关于地下室顶板上消防车活荷载设计值的探讨

青岛理工大学学报

JournalofQingdaoTechnologicalUniversity

关于地下室顶板上消防车活荷载设计值的探讨

马宗玺1,刘爱娟2,江奎一1

(1.青岛市民用建筑设计院有限公司,青岛266071;2.青岛香根温泉置业有限公司,青岛266071)

摘　要:为达到设计更为经济、合理的目的,针对地下室顶板上消防车活荷载的取值进行了探讨.通过对消防车队的车轮作用方式和覆土垫层的扩散角选择,建立起合理的计算模型.按照荷载最不利布置原则布置消防车荷载,分别针对单向板和双向板计算了常见板跨及覆土层厚度条件下折减后的等效均布荷载值,并给出合理的设计取值.结果表明:覆土对地下室顶板的消防车荷载起明显的折减作用.折减后的消防车等效均布荷载,远小于规范中类似条件下未考虑覆土层时对应的荷载值.关键词:地下室顶板;消防车活荷载;覆土层;折减中图分类号:TU312+.1　　　文献标志码:A　　　文章编号:1673—4602(2009)03—0145—05

EqualLoadCalculationofFireEngineontheRoofofBasement

MAZong2xi1,LIUAi2juan2,JIANGKui2yi1

(1.QingdaoCivilArchitectureDesignInstituteCo.Ltd,Qingdao266071,China;2.QingdaoXianggenwenquanRealEstateCo.Ltd,Qingdao266071,China)

Abstract:Forthesakeofmoreeconomicalandreasonabledesign,thepaperanalysesthee2qualloadoffireengineontheroofofbasement.Withtheselectionofwheel’smodeandthediffusionangle,areasonablecalculationmodelisestablished.Theequalloadoffireengineisdisposedbasedontheprincipleofmostdisadvantagearrangement,andtheequalloadonone2wayslabandtwo2wayslabarecalculatedseparately.Theresultshowsthattheloadvaluewasreducedbyoverbarden.Thereducedequalloadoffireengineismuchlessthanthatinthesimilarconditionswithoutoverbardenincodes.

Keywords:theroofofbasement;equalloadoffireengine;overbarden;reduction

1　地下室顶板上消防车活荷载设计值的选择

随着社会的发展,住宅小区中地下空间的应用越来越广泛.为满足小区整体规划需要,这些地下室的顶板上往往会覆土以满足绿化、管网埋设及消防通行等要求.其中消防通行的需要决定了此类顶板在设计中必须考虑消防车活荷载的取值,而一些常见情况下该值的取值在现行规范中并未明确,笔者拟对此进行探讨.

(GB5000922001)(以下简称)中规定了消防车活荷载标准值:双向板《建筑结构荷载规范》《荷载规范》

(板跨不小于6m×6m)采用20kN/m2,单向板(板跨不小于2m)采用35kN/m2[1].但对于工程中常用的

收稿日期:2009—03—06

(),男,山东青岛人.工程师,主要从事建筑结构方面的研究.E2mail:mazongxi@139.com.作者简介:马宗玺19762　

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3～5m板跨的双向板,规范并未给出明确的荷载取值;对于常见的板顶覆土的情况,规范也未对荷载的折

减做出明确规定.通常情况下,结构工程师在设计中取值方法有两种:①不论板跨、填土厚度,全部按照单向板35kN/m2、双向板20kN/m2取值;②不考虑板跨大小,均凭主观判断,根据覆土厚度,在10～20kN/m2之间取值,甚至无论覆土厚度,直接取10kN/m2.前者往往板配筋过大,造成不必要的浪费,后者虽然可以达到节省工程投资的目的,但因为缺乏理论依据,仅凭主观判断随意性较大.

《荷载规范》第4.1.1条注l注明“:本表所给各项活荷载适用于一般使用条件,当使用荷载较大或情况特殊时,应按实际情况采用.”注3注明“:消防车活荷载是适用于满载总重力为300kN的大型车台;当不符合本表的要求时,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.”

实际工程中,作为室外地面的地下室顶板上一般都有一定厚度的覆土层[223],因此,可按上述规定,利用覆土层对消防车轮压的扩散作用,对消防车活荷载进行适当的折减.根据折减后的活荷载进行计算,以减小板构件的结构高度及配筋量,大大降低工程造价.

笔者的目的是针对规范盲区,为设计常规覆土地下室提供荷载取值的理论依据,使设计师在地下室设计过程中既不至于因取了较大消防车荷载而造成过度浪费,也不会因消防车荷载取值较小而造成危险.

2　计算依据

根据《荷载规范》4.1.1条的条文说明,消防车全车总重力取300kN,最大轮压为P=60kN,轮胎着

(JTGD6022004)之前,且地尺寸为016m×012m[1].因《荷载规范》颁布时间在《公路桥涵设计通用规范》

JTGD6022004中无300kN汽车的尺寸和横向布置[4],故计算中所有消防车尺寸、布置及荷载分布均应参

(JTJ0212)的规定.按照该规范2.3.1条,仅汽车—照《公路桥涵设计通用规范》20级车队荷载中含300

kN车台[5],故车队布置取汽车—20级车队.板跨取值范围考虑工程常见情况:工程上常见的覆土地下室一般为地下车库,其常见板跨为:2～3m的单向板(一般仅用于出入口通道)及3～5m的双向板,偶尔可见5～8m的双向板或无梁楼板.地下室常见覆土厚度一般在015～215m.故分析集中在上述范围内进行.

3　计算方法

3.1　车队、车道及车轮数选取

按照JTJ0212中汽车—20级车队布置,300kN车台与前、后车相距至少10m,故沿车道纵向范围同一板跨只需考虑一台消防车的荷载即可;根据JTJ0212中第2.3.1条第二款,仅当车道宽度大于9m时才考虑按三列车队布载,三列车队以下无需考虑汽车荷载折减,而小区内消防道通常都不会大于9m,故此计算中沿道路横向范围仅分析一、二列车队的荷载作用即可;根据图1,车前轮荷载较后轮小,距离也较远,对于本次分析范围内的单、双向板,若消防车4个后轮作用于板跨中心,则2个前轮荷载作用范围已超出该板跨范围,故计算中仅考虑较大的后轮荷载即可.

因此,仅需考虑一至二台消防车的后轮荷载作用.3.2　车库顶覆土压力扩散角的选择

《荷载规范》附录B楼面等效均布活荷载的确定办法中规定,考虑垫层扩散作用后的局部荷载的计算宽度为

bcx=btx+2s+h;bcy=bty+2s+h

实际上,上式仅适用于当垫层扩散角θ=45°时的情况;当扩散角θ≠45°时,公式应为

bcx=btx+2s×tanθ+h;bcy=bty+2s×tanθ+h

图1　300kN汽车的平面尺寸

式中:bcx,bcy为荷载作用面在两个方向的计算宽度;btx,bty为荷载作用面在两个方向的实际宽度;s为垫层

厚度;h为板厚;θ为垫层扩散角.

[6]

对于θ的取值《荷载规范》,中并无相应规定,文献中常常取θ=45°,而该情况仅适用于垫层为混凝土等刚性垫层,当垫层为回填土等柔性垫层时无疑过大.而实际工程中,绝大部分为回填土柔性垫层,因此

第3期　　马宗玺,等:关于地下室顶板上消防车活荷载设计值的探讨

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[7]

θ取值可参照《城镇供热管网结构设计规范》中附录C规定取θ=35°.

对于bcx、bcy的取值,考虑到消防车后轮轮距较近,每只轮胎下的荷载在经过一定厚度填土扩散后,作用面基本都能发生交叠,且一般消防车道均为刚性路面,也能起到协调相邻车轮荷载的作用,故可认为所有需要考虑的消防车后轮均作用在一个共同平面上,见图2.根据《荷载规范》4.1.1条的条文说明,轮胎着地尺寸为016m×012m,参照JTJ0212中第2.3.1条300kN汽车的平面尺寸及平面布置图,btx,bty的

取值应为

单车道:btx=114+016=210m;bty=118+012=210m双车道:btx=114+016=210m;bty=118×2+113+012=511m

h在工程中常见值为160～250mm,本次分析取200mm.经计算,相对于本次计算分析结果取值精度,h换为此范围内的其他板厚取值后,计算结果几乎无变化.3.3　等效均布活荷载的计算方法

仅考虑消防车荷载相对于板构件的折算,单向板按照《荷载规范》附录B中B.04、B.05中规定计算,双向板按照B.06中规定计算.3.4　计算结果

根据上述方法,考虑工程中常见板跨的单、双向板及常见覆土厚度,按照荷载最不利布置原则布置消防车荷载,荷载扩散折减后对应的折算值见表1—表5.

图2　消防车中、后轮扩散后荷载作用范围

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4　计算结果分析

4.1　单向板

从表1—表3(阴影部分数据为三种情况下的最大值)可见,两台消防车并排沿板跨方向经过覆土单向板的折算荷载最大,但与一台消防车作用下的折算荷载相差不大.在同样情况下,折算荷载随覆土厚度的增加而减小.但同样的覆土厚度下,由于汽车荷载扩散范围基本都超出常规单向板板跨范围,折算荷载不随板跨度的增加而减小或减小很少.由此可见,经过覆土层的折减后,等效均布消防车荷载远小于规范未考虑覆土层折减作用的35kN/m2,但多数情况下远大于部分设计人员常用的10kN/m2.

为免除繁琐的计算过程,提高工作效率,设计过程中常规情况下的地下室单向板取值可参照表6.

表6　覆土厚度不小于500mm、板跨不小于2m的单向板消防车的折算活荷载

覆土厚度h/mm等效均布荷载/(kN・m-2)

500≤h<1000

30

1000≤h≤1500

20

150015

h>2500

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4.2　双向板

从表4—表5(阴影部分数据为两种情况下的最大值)可见,除板跨为3m、覆土厚度为500mm时一台

消防车作用的折算荷载较大以外,在同样板跨及覆土厚度条件下两台消防车同时作用时的折算荷载均略大于一台消防车,这是因为在板跨约3m,覆土约500mm时,虽然两台车的荷载大于一台车,但其作用面积却大于一台车的2倍,因而出现实际均布荷载两台车小于一台车的情况.在同样条件下,折算荷载随板跨度、覆土厚度的增加而减小.但当覆土厚度达到一定深度时(尤其是板跨度较小时),折算荷载随覆土层厚度减小很少或不减小,这是由于具备了一定覆土层厚度后,汽车荷载扩散范围基本都超出常规双向板板跨范围,所以同样的覆土厚度条件下,常规双向板的折算荷载相同.

在不小于6m的双向板中,经过覆土层的折减后,单台消防车作用时的等效均布荷载均小于规范未考虑覆土层折减作用的20kN/m2,但两台车时的部分数据大于20kN/m2,可见规范考虑消防车作用时未考虑双车道情况.由于到地下室顶的消防车道有可能出现双车道的情况,且多数情况下消防车作业时可轻易进入消防车道附近区域,故实际设计时应考虑多车道情况.但无论是哪种情况,多数覆土、板跨条件下的消防车折算活荷载均远大于部分设计人员常用的10kN/m2.为免除繁琐的计算过程,提高工作效率,设计过程中常规情况下的地下室双向板取值可参照表7.板跨约6m,覆土厚度约500mm,双车道时表中计算值稍大于规范中无覆土层时规定的20kN/m2,但相差较小.考虑有覆土层时的折算荷载不应大同样条件下无覆土层时的荷载,故下表中板跨≥6m,500≤h<800对应的折算荷载取20kN/m2.表7　覆土厚度不小于500mm、板跨不小于3m的双向板消防车的折算活荷载

板跨/m

500≤h<800

800≤h<1000

2520

10002020

15001515

h>2500

kN/m2

覆土厚度h/mm

板跨<6板跨≥6

3020

1010

5　结束语

笔者的目的是为覆土地下室设计提供一定的依据,分析结果表明覆土对地下室顶的消防车荷载起明

显的折减作用,覆土越厚、板跨越大,折减作用越明显.消防车等效均布荷载经过覆土层的折减后,远小于规范中类似条件下未考虑覆土层时对应的荷载值,但多数情况下也远大于部分设计人员常用的10kN/m2.需要注意的是,笔者仅计算了板构件的等效均布荷载,对于梁、柱等构件未予考虑,实际设计工作中,

设计师应根据实际情况进行计算;在消防车荷载的计算过程中,消防车冲击力也未予考虑,设计工作中,设计师应根据不同条件取相应冲击系数进行计算;消防车荷载作为较少出现的荷载,在实际设计工作中,只要地下室顶不作为消防车停车场使用,就不应将其视为常规的可变荷载,将其视为偶然荷载比较合适,若不注意这一点,设计师可能在裂缝计算等过程中算得过大配筋.参考文献(References):

[1]　GB5000922001,建筑结构荷载规范[S].2006版.

GB5000922001,LoadCodefortheDesignofBuildingStructures[S].2006ed.

[2]　李永康,马国祝.足够覆土下车库顶板消防车活荷载合理取值[J].结构工程师,2008,24(5):22226.

LIYong2kang,MAGuo2zhu.ReasonableValueofLiveLoadforFireEnginesontheGarageRoofwithEnoughSoilCover[J].Struc2turalEngineers,2008,24(5):22226.

[3]　谢青吟.消防车等效荷载计算随想[J].山西建筑,2008,34(13):78280.

XIEQing2yin.OntheEqualLoadCalculationofFireEngine[J].ShanxiArchitecture,2008,34(13):78280.

(下转第154页)

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3.4.2　螺栓连接

(1)安装临时螺栓.钢梁安装就位后先采用临时螺栓

固定,其螺栓个数为接头螺栓总数的1/3以上;并每个接头不少于2个,冲钉穿入数量不多于临时螺栓的30%.组装时先用冲钉对准孔位,在适当位置插入临时螺栓,用扳手拧紧.

(2)安装高强螺栓.安装时高强螺栓应自由穿入孔内,螺栓穿入方向一致,穿入高强螺栓用扳手紧固后,再卸下临时螺栓.高强螺栓的紧固必须分两次进行,第一次为初拧,第二次为终拧,终拧时扭剪型高强螺栓应将梅花卡头拧掉[5].

图7　柱、梁焊接顺序图4　结束语

通过工程实例,介绍了高层建筑钢结构安装的施工顺序和技术及质量控制措施:定位钢板的使用保证

了地脚螺栓预埋的准确;调节丝杠可有效调节钢柱的标高、垂直度及轴线位置;吊装耳板和安装限位钢板既提高了安装精度又确保了施工安全;合理确定焊接顺序减小了应力变形,保证了焊接质量等.通过各项关键技术及质量控制措施在莱钢大厦工程中的实际应用,高层钢结构安装实现了安装精度高、施工速度快的目标.

参考文献(References):

[1]　张海升,王康强.高层办公楼钢结构安装的施工方法[J].建筑技术,2004,35(2):1232125.

ZHANGHai2sheng,WANGKang2qiang.ConstructionMethodsofSteelStructureInstallationforHigh2RiseOfficeBuildings[J].Ar2chitectureTechnology,2004,35(2):1232125.

[2]　徐刚.高层建筑钢结构安装施工技术探讨[J].四川建材,2008(6):2072209.

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JINTian2de,YUQing2hao,WANGHao.SteelConstructionTechnologyofHigh2RiseBuilding[J].ZhejiangConstruction,2002(5):23225.

[4]　郭淑珍.钢结构的施工技术及应用[J].林业科技情报,2004,6(1):14.

GUOShu2zhen.ApplicationandConstructionTechniqueofSteelStructure[J].ForestryScienceandTechnologyInformation,2004,6(1):14.

[5]　朱桐生.工业钢结构施工技术及质量控制[J].安徽建筑,2003,10(1):66267.

ZHUTong2sheng.ConstructionTechnologyandQualityControlofIndustrialSteel[J].AnhuiArchitecture,2003,10(1):66267.

(英文校审　高　嵩)

(上接第149页)

[4]　JTGD6022004,公路桥涵设计通用规范[S].

JTGD6022004,GeneralCodeforDesignofHighwayBridgesandCulvert[S].[5]　JTJ0212,公路桥涵设计通用规范[S].

JTJ0212,GeneralCodeforDesignofHighwayBridgesandCulverts[S].

[6]　邹海莉,郑妮娜,陈昌松.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.

ZOUHai2li,ZHENGNi2na,CHENChang2song.LoadCalculationofFireEngineontheBasementRoof[J].SichuanArchitecture,2006,26(1):1052106.

[7]　CJJ10522005,城镇供热管网结构设计规范[S].

CJJ10522005,CodeforStructuralDesignofHeatingPipelinesinCityandTown[S].

(英文校审　高　嵩)