关于消防车荷载的简化计算

关于消防车荷载的简化计算规范明确规定了等效均布荷载的计算原则，但由于消防车轮压位置的不确定性，实际计算复杂且计算结果有时与规范数值出入很大，对双向板问题更加突出.为方便设计，并应网友的要求，此处提供满足工程设计要求的等效荷载计算表（此为博主正在编辑整理的书稿内容），供设计者选择使用。1．不同板跨时，双向板等效均布荷载的简化计算表格表1中列出了在消防车（300kN级）轮压直接作用下，不同板跨的双向板其等效均布荷载简化计算数值，供读者参考。表1消防车轮压直接作用下双向板的等效均布荷载板跨（m）2.02.53.03.54.04.55.05.5≥6.0等效均布荷载(kN/m2)35.033.131.329.427.525.623.821.920.02.不同覆土厚度时，消防车轮压等效均布荷载的简化计算不同覆土厚度时，对消防车轮压等效均布荷载数值的计算可采取简化方法，考虑不同覆土厚度对消防车轮压等效均布荷载数值的影响，近似可按线性关系按表2确定。表2消防车轮压作用下，不同覆土厚度时的等效均布荷载调整系数覆土厚度（m）≤0.250.500.751.001.251.501.752.002.25≥2.50调整系数1.000.920.850.770.700.620.550.470.400.323.综合考虑板跨和不同覆土层厚度时，消防车轮压等效均布荷载的确定考虑板跨和不同覆土层厚度确定消防车轮压作用下的等效均布荷载数值时，可采用简化计算方法，参考表-3，表-4确定不同板跨、不同覆土层厚度时的等效均布荷载数值。表3消防车轮压作用下单向板的等效均布荷载值(kN/m2)板覆土厚度（m）跨（m）≤0.250.500.751.001.251.501.752.002.25≥2.50≥235.032.429.727.124.521.819.216.613.911.3表4消防车轮压作用下双向板的等效均布荷载值(kN/m2)板格的短边跨度（m）覆土厚度（m）≤0.250.500.751.001.251.501.752.002.25≥2.502.035.032.429.727.124.521.819.216.613.911.32.533.130.728.325.823.421.018.616.113.711.33.031.329.126.924.622.420.218.015.713.511.33.529.427.425.423.421.419.317.315.313.311.34.027.525.723.922.120.318.516.714.913.111.34.525.624.022.420.819.217.716.114.512.911.35.023.822.421.019.618.216.915.514.112.711.35.521.920.719.518.417.216.014.813.712.511.3≥6.020.019.018.117.116.115.214.213.212.311.34.等效均布荷载属于结构估算的范畴，追求过高的计算精度对工程设计而言没有必要。实际工程中应注意效应的统一性，即注意在不同效应时，等效荷载不可通用。自从我的《建筑结构设计规范应用图解手册》出版以来，常有读者就第13页表4.1.1-3的“覆土厚度足够”提出量化要求，今补充说明如下：表4.1.1-3覆土厚度足够时消防车的荷载汽车类型100kN汽车150kN汽车200kN汽车300kN汽车550kN汽车荷载(kN/m2)4.256.348.5011.2511.38覆土厚度足够时hmin（m）2.502.402.352.302.60足够的覆土厚度指：汽车轮压通过土层的扩散、交替和重叠，达到在某一平面近似均匀分布时的覆土层厚度。足够的覆土厚度数值应根据工程经验确定，当无可靠设计经验时，可按后轴轮压的扩散面积不小于按荷重比例划分的汽车投影面积确定（如：300kN级汽车，汽车的合理投影面积为（8+0.6）×（2.5+0.6）=26.66m2，后轴轮压占全车重量的比例为240/300=0.8，取后轴轮压的扩散面积为0.8×26.66=21.33m2，相应的覆土厚度为hmin，当实际覆土厚度h≥hmin时，可认为覆土厚度足够）取表中hmin数值。对“荷载规范”第4.1.1条的理解与应用（注意：本文上传过程图及符号丢失，请核查原文）一、规范的规定见《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（以下简称“荷载规范”）第4.1.1条。二、对规范规定的理解“荷载规范”表4.1.1可从以下三方面理解：1．表4.1.1中的均布活荷载为作用在楼面上的荷载，需要说明的是：表4.1.1中的所有荷载均为直接作用在楼面上的荷载，仅可用于楼面板设计计算，用于楼面梁、柱、墙及基础计算时的荷载需按“荷载规范”第4.1.2条要求折减。2．符合表4.1.1注3规定时，按表中数值取用。3．不符合表4.1.1注3规定（如汽车总重量大于300kN等）时，按结构效应等效原则，将车轮的局部荷载换算为等效均布荷载。三、结构设计的相关问题1．车辆荷载尤其是消防车对楼面的荷载作用，主要应考虑车辆满载重量及汽车轮压的动荷载效应，动力系数与楼面覆土厚度等因素有关，见表4.1.1-1。表4.1.1-1汽车轮压荷载传至楼板和梁的动力系数覆土厚度（m）0.250.300.350.400.450.500.550.600.65≥0.7动力系数1.301.271.241.201.171.141.101.071.041.0注：覆土厚度不为表中数值时，其动力系数可按线性内插法确定。2．表4.1.1中第8项实际上是汽车轮压直接作用在楼板上的等效均布活荷载，对于跨度较大的楼板还应考虑多辆汽车的共同作用。1）对客车荷载，不能将客车车库的楼面等效荷载（表4.1.1中第8项数值）与其楼面实际荷载混为一谈，当楼板的形式及支承情况不同时楼面等效荷载的计算数值也不相同。等效荷载数值的不同不是楼面实际荷载的不同，而是在相同楼面荷载（客车荷载）下，不同形式楼板按跨中弯矩相等折算出的等效荷载数值不同，因此，结构设计中将客车荷载按规范的等效荷载数值限制是不恰当的，且容易得出同一客车停车库（场）有两种不同荷载限值的错误结论；对客车车库的荷载应以限定客车的种类为宜，如限定停放载人少于9人的客车（每一车位最小范围2.5m×4.5m）等；2）对消防车荷载，若不考虑板顶的覆土厚度对消防车轮压的影响而统一取用表中数值，当地下室顶板顶面覆土厚度较厚时，显然是不合适的，现举例说明之。例如：某工程纯地下室（顶板为板跨小于2m的单向板）顶面为覆土厚度3m的绿化地面，消防车（30t级）道贯穿其中，覆土已将消防车轮压局部荷载基本扩散为均布荷载，由表4.1.1-3可知：30t消防车在车身平面内的平均荷载仅为11.25kN/m2，显然消防车的任何排列方式均不可能达到表4.1.1中35kN/m2的荷载数值。3．“荷载规范”条文说明中指出，“对20~30t的消防车，可按最大轮压为60kN作用在0.6m×0.2m的局部面积上的条件确定”，为此，应按《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构）（以下简称“结构技术措施”）图2.3.2和图2.3.3确定汽车纵横方向的排列间距。表4.1.1-2各级汽车荷载的主要技术指标主要指标单位汽车-10级汽车-超10级汽车-20级汽车-超20级主车重车主车重车主车重车主车重车一辆汽车总重力kN100150200300550一行汽车车队中重车数量辆—1111前轴重力kN3050706030中轴重力kN————2×120后轴重力kN701001302×1202×140轴距m4.04.04.04.0+1.43+1.4+7+1.4轮距m1.81.81.81.81.8前轮着地宽度及长度m0.25×0.200.25×0.200.3×0.20.3×0.20.3×0.2中、后轮着地宽度及长度m0.5×0.20.5×0.20.6×0.20.6×0.20.6×0.2车辆外形尺寸（长×宽）m7.0×2.57.0×2.57.0×2.58.0×2.515.0×2.5车身投影范围的平均重量kN/m25.728.5711.4315.0014.674．各类汽车在其投影面积范围（考虑汽车之间的纵向及横向最小间距均为600mm）内的平均荷重见表4.1.1-3。表4.1.1-3覆土厚度足够时消防车的荷载汽车类型100kN汽车150kN汽车200kN汽车300kN汽车550kN汽车荷载(kN/m2)4.256.348.5011.2511.385．目前结构设计计算中，出于对结构抗震设计的考虑，地下室承受的土压力一般均按静止土压力计算，土压力系数值一般取0.5。四、设计建议1．对于直接承受消防车荷载的结构楼面（屋面）板，当符合“荷载规范”要求时，可进行简化计算，即直接采用表4.1.1中均布活荷载数值；当不符合时，应计算汽车轮压的局部荷载效应。2．楼板和梁的设计计算中，应考虑汽车轮压的动力系数，可按表4.1.1-1考虑顶板板顶以上覆土对汽车轮压动力系数的降低作用。3．考虑汽车轮压压力扩散的计算方法1）在汽车荷载作用下，管沟壁或地下室外墙的侧向压力如图4.1.1-1；图4.1.1-1管沟壁或地下室外墙的侧向土压力图4.1.1-2不考虑轮压扩散时的土压力图4.1.1-3考虑轮压扩散时的土压力（=）（＜）当上端自由下端固定时，在宽度范围内，墙底总弯矩：（4.1.1-1）当上端简支下端固定时，在宽度范围内，墙底总弯矩：（4.1.1-2）式中——汽车荷载在深度为及处的水平侧压力；——汽车荷载在深度为及处的水平侧压力分布宽度，其值=轮宽+两侧各按300角向下扩散的宽度。表4.1.1-4主动土压力系数土的内摩擦角1502002503003504004500.5880.4900.4060.3330.2700.2170.1712）依据《城市供热管网结构设计规范》CJJ105-2005的规定，轮压在混凝土结构中的扩散按单边1：1考虑，即相当于取图4.1.1-1中扩散角=450；轮压在土中的扩散按深度每增加1m，单边扩散宽度增加0.7m考虑，即相当于取图4.1.1-1中扩散角=350。（4）主动土压力系数见表4.1.1-5；静止土压力系数取0.5。（5）静止土压力系数随土体密实度、固结程度的增加而增加，对正常固结土取值见表4.1.4-5。表4.1.1-5静止土压力系数土类坚硬土硬—可塑粘性土粉质粘土、砂土可—软塑粘性土软塑粘性土流塑粘性土0.2~0.40.4~0.50.5~0.60.6~0.750.75~0.8自然状态下的土体内水平向有效应力，可以认为与静止土压力相等，土体侧向变形会改变其水平应力状态，最终的水平应力，随着变形的大小和方向而呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态。事实上，地下室的施工工艺决定了其周围的土只能是回填土，应取用相应的主动土压力系数，而静止土压力一般可用在不允许有位移的支护结构，并不适合用于地下室外墙或挡土墙的设计计算中。现阶段地下室外墙或挡土墙的设计计算，可结合设计现状进行适当的调整，即考虑地震往复作用对接近地表之地下室土压力的增大作用，建议地下室顶部土压力可按静止土压力系数计算，而地下室底部土压力系数可按主动土压力系数计算（见图4.1.1-3）。而在挡土墙的裂缝宽度计算中，则地下室的土压力均宜按表4.1.1-5取用主动土压力系数（见图4.1.1-4）。图4.1.1-3承载能力极限状态计算时的土压力取值图4.1.1-4正常使用极限状态计算时的土压力取值对“荷载规范”第4.1.2条的理解与应用（注意：本文上传过程图及符号丢失，请核查原文）一、对规范规定的理解对规范的上述规定可以从下列三方面理解并归纳为表4.1.2-1和表4.1.2-2。1）支承结构构件的不同，其楼面活荷载的折减系数也不同。2）楼面活荷载的类型及数值的不同，其楼面活荷载的折减系数也不同。3）上述梁、墙、柱基础的活荷载折减均是对楼面活荷载（表4.1.1）数值的折减。表4.1.2-1设计楼面梁时楼面均布活荷载标准值的折减系数梁的从属面积（m2