论文部分内容阅读
摘要： 随着社会的发展，充分利用地下空间，越来越多的车库都采用无梁楼盖结构。无梁楼盖结构由于通风、采光效果好，而且还能大大降低层高，减少开挖，节约建设的费用，因而被广泛采用。为达到设计更为经济、合理的目的，本人针对无梁楼盖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，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，计算折减后的等效均布荷载值，并给出合理的设计取值。
关键词： 无梁楼盖；地下室顶板；消防车活荷载；覆土层；折减
Abstract: with the development of the society, make full use of underground space, more and more of the garage USES flat slab floor structure. Flat slab floor structure because of ventilation, lighting effect is good, and still can greatly reduce the layer are tall, reduce the excavation, save the cost of building, they have been widely adopted. To achieve the design more economic and reasonable goal, I for flat slab floor on the roof of the basement of fire live load value is discussed. Through to the fire of the wheels of the team function way, establish the reasonable calculation model, according to the most unfavorable load arrangement principle decorate fire truck loads, reduction of the equivalent calculation after uniformly distributed load value, and give reasonable design value.
Keywords: flat slab floor; The basement roof; Fire engines live load; Overlaying soil; reduction
中图分类号：S776.29+3文献标识码：A 文章编号：
目前大部分住宅小区及高层建筑中，都会设置1~3层的地下室用于车库使用。为满足整体规划需要，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。而地下室基坑的深度对工程造价影响较大，故为了降低层高、减少投资等因素，一般都会优先考虑采用无梁楼盖。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，而规范对有覆土情况下的取值并不明确，本人结合最近完成的一个实际工程的结构设计，对此进行初步探讨。
地下室顶板消防车活荷载的选择
本人于去年底参与了广东省水利水电科学研究院试验研究中心扩建项目工程的结构设计，该工程地下3层，地上5层，大部分柱距为8m×9.0m，地面覆土厚1米，总建筑面积约27000平方米。因该场地内基岩埋藏较浅，大部分中风化基岩顶面埋深在5~10米之间，基坑开挖及处理的投入不小。为了降低层高并减少投资，地下室改用無梁楼板，基坑深度减少了1米，大大减少了基坑石方开挖及基坑支护的费用。
地下室顶板荷载及消防车荷载取值的合理与否将关系到结构安全及经济投入，故在结构设计时必须依据现行规范并综合考虑各种因素通过计算确定。根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009 – 2001（2006版）（以下简称《荷载规范》）4.1.1条规定：（1）单向板楼盖（板跨不小于2m），消防车活荷载取35KN/m2；（2）双向板楼盖（板跨不小于6m×6m）和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6m×6m），消防车活荷载取20KN /m2。假如地下室顶板没有覆土，该活荷载取20KN /m2没有问题，但这种情况一般不存在。除了塔楼外的其他外露的地下室顶板一般都有覆土要求，故消防车的活荷载需折减，按折减后等效均布荷载输入。
消防车活荷载计算依据
根据《荷载规范》4.1.1条的条文说明：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。故消防车全车总重取300 kN，最大轮压为P = 60 kN，轮胎着地尺寸为0. 6 m ×0. 2 m。300 kN汽车的尺寸和横向布置参照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D6022004）规定，按照该规范2.3.1 条，仅汽车—20级车队荷载中含300kN车台，故车队布置取汽车—20级车队。
车队、车道的选取
按照JTG D6022004中汽车—20 级车队布置，300 kN车台与前、后车相距至少10 m ，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JTG D6022004规定，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，汽车的尺寸和横向布置见图1、图2。
四、计算方法及结果
《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：
bx = bcx + 2S + h；by = bcy + 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：
bx = bcx + 2S×tanθ+ h；by = bcy + 2S×tanθ+ h
式中：bx， by 为荷载作用面在两个方向的计算宽度； bcx ，bcy为荷载作用面在两个方向的宽度，此处则为轮胎着地尺寸；S为垫层厚度,此处则为覆土层厚度；h为板厚，θ为垫层扩散角。
对于θ的取值，《荷载规范》中并无相应规定，一般情况下取θ= 45°。由于无梁楼盖是柱支撑结构体系，并且在每个方向上都是考虑全部活荷载作用，不考虑荷载的分配，因此在两方向上都采用下式进行计算，并取两个方向上等效活荷载的最大值作为最后的等效荷载。
qc=
式中：qc为按最大弯矩计算的等效均布活荷载；b为楼板的计算宽度；lo为楼板的计算跨度；Mmax为简支板的绝对最大弯矩，按车轮的最不利布置确定。
该工程按柱跨8m×9m，覆土1m，板厚400mm进行计算，考虑跨度范围内的全部车轮轮压，每个轮压值为60kN，动力系数为1.2。
长跨方向：
bx = bcx + 2S + h=0.2+2×1+0.4=2.6m
by = bcy + 2S + h=0.6+2×1+0.4=3.0m
q1 = 4 ×60 ×1.2 /7.5 = 38.4kN /m
q2 = 8 ×60 ×1.2 /7.5 = 76.8kN /m
经计算，Mmax=1134KN·m，代入上面公式可得：qc=15.75 KN/m2。
短跨方向计算方法同上，经计算，Mmax=918KN·m， qc=11.33 KN/m2。
因此，地下室顶板的等效荷载取值应不小于15.75 KN/m2。
五、结论
从以上计算结果表明，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，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10 KN/m2。因此该工程地下室顶板消防车活荷载按等效活荷载16kN /m2取值可行。
参考文献：
【1】《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）
【2】陈基发，沙志国. 《建筑结构荷载设计手册》(第二版)
中国建筑工业出版社, 2004.
【3】李国胜.《多高层建筑基础及地下室结构设计》中国建筑工业出版社，2011
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词： 无梁楼盖；地下室顶板；消防车活荷载；覆土层；折减
Abstract: with the development of the society, make full use of underground space, more and more of the garage USES flat slab floor structure. Flat slab floor structure because of ventilation, lighting effect is good, and still can greatly reduce the layer are tall, reduce the excavation, save the cost of building, they have been widely adopted. To achieve the design more economic and reasonable goal, I for flat slab floor on the roof of the basement of fire live load value is discussed. Through to the fire of the wheels of the team function way, establish the reasonable calculation model, according to the most unfavorable load arrangement principle decorate fire truck loads, reduction of the equivalent calculation after uniformly distributed load value, and give reasonable design value.
Keywords: flat slab floor; The basement roof; Fire engines live load; Overlaying soil; reduction
中图分类号：S776.29+3文献标识码：A 文章编号：
目前大部分住宅小区及高层建筑中，都会设置1~3层的地下室用于车库使用。为满足整体规划需要，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。而地下室基坑的深度对工程造价影响较大，故为了降低层高、减少投资等因素，一般都会优先考虑采用无梁楼盖。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，而规范对有覆土情况下的取值并不明确，本人结合最近完成的一个实际工程的结构设计，对此进行初步探讨。
地下室顶板消防车活荷载的选择
本人于去年底参与了广东省水利水电科学研究院试验研究中心扩建项目工程的结构设计，该工程地下3层，地上5层，大部分柱距为8m×9.0m，地面覆土厚1米，总建筑面积约27000平方米。因该场地内基岩埋藏较浅，大部分中风化基岩顶面埋深在5~10米之间，基坑开挖及处理的投入不小。为了降低层高并减少投资，地下室改用無梁楼板，基坑深度减少了1米，大大减少了基坑石方开挖及基坑支护的费用。
地下室顶板荷载及消防车荷载取值的合理与否将关系到结构安全及经济投入，故在结构设计时必须依据现行规范并综合考虑各种因素通过计算确定。根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009 – 2001（2006版）（以下简称《荷载规范》）4.1.1条规定：（1）单向板楼盖（板跨不小于2m），消防车活荷载取35KN/m2；（2）双向板楼盖（板跨不小于6m×6m）和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6m×6m），消防车活荷载取20KN /m2。假如地下室顶板没有覆土，该活荷载取20KN /m2没有问题，但这种情况一般不存在。除了塔楼外的其他外露的地下室顶板一般都有覆土要求，故消防车的活荷载需折减，按折减后等效均布荷载输入。
消防车活荷载计算依据
根据《荷载规范》4.1.1条的条文说明：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。故消防车全车总重取300 kN，最大轮压为P = 60 kN，轮胎着地尺寸为0. 6 m ×0. 2 m。300 kN汽车的尺寸和横向布置参照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D6022004）规定，按照该规范2.3.1 条，仅汽车—20级车队荷载中含300kN车台，故车队布置取汽车—20级车队。
车队、车道的选取
按照JTG D6022004中汽车—20 级车队布置，300 kN车台与前、后车相距至少10 m ，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JTG D6022004规定，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，汽车的尺寸和横向布置见图1、图2。
四、计算方法及结果
《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：
bx = bcx + 2S + h；by = bcy + 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：
bx = bcx + 2S×tanθ+ h；by = bcy + 2S×tanθ+ h
式中：bx， by 为荷载作用面在两个方向的计算宽度； bcx ，bcy为荷载作用面在两个方向的宽度，此处则为轮胎着地尺寸；S为垫层厚度,此处则为覆土层厚度；h为板厚，θ为垫层扩散角。
对于θ的取值，《荷载规范》中并无相应规定，一般情况下取θ= 45°。由于无梁楼盖是柱支撑结构体系，并且在每个方向上都是考虑全部活荷载作用，不考虑荷载的分配，因此在两方向上都采用下式进行计算，并取两个方向上等效活荷载的最大值作为最后的等效荷载。
qc=
式中：qc为按最大弯矩计算的等效均布活荷载；b为楼板的计算宽度；lo为楼板的计算跨度；Mmax为简支板的绝对最大弯矩，按车轮的最不利布置确定。
该工程按柱跨8m×9m，覆土1m，板厚400mm进行计算，考虑跨度范围内的全部车轮轮压，每个轮压值为60kN，动力系数为1.2。
长跨方向：
bx = bcx + 2S + h=0.2+2×1+0.4=2.6m
by = bcy + 2S + h=0.6+2×1+0.4=3.0m
q1 = 4 ×60 ×1.2 /7.5 = 38.4kN /m
q2 = 8 ×60 ×1.2 /7.5 = 76.8kN /m
经计算，Mmax=1134KN·m，代入上面公式可得：qc=15.75 KN/m2。
短跨方向计算方法同上，经计算，Mmax=918KN·m， qc=11.33 KN/m2。
因此，地下室顶板的等效荷载取值应不小于15.75 KN/m2。
五、结论
从以上计算结果表明，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，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10 KN/m2。因此该工程地下室顶板消防车活荷载按等效活荷载16kN /m2取值可行。
参考文献：
【1】《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）
【2】陈基发，沙志国. 《建筑结构荷载设计手册》(第二版)
中国建筑工业出版社, 2004.
【3】李国胜.《多高层建筑基础及地下室结构设计》中国建筑工业出版社，2011
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。