消防车荷载计算在YJK和PKPM中的实现和差异

冯立燕 牛传凯

(1.中国建筑上海设计研究院有限公司，上海 201900； 2.同济大学土木工程学院，上海 200092； 3.明阳智慧能源集团上海有限公司，上海 200235)

GB 50009—2012建筑结构荷载规范[1](以下简称“荷载规范”)第5.1.2条及5.1.3条规定：设计楼面梁、墙、柱及基础时，消防车荷载应考虑可能的折减：设计楼面梁时，对单向板楼盖的次梁和槽型板的纵筋应取0.8，对单向板楼盖的主梁应取0.6，对双向板楼盖的梁应取0.8；设计墙、柱时，可按实际考虑，实际工程设计中一般对柱墙采用对主梁的折减系数，即对单向板楼盖取0.6，对双向板楼盖取0.8；设计基础时可不考虑消防车荷载。YJK把消防车荷载按照自定义荷载工况输入，并在自定义工况的荷载类型中专门设置“消防车”荷载类型，以进行专门处理，并且可以设置消防车荷载在计算不同的构件时采用不同的折减系数。PKPM把消防车荷载作为普通活荷载输入，但普通活荷载的重力荷载代表值系数和活荷载折减系数与消防车荷载有很大差别，且计算时需要分别建立对板、次梁、主梁、柱墙以及基础的模型。

本文以一个地下车库顶板的局部模型为例，分别采用YJK和PKPM进行计算分析。在地库顶板中取3跨8.4 m×8.4 m的标准跨轴网，顶板采用双向单次梁，故板跨为4.2 m×4.2 m。地库顶板厚度为250 mm，框架柱截面为600 mm×600 mm，主框架梁截面为550 mm×900 mm，次梁截面为300 mm×800 mm。覆土厚度为1.5 m，顶板附加恒荷载为27 kN/m2，顶板自重按程序自动生成，顶板常规活荷载为施工荷载5 kN/m2；抗震等级为三级。计算楼板时，按照跨度为4.2 m根据荷载规范5.1.1插值可得出消防车荷载标准值为29 kN/m2，考虑附录B中覆土对消防车荷载的影响，假定覆土应力扩散角取35°，则插值后可得双向板楼盖楼面消防车活荷载折减系数为0.85，那么考虑覆土影响后的消防车荷载标准值应为24.65 kN/m2，近似取25 kN/m2。计算主梁、次梁及框架柱时，按照跨度8.4 m根据荷载规范5.1.1条消防车荷载标准值为20 kN/m2，考虑覆土厚度折减后为：20×0.85=17 kN/m2。

根据荷载规范5.1.2条及5.1.3条，主梁、次梁及柱应考虑0.8的折减系数，则消防车荷载为：0.8×17=13.6 kN/m2。

基础不考虑消防车荷载。

1 消防车荷载在YJK中的实现

荷载设置步骤[2]：

1)在荷载布置菜单中输入恒载27 kN/m2及常规活荷载5 kN/m2。

2)在自定义荷载菜单定义“消防车荷载”。重力荷载代表值系数取为0，即消防车荷载不参与形成地震作用；准永久值系数取为0，即消防车荷载不参与裂缝和挠度的计算；计算主、次梁及框架柱时消防车荷载折减系数以设计楼板时的消防车荷载为基数，即13.6/25=0.544。

3)在消防车道分别布置常规活荷载、消防车荷载，荷载校核图形如图1所示。

4)计算前处理中，自定义工况组合下将常规活荷载和消防车荷载的组合关系改为“包络”，如图2所示。

5)生成数据并计算设计后，以图2中所示的典型框架梁、典型次梁、典型框架柱为例，在设计结果菜单下查看梁柱配筋，见图3。

2 消防车荷载在PKPM中的实现

PKPM中对消防车荷载只能按照常规活荷载输入模型，该活荷载对于计算板的模型为25 kN/m2，计算主、次梁及框架柱的模型为13.6 kN/m2，计算基础的模型为5 kN/m2，因此至少需要3个模型来完成对本工程的设计。消防车荷载作为常规活荷载输入模型时参与重力荷载代表值的形成，从而产生地震作用，且参与构件的裂缝与挠度的计算，从而使计算结果变大，经济性降低。建立模型并计算后梁、柱配筋如图4所示。

3 结果分析

将YJK与PKPM的计算结果对比分析可知，框架柱的配筋基本相同，框架梁及次梁的配筋对比如表1所示。

表1 YJK与PKPM计算结果对比 cm2

由表1的分析结果可以看出：主梁支座筋及底部钢筋，PKPM计算结果比YJK高13%左右；次梁支座钢筋差距很小可以忽略；次梁底部钢筋两者差距很大，PKPM比YJK高55%左右；主次梁的箍筋两者差距较小。因此在满足结构安全性的前提下，YJK与PKPM相比，计算时工作量更小，计算更合理，经济性更好。