李欽華

摘要：本主主要對(duì)消防車荷載、 城-A級(jí)汽車荷載進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：地下結(jié)構(gòu)；汽車荷載；影響線；等效荷載

中圖分類號(hào)：F407.471文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 消防車荷載

對(duì)于普通建筑地下室，頂板一般需要考慮的較大活荷載是消防車道區(qū)域的消防車荷載。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[1](以下簡稱《荷載規(guī)范》)中規(guī)定了消防車活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：雙向板(板跨不小于6m×6m)采用20kN/m2，單向板(板跨不小于2m)采用35kN/m2，對(duì)于常見的板頂覆土的情況，規(guī)范未做出明確規(guī)定。結(jié)構(gòu)工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中多在10~35kN/m2之間取值，具有一定的主觀隨意性，往往導(dǎo)致構(gòu)件設(shè)計(jì)過于保守或者偏于不安全。

1.1 計(jì)算依據(jù)及基本參數(shù)取值

根據(jù)《荷載規(guī)范》附錄B，本文按內(nèi)力的等值來計(jì)算等效荷載。據(jù)《荷載規(guī)范》4.1.1條，消防車總重取300kN；參照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[2](以下簡稱《公路規(guī)范》)4.3.4條，覆土壓力擴(kuò)散角取30度；據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)》[3](以下簡稱《技術(shù)措施》)確定消防車平面尺寸及橫向布置，車前軸重60kN，單個(gè)后軸重120kN，考慮雙車并列時(shí)車輛橫向凈距0.6m。荷載的有效分布寬度按《荷載規(guī)范》附錄B計(jì)算。

圖1 300kN消防車平面尺寸（單位：mm）

需要指出的是，由于《公路規(guī)范》及《技術(shù)措施》車輛尺寸圖中車輪著地尺寸未按實(shí)際尺寸表示且未標(biāo)注具體尺寸，僅以文字說明尺寸數(shù)據(jù)，導(dǎo)致目前較多設(shè)計(jì)人員在計(jì)算汽車等效荷載考慮輪壓布置時(shí)，均錯(cuò)誤地將車輪著地寬度及長度調(diào)轉(zhuǎn)了，這樣會(huì)導(dǎo)致計(jì)算荷載擴(kuò)散區(qū)域出現(xiàn)一部分偏差。關(guān)于車輪著地尺寸，可以參考《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》[4](以下簡稱《城市橋規(guī)》)。

1.2 荷載作用范圍

輪壓荷載自輪壓邊緣向下擴(kuò)散，擴(kuò)散后平面尺寸按bcx=btx +2（s×tanθ+h/2）；bcy =bty +2（s×tanθ+h/2）計(jì)算，式中：bcx、bcy為荷載作用面在兩個(gè)方向的計(jì)算寬度；btx、bty為輪壓著地寬度和長度；s為覆土厚度；h為板厚；θ為擴(kuò)散角。

取板厚為0.2m估算可得，當(dāng)覆土厚度為0.865m時(shí)，后四輪輪壓的擴(kuò)散范圍已相連，此時(shí)，考慮四輪擴(kuò)散輪壓共同作用在板上時(shí)為控制工況；當(dāng)覆土厚度>0.865m時(shí)，輪壓擴(kuò)散范圍相互重疊，需按擴(kuò)散后的總面積進(jìn)行計(jì)算；從實(shí)際情況出發(fā)，消防車道>5m時(shí)，筆者認(rèn)為應(yīng)考慮兩輛車同時(shí)作用的不利情況。

1.3 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算時(shí)區(qū)分車縱向垂直板跨方向及平行板跨方向。經(jīng)試算，對(duì)于跨度2m的單向板，覆土厚度≤0.27m時(shí)，車縱向垂直板跨方向起控制作用；覆土厚度增大，車縱向平行板跨方向起控制作用；隨著板跨增大，此臨界覆土厚度增大。

表1 跨度2m的單向板上車后輪等效活荷載

需要指出的是，《荷載規(guī)范》規(guī)定在設(shè)計(jì)梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)對(duì)消防車活載進(jìn)行較大程度的折減，筆者認(rèn)為其折減系數(shù)僅適用無覆土樓蓋；對(duì)于有覆土的情況，由于車活載已經(jīng)被覆土擴(kuò)散均布化，設(shè)計(jì)梁等構(gòu)件時(shí)應(yīng)適當(dāng)減弱折減幅度，文獻(xiàn)[5]對(duì)此進(jìn)行了部分研究。

2. 城-A級(jí)汽車荷載

對(duì)于地面上為市政道路的地下結(jié)構(gòu)，按照《城市橋規(guī)》[4]，道路屬于城市主干路或者重型車輛行駛頻繁的快速路和次干路的，應(yīng)取城-A級(jí)汽車荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)，包含車道荷載和車輛荷載，車道荷載為均布荷載qk=10.5kN/m附加1個(gè)移動(dòng)集中荷載Pk=180~360kN（按跨度5m~50m內(nèi)插取值）；車輛荷載取700kN重車，布置如圖2；車道荷載和車輛荷載不同時(shí)作用。本文以某三跨單向板結(jié)構(gòu)為例，求解頂板等效活荷載。

圖2 城-A級(jí)車輛荷載布置圖（單位：mm）

2.1 計(jì)算參數(shù)

結(jié)構(gòu)上覆土1.5m，邊跨跨度7.5m，中跨6m，頂板厚700mm，側(cè)壁厚700mm，按縱向單位延米長度簡化為單層平面框架進(jìn)行計(jì)算，中柱按軸向剛度等效為110mm厚，側(cè)壁及中柱底端設(shè)固結(jié)支座，車行方向平行板跨方向。

輪壓擴(kuò)散的參數(shù)及計(jì)算方法同前述，考慮多車道車輛并行的不利情況，按車輛凈距0.6m，單輛車輪壓橫向擴(kuò)散總寬度取為3.1m，計(jì)得擴(kuò)散后各車軸處均攤面荷；車道集中荷載Pk取190kN，按單軸輪壓擴(kuò)散。

各活載均為移動(dòng)荷載，需根據(jù)影響線確定荷載布置，對(duì)于多次超靜定結(jié)構(gòu)，在沒有特定計(jì)算軟件的情況下，繪制確定數(shù)值的影響線較為繁瑣，筆者采用撓度法僅繪制影響線的大概形狀，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行荷載布置，然后通過常規(guī)計(jì)算軟件試算比較得到等效荷載值。撓度法亦稱機(jī)動(dòng)法，是根據(jù)虛外功互等定理的的推理：位移互等定理、反力位移互等定理，使在所求約束力方向給出一個(gè)強(qiáng)迫位移時(shí)，承載桿所發(fā)生的撓曲線成為該約束力的影響線。

2.2 計(jì)算結(jié)果

按照影響線的形狀對(duì)荷載進(jìn)行不利布置，計(jì)算結(jié)果詳表3。

表3 各類活載工況內(nèi)力包絡(luò)值（kN/m或kN）

由計(jì)算結(jié)果可知，取20kN/m2的滿布活載不能包絡(luò)住各種不利情況；考慮不利布置后基本能包絡(luò)住車輛荷載各工況下的內(nèi)力值，不滿足車道荷載工況；本工程取值25kN/m2同時(shí)考慮不利布置能滿足設(shè)計(jì)要求。

3. 結(jié)語

消防車活載的取值與結(jié)構(gòu)類型及尺寸關(guān)系密切，從經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，建議選取典型結(jié)構(gòu)布置區(qū)域進(jìn)行等效荷載試算并參考相關(guān)文獻(xiàn)確定取值；對(duì)于小跨度板，宜按照局部輪壓擴(kuò)散重疊的較不利情況進(jìn)行承載力設(shè)計(jì)；梁柱活載折減不可盲目按照無覆土樓面的系數(shù)取值。

頂板上覆土較薄時(shí)取20kN/m2的滿布活載不能包絡(luò)住城-A級(jí)汽車荷載的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況做出調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] GB5009-2001.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（2006年版）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2] JTG D60-2004.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3] 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所編著.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2003.14-16.

[4] CJJ 11-2011.城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[5] 殷寶才,魏大平.地下室頂板考慮覆土影響后的消防荷載取值[J]．江蘇建筑，2010，2(2)：88-90.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。