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1、第24卷第5期2008年10月结 构 工 程 师Structural EngineersVol.24,No.5Oct.2008收稿日期:2008-03-20足够覆土下车库顶板消防车活荷载合理取值李永康1 马国祝2(1.浙江大学土木工程学系,杭州310027;2.日照市建设工程施工图审查中心,日照276826)摘 要 建筑结构荷载规范(2006版)实施一年多来,人们对4.1.1条第8项消防车活荷载取值争议颇多,尤其在考虑覆土厚度影响时,从送审的图纸看,不同设计人员取值差别很大。针对此问题,考虑到覆土对消防车轮压的扩散作用,计算出当履土达到足够厚度时消防车活荷载的合理取值,所得结果可供结构设计人员
2、和审查人员参考。关键词 消防车活荷载,足够覆土,车库顶板,合理取值,等效均布活荷载Reasonable Value of L ive Load for Fire Engines on the GarageRoof with Enough Soil CoverL I Yongkang1MA Guozhu2(1.Department of Civil Engineering,College of Civil Engineering and Architecture,ZhejiangUniversity,Hangzhou 310027,China;2.RizhaoWorkingDrawing Exa
3、mination Center of ConstructionProjects,Rizhao 276826,China)Abstract“Load code for the design of building structures”(2006 edition)has been implemented for morethan a year,people dispute quite a lot to the value of fire engine live load,especially as considering theinfluence of soil thickness,design
4、ers have different idea about the value of live load.The reasonable value offire engine live load was calculated in this paper in view of the fire engine wheel2pressure diffusion due to thesoil.These resultsmay be the references to the structural designers and the examination person.Keywordslive loa
5、d of fire engine,soil thickness,garage roof,reasonable value,equivalent unifor m live load1 引 言 建筑结构荷载规范(2006年版)1(以下简称规范)实施一年多来,争议较多的就是消防车道活荷载的合理取值问题。规范只规定了板跨不小于2 m的单向板取35 kN/m2,板跨不小于6 m6 m双向板楼盖取20 kN/m2,对不符合上述情况的消防车活荷载,规范只在注3中说明应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则,换算为等效均布活荷载。实际工程设计中,车库顶一般都有不同厚度的覆土,且双向板跨一般为3 m左右,很少做
6、到6m以上。因此设计人员在做每一项工程时,几乎都要对消防车道荷载取值进行等效换算。从送审图纸看,相同板跨和相同覆土厚度的车库顶板,车道活荷载取值差别很大,许多设计人员不考虑实际板跨及覆土厚统一取10 kN/m2,15 kN/m2,20 kN/m2等。由于荷载取值不同直接关系到车库顶板梁高及配筋,因此在满足规范要求的前提下,合理的取值是保证工程安全和经济的重要保证。目前有关覆土对消防车活荷载折减的介绍资料较少。邹海莉等3 提出按照45 对消防车轮压在不同厚度覆土中进行扩散,采用扩散后的活荷载作为车库顶面均布活荷载,由于消防车轮压在土中的扩散角度与覆土的性质和路面构造有关,若按45扩散角取值,其计
7、算结果偏小;朱炳寅4 提出当覆土厚度足够时(对300 kN消防车,相应的覆土厚度最小值为2.5 m)消防车荷载可取11.25 kN/m2,其结果在设计中较难采用。本文针对上述问题,按照轮压在土中的扩散角取35计算出不同厚度覆土下的消防车活荷载合理取值,供设计人员和审查人员参考。2 消防车轮压扩散作用计算2.1 轮压在土中扩散角的确定地下车库顶消防车道路面做法一般为180厚C25混凝土路面,300厚37灰土与素土夯实。参考 城市供热管网结构设计规范 5,轮压在混凝土中的扩散角为45,在土中的扩散角为35,偏于安全取消防车轮压在土中扩散角为35进行计算。2.2 计算依据规范表4.1.1中第8项给定
8、的消防车荷载,只能用于当轮压直接作用在楼板上时的等效荷载,当不符合规范规定的情况时,不可直接采用规范给定的数值。此时,首先应根据汽车轮压扩散原理计算轮压(取后轴轮压)作用在楼板上的局部荷载(荷载数值及作用面积),然后根据楼面等效活荷载的等效原则(见规范附录B)将轮压局部荷载等效为楼面等效均布荷载。消防车对楼面的荷载作用,主要包括车辆满载重量和汽车轮压的动荷载效应,根据规范4.1.1条的说明,一般取300 kN的消防车,按最大轮压为60 kN考虑。动力系数与楼面覆土厚度等因素有关(见表1),取值参照规程2第4.2.5条。300kN消防车平面尺寸和横向布置参照全国民用建筑工程设计技术措施(结构),
9、如图1所示。表1不同厚度覆土下动力系数dTable 1Dynam ic coefficient of differentsoil thickness覆土深度/m0.250.300.400.500.600.7动力系数1.301.251.201.151.051.0图1300kN消防车平面尺寸和横向布置(单位:mm)Fig.1Fire engine plane size and transverse arrangement消防车轮压传递至板顶的竖向压力标准值2为qvk=d6ni=1Qvi,kab=d6ni=1Qvi,k6mai=1ai+6ma-1j=1daj+1.4H6mbi=1bi+6mb-1j=
10、0dbj+1.4H(1)式中 qvk 消防车轮压传递至板顶的标准值(kN/m2);n 车轮总数;H 覆土厚度(m);ai 第i个车轮的着地分布长度(m);bi 第i个车轮的着地分布宽度(m);d 动力系数;ma 沿车轮着地分布长度方向的车轮排数;mb 沿车轮着地分布宽度方向的车轮排数;daj 沿车轮着地分布长度方向,相邻两个车轮间的净距(m);dbj 沿车轮着地分布宽度方向,相邻两个车轮间的净距(m);Qvi,k 消防车第i个车轮轮压标准值(kN)。(1)考虑一台消防车,取后面4个轮子作用于车库顶板覆土上(图2)。图2 一台消防车轮压传递分布图Fig.2The wheel2pressure d
11、istribution of a fire engine 取n=4,ai=0.6,bi=0.2,daj=0.8,dbj=1.6,ma=mb=2,Qvk=60代入公式(1),得qvk=4dQvkab=4dQvk(2ai+0.8+1.4H)(2bi+1.6+1.4H)32 结构分析 结构工程师第24卷第5期 qvk=240d(2.0+1.4H)(2.0+1.4H)(H1.1 m)(2)当0.5m H 1.1m时,扩散后荷载作用范围为a1b1(图3)。图3 一台消防车轮压传递分布图(H1.0)Fig.3The wheel2pressure distribution of afire engine(H
12、1.0)qvk=120da1b1=120d(2.0+1.4H)(0.2+1.4H)(0.6 mH1.0 m)(3)当H500mm时覆土较薄,对荷载扩散作用不明显,在此不予考虑。(2)考虑2台消防车后面4个轮子并排布置(图4)。图42台消防车轮压传递分布图Fig.4The wheel2pressure distribution of t wo fire engines 取n=8,ai=0.6,bi=0.2,daj=0.8,db1=db3=1.6,db2=1.1,ma=2,mb=4,Qvk=60代入公式(1),得:qvk=8dQvkab=8dQvk(2ai+0.8+1.4H)(4bi+4.3+1.
13、4H)=480d(2.0+1.4H)(5.1+1.4H)(H1.1 m)(4)当0.7m H 1.1m时,扩散后荷载作用范围如图5所示,偏于安全取荷载在a1b2区域内满布的轮压标准值进行计算。图5 两台消防车轮压传递分布图(H 1.1)Fig.5The wheel2pressure distribution of twofire engines(H 1.1)qvk=240da1b1=240d(2.0+1.4H)(1.5+1.4H)(0.7 m H 1.1 m)(5)当H=0.6m,0.7m时取值同一台消防车。依据公式(2)式(5),按照覆土厚度和对应的动力系数,可算得在不同覆土厚度下消防车轮压
14、传递至板顶的标准值(表2)。表2不同厚度覆土对应的轮压标准值Table 2Characteristic value of the wheel2pressuredue to different soil thickness覆土厚/m一台车a1/mb1/mqvk/(kNm-2)两台车a1/mb2/mqvk/(kNm-2)0.62.841.0442.72.841.0442.70.72.981.1834.12.981.1834.10.83.121.3229.13.122.6229.40.93.261.4625.23.262.7626.71.03.401.6022.13.402.924.31.13.54
15、3.5419.23.546.6420.41.23.683.6817.73.686.7819.21.33.823.8216.53.826.9218.21.43.963.9615.33.967.0617.21.54.104.1014.34.107.2016.31.64.244.2413.64.247.3415.41.74.384.3812.54.387.4814.71.84.524.5211.74.527.6213.91.94.664.6611.14.667.7613.32.04.804.8010.44.807.9012.72.3 覆土厚度与轮压荷载关系对表2中数据进行分析、归类,绘制覆土厚度与轮
16、压标准值关系图(图6)。从图6可以看出,随着覆土层厚度的增加,覆土层扩散作用对荷载的折减作用非常明显,实际设计中当覆土厚度足42Structural EngineersVol.24,No.5StructuralAnalysis够(可认为覆土厚度H1.1 m)时,若不考虑板顶的覆土厚度对消防车轮压的影响而一概按规范取值,显然是不合适的。当覆土厚度H1.0 m时,覆土层扩散作用对荷载的折减作用趋于平缓,影响不明显。图6 覆土厚度与轮压荷载关系曲线Fig.6The relationship between load of the wheel2pressureand different soil th
17、ickness3 消防车等效均布荷载合理取值工程设计中,车库顶板一般为板跨3 m左右的双向板,对双向板等效均布活荷载值,规范1并未给出具体计算公式,附录B第B.0.6条只说可按与简支板相同的原则,按四边简支板的绝对最大弯矩值来确定。实际计算时比较麻烦,给设计人员带来了诸多不便。3.1 双向板等效均布活荷载计算分析参照规范B.0.4条对四边支承双向板进行计算分析,局部荷载分布如图7所示,相关参数意义同B.0.5条。图7 四边支承双向板上局部荷载Fig.7Partial load on a t wo2way slab supported along four sides 计算流程图如下:图8 等效
18、均布活荷载计算流程图Fig.8The calculation flow chart of equivalentunifor m live load3.2 不同覆土下双向板等效均布活荷载值为了在工程中便于运用,利用VB编制程序,计算出不同板跨、不同覆土厚度下车库顶板等效均布活荷载值(表3)。表中当覆土厚度H1.0m时,由于轮压扩散后的荷载在ab区域内未满布,偏于安全对一台车取荷载在a1b1区域,对2台车取荷载在a1b2区域内满布的轮压标准值进行计算。4 结 论本文在考虑车库板顶覆土厚度对消防车轮压的扩散作用下,计算出比较接近实际的不同跨度双向板等效活荷载取值。计算结果表明,当板顶覆土厚度足够时(
19、H1.1 m),其对消防车活荷载的合理取值影响很大。从表3中数据可以得出:若覆土厚度大于2.0 m时,等效活荷载建议取值52 结构分析 结构工程师第24卷第5期 13 kN/m2;覆土厚度在1.52.0 m之间时,建议 表3车库顶板等效活荷载选用表Table 3The table of equivalent live load onthe garage roof覆土厚/mm双向板/(kNm-2)一台车/m两台车/m22333.63.622333.63.60.631.530.425.031.530.425.00.727.627.023.227.627.023.20.825.625.522.725
20、.625.522.70.924.024.022.124.024.022.11.022.122.121.622.122.121.61.119.219.219.219.220.420.41.217.717.717.717.719.219.21.316.516.516.516.518.218.21.415.315.315.315.317.217.21.514.314.314.314.316.316.31.613.613.613.613.615.415.41.712.512.512.512.514.714.71.811.711.711.711.713.913.91.911.111.111.111.11
21、3.313.32.010.410.410.410.412.712.7取值15kN/m2;覆土厚度在1.11.5m时,建议取值20kN/m2。在实际设计中当无可靠设计经验时,可参考表3相关数据,使得设计的车库既安全又经济。参考文献1 中国建筑科学研究院.GB500092001建筑结构荷载规范(2006年版)S.北京:中国建筑工业出版社,2006.2 北京市市政工程设计研究总院.CECS190:2005给水排水工程埋地玻璃纤维增强塑料夹砂管管道结构设计规程 S.北京:中国建筑工业出版社,2005.3 邹海莉.地下室顶板上消防车活荷载合理取值的探讨J.四川建筑,2006,26(1):1052106.
22、4 朱炳寅.对“荷载规范”第4.1.1条的理解与应用J.建筑结构技术通讯,2006(5):12214.5 北京市煤气热力工程设计有限公司.CJJ1052005城镇供热管网结构设计规范S.北京:中国建筑工业出版社,2005.(上接第21页)经济指标,以柱轴压比为延性指标,经过理论分析得出:装配式整体预应力板柱结构7.8 m跨度柱截面为600 mm600 mm时的30.8 m的高度是比较合理的;建筑物16层时(高度为44.8 m)柱截面为800 mm800 mm的9.0 m跨度是相对合理的。参考文献1 中国工程建设标准化协会.CECS 5293 整体预应力装配式板柱建筑技术规程 S.北京:中国计划
23、出版社,1994.2 中华人民共和国建设部.GB 5001102001建筑结构抗震设计规范 S.北京:中国建筑工业出版社,2001.3 中华人民共和国建设部.GB 500102002 混凝土结构设计规范 S.北京:中国建筑工业出版社,2002.4 中国工程建设标准化协会标准.CECS 1752004现浇混凝土空心楼盖结构技术规程 S.北京:中国计划出版社,2004.5Pilli SV.ShearReinforcementatslab2columnConnections inaReinforcedConcreteFlat platestructureJ.ACI,1982,79(1):36242.62Structural EngineersVol.24,No.5StructuralAnalysis