地下室结构设计优化及消防车活荷载合理取值

文/黄冠豪 广东广州 510000

地下室结构设计优化及消防车活荷载合理取值

文/黄冠豪 广东广州 510000

本文结合笔者多年建筑工程地下室结构设计，从技术和经济的角度对地下室柱网优化，并相应对消防车活荷载合理取值进行了分析阐述，通过一些工程实例进行了具体说明对比，得出比较优化的柱网方案，以达到工程设计安全经济的目的。

地下室结构设计；优化；消防车；活荷载

随着城市的发展，一般高层建筑和小区商住楼等均带有较大的地下室，按照消防要求，常常要求地下室顶板应能行走消防车，而对于地下室的梁板设计而言，其消防车的均布荷载均较大，常起控制的作用。因此，地下室柱网应结合建筑的使用功能要求而进行优化设置，并对消防车活荷载适当考虑顶板覆土厚度的影响，换算为“等效均布活荷载”来进行合理取值，以达到工程设计的安全与经济的目的。

一、消防车活荷载的合理取值

消防车荷载的取值问题，根据每个设计者对《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）表5.1.1注3“……当不符合本表的要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效荷载。”的理解不同，对消防车道取值进行等效换算的方式也比较混乱。而在实际工程中，由于等效均布荷载计算过程较为繁琐，设计周期又短等原因，大都未进行等效均布荷载的计算而采用经验“估算”的办法。

目前有关覆土对消防车活荷载折减的介绍资料也比较丰富，但也比较杂乱。经过笔者了解的有关文章，如邹海莉等在文章《地下室顶板上消防车活荷载合理取值的探讨》中提出按照45°对消防车轮压在不同厚度覆土中进行扩散，采用扩散后的活荷载作为等效均布活荷载。由于消防车轮压在土中的扩散角与覆土的性质和路面的构造有关，按45°扩散角取值，其计算结果偏小。《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）的条文说明第5.1.1中提到“对板上有覆土的消防车活荷载，明确规定可以考虑覆土的影响，一般可在原消防车轮压作用范围的基础上，取扩散角为35°。”一般道路面的覆土及面层对汽车轮压的扩散作用角度均不同（车轮压力扩散角，在混凝土中按45°考虑，在土中可按30°考虑）。因此，可考虑荷载取值有一定的富裕度，偏向安全设计，消防车轮压在土中扩散角取30°进行计算，此取值跟朱炳寅《建筑结构设计问答及分析》中提到按扩散角30°的计算是相同。其实，荷载等效本就属于近似计算，可理解为满足工程精度要求的计算，而追求过高的精度从工程角度看毫无意义，实际工程中应注意效应的统一性，即注意在不同效应时，等效荷载不可通用。因此本文不在详细介绍“板面等效荷载计算”的计算，其取值就参照朱炳寅先生《建筑结构设计问答及分析》中提出的荷载汇总表，如表1所示。

表1　考虑板顶覆土厚度及板跨影响时露面消防车等效均布活荷载值(kN/m2)

对于实际工程的板不同跨度，其消防车等效均布活荷载取值可按表1现行插值确定。此表格综合考虑了板跨和不同覆土层厚度后，按板的短边跨度划分，单向板和双向板的等效荷载均取相同数值。实践证明，这种做法在实际工程计算结果中，构件的截面尺寸和配筋变化不大的，也算是“估算”的一种方式吧。

二、两种不同柱网的优化比较

通过上叙消防车等效均布活荷载合理取值的分析，本文主要对比地下室两种比较常用的柱网布置进行对比探讨，看哪种柱网的方案比较优化。笔者在近几年地下室结构设计中，主要碰到有两种常用的柱网间距为：8m*8m和5.3m（5.5m）*8m，这两种形式恰好也是将地下室顶板分成双向板和单向板，很具有代表性。下面具体分析两者的情况，对比两者的区别。按目前园林一般做法，要求地下室顶板覆土厚度采用1.2m，顶板有跌级高差部位的话，就采用其他轻质材料换填，非消防车道的活荷载取值为5KN/m2，板厚取值为160mm。

1.地下室柱距为8m*8m（双向板）的情况

此情况地下室顶板一般采用井字梁楼盖或者十字梁楼盖。因采用十字梁楼盖形式的，其梁板截面尺寸均比较大，要求地下室层高教高，一般建筑设计不予采用，而采用井字梁形式的，就相对比较经济合理。笔者曾参与的项目 “广园东·东方名都花园三期”地下室就是属于这种情况，主要是业主要求跟一、二期的柱间距相同。因此采用井字梁形式，框架梁截面尺寸均为：500mm*900mm，井字次梁为：300mm*800mm，顶板双向板划分为2.6m*2.6m，按表1线性内插可得地下室顶板消防车道部位板设计等效活载为：25.0 kN/m2，按《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）5.1.2规定，双向板的梁计算均取折减系数0.8，则计算梁设计时候等效荷载取值为：25.0*0.8=20.0 kN/m2。

经过设计计算，框架梁非消防车部位，配筋（均采用三级钢，下同），一般为：支座筋为8φ32，底筋6φ32；有消防车活载部位，截面尺寸为：500*1000配筋一般为：支座筋为11φ32，底筋10φ32。次梁非消费车部位，配筋一般为：支座筋为5φ25，底筋4φ22；有消防车活载部位，截面尺寸为400*800，配筋一般为：支座筋为8φ25，底筋6φ25。可见双向板情况，因四边受力情况相同，周边框架梁截面尺寸都相同，截面尺寸也相对较大。而次梁部位应为共同协调受力，反而截面配筋均相对较小，但根数较多。

2.地下室柱距为5.3m（5.5m）*8m（单向板）的情况

此情况柱距为5.3m*8m，按建筑停车位设置，恰好两跨背靠停车，中间设置5.5m×8.0m车道，方便使用。这种形式的柱网，地下室顶板一般在5.3m(5.5m)跨，横向拉一根次梁，采用单向板形式。笔者曾参与的项目 “中山·传盛东方名都花园”地下室就是属于这种情况。5.3m(5.5m)跨框架梁截面尺寸为：400 mm *900 mm，次梁为：300 mm *800 mm，8.0m跨方向框架梁截面尺寸为：300 mm *800 mm，顶板单向板为2.65m（2.75m）*8.0m。这时要注意消防车在单向板行驶会出现沿单向板跨度方向和垂直于单向板跨度方向两种形式，不过此跨度单向板仅需考虑1台消防车荷载的作用，也符合顶板园林道路宽度的实际情况。经过资料文献表示，后者行驶方向比前者的等效荷载大一些，但对设计结果影响不大，固按表1线性内插，可得地下室顶板消防车道部位板设计等效活载均取值为：25.0 kN/m2，按《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）5.1.2规定，单向板的次梁计算取折减系数为0.8，计算荷载为：25.0*0.8=20.0 kN/m2；主梁计算取折减系数为0.6，计算荷载为：25.0*0.6=15.0 kN/m2。

经过设计计算，框架梁非消防车部位，5.3m(5.5m)跨配筋一般为：支座筋为6φ25，底筋5φ25；有消防车活载部位，截面尺寸为450 mm *900 mm，配筋一般为：支座筋为8φ25，底筋7φ32。次梁非消费车部位，配筋一般为：支座筋为5φ25，底筋4φ25；有消防车活载部位，截面尺寸为400 mm *800 mm，配筋一般为：支座筋为10φ25，底筋7φ25。

通过上面数据对比分析，两种形式的次梁计算荷载折减系数均为0.8，而采用双向板的情况，框架梁计算荷载折减系数为0.8，等效荷载较大，故截面尺寸及配筋均较大；消防车部位双向板四边均需另加附加板负筋，但次梁配筋相对就小些。采用单向板的情况，框架梁计算荷载折减系数为0.6，则截面尺寸及配筋均小很多，消防车部位单向板长方向两边需另加附加板负筋，而次梁配筋相对就大些，但双向板是井字梁形式，有4根次梁，相比较下，还是采用单向板的情况更优化些。

结语：

经过本文的上面分析可知，地下室柱网的布置应配合建筑功能使用，考虑停车车位的布局，尽量跟建筑专业沟通，采用柱网5.3m（5.5m）*8m的形式，既方便车位的使用，满足建筑功能要求，也方便控制结构顶板梁高，便于水电专业的管线合理布置。在消防车活荷载取值上，应考虑覆土的扩散效应对消防车荷载起明显的折减作用，覆土越厚、板跨越大，折减效果越明显。因此设计师应针对工程的实际情况，采用折减后的等效荷载合理取值，以达到安全经济的设计目标。

[1]《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012).

[2]朱炳寅.《建筑结构设计问答及分析》，中国建筑工业出版社，2009.

[3]邹海莉，等.《地下室顶板上消防车活荷载合理取值的探讨》，四川建材2006年第2期.

[4]陈丽敏.《对地下室顶板单向板上消防车活荷载取值的探讨》，福建建筑2010年第5期.

黄冠豪（身份证号：440106198408101537 ），1984/08, 广东，男，建筑结构，茂名学院，中级职称。