消防车等效均布荷载的计算

消防车等效均布荷载的计算

【摘要】消防车荷载的取值，一直比较混乱，为使消防车荷载有一个较为合理的取值,笔者对消防车等效荷载进行了常见的几种情况的计算，供设计界同仁参考。

【关键词】消防车等效荷载轮压扩散角动力系数

消防车荷载的取值,就目前来说,一直比较混乱, 有按《建筑结构荷载规范》（下面简称《荷载规范》）要求单向板（板跨度≥2m）取35kN/㎡、双向板（板跨度≥6m）取20kN/㎡的,也有取等效均布荷载为26kN/㎡的, 还有主梁取0.8X20=16kN/㎡次梁为0.95X20=19kN/㎡的,如此等等,各种取法都有。而消防车荷载的取值又属“强条”。《荷载规范》表4.1.1注第3条：“……;当不符合本表的要求的时候,应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则,换算为等效均布荷载。”即消防车荷载的取值大小应按等效均布荷载计算。这些对每一个设计人员来说,都是清楚的。但是在实际工程中,由于等效均布荷载计算过程较为繁琐, 设计周期又短等各种原因,大都未进行等效均布荷载的计算。一般来说,凡取等效均布荷载的,都没有相应的计算资料, 大都采取“估算”的办法。

就目前成都建筑市场而言,基本上都采用大底盘地下室,其上部修建若干栋多、高层建筑，这样必然出现小区内的消防通道置于地下室的顶板上。而地下室的顶板设计，一般采用井字梁楼盖或十字梁楼盖,板跨大都小于6.0mX6.0m,故消防车荷载是不能取20kN/㎡。而应按规范要求进行等效均布荷载计算（单向板或密肋楼盖较少采用,所以此处仅就双向板进行分析）。为使消防车荷载有一个较为合理的取值,笔者对消防车等效均布荷载进行了常见的几种情况的计算，供设计界同仁参考，以飨读者。

1.荷载计算

消防车荷载均沿消防车道布置。小区道路通常不是很宽，一般在5m左右，所以消防车按单列布置（当小区消防通道宽度≥6 m时，应按并列两辆消防车的布置进行等效均布荷载计算。此种情况,不在本文叙述范围）。为求最不利情况,按两车车尾对车尾的排列，两车尾间净距按500㎜计，消防车总重量按《荷载规范》要求,以300 kN计算。消防车荷载前、后桥轮压及车列布置见图1～图3, 轮压面积按200㎜X600㎜计。

2.楼板计算

2.1. 有填土

地下室柱网尺寸一般为6.6m～7.8m，结构布置常采用井字梁楼盖或十字梁楼盖,如图4。地下室顶板上部，由于绿化需要,均有填土, 填土厚度一般为600～900㎜,计算时考虑了填土层压力扩散影响,其压力扩散角θ取22°,钢筋混凝土顶板厚度按160㎜计, 压力扩散角θ取45°,如图5:

当采用井字梁楼盖时从图6可以看出,,局部压力扩散后,基本连成一片,且其覆盖面积已超出井字楼盖中一块板的面积。所以可将后桥轮压直接除以面积,就得到板的等效均布荷载,见表一。

当采用十字梁楼盖时，板跨为3.3X3.3～3.9X3.9,从图6中可以看出,轮压扩散后面积基本覆盖全板,故可以按板面积平均,则得表二:

表一

表二

2.2 无填土

当板上无填土时, 对于井字梁楼盖则以后桥轮压计算板的等效均布荷载。由于当一个轮子放在板中心时,另一个轮子已在板外,所以只须考虑板中心一个轮压进行计算。如图7。

如图8：板厚度仍按160㎜计, 扩散角θ取45°,不考虑道路面层的影响，计算时以局部荷载在板跨中心处所引起的弯矩与等效均布荷载在板跨中心处所产生的弯矩相等的原则确定。计算结果见表三（计算过程从略）。

当采用十字梁楼盖时,利用“影响线”原理,板跨中心最大弯矩时的轮压位置按图9布置,计算原则同井字梁楼盖, 计算结果见表三（计算过程从略）。

表三

3. 次梁计算

次梁的等效均布荷载,按简支梁跨中弯矩相等的原则进行计算。消防车轮压局部荷载作用下的最大弯矩最不利布置按多个集中力作用下的影响线求得。考虑一侧轮压作用在梁上（不考虑填土的扩散作用）, 另一侧轮压实际作用在板上。为采用现有程序计算方便,将其简化为另一侧轮压作用在另一次梁上,并且不考虑轮压的扩散作用,直接按集中力进行计算，如图10。由此计算得到次梁的等效均布荷载。结果见表四、表五（计算过程从略）。

表四：井字梁

4. 主梁计算

主梁等效均布荷载计算，也按简支梁跨中弯矩相等的原则进行。同样考虑最不利荷载布置,采用与次梁同样的简化方法计算求得主梁的等效均布荷载。如图11。结果见表六、表七（计算过程从略）。

表七：十字梁

按《荷载规范》第6.4.2条:“……车辆起动和刹车的动力系数,可采用1.1～1.3；其动力荷载只传至楼板和梁”。对于消防车而言, 起动和刹车属瞬间荷载,不像车库起动和刹车随时都存在,且可能数台车同时起动和刹车。毕竟火灾的发生具有偶然性,再加以顶板上填土的减震作用, 消防车制动对楼板和梁的影响也是很有限的。所以,笔者认为,对有填土的消防车荷

载其动力系数K可以取1.0；对无填土的消防车荷载其动力系数K可以取《荷载规范》规定的1.1～1.3的中间值1.15～1.2。

6.建议

6.1本文中所得消防车等效均布荷载只考虑了消防车本身的荷载，而实际尚应考虑其他荷载的存在,如:指挥车或其他消防器具、围观群众等荷载。故应在计算主梁和次梁时的等效均布荷载再加上一均布荷载值,笔者建议此值可取2.0 kN/㎡。

6.2对防空地下室中钢筋混凝土结构构件来说,处于屈服后开裂状态仍属正常的工作状态,这点与静力作用下结构构件所处的状态有很大不同。冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋等经冷加工处理的钢筋伸长率低,塑性变形能力差,延性不好。地下室顶板由于车辆起动和刹车均产生的是动力作用,笔者认为, 顶板配筋不宜采用冷加工处理的钢筋。

参考文献

【1】《建筑结构荷载规范GB 50009—2011 2011年版》

【2】朱炳寅《对荷载规范第4.1.1条的理解与应用》建筑结构随刊赠阅2006.5月

【3】陈基发沙志国编著《建筑结构荷载设计手册第二版》