地下室頂板消防車荷載的取值分析及在軟件中的實現

文/陳正澤 湖南建設集團有限公司 湖南長沙 410000

消防車荷載數值大、作用位置不確定，對設計影響較大，因而受到廣大設計人員的關注。設計中，消防車荷載以等效均布活荷載形式作用于板面，《建筑結構荷載規范》GB50009-2012[1]（以下簡稱《荷載規范》）給出了各種板跨等效活荷載的大于，及各種結構布置情況下的消防車荷載折減系數。設計中如何選用消防車荷載大小及折減系數，對結構構件截面大小及配筋影響較大。

1、消防車荷載取值

《荷載規范》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。（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。

《建筑結構設計規范疑難熱點問題及對策》[2]指出：《荷載規范》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。《荷載規范》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，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計的結果。

隨著社會的發展，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，規范并未給出。《結構設計統一技術措施》[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

《荷載規范》5.1.2、5.1.3 規定折減條件及折減系數：對于單向板樓蓋次梁及槽形板的肋梁應取0.8，對于單向板樓蓋主梁應取0.6，對于雙向板樓蓋的梁應取0.8。設計墻、柱時，可按實際情況考慮，設計基礎時可不考慮消防車荷載。《結構設計統一技術措施》2.2.1 中說明：墻、柱的消防車等效均布活荷載，應該先根據墻、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。《荷載規范》附錄B給出了，考慮覆土厚度的折減系數，并給出了折算覆土厚度的計算公式，式中應力擴散角不大于45 度。《建筑結構設計問答及分析》[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，查規范附錄B 考慮覆土折減系數為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0.8，荷載大小為20x0.8=16kN/m2。

3、消防車荷載在軟件中的實現

在以前的設計中，因為消防車荷載的特殊性，設計人在設計時，為考慮不同構件設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。該方法比較繁瑣，給設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，修改相關系數，并在模型相應區域輸入相應的消防車荷載值。

圖一 消防車工況定義

（2）在前處理，計算參數設置里面，定義消防車荷載工況的對應組合。

圖二 工況組合定義

（3）在前處理，活荷載折減設置里面，設置主梁、次梁、墻柱的折減系數。比如：消防車定義時，設置的梁折減系數為0.8，輸入的消防車荷載為24.9kN/m2，則此處次梁折減系數就是軟件默認的0.8，主梁、墻柱折減系數應該修改為：0.8x20/24.9=0.6426。

（4）完成計算分析，查看構件信息，可以看到消防車荷載的組合情況。

圖三 荷載折減系數修改

結論：

由于消防車荷載的特殊性，若按常規活荷載方式輸入，將難于滿足規范的相應要求，不嚴謹。在當下的設計中，甲方越來越要求經濟性，合理的利用軟件輸入消防車荷載，既能滿足規范的相應要求，也能滿足一定的經濟性指標。