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【摘要】近年来，随着国民生活水平提高以及城市化进程，越来越多的综合体项目，大型小区项目，都设有地下车库以充分利用地下空间，地下车库顶板又因为种植绿化物或埋设外网管道而设有一定厚度的覆土，且因消防要求往往在车库顶板局部又设有消防车道，甚至有时还有人防荷载。这就给建筑结构设计人员带来一定的挑战：在如此大的荷载之下要保证经济合理安全的设计准则，既满足业主的功能需求，又要满足结构正常使用安全指标。这些年来经过房地产行业以及设计行业的共同实践和探讨，无梁楼板以其不可替代的优势被越来越多的业主青睐，比如万达，万科等大型地产商，会直接指定设计院采用无梁楼板形式设计地下车库，可见地库无梁楼板的技术，对结构设计师的重要性。无梁楼板具有构造简单，板底平整，建筑空间高，结构高度小，施工速度快的优点，但与梁板式相比，也具有抗震性能差，混凝土用量稍高的缺点，但用于地下车库这种抗震要求不高的结构，综合经济效益的优势极其明显。本文系统的讨论了无梁楼板顶部覆土下消防车轮压荷载的计算，并且对比了无梁楼板几种计算方法，总结出在实际设计中，结构设计师宜采用何种方法更实用更准确的进行轮压荷载计算以及无梁楼板的计算。
【关键词】建筑结构设计；消防车荷载；无梁楼板
《建筑结构荷载规范》[1]GB50009-2012（以下简称《荷规》）附录B中规定了消防车活荷载考虑覆土厚度影响的折减系数，主要针对4米跨以内的单向板和6米跨以内的双向板，而地下车库无梁楼板往往柱网为8.1mx8.1m以上，故无法直接采用本表格。《荷规》表5.1.1规定了消防车活荷载标准值，即单向板时为35kN/m2，双向板以及无梁楼板时为20kN/m2，这样大的活荷载如果不经过覆土轮压折减的话，势必会造成结构构件截面和配筋都极大。《荷规》表5.1.1注1规定：“本表所给荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大、情况特殊或有专门要求时，应按实际情况采用”。注3规定：“消防车活荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆；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。”
可见，根据以上规定，根据实际工程情况，应充分利用覆土扩散作用，对消防车活荷载进行折减，既能保证结构安全又能实现最佳经济效益。
1、无梁楼板消防车荷载计算
1.1计算依据
根据《荷规》条文说明5.1.1：“计算中选用的消防车为重型消防车，全车总重300kN，前轴重为60kN，后轴重为2x120kN，有2个前轮与4个后轮，轮压作用尺寸均为0.2mx0.6m.” 参照《公路桥涵设计通用规范》【2】中的规定，如图1所示：
依据《城市供热管网结构设计规范》【3】（CJJ105-2005）的规定，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，即相当于扩散角 α =35°。
1.2轮压覆土扩散计算方法
以本人曾经做过的廊坊韩村农民回迁楼项目中的地下车库做实例来计算。柱网8.1mx8.1m，顶板覆土1.5m厚，双向消防车道，考虑两辆消防车并行轮压荷载。考虑轮压最不利布置，如图2。
很明显，轮压经扩散后，等效荷载为q=（4x60kN）/（3.7mx4.5m）=14.4kN/m2
值得说明的是，本文着重考察覆土层厚度即垫层厚度对局部荷载的扩散折减作用，所以，只取用《荷规》附录 B规定的局部荷载计算宽度的概念，从计算结果可看出，考虑覆土层厚度的扩散作用所得到的消防车轮压的计算宽度即可在很多情况下作为地下室顶板的均布活荷载（满布或接近满布板跨） ，而无须再按《荷载规范》附录 B 的规定将该荷载再等效为楼面均布活荷载。一般情况下，要精确计算轮压的等效均布荷载是比较困难的，且从工程设计角度看，也没有必要。“等效”和“折减”的本质都是“近似”，且其次数越多，误差就越大。
2、无梁楼板计算方法
前面讲述了无梁楼板顶部消防车荷载在覆土作用下的等效折减计算，荷载有了，下面我们讨论一下无梁楼板的计算方法。目前国内存在三种计算方法，下面我一一介绍。
2.1经验系数法
经验系数法是从国外引进的计算无梁楼板最原始的方法。表1为经验系数法计算无梁楼板时，柱上板带和跨中板带弯矩分配比例。引自《钢筋混凝土升板结构技术规范》【4】GBJ130-90。
但是，经验系数法计算无梁楼板必须要满足以下条件：
（1）每个方向至少有三个连续跨。
（2）任一区格长边与短边之比不大于1.5。
（3）同一方向相邻跨度跨长变化不超过较长跨的1/3。
（4）所有荷载均为竖向均布荷载，活荷载与恒载之比≤3。
而在现实工程设计中，往往很难满足这四个前提条件，仍然以本人所设计的廊坊韩村农民回迁楼项目为例，如上图：
很明显，因地下车库坡道的设置，与地下室外墙之间，仅仅剩了一跨，不能满足连续三跨的条件，且柱网设置AB跨与BC跨的差距（8100-4700）/8100=1/2.38>1/3，亦不能满足第（3）条要求，7，8轴与B，C轴之间的板块，8100/4700=1.73>1.5，不满足第（2）条。
可见，现实工程结构设计中，经验系数法，有很大的局限性。
2.2等代框架法
无梁楼板为支撑在柱顶的等代梁，考虑支撑柱（墙）对等代梁的约束作用，将等代梁与支撑柱（墙）视为连续结构，则构成了平面等代框架，竖向荷载下可求解无侧移等代框架各杆件的内力。等代框架法在竖向荷载作用下，不受经验系数法限制条件的局限，被大量用于工程设计中。接下来仍以本人设计廊坊农民回迁楼项目为实例，利用理正软件进行等代框架法计算。
消防车轮压荷载经之前计算为14.4kN/m2，考虑将来使用过程中业主在顶板覆土上庭院绿化及建筑小品等灵活位置堆载，活荷载做适当增加，按20kN/m2。
1.2x43.4+1.4x20=80kN/m2
1.35x43.4+0.7x1.4x20=78.2kN/m2
顶板荷載设计值取80kN/m2
理正软件设置中，恒载直接输入荷载设计值。恒载分项系数取1.0，活载及其分项系数取0，板重取0。柱帽尺寸：3000（托板宽）x3000（托板宽）。取5跨进行等代框架计算。计算结果如下：
2.3精细有限元计算法
精细有限元计算法，就是不再对无梁楼板进行人为简化和等代，而是利用MIDAS，SAP2000，以及PKPM中的SLABCAD模块，进行真实的三维建模进行有限元分析，本方法计算出来的结果，柱帽位置局部会有应力集中现象，出现配筋值极大现象，故当柱网及板块极不规则时，可用有限元计算方法进行复核计算。
结论：
本文讨论了地下车库顶板的覆土对消防车轮压荷载的扩散作用，分析结果表明，覆土深度对消防车荷载有极大的折减作用，是结构设计中不可忽视的要点。文章对比了无梁楼板三种计算方法的原理及计算方式，得出结论，最适合目前工程现状的设计方法为等代框架法，当遇到极其复杂且不规则的柱网及板块时，须采用有限元法进行精细计算。
参考文献：
[1]GB50009-2012建筑结构荷载规范.北京：中国建筑工业出版社.
[2]JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范.北京：人民交通出版社.
[3]CJJ105-2005城市供热管网结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社.
[4]GBJ130-90钢筋混凝土升板结构技术规范.北京：中国建筑工业出版社.
作者简介：
王金（身份证：130282198202233314）。
（下转186页）
【关键词】建筑结构设计；消防车荷载；无梁楼板
《建筑结构荷载规范》[1]GB50009-2012（以下简称《荷规》）附录B中规定了消防车活荷载考虑覆土厚度影响的折减系数，主要针对4米跨以内的单向板和6米跨以内的双向板，而地下车库无梁楼板往往柱网为8.1mx8.1m以上，故无法直接采用本表格。《荷规》表5.1.1规定了消防车活荷载标准值，即单向板时为35kN/m2，双向板以及无梁楼板时为20kN/m2，这样大的活荷载如果不经过覆土轮压折减的话，势必会造成结构构件截面和配筋都极大。《荷规》表5.1.1注1规定：“本表所给荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大、情况特殊或有专门要求时，应按实际情况采用”。注3规定：“消防车活荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆；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。”
可见，根据以上规定，根据实际工程情况，应充分利用覆土扩散作用，对消防车活荷载进行折减，既能保证结构安全又能实现最佳经济效益。
1、无梁楼板消防车荷载计算
1.1计算依据
根据《荷规》条文说明5.1.1：“计算中选用的消防车为重型消防车，全车总重300kN，前轴重为60kN，后轴重为2x120kN，有2个前轮与4个后轮，轮压作用尺寸均为0.2mx0.6m.” 参照《公路桥涵设计通用规范》【2】中的规定，如图1所示：
依据《城市供热管网结构设计规范》【3】（CJJ105-2005）的规定，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，即相当于扩散角 α =35°。
1.2轮压覆土扩散计算方法
以本人曾经做过的廊坊韩村农民回迁楼项目中的地下车库做实例来计算。柱网8.1mx8.1m，顶板覆土1.5m厚，双向消防车道，考虑两辆消防车并行轮压荷载。考虑轮压最不利布置，如图2。
很明显，轮压经扩散后，等效荷载为q=（4x60kN）/（3.7mx4.5m）=14.4kN/m2
值得说明的是，本文着重考察覆土层厚度即垫层厚度对局部荷载的扩散折减作用，所以，只取用《荷规》附录 B规定的局部荷载计算宽度的概念，从计算结果可看出，考虑覆土层厚度的扩散作用所得到的消防车轮压的计算宽度即可在很多情况下作为地下室顶板的均布活荷载（满布或接近满布板跨） ，而无须再按《荷载规范》附录 B 的规定将该荷载再等效为楼面均布活荷载。一般情况下，要精确计算轮压的等效均布荷载是比较困难的，且从工程设计角度看，也没有必要。“等效”和“折减”的本质都是“近似”，且其次数越多，误差就越大。
2、无梁楼板计算方法
前面讲述了无梁楼板顶部消防车荷载在覆土作用下的等效折减计算，荷载有了，下面我们讨论一下无梁楼板的计算方法。目前国内存在三种计算方法，下面我一一介绍。
2.1经验系数法
经验系数法是从国外引进的计算无梁楼板最原始的方法。表1为经验系数法计算无梁楼板时，柱上板带和跨中板带弯矩分配比例。引自《钢筋混凝土升板结构技术规范》【4】GBJ130-90。
但是，经验系数法计算无梁楼板必须要满足以下条件：
（1）每个方向至少有三个连续跨。
（2）任一区格长边与短边之比不大于1.5。
（3）同一方向相邻跨度跨长变化不超过较长跨的1/3。
（4）所有荷载均为竖向均布荷载，活荷载与恒载之比≤3。
而在现实工程设计中，往往很难满足这四个前提条件，仍然以本人所设计的廊坊韩村农民回迁楼项目为例，如上图：
很明显，因地下车库坡道的设置，与地下室外墙之间，仅仅剩了一跨，不能满足连续三跨的条件，且柱网设置AB跨与BC跨的差距（8100-4700）/8100=1/2.38>1/3，亦不能满足第（3）条要求，7，8轴与B，C轴之间的板块，8100/4700=1.73>1.5，不满足第（2）条。
可见，现实工程结构设计中，经验系数法，有很大的局限性。
2.2等代框架法
无梁楼板为支撑在柱顶的等代梁，考虑支撑柱（墙）对等代梁的约束作用，将等代梁与支撑柱（墙）视为连续结构，则构成了平面等代框架，竖向荷载下可求解无侧移等代框架各杆件的内力。等代框架法在竖向荷载作用下，不受经验系数法限制条件的局限，被大量用于工程设计中。接下来仍以本人设计廊坊农民回迁楼项目为实例，利用理正软件进行等代框架法计算。
消防车轮压荷载经之前计算为14.4kN/m2，考虑将来使用过程中业主在顶板覆土上庭院绿化及建筑小品等灵活位置堆载，活荷载做适当增加，按20kN/m2。
1.2x43.4+1.4x20=80kN/m2
1.35x43.4+0.7x1.4x20=78.2kN/m2
顶板荷載设计值取80kN/m2
理正软件设置中，恒载直接输入荷载设计值。恒载分项系数取1.0，活载及其分项系数取0，板重取0。柱帽尺寸：3000（托板宽）x3000（托板宽）。取5跨进行等代框架计算。计算结果如下：
2.3精细有限元计算法
精细有限元计算法，就是不再对无梁楼板进行人为简化和等代，而是利用MIDAS，SAP2000，以及PKPM中的SLABCAD模块，进行真实的三维建模进行有限元分析，本方法计算出来的结果，柱帽位置局部会有应力集中现象，出现配筋值极大现象，故当柱网及板块极不规则时，可用有限元计算方法进行复核计算。
结论：
本文讨论了地下车库顶板的覆土对消防车轮压荷载的扩散作用，分析结果表明，覆土深度对消防车荷载有极大的折减作用，是结构设计中不可忽视的要点。文章对比了无梁楼板三种计算方法的原理及计算方式，得出结论，最适合目前工程现状的设计方法为等代框架法，当遇到极其复杂且不规则的柱网及板块时，须采用有限元法进行精细计算。
参考文献：
[1]GB50009-2012建筑结构荷载规范.北京：中国建筑工业出版社.
[2]JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范.北京：人民交通出版社.
[3]CJJ105-2005城市供热管网结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社.
[4]GBJ130-90钢筋混凝土升板结构技术规范.北京：中国建筑工业出版社.
作者简介：
王金（身份证：130282198202233314）。
（下转186页）