文/黃冠豪 廣東廣州 510000

地下室結構設計優(yōu)化及消防車活荷載合理取值

文/黃冠豪 廣東廣州 510000

本文結合筆者多年建筑工程地下室結構設計，從技術和經濟的角度對地下室柱網優(yōu)化，并相應對消防車活荷載合理取值進行了分析闡述，通過一些工程實例進行了具體說明對比，得出比較優(yōu)化的柱網方案，以達到工程設計安全經濟的目的。

地下室結構設計；優(yōu)化；消防車；活荷載

隨著城市的發(fā)展，一般高層建筑和小區(qū)商住樓等均帶有較大的地下室，按照消防要求，常常要求地下室頂板應能行走消防車，而對于地下室的梁板設計而言，其消防車的均布荷載均較大，常起控制的作用。因此，地下室柱網應結合建筑的使用功能要求而進行優(yōu)化設置，并對消防車活荷載適當考慮頂板覆土厚度的影響，換算為“等效均布活荷載”來進行合理取值，以達到工程設計的安全與經濟的目的。

一、消防車活荷載的合理取值

消防車荷載的取值問題，根據每個設計者對《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）表5.1.1注3“……當不符合本表的要求時，應將車輪的局部荷載按結構效應的等效原則，換算為等效荷載?！钡睦斫獠煌?，對消防車道取值進行等效換算的方式也比較混亂。而在實際工程中，由于等效均布荷載計算過程較為繁瑣，設計周期又短等原因，大都未進行等效均布荷載的計算而采用經驗“估算”的辦法。

目前有關覆土對消防車活荷載折減的介紹資料也比較豐富，但也比較雜亂。經過筆者了解的有關文章，如鄒海莉等在文章《地下室頂板上消防車活荷載合理取值的探討》中提出按照45°對消防車輪壓在不同厚度覆土中進行擴散，采用擴散后的活荷載作為等效均布活荷載。由于消防車輪壓在土中的擴散角與覆土的性質和路面的構造有關，按45°擴散角取值，其計算結果偏小?！督ㄖY構荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）的條文說明第5.1.1中提到“對板上有覆土的消防車活荷載，明確規(guī)定可以考慮覆土的影響，一般可在原消防車輪壓作用范圍的基礎上，取擴散角為35°?！币话愕缆访娴母餐良懊鎸訉ζ囕唹旱臄U散作用角度均不同（車輪壓力擴散角，在混凝土中按45°考慮，在土中可按30°考慮）。因此，可考慮荷載取值有一定的富裕度，偏向安全設計，消防車輪壓在土中擴散角取30°進行計算，此取值跟朱炳寅《建筑結構設計問答及分析》中提到按擴散角30°的計算是相同。其實，荷載等效本就屬于近似計算，可理解為滿足工程精度要求的計算，而追求過高的精度從工程角度看毫無意義，實際工程中應注意效應的統(tǒng)一性，即注意在不同效應時，等效荷載不可通用。因此本文不在詳細介紹“板面等效荷載計算”的計算，其取值就參照朱炳寅先生《建筑結構設計問答及分析》中提出的荷載匯總表，如表1所示。

表1　考慮板頂覆土厚度及板跨影響時露面消防車等效均布活荷載值(kN/m2)

對于實際工程的板不同跨度，其消防車等效均布活荷載取值可按表1現(xiàn)行插值確定。此表格綜合考慮了板跨和不同覆土層厚度后，按板的短邊跨度劃分，單向板和雙向板的等效荷載均取相同數(shù)值。實踐證明，這種做法在實際工程計算結果中，構件的截面尺寸和配筋變化不大的，也算是“估算”的一種方式吧。

二、兩種不同柱網的優(yōu)化比較

通過上敘消防車等效均布活荷載合理取值的分析，本文主要對比地下室兩種比較常用的柱網布置進行對比探討，看哪種柱網的方案比較優(yōu)化。筆者在近幾年地下室結構設計中，主要碰到有兩種常用的柱網間距為：8m*8m和5.3m（5.5m）*8m，這兩種形式恰好也是將地下室頂板分成雙向板和單向板，很具有代表性。下面具體分析兩者的情況，對比兩者的區(qū)別。按目前園林一般做法，要求地下室頂板覆土厚度采用1.2m，頂板有跌級高差部位的話，就采用其他輕質材料換填，非消防車道的活荷載取值為5KN/m2，板厚取值為160mm。

1.地下室柱距為8m*8m（雙向板）的情況

此情況地下室頂板一般采用井字梁樓蓋或者十字梁樓蓋。因采用十字梁樓蓋形式的，其梁板截面尺寸均比較大，要求地下室層高教高，一般建筑設計不予采用，而采用井字梁形式的，就相對比較經濟合理。筆者曾參與的項目 “廣園東·東方名都花園三期”地下室就是屬于這種情況，主要是業(yè)主要求跟一、二期的柱間距相同。因此采用井字梁形式，框架梁截面尺寸均為：500mm*900mm，井字次梁為：300mm*800mm，頂板雙向板劃分為2.6m*2.6m，按表1線性內插可得地下室頂板消防車道部位板設計等效活載為：25.0 kN/m2，按《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）5.1.2規(guī)定，雙向板的梁計算均取折減系數(shù)0.8，則計算梁設計時候等效荷載取值為：25.0*0.8=20.0 kN/m2。

經過設計計算，框架梁非消防車部位，配筋（均采用三級鋼，下同），一般為：支座筋為8φ32，底筋6φ32；有消防車活載部位，截面尺寸為：500*1000配筋一般為：支座筋為11φ32，底筋10φ32。次梁非消費車部位，配筋一般為：支座筋為5φ25，底筋4φ22；有消防車活載部位，截面尺寸為400*800，配筋一般為：支座筋為8φ25，底筋6φ25?？梢婋p向板情況，因四邊受力情況相同，周邊框架梁截面尺寸都相同，截面尺寸也相對較大。而次梁部位應為共同協(xié)調受力，反而截面配筋均相對較小，但根數(shù)較多。

2.地下室柱距為5.3m（5.5m）*8m（單向板）的情況

此情況柱距為5.3m*8m，按建筑停車位設置，恰好兩跨背靠停車，中間設置5.5m×8.0m車道，方便使用。這種形式的柱網，地下室頂板一般在5.3m(5.5m)跨，橫向拉一根次梁，采用單向板形式。筆者曾參與的項目 “中山·傳盛東方名都花園”地下室就是屬于這種情況。5.3m(5.5m)跨框架梁截面尺寸為：400 mm *900 mm，次梁為：300 mm *800 mm，8.0m跨方向框架梁截面尺寸為：300 mm *800 mm，頂板單向板為2.65m（2.75m）*8.0m。這時要注意消防車在單向板行駛會出現(xiàn)沿單向板跨度方向和垂直于單向板跨度方向兩種形式，不過此跨度單向板僅需考慮1臺消防車荷載的作用，也符合頂板園林道路寬度的實際情況。經過資料文獻表示，后者行駛方向比前者的等效荷載大一些，但對設計結果影響不大，固按表1線性內插，可得地下室頂板消防車道部位板設計等效活載均取值為：25.0 kN/m2，按《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）5.1.2規(guī)定，單向板的次梁計算取折減系數(shù)為0.8，計算荷載為：25.0*0.8=20.0 kN/m2；主梁計算取折減系數(shù)為0.6，計算荷載為：25.0*0.6=15.0 kN/m2。

經過設計計算，框架梁非消防車部位，5.3m(5.5m)跨配筋一般為：支座筋為6φ25，底筋5φ25；有消防車活載部位，截面尺寸為450 mm *900 mm，配筋一般為：支座筋為8φ25，底筋7φ32。次梁非消費車部位，配筋一般為：支座筋為5φ25，底筋4φ25；有消防車活載部位，截面尺寸為400 mm *800 mm，配筋一般為：支座筋為10φ25，底筋7φ25。

通過上面數(shù)據對比分析，兩種形式的次梁計算荷載折減系數(shù)均為0.8，而采用雙向板的情況，框架梁計算荷載折減系數(shù)為0.8，等效荷載較大，故截面尺寸及配筋均較大；消防車部位雙向板四邊均需另加附加板負筋，但次梁配筋相對就小些。采用單向板的情況，框架梁計算荷載折減系數(shù)為0.6，則截面尺寸及配筋均小很多，消防車部位單向板長方向兩邊需另加附加板負筋，而次梁配筋相對就大些，但雙向板是井字梁形式，有4根次梁，相比較下，還是采用單向板的情況更優(yōu)化些。

結語：

經過本文的上面分析可知，地下室柱網的布置應配合建筑功能使用，考慮停車車位的布局，盡量跟建筑專業(yè)溝通，采用柱網5.3m（5.5m）*8m的形式，既方便車位的使用，滿足建筑功能要求，也方便控制結構頂板梁高，便于水電專業(yè)的管線合理布置。在消防車活荷載取值上，應考慮覆土的擴散效應對消防車荷載起明顯的折減作用，覆土越厚、板跨越大，折減效果越明顯。因此設計師應針對工程的實際情況，采用折減后的等效荷載合理取值，以達到安全經濟的設計目標。

[1]《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009—2012).

[2]朱炳寅.《建筑結構設計問答及分析》，中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]鄒海莉，等.《地下室頂板上消防車活荷載合理取值的探討》，四川建材2006年第2期.

[4]陳麗敏.《對地下室頂板單向板上消防車活荷載取值的探討》，福建建筑2010年第5期.

黃冠豪（身份證號：440106198408101537 ），1984/08, 廣東，男，建筑結構，茂名學院，中級職稱。