馮立燕 牛傳凱

(1.中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 201900； 2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092； 3.明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)上海有限公司，上海 200235)

GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[1](以下簡(jiǎn)稱(chēng)“荷載規(guī)范”)第5.1.2條及5.1.3條規(guī)定：設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，消防車(chē)荷載應(yīng)考慮可能的折減：設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)，對(duì)單向板樓蓋的次梁和槽型板的縱筋應(yīng)取0.8，對(duì)單向板樓蓋的主梁應(yīng)取0.6，對(duì)雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8；設(shè)計(jì)墻、柱時(shí)，可按實(shí)際考慮，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中一般對(duì)柱墻采用對(duì)主梁的折減系數(shù)，即對(duì)單向板樓蓋取0.6，對(duì)雙向板樓蓋取0.8；設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)可不考慮消防車(chē)荷載。YJK把消防車(chē)荷載按照自定義荷載工況輸入，并在自定義工況的荷載類(lèi)型中專(zhuān)門(mén)設(shè)置“消防車(chē)”荷載類(lèi)型，以進(jìn)行專(zhuān)門(mén)處理，并且可以設(shè)置消防車(chē)荷載在計(jì)算不同的構(gòu)件時(shí)采用不同的折減系數(shù)。PKPM把消防車(chē)荷載作為普通活荷載輸入，但普通活荷載的重力荷載代表值系數(shù)和活荷載折減系數(shù)與消防車(chē)荷載有很大差別，且計(jì)算時(shí)需要分別建立對(duì)板、次梁、主梁、柱墻以及基礎(chǔ)的模型。

本文以一個(gè)地下車(chē)庫(kù)頂板的局部模型為例，分別采用YJK和PKPM進(jìn)行計(jì)算分析。在地庫(kù)頂板中取3跨8.4 m×8.4 m的標(biāo)準(zhǔn)跨軸網(wǎng)，頂板采用雙向單次梁，故板跨為4.2 m×4.2 m。地庫(kù)頂板厚度為250 mm，框架柱截面為600 mm×600 mm，主框架梁截面為550 mm×900 mm，次梁截面為300 mm×800 mm。覆土厚度為1.5 m，頂板附加恒荷載為27 kN/m2，頂板自重按程序自動(dòng)生成，頂板常規(guī)活荷載為施工荷載5 kN/m2；抗震等級(jí)為三級(jí)。計(jì)算樓板時(shí)，按照跨度為4.2 m根據(jù)荷載規(guī)范5.1.1插值可得出消防車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為29 kN/m2，考慮附錄B中覆土對(duì)消防車(chē)荷載的影響，假定覆土應(yīng)力擴(kuò)散角取35°，則插值后可得雙向板樓蓋樓面消防車(chē)活荷載折減系數(shù)為0.85，那么考慮覆土影響后的消防車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為24.65 kN/m2，近似取25 kN/m2。計(jì)算主梁、次梁及框架柱時(shí)，按照跨度8.4 m根據(jù)荷載規(guī)范5.1.1條消防車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為20 kN/m2，考慮覆土厚度折減后為：20×0.85=17 kN/m2。

根據(jù)荷載規(guī)范5.1.2條及5.1.3條，主梁、次梁及柱應(yīng)考慮0.8的折減系數(shù)，則消防車(chē)荷載為：0.8×17=13.6 kN/m2。

基礎(chǔ)不考慮消防車(chē)荷載。

1 消防車(chē)荷載在YJK中的實(shí)現(xiàn)

荷載設(shè)置步驟[2]：

1)在荷載布置菜單中輸入恒載27 kN/m2及常規(guī)活荷載5 kN/m2。

2)在自定義荷載菜單定義“消防車(chē)荷載”。重力荷載代表值系數(shù)取為0，即消防車(chē)荷載不參與形成地震作用；準(zhǔn)永久值系數(shù)取為0，即消防車(chē)荷載不參與裂縫和撓度的計(jì)算；計(jì)算主、次梁及框架柱時(shí)消防車(chē)荷載折減系數(shù)以設(shè)計(jì)樓板時(shí)的消防車(chē)荷載為基數(shù)，即13.6/25=0.544。

3)在消防車(chē)道分別布置常規(guī)活荷載、消防車(chē)荷載，荷載校核圖形如圖1所示。

4)計(jì)算前處理中，自定義工況組合下將常規(guī)活荷載和消防車(chē)荷載的組合關(guān)系改為“包絡(luò)”，如圖2所示。

5)生成數(shù)據(jù)并計(jì)算設(shè)計(jì)后，以圖2中所示的典型框架梁、典型次梁、典型框架柱為例，在設(shè)計(jì)結(jié)果菜單下查看梁柱配筋，見(jiàn)圖3。

2 消防車(chē)荷載在PKPM中的實(shí)現(xiàn)

PKPM中對(duì)消防車(chē)荷載只能按照常規(guī)活荷載輸入模型，該活荷載對(duì)于計(jì)算板的模型為25 kN/m2，計(jì)算主、次梁及框架柱的模型為13.6 kN/m2，計(jì)算基礎(chǔ)的模型為5 kN/m2，因此至少需要3個(gè)模型來(lái)完成對(duì)本工程的設(shè)計(jì)。消防車(chē)荷載作為常規(guī)活荷載輸入模型時(shí)參與重力荷載代表值的形成，從而產(chǎn)生地震作用，且參與構(gòu)件的裂縫與撓度的計(jì)算，從而使計(jì)算結(jié)果變大，經(jīng)濟(jì)性降低。建立模型并計(jì)算后梁、柱配筋如圖4所示。

3 結(jié)果分析

將YJK與PKPM的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析可知，框架柱的配筋基本相同，框架梁及次梁的配筋對(duì)比如表1所示。

表1 YJK與PKPM計(jì)算結(jié)果對(duì)比 cm2

由表1的分析結(jié)果可以看出：主梁支座筋及底部鋼筋，PKPM計(jì)算結(jié)果比YJK高13%左右；次梁支座鋼筋差距很小可以忽略；次梁底部鋼筋兩者差距很大，PKPM比YJK高55%左右；主次梁的箍筋兩者差距較小。因此在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全性的前提下，YJK與PKPM相比，計(jì)算時(shí)工作量更小，計(jì)算更合理，經(jīng)濟(jì)性更好。