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[分享]消防车荷载按普通活荷输入是错的?
PKPM构力科技
标准抵消防车荷载的相关请求
1、楼板板面均布活荷载的取值
在荷载标准5.1.1中第8项特地列出了消防车荷载的规范值及对应的各组合系数、频遇值系数以及准永世组合系数。如图1所示。同时荷载标准对该表的注释中抵消防车荷载做了补充阐明，如图2所示。
图1 荷载标准5.1.1表中第8项消防车
图2 注释抵消防车荷载做了特殊补充阐明
消防车活荷载自身太大，目前常见的中型消防车总质量小于15t，重型消防车总质量普通在(20～30)t。关于住宅、宾馆等建筑物，灭火时以中型消防车为主，当建筑物总高在30m以上或建筑物面积较大时，应思索重型消防车。
消防车楼面活荷载按等效均布活荷载肯定，并且思索了覆土厚度影响。计算当选用的消防车为重型消防车，全车总重300kN，前轴重为60kN，后轴重为2×120kN，有2个前轮与4个后轮，轮压作用尺寸均为0.2m×0.6m。标准的荷载取值按楼板跨度为2m～4m的单向板和跨度为3m～6m的双向板。标准中该等效荷载的计算中综合思索了消防车台数、楼板跨度、板长宽比以及覆土厚度等要素的影响，依照荷载最不利布置准绳肯定消防车位置，采用有限元软件剖析了在消防车轮压作用下不同板跨单向板和双向板的等效均布活荷载值。
依据单向板和双向板的等效均布活荷载值计算结果，标准规则板跨在3m至6m之间的双向板，活荷载可依据板跨按线性插值肯定。单向板楼盖板跨介于2m～4m之间时，活荷载可按跨度在(35～25)kN/m2范围内线性插值肯定。
从以上标准条文能够得出以下结论，供设计师设计中运用：
(1)消防车荷载曾经思索了不利布置，固然是活荷载，在设计中能够不用再相似普通活荷载那样思索活荷载的不利布置。
(2)标准中等效活荷载计算是依照300kN级消防车，以简支板模型跨中弯矩等效相等的准绳等效。
(3)标准等效荷载是关于30m以上的建筑重级消防车的等效活荷载取值，假如多层能够思索采用中型消防车，依照后轴轮压的实践大小简单换算300kN重级后轮轮压(2×120kN)，肯定等效均布活荷载。
(4)标准为300kN级消防车计算的等效荷载，当采用更重消防车时，比方550kN级消防车时，依照后轮轮压简单换算，肯定等效荷载应乘以放大系数1.17。
(5)关于楼板有覆土状况能够思索覆土的厚度，关于板面上的荷载停止相应的折减。
(6)标准中等效均布活荷载依照简支板跨中弯矩相等准绳肯定，对楼板的一切效应计算属于简化和预算，将楼板等效均布荷载应用于梁、柱及墙等各类支承构件的一切效应计算，是一种更大水平的近似。
(7)关于消防车不经常通行的车道，也即除消防站以外的车道，标准降低了其荷载的频遇值和准永世值系数。
消防车活荷载依照等效荷载输入时，需求思索以上事项。
2、消防车板面荷载依照覆土厚的折减
荷载标准5.1.3中关于常用板跨的消防车活荷载依照覆土厚度停止了相应的折减，普通可在原消防车轮压作用范围的根底上，取扩散角为35度，以扩散后的作用范围按等效均布办法肯定活荷载规范值。在计算折算覆土厚度的公式(B.0.2)中，假定覆土应力扩散角为35度，常数1.43为tan350的倒数。运用者能够依据详细状况采用实践的覆土应力扩散角θ，按图3公式计算折算覆土厚度。再依照图4的折算厚度及楼板板跨肯定思索覆土厚影响的消防车荷载折减系数。
图3 顶板折算覆土厚度计算
图4思索折算覆土厚及楼板跨度抵消防车荷载的折减
经过上述第1条肯定楼板面的等效消防车荷载，经过第2条肯定思索覆土厚的消防车荷载折减系数，乘积能够得楼板板面的等效消防车荷载。
3、消防车荷载关于柱、墙的影响
荷载标准5.1.3中请求关于设计墙、柱时，标准表5.1.1中第8项的消防车活荷载可按实践状况思索;对楼板的一切效应计算属于简化和预算，将楼板等效均布荷载应用于梁、柱及墙等各类支承构件的一切效应计算，是一种近似。目前程序均依照输入到楼板的等效荷载停止柱、墙的计算。
4、消防车荷载关于根底的影响
荷载标准5.1.3中明白请求设计根底时可不思索消防车荷载。留意：关于地基根底设计及构造和构件的正常运用极限状态验算时，普通工程可不思索消防车的影响，特殊工程应思索消防车的影响。“普通工程”指消防车不经常呈现的工程，大局部工程属于普通工程。“特殊工程”指消防车经常呈现的工程，如消防中心、城市主要消防设备和消防通道等。需求留意的是：此时固然不取消防车房间的消防车荷载，但是应该取该房间的活荷载作为根底计算的活荷载思索。
5、消防车荷载关于梁的折减
荷载标准5.1.2请求，设计楼面梁时，消防车荷载对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取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;
6、消防车荷载关于柱、墙的折减
荷载标准5.1.2对墙、柱设计时消防车荷载可依照实践状况思索。也即不思索抵消防车荷载下柱、墙停止折减。
7、消防车活荷载与其他荷载的组合
消防车属于标准的活荷载属性，从标准的均布活荷载的分项系数来看，应该取值与普通活荷载分歧。当然局部材料上也有不同的认知，有些材料以为普通工程，消防车荷载呈现的概率小，消防车荷载与普通活荷载有区别，属于偶尔呈现的荷载，其可变荷载的风项系数可取1.0，即可采用消防车等效均布活荷载的规范值效应数值与其他荷载(作用)效应组合。当然关于消防车这种偶尔荷载与地震作用效应、温度作用效应、人防荷载效应同等时呈现的概率很小，在停止组合的时分可不思索互相间的效应组合。消防车属于短期荷载,普通重力荷载代表值系数应取为0。计算重力荷载代表值时，应取布置消防车荷载房间上布置的普通活荷载。
SATWE软件V4版关于设计中存在的消防车荷载的正确处置
在运用V3.1.5及之前版本程序停止消防车荷载处置时，普通设计师会简化处置，依照普通的活载停止输入，停止上部构造柱、墙及板的内力计算与配筋设计，同时根底计算还需求单独再建模，把消防车荷载房间上的普通活荷载修正为正常房间的普通活荷载计算。即便这样处置，无形中增加了设计人员的工作量，也不能停止该消防车荷载精密化的模仿。
本文分离V4.1版本软件，细致论述如何便利、高效、精确的停止消防车荷载的设计。正确、完好的建模及计算流程如下：
1、依据工程状况肯定房间消防车荷载的输入值
假设某构造中的公开室顶板中，柱距9 m x 9m，每个房间两道次梁，次梁构成的板跨度均为3m x 3m，公开室顶板覆土厚度为1m。思索施工荷载等，输入这层一切房间的普通活荷载为5kN/m2，然后对可能存在消防车荷载的房间布置消防车荷载。消防车荷载的板面活荷载依照荷载标准差异值为：35kN/m2，然后依照荷载标准附录B计算，取覆土应力扩散角为45度，则得到折算覆土厚为：1.43 xtan450x 1 m=1.43m，线性插值查表得到3m x 3m双向板折算覆土厚度1.43m时的折减系数为：0.803。然后能够肯定输入到消防车房间上的消防车荷载为：0.803*35=28.105kN/m2。留意：布置该消防车荷载的房间同时还布置了5kN/m2的普通活荷载。图5为该公开室顶板均布置了普通的活荷载的布置图，关于一些特殊的荷载工况，如消防车荷载工况等，在荷载补充中定义，如下图6为荷载补充定义截面，图7为消防车可能存在的房间布置等效的板面消防车荷载28.1kN/m2。
2、消防车荷载下梁、柱墙的自动折减
关于板面上的等效消防车面荷载传到梁上需求停止折减，程序中提供了参数供设计师选择能否折减，关于梁设计时消防车荷载的折减程序依照标准自动判别并肯定折减系数。如该案例中布置的消防车荷载，关于3m x 3m双向板，折减系数为0.8。图8为程序关于消防车荷载梁、柱墙折减参数图。图9为程序自动判别并输出的消防车荷载下梁的折减系数，该系数为0.8，与标准请求的折减系数分歧。对柱、墙消防车活荷载默许不折减，假如折减可直接定义折减系数。
公开室的顶板有普通活荷载5 kN/m2，同时有消防车活荷载28.1kN/m2时，关于一块板上同时呈现两种荷载时，程序抵消防车所在楼面的活载停止了特殊处置(如下图10所示)，相当于1状况的荷载布置等效为2与3两种状况的叠加。程序处置时将消防车所在楼面的活载置零，活载工况(包括梁活荷不利布置)不思索消防车所在房间的楼面活载。程序将计算三套活载工况，一套为楼板全部布置普通满足活荷载，在程序中记为活荷载(LL);第二套为荷载中仅存在消防车荷载时产生的效应，程序记为消防车(XF1)，即图10第2种荷载布置状况;第三套荷载为消防车荷载房间荷载置0，其他房间作用活荷载产生的效应，程序记为活荷载(LL_XFC)，即图10第3种荷载布置状况。在荷载组合中如图11所示，能够看到三套荷载的组合系数、分项系数及重力荷载代表值系数等。
设计师需特别留意的是：在模型2仅存在消防车时，该消防车荷载会对全楼一切的构件均产生影响;同样3模型仅仅存在普通活荷载时分，普通活荷载会对全楼一切的构件有影响。这一点较难了解，普通设计师会以为本房间的荷载仅影响本房间，其实会影响全楼一切构件。
4、对这三套荷载关系停止细致剖析与校核
图10中的荷载1正确布置的消防车和活荷载的状况停止整体计算，取其中一根梁的内力，输出如下图12的细致的内力计算结果文件，察看该梁在消防车荷载作用下的荷载。其中U03是消防车荷载，代表仅仅存在消防车荷载时该梁产生的内力。U04是活载(消防车)，代表布置消防车荷载房间荷载置0，其他房间活荷载对该房间产生的效应。
图12正确布置消防车荷载与普通活荷载某梁的内力
图10中的第2种状况，也就是仅仅布置消防车荷载产生的效应，此时在其他位置的活荷载都不存在，能够从图13中能够查看到该梁构件在消防车荷载下的内力结果，普通活荷载及活载(消防车)荷载均为0。从图12与图13的比照能够看到，U03工况下两个模型在消防车荷载下的内力分歧。也即图10的第2种状况计算的消防车荷载效应内力仅有消防车荷载作用。
图10中的第3种状况，也就是把布置消防车荷载的房间消防车荷载置为0，普通活荷载也置为0，对应其他非消防车荷载房间布置普通活荷载，荷载布置状况如图14所示。从图15中消防车荷载房间取消一切活载输出选取梁的内力结果能够看到，此时仅仅有普通活荷载产生的内力。此时相当于图10中的第3种状况计算的内力。能够看到此时的LL2荷载即思索不利布置的活荷载(负包络)在选取梁i端的弯矩为60.55kN.m，这个弯矩是思索了负弯矩调幅的，调幅之前的弯矩为:60.55/0.85=71.24 kN.m，这个值与图12中输出的U04的弯矩是分歧的。
图15消防车荷载房间取消一切活载计算的选取梁的内力
经过上述的细致比照能够看到，程序在处置消防车荷载与活荷载共同存在时的处置是依照图10的状况精确思索的，图10种的第1种状况等效为状况2布置荷载状况与状况3荷载布置的叠加，经过构件内力输出的结果，愈加分明校核了消防车荷载存在下细致的单工况内力结果。同时留意：布置了消防车荷载的房间由别的房间活荷载产生的弯矩效应没有停止负弯矩的调幅。
5、消防车荷载与其他荷载(作用)的组合
消防车荷载输入偶尔荷载，程序在处置的时分，关于重力荷载代表值系数默许取为0。关于消防车荷载会构成如下图16的多个组合状况。消防车荷载仅与恒荷载一同组合，不与除恒荷载以外的其他组合组合，如温度效应、地震作用、人防荷载等。
图16消防车荷载与恒荷载组合图
由于触及到消防车荷载自身产生的效应与其他活荷载产生的效应两种活荷载，因而，组合时存在某种活荷载主控问题，就分别有XF1主控对应系数1.4，与LL-XFC主控对应系数1.4两种状况，程序分别停止轮换组合。另外需求留意：程序关于LL工况是一切楼板均布置板面普通活荷载的状况下产生的内力，从这几种状况中取最不利设计。
6、读入根底的消防车荷载校核
依照图10中的第一种状况，软件在根底计算时，关于读入根底的上部荷载处置，会自动依照一切房间均布置普通活荷载停止计算，即程序依照图17的方式停止计算，关于1的状况自动依照4的活荷载布置状况停止计算，并构成传给根底的荷载。
图17 根底计算读取上部荷载时上部的荷载布置图
程序在图10的第1种状况下也会计算一个满布活荷载的工况LL，并且输出该荷载布置状况下的构件内力，查看柱输出的结果，如图18所示为选取柱的单工况内力结果。
图18 选取柱在图10第1种状况计算输出的内力
然后依照图17第4种状况满布活荷载的状况停止计算，从计算结果中能够看到选取柱的内力结果如图19所示。
图19依照楼层满布活荷载计算的选取柱内力结果
经过图18与19的比照剖析能够看到，关于LL工况下的结果，图10中第1种状况计算的结果与图17中第4种状况计算的结果分歧。然后查看在图10中第1种状况传给柱的内力结果，如图20为传给根底的选取柱的活荷载作用下的内力结果，该结果与上部构造满布荷载布置状况分歧，程序能够自动处置消防车荷载不传给根底而读取正常活荷载。
图20 直接由图10的状况1计算传给根底的选取柱活载内力结果
7、消防车荷载对板设计的影响
混凝土施工图中程序能够直接读取房间的消防车荷载与普通活荷载，并构成6个对应的组合，分别如图21所示。在停止楼板内力计算与配筋设计的时分读取房间的消防车荷载，在停止挠度和裂痕验算的时分会自动读取消防车房间的普通活荷载，如图22为某楼板的计算结果。
图21混凝土施工图中板计算读取消防车荷载及活载并与恒载组合
图22 布置消防车荷载房间的楼板承载力计算及挠度和裂痕计算结果
程序在板的计算中能够正确的思索消防车荷载对楼板的内力与配筋影响，同时挠度裂痕验算能够读取板面普通活荷载停止计算。
假如有人防荷载的时分，程序也允许设计师依照塑性算法计算，并提供了相应的参数选项控制，如图23所示。
图23 有消防车荷载或人防时板采用塑性算法选择
当前的设计中，PKPM 软件 V3 以后的版本曾经提供了直接输入消防车荷载的功用，软件能够精确、便利、高效的一次性完成关于消防车荷载的处置，精确思索消防车荷载与其他活荷载之间的关系，对上部构造及根底的消防车荷载均能够正确处置。不再相似软件未提供直接输入消防车荷载输入之前那样，树立两个模型，一个模型计算上部，一个模型停止根底设计。在之前模仿设计中假如房间中依照普通活荷载方式输入了消防车荷载，就无法再输入普通活荷载，依照活荷载输入房间的消防车荷载与依照消防车荷载输入形成的差别有以下几点：
1、消防车荷载的重力荷载代表值系数为 0
假如房间输入活荷载模仿消防车荷载，这局部的荷载值程序停止重力荷载代表值统计时会思索，而房间中输入消防车荷载，该房间同时有普通活荷载，程序会思索该房间的普通活荷载作为重力荷载代表值统计，消防车荷载的重力荷载代表值系数为 0。这招致模仿设计中地震作用计算偏大，构造楼层剪力偏大，依照消防车荷载输入方式计算，全楼地震作用会变小，这会影响全楼一切构件的地震作用。也可能会影响构造中地震作用相关的调整，比方剪重比调整、0.2V0 调整等。
2、消防车与地震作用、风荷载、温度荷载等不组合
假如依照普通活荷载模仿消防车荷载输入，不只在停止重力荷载代表值计算的时分思索该荷载，同时在停止与风荷载、温度荷载、及地震作用效应组合时，该活荷载与这一系列荷载同时组合。而假如依照消防车荷载输入，程序在组合的时分消防车荷载仅与恒荷载一同组合。这对有地震作用主控及温度荷载主控的构造来讲，计算结果会惹起较大的差别。依照消防车荷载输入的配筋结果可能会小很多，由于有消防车荷载输入时与其他荷载的活荷载组合取普通活荷载。
3、消防车荷载下梁弯矩不做调幅
假如依照模仿方式输入消防车荷载，该荷载对梁产生的效应要停止负弯矩调幅。而假如依照消防车荷载直接输入，目前程序默许抵消防车荷载下的梁内力不停止弯矩调幅。这招致用消防车荷载输入与模仿输入相比，计算结果会较原来结果大，假如弯矩调幅系数0.85，这会招致相比模仿方式梁的弯矩增大 15%。
4、消防车荷载下不思索荷载的不利布置
假如依照模仿方式输入消防车荷载，由于是普通活荷载，程序在计算的时分要思索活荷载的不利布置，但是假如依照消防车荷载直接输入，此时依照标准消防车等效荷载值曾经思索了不利布置的问题，程序在内力计算时不再思索消防车荷载的不利布置。这会形成依照消防车荷载输入计算的梁内力较模仿方式输入活荷载计算的内力小，大约小 10%-20%。
5、消防车荷载的折减
假如依照活荷载模仿输入消防车荷载，此时程序在停止活荷载折减时依照标准 5.1.2 判别，折减系数依照楼面梁附属面积为 25m 2 或者 50m 2 判别，并停止折减，该折减系数假如折减普通为 0.9。而假如依照消防车荷载输入，该消防车荷载房间传到梁上的荷载依照荷载标准 5.1.2 的第 3 条判别，折减系数为 0.6 或者 0.8。该折减系数相比普通活荷载的折减系数大约小 20%-40%。按活荷载判别折减可能由于房间加了次梁，很多状况下不停止折减，但是依照消防车荷载输入，消防车荷载至少折减 20%，更多状况以至折减 40%。依照活荷载输入与消防车荷载输入，由于折减系数的差别惹起内力的差别在 20%-40%。
6、不直接按恒荷载与消防车活荷载执行高规 5.2.3.4 控制梁跨中截面
高规 5.2.3.4 请求梁截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载依照简支梁计算的跨中弯矩设计值的 50%。假如设计中依照普通活荷载输入模仿消防车，程序关于框架梁跨中截面的设计要执行标准这条，依照输入的竖向恒活荷载思索。假如直接输入消防车荷载，程序关于跨中截面的控制会依照正常恒活荷载的简支梁跨中 50%控制，但不依照消防车和恒荷载的简支梁跨中弯矩 50%停止控制。这样的处置方式更为合理，防止跨中配筋过大，但可能会招致依照普通活荷载模仿消防车与直接输入消防车相比，梁的跨中配筋有较大差别。程序在设计中已按恒荷载和消防车房间的普通活荷载停止了梁跨中截面的控制。
7、消防车下板的配筋、挠度及裂痕
假如依照活荷载输入模仿消防车荷载，在板的内力计算与配筋设计中与依照活荷载输入一样，但在挠度和裂痕计算时，应取恒载与普通活荷载的准永世组合，但假如依照普通活荷载模仿消防车荷载输入，会形成准永世组合不对，挠度裂痕结果严重偏大，无法精确计算挠度和裂痕。因而，板设计中必需在建模中输入消防车荷载，内力与配筋依照恒载与消防车荷载计算得到，挠度与裂痕计算思索恒载与普通活载准永世组合精确计算。
8、 消防车荷载下的根底设计
依照活荷载模仿消防车的方式设计根底时，程序会读取该活荷载，依照标准根底设计不思索消防车荷载，这需求设计师单独树立一个模型，并在消防车荷载房间布置普通活荷载，上部构造计算终了，进入根底接入上部荷载停止根底设计。依照直接输入消防车荷载方式设计根底，程序有一个满布活荷载工况，进入根底直接接入该荷载，一次性完成上部与根底的全部设计。
9、 房间上的部分消防车荷载布置及计算
实践工程中，常常也会遇到某些房间消防车荷载不是满布的，或者设计师为了更精密化设计，依照消防车道的某个范围停止布置，这种状况在程序里能够经过部分消防车荷载输入，如下图 24，程序在荷载补充定义菜单栏里也提供了板面部分荷载及层间板的部分荷载的施加，选取板部分荷载，定义好消防车道的长和宽，然后停止荷载的布置即可，程序对有消防车荷载的房间，同样依照上述处置准绳停止计算。
图 24 楼板面部分消防车荷载的布置 四、消防车荷载总结及相关留意事项
PKPM 软件 V3 版本之后提供了消防车荷载的输入、部分消防车荷载的输入，程序可以依照标准请求，对布置的消防车荷载完成消防车荷载的折减、与其他荷载的组合、板的配筋计算及根底中荷载的正确读取等一系列工作，软件提供了完善的抵消防车荷载的处理计划。
但是在设计中还需求留意以下几点工作：
1、消防车荷载的输入需求思索单向板双向板、消防车级别、覆土厚等依照标准查表，并停止相应的折减作为等效荷载以消防车荷载方式输入到板面中。
2、消防车荷载对梁、柱的折减经过参数控制，假如选择梁折减，程序会依照标准的请求自动停止折减，不需求设计师人为指定折减系数;关于柱的折减需求设计师指定折减系数或者默许不折减。
3、依照消防车荷载方式输入，消防车荷载的重力荷载代表值系数为 0，但在地震作用计算的时分要取本房间的普通活荷载作为重力荷载代表值统计。
4、布置的消防车荷载不做弯矩调幅，也不思索活荷载的不利布置。在与普通活荷载比照时需求留意这些细节。
5、本层布置的消防车荷载会影响全楼，因而，全楼一切的构件都会有消防车荷载这个工况，记为消防车(XF1)，同时一切构件内力也都有一个消防车荷载房间荷载置 0，其他房间作用活荷载产生的效应，记为活荷载(LL_XFC)。
6、消防车荷载的组合仅仅与恒荷载组合，不与恒荷载以外的其他荷载组合，也即不与地震作用、温度荷载、风荷载及人防荷载等一同组合。
7、消防车荷载与普通活荷载的折减不同，消防车荷载对梁的折减系数与普通活载差别很大，其折减依照单向板双向板去断定折减系数。
8、消防车荷载下梁的跨中截面的按高规 5.2.3.4 的控制不用执行恒载与消防车荷载的组合，仅仅控制恒载与普通活荷载的组合即可。
9、板的内力计算与配筋设计依照普通活荷载输入根本分歧，但是程序关于有消防车荷载布置时能够允许指定塑性算法。但是关于板的挠度与裂痕计算需求精确输入楼板面活荷载与消防车荷载，程序可自动处置。
10、依照普通活荷载输入消防车荷载与直接依照消防车荷载输入两种状况关于梁、柱、墙及板等的配筋、挠度、裂痕等均有不同水平的影响，设计中应该依照精确的方式输入，同时输入消防车荷载与楼板普通活荷载。
11、根底设计时不思索消防车荷载，程序关于直接输入了消防车荷载与普通活荷载的状况，可自动读取房间的普通活荷载，正确的停止根底设计。
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