文/黃冠豪 廣東廣州 510000

地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化及消防車活荷載合理取值

文/黃冠豪 廣東廣州 510000

本文結(jié)合筆者多年建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)地下室柱網(wǎng)優(yōu)化，并相應(yīng)對(duì)消防車活荷載合理取值進(jìn)行了分析闡述，通過一些工程實(shí)例進(jìn)行了具體說明對(duì)比，得出比較優(yōu)化的柱網(wǎng)方案，以達(dá)到工程設(shè)計(jì)安全經(jīng)濟(jì)的目的。

地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化；消防車；活荷載

隨著城市的發(fā)展，一般高層建筑和小區(qū)商住樓等均帶有較大的地下室，按照消防要求，常常要求地下室頂板應(yīng)能行走消防車，而對(duì)于地下室的梁板設(shè)計(jì)而言，其消防車的均布荷載均較大，常起控制的作用。因此，地下室柱網(wǎng)應(yīng)結(jié)合建筑的使用功能要求而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，并對(duì)消防車活荷載適當(dāng)考慮頂板覆土厚度的影響，換算為“等效均布活荷載”來進(jìn)行合理取值，以達(dá)到工程設(shè)計(jì)的安全與經(jīng)濟(jì)的目的。

一、消防車活荷載的合理取值

消防車荷載的取值問題，根據(jù)每個(gè)設(shè)計(jì)者對(duì)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）表5.1.1注3“……當(dāng)不符合本表的要求時(shí)，應(yīng)將車輪的局部荷載按結(jié)構(gòu)效應(yīng)的等效原則，換算為等效荷載。”的理解不同，對(duì)消防車道取值進(jìn)行等效換算的方式也比較混亂。而在實(shí)際工程中，由于等效均布荷載計(jì)算過程較為繁瑣，設(shè)計(jì)周期又短等原因，大都未進(jìn)行等效均布荷載的計(jì)算而采用經(jīng)驗(yàn)“估算”的辦法。

目前有關(guān)覆土對(duì)消防車活荷載折減的介紹資料也比較豐富，但也比較雜亂。經(jīng)過筆者了解的有關(guān)文章，如鄒海莉等在文章《地下室頂板上消防車活荷載合理取值的探討》中提出按照45°對(duì)消防車輪壓在不同厚度覆土中進(jìn)行擴(kuò)散，采用擴(kuò)散后的活荷載作為等效均布活荷載。由于消防車輪壓在土中的擴(kuò)散角與覆土的性質(zhì)和路面的構(gòu)造有關(guān)，按45°擴(kuò)散角取值，其計(jì)算結(jié)果偏小?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）的條文說明第5.1.1中提到“對(duì)板上有覆土的消防車活荷載，明確規(guī)定可以考慮覆土的影響，一般可在原消防車輪壓作用范圍的基礎(chǔ)上，取擴(kuò)散角為35°。”一般道路面的覆土及面層對(duì)汽車輪壓的擴(kuò)散作用角度均不同（車輪壓力擴(kuò)散角，在混凝土中按45°考慮，在土中可按30°考慮）。因此，可考慮荷載取值有一定的富裕度，偏向安全設(shè)計(jì)，消防車輪壓在土中擴(kuò)散角取30°進(jìn)行計(jì)算，此取值跟朱炳寅《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析》中提到按擴(kuò)散角30°的計(jì)算是相同。其實(shí)，荷載等效本就屬于近似計(jì)算，可理解為滿足工程精度要求的計(jì)算，而追求過高的精度從工程角度看毫無意義，實(shí)際工程中應(yīng)注意效應(yīng)的統(tǒng)一性，即注意在不同效應(yīng)時(shí)，等效荷載不可通用。因此本文不在詳細(xì)介紹“板面等效荷載計(jì)算”的計(jì)算，其取值就參照朱炳寅先生《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析》中提出的荷載匯總表，如表1所示。

表1　考慮板頂覆土厚度及板跨影響時(shí)露面消防車等效均布活荷載值(kN/m2)

對(duì)于實(shí)際工程的板不同跨度，其消防車等效均布活荷載取值可按表1現(xiàn)行插值確定。此表格綜合考慮了板跨和不同覆土層厚度后，按板的短邊跨度劃分，單向板和雙向板的等效荷載均取相同數(shù)值。實(shí)踐證明，這種做法在實(shí)際工程計(jì)算結(jié)果中，構(gòu)件的截面尺寸和配筋變化不大的，也算是“估算”的一種方式吧。

二、兩種不同柱網(wǎng)的優(yōu)化比較

通過上敘消防車等效均布活荷載合理取值的分析，本文主要對(duì)比地下室兩種比較常用的柱網(wǎng)布置進(jìn)行對(duì)比探討，看哪種柱網(wǎng)的方案比較優(yōu)化。筆者在近幾年地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要碰到有兩種常用的柱網(wǎng)間距為：8m*8m和5.3m（5.5m）*8m，這兩種形式恰好也是將地下室頂板分成雙向板和單向板，很具有代表性。下面具體分析兩者的情況，對(duì)比兩者的區(qū)別。按目前園林一般做法，要求地下室頂板覆土厚度采用1.2m，頂板有跌級(jí)高差部位的話，就采用其他輕質(zhì)材料換填，非消防車道的活荷載取值為5KN/m2，板厚取值為160mm。

1.地下室柱距為8m*8m（雙向板）的情況

此情況地下室頂板一般采用井字梁樓蓋或者十字梁樓蓋。因采用十字梁樓蓋形式的，其梁板截面尺寸均比較大，要求地下室層高教高，一般建筑設(shè)計(jì)不予采用，而采用井字梁形式的，就相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)合理。筆者曾參與的項(xiàng)目 “廣園東·東方名都花園三期”地下室就是屬于這種情況，主要是業(yè)主要求跟一、二期的柱間距相同。因此采用井字梁形式，框架梁截面尺寸均為：500mm*900mm，井字次梁為：300mm*800mm，頂板雙向板劃分為2.6m*2.6m，按表1線性內(nèi)插可得地下室頂板消防車道部位板設(shè)計(jì)等效活載為：25.0 kN/m2，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）5.1.2規(guī)定，雙向板的梁計(jì)算均取折減系數(shù)0.8，則計(jì)算梁設(shè)計(jì)時(shí)候等效荷載取值為：25.0*0.8=20.0 kN/m2。

經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，框架梁非消防車部位，配筋（均采用三級(jí)鋼，下同），一般為：支座筋為8φ32，底筋6φ32；有消防車活載部位，截面尺寸為：500*1000配筋一般為：支座筋為11φ32，底筋10φ32。次梁非消費(fèi)車部位，配筋一般為：支座筋為5φ25，底筋4φ22；有消防車活載部位，截面尺寸為400*800，配筋一般為：支座筋為8φ25，底筋6φ25。可見雙向板情況，因四邊受力情況相同，周邊框架梁截面尺寸都相同，截面尺寸也相對(duì)較大。而次梁部位應(yīng)為共同協(xié)調(diào)受力，反而截面配筋均相對(duì)較小，但根數(shù)較多。

2.地下室柱距為5.3m（5.5m）*8m（單向板）的情況

此情況柱距為5.3m*8m，按建筑停車位設(shè)置，恰好兩跨背靠停車，中間設(shè)置5.5m×8.0m車道，方便使用。這種形式的柱網(wǎng)，地下室頂板一般在5.3m(5.5m)跨，橫向拉一根次梁，采用單向板形式。筆者曾參與的項(xiàng)目 “中山·傳盛東方名都花園”地下室就是屬于這種情況。5.3m(5.5m)跨框架梁截面尺寸為：400 mm *900 mm，次梁為：300 mm *800 mm，8.0m跨方向框架梁截面尺寸為：300 mm *800 mm，頂板單向板為2.65m（2.75m）*8.0m。這時(shí)要注意消防車在單向板行駛會(huì)出現(xiàn)沿單向板跨度方向和垂直于單向板跨度方向兩種形式，不過此跨度單向板僅需考慮1臺(tái)消防車荷載的作用，也符合頂板園林道路寬度的實(shí)際情況。經(jīng)過資料文獻(xiàn)表示，后者行駛方向比前者的等效荷載大一些，但對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果影響不大，固按表1線性內(nèi)插，可得地下室頂板消防車道部位板設(shè)計(jì)等效活載均取值為：25.0 kN/m2，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）5.1.2規(guī)定，單向板的次梁計(jì)算取折減系數(shù)為0.8，計(jì)算荷載為：25.0*0.8=20.0 kN/m2；主梁計(jì)算取折減系數(shù)為0.6，計(jì)算荷載為：25.0*0.6=15.0 kN/m2。

經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，框架梁非消防車部位，5.3m(5.5m)跨配筋一般為：支座筋為6φ25，底筋5φ25；有消防車活載部位，截面尺寸為450 mm *900 mm，配筋一般為：支座筋為8φ25，底筋7φ32。次梁非消費(fèi)車部位，配筋一般為：支座筋為5φ25，底筋4φ25；有消防車活載部位，截面尺寸為400 mm *800 mm，配筋一般為：支座筋為10φ25，底筋7φ25。

通過上面數(shù)據(jù)對(duì)比分析，兩種形式的次梁計(jì)算荷載折減系數(shù)均為0.8，而采用雙向板的情況，框架梁計(jì)算荷載折減系數(shù)為0.8，等效荷載較大，故截面尺寸及配筋均較大；消防車部位雙向板四邊均需另加附加板負(fù)筋，但次梁配筋相對(duì)就小些。采用單向板的情況，框架梁計(jì)算荷載折減系數(shù)為0.6，則截面尺寸及配筋均小很多，消防車部位單向板長方向兩邊需另加附加板負(fù)筋，而次梁配筋相對(duì)就大些，但雙向板是井字梁形式，有4根次梁，相比較下，還是采用單向板的情況更優(yōu)化些。

結(jié)語：

經(jīng)過本文的上面分析可知，地下室柱網(wǎng)的布置應(yīng)配合建筑功能使用，考慮停車車位的布局，盡量跟建筑專業(yè)溝通，采用柱網(wǎng)5.3m（5.5m）*8m的形式，既方便車位的使用，滿足建筑功能要求，也方便控制結(jié)構(gòu)頂板梁高，便于水電專業(yè)的管線合理布置。在消防車活荷載取值上，應(yīng)考慮覆土的擴(kuò)散效應(yīng)對(duì)消防車荷載起明顯的折減作用，覆土越厚、板跨越大，折減效果越明顯。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)針對(duì)工程的實(shí)際情況，采用折減后的等效荷載合理取值，以達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

[1]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2012).

[2]朱炳寅.《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析》，中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]鄒海莉，等.《地下室頂板上消防車活荷載合理取值的探討》，四川建材2006年第2期.

[4]陳麗敏.《對(duì)地下室頂板單向板上消防車活荷載取值的探討》，福建建筑2010年第5期.

黃冠豪（身份證號(hào)：440106198408101537 ），1984/08, 廣東，男，建筑結(jié)構(gòu)，茂名學(xué)院，中級(jí)職稱。