消防车活载取值探讨

　　摘要：由于《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)(2006年版)中消防车的活载是在无覆土的情况且在一定板跨范围的给出的取值，本文针对有覆土的地下室顶板，通过考虑覆土对消防车荷载的扩算折减，给出不同覆土厚度和不同板跨的的消防车活载取值。

　　关键词：消防车活载, 覆土厚度,等效荷载

　　随着城市的发展，高层建筑越来越多，无论是结构设计需要或业主的需求，一般的高层办公楼、大型的商场或住宅小区都设有较大面积的地下室。大多地下室顶板上都有较厚的覆土，来满足小区的绿化要求，而通常消防车道也布置在地下室顶板上。消防车活载如何取值，《建筑结构荷载规范》(2006年版)[1]，(以下简称《荷载规范》)第4.1.1条写到：对板跨不小于2m的单向板，消防车活载取35kN/m2，对于双向板楼盖(板跨不小于6mx6m)和无梁楼盖(柱网尺寸不小于6mx6m)取20kN/m2，此条款的适用条件是顶板上无覆土且板跨和柱网尺寸必须满足上述要求。显然，一般的地下室设计很难满足上述条件，针对这个问题，《荷载规范》注释里写到：当不符合本表要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的的等效原则，换算成等效均布荷载。而实际工程中，许多设计人员不管板跨大小、覆土厚度对消防车活载统一取13 kN/m2，16kN/m2，20kN/m2等，或过大的考虑了覆土对消防车轮压的扩算作用存安全隐患，或不考虑覆土的影响造成地下室顶板配筋过大不经济。

　　本文旨在全面考虑覆土和板跨影响的情况下，按照荷载最不利布置的原则确定消防车的位置，采用荷载效应的等效原则，给出常用的覆土厚度和板跨下的消防车活载值，供结构设计人员参考。

　　1 消防车主要参数

　　《荷载规范》中消防车活荷载是适用于满载重量为300 kN的大型车辆，本文研究的消防车类型与规范统一，考虑满载重量为300 kN。从理论上来说，消防车的活载应考虑多台消防车并排及并列时的组合情况。但实际上，一般消防车道设计只有4m宽(消防登高面除外)，很难并排两辆或以上消防车，另外，消防车四周还需要一定的操作空间，很难在一个板跨内停放两辆消防车。因此，地下室顶板上的消防车活载可只考虑一辆消防车的情况。

　　《建筑结构荷载设计手册》(第二版)[2]附录三中详细介绍了满载300 kN汽车的主要技术指标：前轴重60kN，后轴重2x120kN，有2个前轮和4个后轮，轮胎着地尺寸均为0.2mx0.6m，平面尺寸见图1。

　　2 影响消防车等效均布活载的主要因素

　　影响消防车等效均布活载的主要因素有：地下室板厚、动力系数、扩算角、顶板覆土厚度、板跨大小等等。

　　有覆土顶板厚度一般为200mm厚，本文假定板厚为200mm。汽车轮压的动力系数按《城镇供热管网结构设计规范》[3]附录的取值，见表一。对于汽车轮压在混凝土和填土中的扩算角，本文参照《城镇供热管网结构设计规范》[3]附录C中的规定，假定轮压在混凝土中的扩算角为45º，在填土中的扩算角为35º。

　　3 消防车等效均布活载的计算

　　以双向板为例，消防车荷载的扩散图见图-2所示。

　　由《荷载规范》附录B有一个轮压荷载(不考虑其它轮压荷载的影响)的计算宽度为：

　　其中s——地下室顶板上的填土厚度。

　　考虑图3中所示两种临界状态，得出：s1=1m，s2=0.43m。

　　于是，当s≤0.43m时，中后四轮轮压扩算后互不影响，一个轮压的荷载的计算宽度为

　　根据《建筑结构荷载设计手册》(第二版)[2]附录四双向板楼面等效均布荷载计算表，以4mx4m板为例，计算如下：

　　当s=0.6时，μ0=1.05，bcx=0.4+1.4x0.6=1.24m，bcy=2.2+1.4x0.6=3.04m，局部均布荷载q=μ0Q/ bcx bcy=1.05x120/1.24/3.04=33.43 kN/m2，消防车活载的最不利布置如图4所示，经比较图4中布置一更不利。于是有ζ=1.1/4=0.275，η=0.5，查表得：θ= max{θx，θy }=θy=0.3395

　　qe=qθ=33.43x0.3395=22.7 kN/m2

　　当s=1.2时，μ0=1.0，bcx= bcy=2.2+1.4x1.2

　　=3.88m，q=μ0Q/ bcx bcy=1.0x240/3.882=15.94 kN/m2

　　此时消防车活载的最不利布置为局部荷载中心和板中心重合。通过理正计算软件算得：

　　M=10.78 kN.m/m，另有四边简支板均布荷载下的弯矩M=0.04416 qel2，故有qe=10.78/0.04416/4/4=15.3 kN/m2。其它板跨和覆土厚度下的消防车活载取值以此类推。本文对常用的几种情况列表如下：

　　4 结论

　　从表2中可看出，当覆土厚度较小时，板跨度越大，消防车的等效荷载越小;当覆土厚度大到一定值时，板跨对消防车的等效荷载影响很小;覆土厚度越大，土的扩散对消防车的荷载折减越明显。

　　参 考 文 献

　　[1] GB5009-2001 建筑结构荷载规范 [S].2006年版. 北京：中国建筑工业出版社，2006.

　　[2] 陈基发，沙志国. 建筑荷载结构设计手册(第二版)[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.

　　[3] CJJ105-2005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.

　　[4] 杨宏. 消防车等效均布荷载的计算[J]. 四川建筑，2008，28(3)：92-94，96.

　　[5] 朱炳寅. 汽车等效均布荷载的简化计算[J]. 建筑结构·技术通讯, 2009，39(3)：17-18.

　　[6] 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)：105-106.

　　[7] 范重.消防车等效均布荷载取值研究[J].建筑结构，2011，41(3)：1-6.

《消防车活载取值探讨》

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