文章作者：劉孝國
消防車荷載作為一種特殊的活荷載，與普通活荷載相比既有區(qū)別又有聯(lián)系，由于其荷載本身太大，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、層高及經(jīng)濟性影響顯著。在軟件未提供消防車荷載輸入之前，設(shè)計師一直采用普通活荷載模擬消防車荷載，基本形成一定的配筋經(jīng)驗。但實際上設(shè)計師對消防車荷載理解并不深入、不準(zhǔn)確，在軟件（PKPM軟件V3以后版本）提供了對消防車荷載的輸入與準(zhǔn)確計算，但是計算結(jié)果與之前設(shè)計師的經(jīng)驗判斷有很大差異，這造成設(shè)計師很大的疑惑，均作為活荷載處理，究竟什么原因?qū)е屡浣罱Y(jié)果差異很大。
本文結(jié)合規(guī)范中對消防車荷載的要求詳細(xì)剖析該類型活荷載，同時針對設(shè)計中應(yīng)該如何使用設(shè)計軟件正確實現(xiàn)消防車荷載的準(zhǔn)確計算做詳細(xì)介紹，并對設(shè)計師一直關(guān)注的按照活荷載模擬消防車荷載與直接輸入消防車荷載計算的內(nèi)力、配筋結(jié)果差異大做細(xì)致的比對分析，讓設(shè)計師清楚明白做消防車荷載作用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
1、樓板板面均布活荷載的取值
在荷載規(guī)范5.1.1中第8項專門列出了消防車荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及對應(yīng)的各組合系數(shù)、頻遇值系數(shù)以及準(zhǔn)永久組合系數(shù)。如圖1所示。同時荷載規(guī)范對該表的注釋中對消防車荷載做了補充說明，如圖2所示。
圖1 荷載規(guī)范5.1.1表中第8項消防車
圖2 注釋對消防車荷載做了特殊補充說明
消防車活荷載本身太大，目前常見的中型消防車總質(zhì)量小于15t，重型消防車總質(zhì)量一般在(20～30)t。對于住宅、賓館等建筑物，滅火時以中型消防車為主，當(dāng)建筑物總高在30m以上或建筑物面積較大時，應(yīng)考慮重型消防車。
消防車樓面活荷載按等效均布活荷載確定，并且考慮了覆土厚度影響。計算中選用的消防車為重型消防車，全車總重300kN，前軸重為60kN，后軸重為2×120kN，有2個前輪與4個后輪，輪壓作用尺寸均為0.2m×0.6m。規(guī)范的荷載取值按樓板跨度為2m～4m的單向板和跨度為3m～6m的雙向板。規(guī)范中該等效荷載的計算中綜合考慮了消防車臺數(shù)、樓板跨度、板長寬比以及覆土厚度等因素的影響，按照荷載最不利布置原則確定消防車位置，采用有限元軟件分析了在消防車輪壓作用下不同板跨單向板和雙向板的等效均布活荷載值。
根據(jù)單向板和雙向板的等效均布活荷載值計算結(jié)果，規(guī)范規(guī)定板跨在3m至6m之間的雙向板，活荷載可根據(jù)板跨按線性插值確定。單向板樓蓋板跨介于2m～4m之間時，活荷載可按跨度在(35～25)kN/m2范圍內(nèi)線性插值確定。
從以上規(guī)范條文可以得出以下結(jié)論，供設(shè)計師設(shè)計中使用：
（1） 消防車荷載已經(jīng)考慮了不利布置，雖然是活荷載，在設(shè)計中可以不用再類似普通活荷載那樣考慮活荷載的不利布置。
（2） 規(guī)范中等效活荷載計算是按照300kN級消防車，以簡支板模型跨中彎矩等效相等的原則等效。
（3） 規(guī)范等效荷載是對于30m以上的建筑重級消防車的等效活荷載取值，如果多層可以考慮采用中型消防車，按照后軸輪壓的實際大小簡單換算300kN重級后輪輪壓（2×120kN），確定等效均布活荷載。
（4） 規(guī)范為300kN級消防車計算的等效荷載，當(dāng)采用更重消防車時，比如550kN級消防車時，按照后輪輪壓簡單換算，確定等效荷載應(yīng)乘以放大系數(shù)1.17。
（5） 對于樓板有覆土情況可以考慮覆土的厚度，對于板面上的荷載進(jìn)行相應(yīng)的折減。
（6） 規(guī)范中等效均布活荷載按照簡支板跨中彎矩相等原則確定，對樓板的所有效應(yīng)計算屬于簡化和估算，將樓板等效均布荷載應(yīng)用于梁、柱及墻等各類支承構(gòu)件的所有效應(yīng)計算，是一種更大程度的近似。
（7） 對于消防車不經(jīng)常通行的車道，也即除消防站以外的車道，規(guī)范降低了其荷載的頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)。
消防車活荷載按照等效荷載輸入時，需要考慮以上事項。
2、消防車板面荷載按照覆土厚的折減
荷載規(guī)范5.1.3中對于常用板跨的消防車活荷載按照覆土厚度進(jìn)行了相應(yīng)的折減，一般可在原消防車輪壓作用范圍的基礎(chǔ)上，取擴散角為35度，以擴散后的作用范圍按等效均布方法確定活荷載標(biāo)準(zhǔn)值。在計算折算覆土厚度的公式(B.0.2)中，假定覆土應(yīng)力擴散角為35度，常數(shù)1.43為tan350的倒數(shù)。使用者可以根據(jù)具體情況采用實際的覆土應(yīng)力擴散角θ，按圖3公式計算折算覆土厚度。再按照圖4的折算厚度及樓板板跨確定考慮覆土厚影響的消防車荷載折減系數(shù)。
圖3 頂板折算覆土厚度計算
圖4 考慮折算覆土厚及樓板跨度對消防車荷載的折減
通過上述第1條確定樓板面的等效消防車荷載，通過第2條確定考慮覆土厚的消防車荷載折減系數(shù)，乘積可以得樓板板面的等效消防車荷載。
3、 消防車荷載對于柱、墻的影響
荷載規(guī)范5.1.3中要求對于設(shè)計墻、柱時，規(guī)范表5.1.1中第8項的消防車活荷載可按實際情況考慮；對樓板的所有效應(yīng)計算屬于簡化和估算，將樓板等效均布荷載應(yīng)用于梁、柱及墻等各類支承構(gòu)件的所有效應(yīng)計算，是一種近似。目前程序均按照輸入到樓板的等效荷載進(jìn)行柱、墻的計算。
4、 消防車荷載對于基礎(chǔ)的影響
荷載規(guī)范5.1.3中明確要求設(shè)計基礎(chǔ)時可不考慮消防車荷載。注意：對于地基基礎(chǔ)設(shè)計及結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的正常使用極限狀態(tài)驗算時，一般工程可不考慮消防車的影響，特殊工程應(yīng)考慮消防車的影響?！耙话愎こ獭敝赶儡嚥唤?jīng)常出現(xiàn)的工程，大部分工程屬于一般工程?！疤厥夤こ獭敝赶儡嚱?jīng)常出現(xiàn)的工程，如消防中心、城市主要消防設(shè)施和消防通道等。需要注意的是：此時雖然不取消防車房間的消防車荷載，但是應(yīng)該取該房間的活荷載作為基礎(chǔ)計算的活荷載考慮。
5、 消防車荷載對于梁的折減
荷載規(guī)范5.1.2要求，設(shè)計樓面梁時，消防車荷載對單向板樓蓋的次梁和槽形板的縱肋應(yīng)取0.8，對單向板樓蓋的主梁應(yīng)取0.6，對雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8；
6、 消防車荷載對于柱、墻的折減
荷載規(guī)范5.1.2對墻、柱設(shè)計時消防車荷載可按照實際情況考慮。也即不考慮對消防車荷載下柱、墻進(jìn)行折減。
7、 消防車活荷載與其他荷載的組合
消防車屬于規(guī)范的活荷載屬性，從規(guī)范的均布活荷載的分項系數(shù)來看，應(yīng)該取值與普通活荷載一致。當(dāng)然部分資料上也有不同的認(rèn)知，有些資料認(rèn)為一般工程，消防車荷載出現(xiàn)的概率小，消防車荷載與普通活荷載有區(qū)別，屬于偶然出現(xiàn)的荷載，其可變荷載的風(fēng)項系數(shù)可取1.0，即可采用消防車等效均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)數(shù)值與其他荷載（作用）效應(yīng)組合。當(dāng)然對于消防車這種偶然荷載與地震作用效應(yīng)、溫度作用效應(yīng)、人防荷載效應(yīng)等同時出現(xiàn)的概率很小，在進(jìn)行組合的時候可不考慮相互間的效應(yīng)組合。消防車屬于短期荷載,一般重力荷載代表值系數(shù)應(yīng)取為0。計算重力荷載代表值時，應(yīng)取布置消防車荷載房間上布置的普通活荷載。
