地下室顶板消防车荷载的取值分析及在软件中的实现

2019-12-27 04:16陈正泽
中国房地产业·上旬 2019年11期
关键词:主梁覆土消防车

【摘要】消防车荷载在地下室顶板设计中,是一种比较常见的活荷载,但又不同于普通的活荷载。消防车荷载取值往往较大,影响地下室的梁、板、柱等构件的截面及净高,对整个地下室的造价影响较大。

【关键词】消防车荷载;地下室顶板;活荷载折减

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。双向板跨度為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。

(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。

(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。

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。

参考文献:

[1]GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2]建筑结构设计规范疑难热点问题及对策[S].北京:中国电力出版社,2015.

[3]结构设计统一技术措施[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.

[4]建筑结构设问答及分析(第二版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

作者简介:

陈正泽(1986-),男,本科,工程师,主要从事结构设计工作。

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