关于消防车荷载的简化计算

关于消防车荷载的简化计算关于消防车荷载的简化计算 规范明确规定了等效均布荷载的计算原则 但由于消防车轮压位置的不确 定性 实际计算复杂且计算结果有时与规范数值出入很大 对双向板问题更加 突出 为方便设计 并应网友的要求 此处提供满足工程设计要求的等效荷载计 算表 此为博主正在编辑整理的书稿内容 供设计者选择使用 1 不同板跨时 双向板等效均布荷载的简化计算表格 表 1 中列出了在消防车 300kN 级 轮压直接作用下 不同板跨的双向板 其等效均布荷载简化计算数值 供读者参考 表 1 消防车轮压直接作用下双向板的等效均布荷载 板跨 m 2 02 53 03 54 04 55 05 5 6 0 等效均布荷载 kN m2 35 033 131 329 427 525 623 821 920 0 2 不同覆土厚度时 消防车轮压等效均布荷载的简化计算 不同覆土厚度时 对消防车轮压等效均布荷载数值的计算可采取简化 方法 考虑不同覆土厚度对消防车轮压等效均布荷载数值的影响 近似可按线 性关系按表 2 确定 表 2 消防车轮压作用下 不同覆土厚度时的等效均布荷载调整系数 覆土厚 度 m 0 25 0 500 751 001 251 501 752 002 25 2 50 调整系数1 00 0 920 850 770 700 620 550 470 400 32 3 综合考虑板跨和不同覆土层厚度时 消防车轮压等效均布荷载的确定 考虑板跨和不同覆土层厚度确定消防车轮压作用下的等效均布荷载数 值时 可采用简化计算方法 参考表 3 表 4 确定不同板跨 不同覆土层厚度 时的等效均布荷载数值 表 3 消防车轮压作用下单向板的等效均布荷载值 kN m2 覆土厚度 m 板跨 m 0 25 0 50 0 751 001 251 501 752 002 25 2 50 235 032 429 727 124 521 819 216 613 911 3 表 4 消防车轮压作用下双向板的等效均布荷载值 kN m2 覆土厚度 m 板格的 短边跨 度 m 0 25 0 500 751 001 251 501 752 002 25 2 50 2 035 032 429 727 124 521 819 216 613 911 3 2 533 130 728 325 823 421 018 616 113 711 3 3 031 329 126 924 622 420 218 015 713 511 3 3 529 427 425 423 421 419 317 315 313 311 3 4 027 525 723 922 120 318 516 714 913 111 3 4 525 624 022 420 819 217 716 114 512 911 3 5 023 822 421 019 618 216 915 514 112 711 3 5 521 920 719 518 417 216 014 813 712 511 3 6 020 019 018 117 116 115 214 213 212 311 3 4 等效均布荷载属于结构估算的范畴 追求过高的计算精度对工程设计 而言没有必要 实际工程中应注意效应的统一性 即注意在不同效应时 等效 荷载不可通用 自从我的 建筑结构设计规范应用图解手册 出版以来 常有读者就第 13 页表 4 1 1 3 的 覆土厚度足够 提出量化要求 今补充说明如下 表 4 1 1 3 覆土厚度足够时消防车的荷载 汽车类型100kN 汽车 150kN 汽车 200kN 汽车 300kN 汽车 550kN 汽车 荷载 kN m2 4 256 348 5011 2511 38 覆土厚度足够时 hmin m 2 502 402 352 302 60 足够的覆土厚度指 汽车轮压通过土层的扩散 交替和重叠 达到在某一 平面近似均匀分布时的覆土层厚度 足够的覆土厚度数值应根据工程经验确定 当无可靠设计经验时 可按后 轴轮压的扩散面积不小于按荷重比例划分的汽车投影面积确定 如 300kN 级 汽车 汽车的合理投影面积为 8 0 6 2 5 0 6 26 66m2 后轴轮压占 全车重量的比例为 240 300 0 8 取后轴轮压的扩散面积为 0 8 26 66 21 33m2 相应的覆土厚度为 hmin 当实际覆土厚度 h hmin 时 可认为覆土厚度足够 取表中 hmin 数值 对 荷载规范 第 4 1 1 条的理解与应用 注意 本文上传过程图及符号丢失 请核查原文 一 规范的规定 见 建筑结构荷载规范 GB 50009 2001 以下简称 荷载规范 第 4 1 1 条 二 对规范规定的理解 荷载规范 表 4 1 1 可从以下三方面理解 1 表 4 1 1 中的均布活荷载为作用在楼面上的荷载 需要说明的是 表 4 1 1 中的所有荷载均为直接作用直接作用 在楼面上的荷载 仅可用于楼面板设计计算 用于楼面梁 柱 墙及基础计算时的荷载需按 荷载规范 第 4 1 2 条要求折 减 2 符合表 4 1 1 注 3 规定时 按表中数值取用 3 不符合表 4 1 1 注 3 规定 如汽车总重量大于 300kN 等 时 按结构效 应等效原则 将车轮的局部荷载换算为等效均布荷载 三 结构设计的相关问题 1 车辆荷载尤其是消防车对楼面的荷载作用 主要应考虑车辆满载重量及 汽车轮压的动荷载效应 动力系数与楼面覆土厚度等因素有关 见表 4 1 1 1 表 4 1 1 1 汽车轮压荷载传至楼板和梁的动力系数 覆土厚度 0 250 300 350 400 450 500 550 600 65 0 7 m 动力系数 1 301 271 241 201 171 141 101 071 041 0 注 覆土厚度不为表中数值时 其动力系数可按线性内插法确定 2 表 4 1 1 中第 8 项实际上是汽车轮压直接作用在楼板上的等效均布活荷 载 对于跨度较大的楼板还应考虑多辆汽车的共同作用 1 对客车荷载 不能将客车车库的楼面等效荷载 表 4 1 1 中第 8 项数值 与其楼面实际荷载混为一谈 当楼板的形式及支承情况不同时楼面等效荷载的 计算数值也不相同 等效荷载数值的不同不是楼面实际荷载的不同 而是在相 同楼面荷载 客车荷载 下 不同形式楼板按跨中弯矩相等折算出的等效荷载 数值不同 因此 结构设计中将客车荷载按规范的等效荷载数值限制是不恰当 的 且容易得出同一客车停车库 场 有两种不同荷载限值的错误结论 对客车车库的荷载应以限定客车的种类为宜 如限定停放载人少于 9 人的 客车 每一车位最小范围 2 5m 4 5m 等 2 对消防车荷载 若不考虑板顶的覆土厚度对消防车轮压的影响而统一取 用表中数值 当地下室顶板顶面覆土厚度较厚时 显然是不合适的 现举例说 明之 例如 某工程纯地下室 顶板为板跨小于 2m 的单向板 顶面为覆土厚度 3m 的绿化地面 消防车 30t 级 道贯穿其中 覆土已将消防车轮压局部荷载 基本扩散为均布荷载 由表 4 1 1 3 可知 30t 消防车在车身平面内的平均荷 载仅为 11 25kN m2 显然消防车的任何排列方式均不可能达到表 4 1 1 中 35 kN m2的荷载数值 3 荷载规范 条文说明中指出 对 20 30t 的消防车 可按最大轮压 为 60kN 作用在 0 6m 0 2m 的局部面积上的条件确定 为此 应按 全国民 用建筑工程设计技术措施 结构 以下简称 结构技术措施 图 2 3 2 和图 2 3 3 确定汽车纵横方向的排列间距 表 4 1 1 2 各级汽车荷载的主要技术指标 汽车 10 级 汽车 超 10 级 汽车 20 级汽车 超 20 级 主要指标 单位 主车重车 主车 重车 主车 重车 主车 重车 一辆汽车 总重力 kN100150200300550 一行汽车 车队中重 车数量 辆 1111 前轴重力 kN3050706030 中轴重力 kN 2 120 后轴重力 kN701001302 1202 140 轴 距 m4 04 04 04 0 1 43 1 4 7 1 4 轮 距 m1 81 81 81 81 8 前轮着地 宽度及长 度 m0 25 0 200 25 0 20 0 3 0 20 3 0 20 3 0 2 中 后轮 着地宽度 及长度 m0 5 0 20 5 0 20 6 0 20 6 0 20 6 0 2 车辆外形 尺寸 长 宽 m7 0 2 57 0 2 57 0 2 58 0 2 515 0 2 5 车身投影 范围的平 均重量 kN m 2 5 728 5711 4315 00 14 67 4 各类汽车在其投影面积范围 考虑汽车之间的纵向及横向最小间距均为 600mm 内的平均荷重见表 4 1 1 3 表 4 1 1 3 覆土厚度足够时消防车的荷载 汽车类型100kN 汽车150kN 汽车200kN 汽车300kN 汽车550kN 汽车 荷载 kN m2 4 256 348 5011 2511 38 5 目前结构设计计算中 出于对结构抗震设计的考虑 地下室承受的土压 力一般均按静止土压力计算 土压力系数值一般取 0 5 四 设计建议四 设计建议 1 对于直接承受消防车荷载的结构楼面 屋面 板 当符合 荷载规范 要求时 可进行简化计算 即直接采用表 4 1 1 中均布活荷载数值 当不符合 时 应计算汽车轮压的局部荷载效应 2 楼板和梁的设计计算中 应考虑汽车轮压的动力系数 可按表 4 1 1 1 考虑顶板板顶以上覆土对汽车轮压动力系数的降低作用 3 考虑汽车轮压压力扩散的计算方法 1 在汽车荷载作用下 管沟壁或地下室外墙的侧向压力如图 4 1 1 1 图 4 1 1 1 管沟壁或地下室外墙的侧向土压力 图 4 1 1 2 不考虑轮压扩散时的土压力图 4 1 1 3 考虑轮压扩散时的 土压力 当上端自由下端固定时 在宽度 范围内 墙底总弯矩 4 1 1 1 当上端简支下端固定时 在宽度 范围内 墙底总弯矩 4 1 1 2 式中 汽车荷载在深度为 及 处的水平侧压力 汽车荷载在深度为 及处的水平侧压力分布宽度 其值 轮宽 两侧各按 300角向下扩散的宽度 表 4 1 1 4 主动土压力系数 土的内摩擦角 150200250300350400450 0 5880 4900 4060 3330 2700 2170 171 2 依据 城市供热管网结构设计规范 CJJ 105 2005 的规定 轮压在混 凝土结构中的扩散按单边 1 1 考虑 即相当于取图 4 1 1 1 中扩散角 450 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 取图 4 1 1 1 中扩散角 350 4 主动土压力系数 见表 4 1 1 5 静止土压力系数取 0 5 5 静止土压力系数随土体密实度 固结程度的增加而增加 对正常固结 土取值见表 4 1 4 5 表 4 1 1 5 静止土压力系数 土类 坚硬土 硬 可塑粘性土粉质粘 土 砂土 可 软塑粘性 土 软塑粘性土 流塑粘性土 0 2 0 4 0 4 0 50 5 0 60 6 0 750 75 0 8 自然状态下的土体内水平向有效应力 可以认为与静止土压力相等 土体 侧向变形会改变其水平应力状态 最终的水平应力 随着变形的大小和方向而 呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态 事实上 地下室的施工工 艺决定了其周围的土只能是回填土 应取用相应的主动土压力系数 而静止土 压力一般可用在不允许有位移的支护结构 并不适合用于地下室外墙或挡土墙 的设计计算中 现阶段地下室外墙或挡土墙的设计计算 可结合设计现状进行适当的调整 即考虑地震往复作用对接近地表之地下室土压力的增大作用 建议地下室顶部 土压力可按静止土压力系数计算 而地下室底部土压力系数可按主动土压力系 数计算 见图 4 1 1 3 而在挡土墙的裂缝宽度计算中 则地下室的土压力 均宜按表 4 1 1 5 取用主动土压力系数 见图 4 1 1 4 图 4 1 1 3 承载能力极限状态计算时的土压力取值 图 4 1 1 4 正常使 用极限状态计算时的土压力取值 对 荷载规范 第 4 1 2 条的理解与应用 注意 本文上传过程图及符号丢失 请核查原文 一 对规范规定的理解一 对规范规定的理解 对规范的上述规定可以从下列三方面理解并归纳为表 4 1 2 1 和表 4 1 2 2 1 支承结构构件的不同 其楼面活荷载的折减系数也不同 2 楼面活荷载的类型及数值的不同 其楼面活荷载的折减系数也不同 3 上述梁 墙 柱基础的活荷载折减均是对楼面活荷载 表 4 1 1 数值 的折减 表表 4 1 2 14 1 2 1 设计楼面梁时楼面均布活荷载标准值的折减系数设计楼面梁时楼面均布活荷载标准值的折减系数 梁的从属面 积 m2 建筑使用部位及类别折减系数 25表 4 1 1 第 1 1 项 0 9 50表 4 1 1 第 1 2 7 项 0 9 单向板楼盖的次梁和槽 形板的纵肋 0 8 单向板楼盖的主梁 0 6 表 4 1 1 第 8 项 双向板楼盖的梁 0 8 表 4 1 1 第 9 12 项 同所属房屋类别的 折减系数值 表表 4 1 2 24 1 2 2 设计墙 柱和基础时的楼面均布活荷载标准值的折减系数设计墙 柱和基础时的楼面均布活荷载标准值的折减系数 部位折减系数 墙 柱 基础计算截面 以上的层数 12 34 56 89 20 20 表 4 1 1 第 1 1 计算截面以上各楼层活1 00 0 0 85 0 700 650 600 55 项荷载总和的折减系数90 表 4 1 1 第 1 2 7 项 0 9 单向板楼盖 0 5 表 4 1 1 第 8 项双向板楼盖和无 梁楼盖 0 8 表 4 1 1 第 9 12 项同所属房屋类别的折减系数值 二 结构设计的相关问题二 结构设计的相关问题 1 上述表 4 1 2 1 和 4 1 2 2 规定了不同荷载情况下的折减系数 现以消 防车荷载为例说明之 见表 4 1 2 3 及 4 1 2 4 因折减系数多 数值变化 大且需分构件考虑 故一般仅适合于手算 表 4 1 2 3 设计楼面梁时对消防车楼面活荷载的折减系数 情况 单向板楼盖的次 梁 槽形板的纵肋 单向板楼盖的主 梁 双向板楼盖的梁 折减系数0 8 0 80 60 8 表 4 1 2 4 设计墙 柱及基础时对消防车楼面活荷载的折减系数 情况单向板楼盖双向板楼盖无梁楼盖 折减系数 0 50 80 8 2 现行结构计算中多数程序无法区分表 4 1 1 中第 1 1 项与第 1 2 12 项 因此 很难实现 荷载规范 区分不同活荷