【摘要】消防車荷載在地下室頂板設(shè)計(jì)中,是一種比較常見的活荷載,但又不同于普通的活荷載。消防車荷載取值往往較大,影響地下室的梁、板、柱等構(gòu)件的截面及凈高,對整個地下室的造價(jià)影響較大。
【關(guān)鍵詞】消防車荷載;地下室頂板;活荷載折減
消防車荷載數(shù)值大、作用位置不確定,對設(shè)計(jì)影響較大,因而受到廣大設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。設(shè)計(jì)中,消防車荷載以等效均布活荷載形式作用于板面,《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012[1](以下簡稱《荷載規(guī)范》)給出了各種板跨等效活荷載的大于,及各種結(jié)構(gòu)布置情況下的消防車荷載折減系數(shù)。設(shè)計(jì)中如何選用消防車荷載大小及折減系數(shù),對結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面大小及配筋影響較大。
1、消防車荷載取值
《荷載規(guī)范》表5.1.1列出了消防車荷載標(biāo)準(zhǔn)值的取值及組合值、頻遇值、準(zhǔn)永久值系數(shù)。(1)單向板樓蓋(板跨不小于2m)和雙向板樓蓋(板跨不小于3mx3m),消防車荷載為35kN/m2;(2)雙向板樓蓋(板跨不小于6mx6m)和無梁樓蓋(柱網(wǎng)不小于6mx6m),消防車荷載為35kN/m2。該表的注4:當(dāng)雙向板樓蓋板跨介于3mx3m~6mx6m之間時(shí),應(yīng)該按跨度線性插值。補(bǔ)充說明了各種跨度情況下的取值方法。
《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范疑難熱點(diǎn)問題及對策》[2]指出:《荷載規(guī)范》中所說的單向板是指長寬比大于3的板。如果雙向板不是矩形板(3mx3m~6mx6m),而是長方形雙向板{3mx(4~9)m},可偏安全按短跨確定其消防車荷載。雙向板樓蓋(板跨度大于6mx6m)時(shí),消防車荷載標(biāo)準(zhǔn)值取20kN/m2。《荷載規(guī)范》給出的消防車荷載是基于:全車總重300kN,前軸重60kN,后軸重2X120kN,共有2個前輪,4個后輪,輪壓作用尺寸0.2m~0.6m,選擇的樓板跨度為2~4m的單向板和3~6m的雙向板。計(jì)算中綜合考慮消防車臺數(shù),樓板跨度、長寬比以及覆土厚度的影響,按照荷載最不利布置原則確定消防車位置,采用有限元軟件進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。
隨著社會的發(fā)展,建筑消防的需要也不斷提高,重型消防車也由300kN提高到550kN,該荷載作用下的消防車等效均布荷載,規(guī)范并未給出。《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施》[3]2.2.1注明,當(dāng)為550kN級消防車時(shí),可將300kN級消防車荷載乘以1.17作為其荷載。
2、消防車荷折減
《荷載規(guī)范》5.1.2、5.1.3規(guī)定折減條件及折減系數(shù):對于單向板樓蓋次梁及槽形板的肋梁應(yīng)取0.8,對于單向板樓蓋主梁應(yīng)取0.6,對于雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8。設(shè)計(jì)墻、柱時(shí),可按實(shí)際情況考慮,設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)可不考慮消防車荷載?!督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施》2.2.1中說明:墻、柱的消防車等效均布活荷載,應(yīng)該先根據(jù)墻、柱所圍成的“等代樓板”確定的等效均布活荷載,乘以折減系數(shù)0.8確定。
一般的地下室頂板,因考慮綠化及景觀,均會考慮1.2m~1.5m的覆土,覆土及面層的存在,對汽車輪壓具有擴(kuò)散作用,覆土越厚,汽車輪壓擴(kuò)散越充分,當(dāng)覆土厚度足夠時(shí)汽車輪壓荷載可按均布荷載考慮?!逗奢d規(guī)范》附錄B給出了,考慮覆土厚度的折減系數(shù),并給出了折算覆土厚度的計(jì)算公式,式中應(yīng)力擴(kuò)散角不大于45度。《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析》[4]1.2.3給出了擴(kuò)散角的具體取用值:在混凝土中按45度考慮,在土中可按30度考慮。
某工程柱網(wǎng)尺寸為8mx8m,地下室頂板考慮消防車荷載,頂板上覆土1.5m,考慮采用主梁+十字次梁布置的方案。雙向板跨度為4mx4m,消防車荷載標(biāo)準(zhǔn)值為35kN/m2,查規(guī)范附錄B考慮覆土折減系數(shù)為0.83,線性插值4mx4m的消防車荷載為30kN/m2,作用在板面的消防車荷載大小為30x0.83=24.9kN。計(jì)算次梁時(shí),考慮活荷載折減系數(shù)0.8,荷載大小為24.9x0.8=19.92kN/m2。計(jì)算主梁時(shí),按8mx8m考慮,消防車荷載標(biāo)準(zhǔn)值為20kN/m2,考慮活荷載折減系數(shù)0.8,荷載大小為20x0.8=16 kN/m2。計(jì)算墻、柱時(shí),按8mx8m考慮,消防車荷載標(biāo)準(zhǔn)值為20kN/m2,考慮活荷載折減系數(shù)0.8,荷載大小為20x0.8=16kN/m2。
3、消防車荷載在軟件中的實(shí)現(xiàn)
在以前的設(shè)計(jì)中,因?yàn)橄儡嚭奢d的特殊性,設(shè)計(jì)人在設(shè)計(jì)時(shí),為考慮不同構(gòu)件設(shè)計(jì)所取用的消防車荷載不同,往往需要分幾個模型,分別計(jì)算主梁和墻柱、次梁和板、以及基礎(chǔ)。該方法比較繁瑣,給設(shè)計(jì)人帶來不小的困擾。隨著軟件不斷升級完善,一個模型可以完成所有分析,逐步解決了設(shè)計(jì)人的煩惱。以YJK軟件為例(以上面例子作為荷載輸入):
(1)在建模階段,定義一個自定義工況,選擇消防車,修改相關(guān)系數(shù),并在模型相應(yīng)區(qū)域輸入相應(yīng)的消防車荷載值。
(2)在前處理,計(jì)算參數(shù)設(shè)置里面,定義消防車荷載工況的對應(yīng)組合。
(3)在前處理,活荷載折減設(shè)置里面,設(shè)置主梁、次梁、墻柱的折減系數(shù)。比如:消防車定義時(shí),設(shè)置的梁折減系數(shù)為0.8,輸入的消防車荷載為24.9kN/m2,則此處次梁折減系數(shù)就是軟件默認(rèn)的0.8,主梁、墻柱折減系數(shù)應(yīng)該修改為:0.8x20/24.9=0.6426。
(4)完成計(jì)算分析,查看構(gòu)件信息,可以看到消防車荷載的組合情況。
結(jié)論:
由于消防車荷載的特殊性,若按常規(guī)活荷載方式輸入,將難于滿足規(guī)范的相應(yīng)要求,不嚴(yán)謹(jǐn)。在當(dāng)下的設(shè)計(jì)中,甲方越來越要求經(jīng)濟(jì)性,合理的利用軟件輸入消防車荷載,既能滿足規(guī)范的相應(yīng)要求,也能滿足一定的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。
參考文獻(xiàn):
[1]GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.
[2]建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范疑難熱點(diǎn)問題及對策[S].北京:中國電力出版社,2015.
[3]結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2018.
[4]建筑結(jié)構(gòu)設(shè)問答及分析(第二版)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.
作者簡介:
陳正澤(1986-),男,本科,工程師,主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。