頂板;活荷載折減

消防車荷載數(shù)值大、作用位置不確定，對設(shè)計影響較大，因而受到廣大設(shè)計人員的關(guān)注。設(shè)計中，消防車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]（以下簡稱《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荷載折減系數(shù)。設(shè)計中如何選用消防車荷載大小及折減系數(shù)，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面大小及配筋影響較大。

1、消防車荷載取值

《荷載規(guī)范》表5.1.1列出了消防車荷載標準值的取值及組合值、頻遇值、準永久值系數(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），消防車荷載為35kN/m2;（2）雙向板樓蓋（板跨不小于6mx6m）和無梁樓蓋（柱網(wǎng)不小于6mx6m），消防車荷載為35kN/m2。該表的注4：當雙向板樓蓋板跨介于3mx3m～6mx6m之間時，應(yīng)該按跨度線性插值。補充說明了各種跨度情況下的取值方法。

《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范疑難熱點問題及對策》[2]指出：《荷載規(guī)范》中所說的單向板是指長寬比大于3的板。如果雙向板不是矩形板（3mx3m～6mx6m），而是長方形雙向板{3mx（4～9）m}，可偏安全按短跨確定其消防車荷載。雙向板樓蓋（板跨度大于6mx6m）時，消防車荷載標準值取20kN/m2?！逗奢d規(guī)范》給出的消防車荷載是基于：全車總重300kN，前軸重60kN，后軸重2X120kN，共有2個前輪，4個后輪，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。計算中綜合考慮消防車臺數(shù)，樓板跨度、長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位置，采用有限元軟件進行分析統(tǒng)計的結(jié)果。

隨著社會的發(fā)展，建筑消防的需要也不斷提高，重型消防車也由300kN提高到550kN，該荷載作用下的消防車等效均布荷載，規(guī)范并未給出。《結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一技術(shù)措施》[3]2.2.1注明，當為550kN級消防車時，可將300kN級消防車荷載乘以1.17作為其荷載。

2、消防車荷折減

《荷載規(guī)范》5.1.2、5.1.3規(guī)定折減條件及折減系數(shù)：對于單向板樓蓋次梁及槽形板的肋梁應(yīng)取0.8，對于單向板樓蓋主梁應(yīng)取0.6，對于雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8。設(shè)計墻、柱時，可按實際情況考慮，設(shè)計基礎(chǔ)時可不考慮消防車荷載?！督Y(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一技術(shù)措施》2.2.1中說明：墻、柱的消防車等效均布活荷載，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，均會考慮1.2m～1.5m的覆土，覆土及面層的存在，對汽車輪壓具有擴散作用，覆土越厚，汽車輪壓擴散越充分，當覆土厚度足夠時汽車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算公式，式中應(yīng)力擴散角不大于45度?！督ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析》[4]1.2.3給出了擴散角的具體取用值：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，消防車荷載標準值為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的消防車荷載為30kN/m2，作用在板面的消防車荷載大小為30x0.83=24.9kN。計算次梁時，考慮活荷載折減系數(shù)0.8，荷載大小為24.9x0.8=19.92kN/m2。計算主梁時，按8mx8m考慮，消防車荷載標準值為20kN/m2，考慮活荷載折減系數(shù)0.8，荷載大小為20x0.8=16 kN/m2。計算墻、柱時，按8mx8m考慮，消防車荷載標準值為20kN/m2，考慮活荷載折減系數(shù)0.8，荷載大小為20x0.8=16kN/m2。

3、消防車荷載在軟件中的實現(xiàn)

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

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

（2）在前處理，計算參數(shù)設(shè)置里面，定義消防車荷載工況的對應(yīng)組合。

（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：消防車定義時，設(shè)置的梁折減系數(shù)為0.8，輸入的消防車荷載為24.9kN/m2，則此處次梁折減系數(shù)就是軟件默認的0.8，主梁、墻柱折減系數(shù)應(yīng)該修改為：0.8x20/24.9=0.6426。

（4）完成計算分析，查看構(gòu)件信息，可以看到消防車荷載的組合情況。

結(jié)論：

由于消防車荷載的特殊性，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，不嚴謹。在當下的設(shè)計中，甲方越來越要求經(jīng)濟性，合理的利用軟件輸入消防車荷載，既能滿足規(guī)范的相應(yīng)要求，也能滿足一定的經(jīng)濟性指標。

參考文獻：

[1]GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范疑難熱點問題及對策[S].北京：中國電力出版社，2015.

[3]結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一技術(shù)措施[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[4]建筑結(jié)構(gòu)設(shè)問答及分析（第二版）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

作者簡介：

陳正澤（1986-），男，本科，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。