地下室顶板消防车荷载的取值分析及在软件中的实现

文/陈正泽 湖南建设集团有限公司 湖南长沙 410000

消防车荷载数值大、作用位置不确定，对设计影响较大，因而受到广大设计人员的关注。设计中，消防车荷载以等效均布活荷载形式作用于板面，《建筑结构荷载规范》GB50009-2012[1]（以下简称《荷载规范》）给出了各种板跨等效活荷载的大于，及各种结构布置情况下的消防车荷载折减系数。设计中如何选用消防车荷载大小及折减系数，对结构构件截面大小及配筋影响较大。

1、消防车荷载取值

《荷载规范》表5.1.1 列出了消防车荷载标准值的取值及组合值、频遇值、准永久值系数。（1）单向板楼盖（板跨不小于2m）和双向板楼盖（板跨不小于3mx3m）,消防车荷载为35kN/m2；（2）双向板楼盖（板跨不小于6mx6m）和无梁楼盖（柱网不小于6mx6m），消防车荷载为35kN/m2。该表的注4：当双向板楼盖板跨介于3mx3m ～6mx6m 之间时，应该按跨度线性插值。补充说明了各种跨度情况下的取值方法。

《建筑结构设计规范疑难热点问题及对策》[2]指出：《荷载规范》中所说的单向板是指长宽比大于3 的板。如果双向板不是矩形板（3mx3m ～6mx6m），而是长方形双向板{3mx(4 ～9)m}，可偏安全按短跨确定其消防车荷载。双向板楼盖（板跨度大于6mx6m）时，消防车荷载标准值取20kN/m2。《荷载规范》给出的消防车荷载是基于：全车总重300kN，前轴重60kN，后轴重2X120kN，共有2 个前轮，4 个后轮，轮压作用尺寸0.2m ～0.6m，选择的楼板跨度为2 ～4m 的单向板和3 ～6m 的双向板。计算中综合考虑消防车台数，楼板跨度、长宽比以及覆土厚度的影响，按照荷载最不利布置原则确定消防车位置，采用有限元软件进行分析统计的结果。

随着社会的发展，建筑消防的需要也不断提高，重型消防车也由300kN 提高到550kN，该荷载作用下的消防车等效均布荷载，规范并未给出。《结构设计统一技术措施》[3]2.2.1 注明，当为550kN 级消防车时，可将300kN 级消防车荷载乘以1.17 作为其荷载。

2、消防车荷折减

《荷载规范》5.1.2、5.1.3 规定折减条件及折减系数：对于单向板楼盖次梁及槽形板的肋梁应取0.8，对于单向板楼盖主梁应取0.6，对于双向板楼盖的梁应取0.8。设计墙、柱时，可按实际情况考虑，设计基础时可不考虑消防车荷载。《结构设计统一技术措施》2.2.1 中说明：墙、柱的消防车等效均布活荷载，应该先根据墙、柱所围成的“等代楼板”确定的等效均布活荷载，乘以折减系数0.8 确定。

一般的地下室顶板，因考虑绿化及景观，均会考虑1.2m ～1.5m 的覆土，覆土及面层的存在，对汽车轮压具有扩散作用，覆土越厚，汽车轮压扩散越充分，当覆土厚度足够时汽车轮压荷载可按均布荷载考虑。《荷载规范》附录B给出了，考虑覆土厚度的折减系数，并给出了折算覆土厚度的计算公式，式中应力扩散角不大于45 度。《建筑结构设计问答及分析》[4]1.2.3 给出了扩散角的具体取用值：在混凝土中按45 度考虑，在土中可按30 度考虑。

某工程柱网尺寸为8mx8m，地下室顶板考虑消防车荷载，顶板上覆土1.5m，考虑采用主梁+十字次梁布置的方案。双向板跨度为4mx4m，消防车荷载标准值为35kN/m2，查规范附录B 考虑覆土折减系数为0.83，线性插值4mx4m 的消防车荷载为30kN/m2，作用在板面的消防车荷载大小为30x0.83=24.9kN。计算次梁时，考虑活荷载折减系数0.8，荷载大小为24.9x0.8=19.92kN/m2。计算主梁时，按8mx8m 考虑，消防车荷载标准值为20kN/m2，考虑活荷载折减系数0.8，荷载大小为20x0.8=16 kN/m2。计算墙、柱时，按8mx8m考虑，消防车荷载标准值为20kN/m2，考虑活荷载折减系数0.8，荷载大小为20x0.8=16kN/m2。

3、消防车荷载在软件中的实现

在以前的设计中，因为消防车荷载的特殊性，设计人在设计时，为考虑不同构件设计所取用的消防车荷载不同，往往需要分几个模型，分别计算主梁和墙柱、次梁和板、以及基础。该方法比较繁琐，给设计人带来不小的困扰。随着软件不断升级完善，一个模型可以完成所有分析，逐步解决了设计人的烦恼。以YJK 软件为例(以上面例子作为荷载输入)：

（1）在建模阶段，定义一个自定义工况，选择消防车，修改相关系数，并在模型相应区域输入相应的消防车荷载值。

图一 消防车工况定义

（2）在前处理，计算参数设置里面，定义消防车荷载工况的对应组合。

图二 工况组合定义

（3）在前处理，活荷载折减设置里面，设置主梁、次梁、墙柱的折减系数。比如：消防车定义时，设置的梁折减系数为0.8，输入的消防车荷载为24.9kN/m2，则此处次梁折减系数就是软件默认的0.8，主梁、墙柱折减系数应该修改为：0.8x20/24.9=0.6426。

（4）完成计算分析，查看构件信息，可以看到消防车荷载的组合情况。

图三 荷载折减系数修改

结论：

由于消防车荷载的特殊性，若按常规活荷载方式输入，将难于满足规范的相应要求，不严谨。在当下的设计中，甲方越来越要求经济性，合理的利用软件输入消防车荷载，既能满足规范的相应要求，也能满足一定的经济性指标。