消防车荷载取值问题探讨

龚昌基

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

消防车荷载取值问题探讨

龚昌基

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

本文分析了目前部分设计人员未按建筑结构荷载规范(GB 50009-2012)[1]确定消防车活荷载，不适当地沿用一些习惯做法而带来的安全隐患；同时就荷载规范[1]在考虑覆土层对消防车活荷载折减作用时，未考虑其对消防车启动和刹车冲击力的缓冲作用提出疑问。

消防车荷载；动力系数；覆土层；荷载的扩散与叠加；折减系数

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按《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012[1]第5.1.1条，当单向板板跨不小于2m，或双向板板跨不小于3m×3m时，消防车通道及车库的楼板活荷载标准值应取35.0kN/m2；当双向板板跨(或无梁楼盖柱网)不小于6m×6m时，上述活荷载标准值应取20.0kN/m2。当双向板板跨介于3m×3m～6m×6m之间时，应按跨度插值确定。以上是“强制性条文”。

当考虑覆土影响时，消防车活荷载的折减系数，按覆土厚度和性质(覆土应力扩散角θ)，根据荷载规范[1]附录表B.0.1、B.0.2的规定采用。

上述“按跨度插值”和“考虑覆土厚度的折减系数”是荷载规范GB 50009-2012新增的，此前的荷载规范GB 50009-2006没有给出明确规定。这方面的研究工作可参看《建筑结构》2011年第3期发表的范重先生(中国建筑设计研究院教授级高工,《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012主要起草人之一)等的文章《消防车等效均布活荷载取值研究》[2]。

但是目前，有些设计单位仍沿用2011年以前流行的、据说是按荷载规范GB 50009-2006附录B(楼面等效均布活荷载的确定方法)推算的消防车在不同覆土厚度(包括0覆土)、不同板跨(单向板3m～6m、双向板3m×3m～8m×8m)条件下的等效均布活荷载表，见(表1、表2)，进行地下室顶板及顶板梁的设计计算。

经对照发现，在跨度3m单向板、覆土0～1.2m条件下，(表1、表2)所列等效均布活荷载比2012年荷载规范规定的35.0kN/m2还大得多；而跨度6m×6m双向板、覆土0～1.2m时，(表1、表2)所列数值又太小，只有规范规定20kN/m2的44%～42%。究其原因，大体有以下几点(为便于比较，以下(1)～(5)点原因分析中所取的消防车总重力荷载及覆土应力扩散角均按推算(表1、表2)时的原取值)：

表1 2006～2011年曾流行的《消防车荷载取值》(单向板)

表2 2006～2011年曾流行的《消防车荷载取值》(双向板)

备注：1. 按规范[1]取值中，对应于覆土0～1m间及1～1.5m间的折减系数，分别按规范表B.0.2线性插值。 2. 双向板跨度7m×7m、8m×8m，规范[1]未给出数据。

(1) 单向板情况下，(表1、表2)把消防车4个后轮的总压力260kN视为线荷载，平行于板支座边，而作用在板跨中，因此得出Mmax=PL/4，qe=8Mmax/(bL2)=2P/(bL)的结论。实际上，消防车后轮是4个轮子，分为相距1.4m的两排，每排左右两个轮子又相距1.8m，而每个轮子的着地面积是0.3m×0.6m，当L=3m时，按荷载最不利排列，可算得Mmax=0.1417PL，qe=8Mmax/(bL2)=1.133P/(bL)，仅为(表1、表2)推算值的57%。即使乘以动力系数1.3，也仅为(表1、表2)推算值的74%。把多点分布荷载看作集中的线荷载，这是(表1、表2)跨度5m以下单向板等效均布荷载值总体偏大，跨度越小误差越大的主要原因。

(2)另一方面，按(表1、表2)的推算方法，不论跨度大小，一概只考虑一辆消防车的作用；然而，随着跨度L的增大，板的计算宽度b也增大，如(图1)所示：

图1 单向板的情况

其中bcy=bty+2s×tgθ+h

消防车后轮着地总宽度bty取2.0m

填土厚度s取1.0m

压力扩散角θ取13.5°

楼板厚度取250mm

当L=3m时，代入得：bcy=2.73m，b=4.01m； 而当L=6m时，b=6.2m.

显然，在计算宽度b=4.01m或6.2m范围内，都可能出现第2辆消防车，计算等效活荷载时必须考虑它的叠加影响。不计第2辆消防车的荷载叠加影响，将使得跨度较大时，按(表1、表2)推算所得单向板等效活荷载偏小。而且，跨度越大，这项误差越大；填土厚度越大，这项误差也越大。

(3)2012年荷载规范第5.6.2条规定：“车辆启动和刹车的动力系数，可采用1.1～1.3；其动力荷载只传至楼板和梁。”2006年荷载规范第4.6.2条也有同样的规定。从(表1、表2)推算的公式及例题看，消防车重量未乘以动力系数。所带来的误差使按(表1、表2)推算得的单向板等效活荷载偏小。

综上(1)～(3)点原因，单向板跨度3m～5m时，(表1、表2)所给数据偏安全；而当跨度达6.0m以上时，显著偏不安全。

(4) 对于双向板，(表1、表2)所给数据的由来不明确，既没有介绍计算公式，也未举例说明。但从跨度6m×6m～8m×8m无覆土的表列数据看，约等于一辆消防车的总重量(32t)除以一块板平面面积的商；而从跨度5m×5m至3m×3m，表列数据小于这个“商”，且其比值随跨度的减小而减小；覆土厚度由0～1.2m对表列数据的影响，总的来说是随覆土厚度增大而减小，但对于跨度小的板影响较大。

出现这种现象，可能是受到2006年荷载规范附录B的影响，该附录B.0.8条规定：“当荷载分布比较均匀时，主梁上的等效均布活荷载可由全部荷载总和除以全部受荷面积求得。”然而，消防车荷载分布是极不均匀的，后轮总荷载是前轮的4倍，因此它不适用这条规定。这可能是(表1、表2)双向板部分数据远小于规范规定的主要原因。同时，上述第(3)点(漏乘动力系数)也是造成误差的重要原因。以致(表1、表2)所给的双向板等效均布荷载偏不安全。

总之，2012年版荷载规范既已发布并实施，在涉及消防车荷载的工程设计计算中还是予以遵守为妥；不应沿用已废止的2006年版荷载规范，也不应沿用与现行规范相悖的习惯做法。

需要注意的是：与2006年版的荷载规范比较，2012年版荷载规范表5.1.1规定，消防车活荷载的频遇值系数由0.7降低为(不应小于)0.5，准永久值系数由0.6降低为(不应小于)0.0，当要求按荷载的频遇组合或准永久组合进行某些构件(例如地基基础)的正常使用极限状态验算时，消防车活荷载的作用效应，实际上已有所调低。

近日，还有的设计者主张，当消防车道只占某板块的一部分时，消防车道荷载可按车道所占面积与该板块的总面积之比折减。例如，某板块尺寸为6m×6m，消防车道占宽3m，面积比为50%，于是消防车道荷载可取20×0.5=10kN/m2。

这样折减显然偏不安全。即以面积比50%为例，空载的半个板块，其承载力固然是有富余的，但无法弥补另半个板块之不足。至于对板块周边梁的导荷，显然也是不真实的。再说，在消防这样的紧急条件下，消防车并不谨守消防车道范围，必要时驶入旁边草坪也是难免的，所以划分消防车荷载作用区域不宜抠得那么紧。

此外，规范表5.1.1所列消防车荷载已是“等效均布荷载”，再来一次“等效”是否合理？也值得推敲。

关于覆土厚度对消防车活荷载的折减影响系数，荷载规范[1]附录B作了明确规定，见该附录的表B.0.1和表B.0.2。然而，文献[2]所引《给水排水工程埋地玻璃纤维增强塑料夹砂管管道结构设计规程》(CECS 190:2005)第4.2.5条规定，消防车动力系数随覆土厚度而变化，如(表3)所示：

表3 不同覆土厚度下的动力系数

当覆土厚度大于0.70m时，即可不考虑动力系数的影响。笔者理解这是由于覆土的阻尼远大于钢筋砼结构，覆土的存在犹如在路面与地下室顶板之间加上一个缓冲层，当覆土厚度足够大时，消防车启动、刹车等的冲击影响便降低到可以忽略的程度。现在让我们再返观荷载规范[1]表B.0.1和表B.0.2，特别是表B.0.2(表4)，当楼板宽度6.0×6.0m，覆土厚度1.5m以内，折减系数都是1.00，显而易见，该表所示折减系数只是考虑活荷载在覆土层内的扩散和叠加影响，而不考虑它的缓冲作用。

表4 双向板楼盖楼面消防车活荷载折减系数

注：板顶折算覆土厚度应按下式计算：

这是否荷载规范[1]的百密一疏，抑或另有考虑？

[1]GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].

[2]范重，鞠红梅，彭中华. 消防车等效均布活荷载取值研究[J]. 建筑结构. 2011,41(3):1-6，10.

The Discussion on the Fire Engine Load Value Problems

GONGChangji

(Fujian Province Architectural Design and Research Institute, Fuzhou, 350001)

This article analyzes the potential safety risk of some designers who improperly used past practices to determine the live load of the fire engine，instead of following the Load code for the design of building structures (GB 50009-2012) but using some regular practices improperly；and it raises a question that the Load code for the design of building structures just considers the diffusion effect of the covered soil to the live load of fire truck but does not consider the buffer function of the covered soil to the impact force of start and brake of fire engine.

Load of fire engine;Dynamic coefficient; Cover soil; The diffusion and superimposed load; The reduction coefficient

龚昌基(1935.7- )，教授级高工，一级注册结构工程师。

2015-03-30

TU3

A

1004-6135(2015)05-0027-03