消防車荷載計算在YJK和PKPM中的實現和差異

馮立燕 牛傳凱

(1.中國建筑上海設計研究院有限公司，上海 201900； 2.同濟大學土木工程學院，上海 200092； 3.明陽智慧能源集團上海有限公司，上海 200235)

GB 50009—2012建筑結構荷載規范[1](以下簡稱“荷載規范”)第5.1.2條及5.1.3條規定：設計樓面梁、墻、柱及基礎時，消防車荷載應考慮可能的折減：設計樓面梁時，對單向板樓蓋的次梁和槽型板的縱筋應取0.8，對單向板樓蓋的主梁應取0.6，對雙向板樓蓋的梁應取0.8；設計墻、柱時，可按實際考慮，實際工程設計中一般對柱墻采用對主梁的折減系數，即對單向板樓蓋取0.6，對雙向板樓蓋取0.8；設計基礎時可不考慮消防車荷載。YJK把消防車荷載按照自定義荷載工況輸入，并在自定義工況的荷載類型中專門設置“消防車”荷載類型，以進行專門處理，并且可以設置消防車荷載在計算不同的構件時采用不同的折減系數。PKPM把消防車荷載作為普通活荷載輸入，但普通活荷載的重力荷載代表值系數和活荷載折減系數與消防車荷載有很大差別，且計算時需要分別建立對板、次梁、主梁、柱墻以及基礎的模型。

本文以一個地下車庫頂板的局部模型為例，分別采用YJK和PKPM進行計算分析。在地庫頂板中取3跨8.4 m×8.4 m的標準跨軸網，頂板采用雙向單次梁，故板跨為4.2 m×4.2 m。地庫頂板厚度為250 mm，框架柱截面為600 mm×600 mm，主框架梁截面為550 mm×900 mm，次梁截面為300 mm×800 mm。覆土厚度為1.5 m，頂板附加恒荷載為27 kN/m2，頂板自重按程序自動生成，頂板常規活荷載為施工荷載5 kN/m2；抗震等級為三級。計算樓板時，按照跨度為4.2 m根據荷載規范5.1.1插值可得出消防車荷載標準值為29 kN/m2，考慮附錄B中覆土對消防車荷載的影響，假定覆土應力擴散角取35°，則插值后可得雙向板樓蓋樓面消防車活荷載折減系數為0.85，那么考慮覆土影響后的消防車荷載標準值應為24.65 kN/m2，近似取25 kN/m2。計算主梁、次梁及框架柱時，按照跨度8.4 m根據荷載規范5.1.1條消防車荷載標準值為20 kN/m2，考慮覆土厚度折減后為：20×0.85=17 kN/m2。

根據荷載規范5.1.2條及5.1.3條，主梁、次梁及柱應考慮0.8的折減系數，則消防車荷載為：0.8×17=13.6 kN/m2。

基礎不考慮消防車荷載。

1 消防車荷載在YJK中的實現

荷載設置步驟[2]：

1)在荷載布置菜單中輸入恒載27 kN/m2及常規活荷載5 kN/m2。

2)在自定義荷載菜單定義“消防車荷載”。重力荷載代表值系數取為0，即消防車荷載不參與形成地震作用；準永久值系數取為0，即消防車荷載不參與裂縫和撓度的計算；計算主、次梁及框架柱時消防車荷載折減系數以設計樓板時的消防車荷載為基數，即13.6/25=0.544。

3)在消防車道分別布置常規活荷載、消防車荷載，荷載校核圖形如圖1所示。

4)計算前處理中，自定義工況組合下將常規活荷載和消防車荷載的組合關系改為“包絡”，如圖2所示。

5)生成數據并計算設計后，以圖2中所示的典型框架梁、典型次梁、典型框架柱為例，在設計結果菜單下查看梁柱配筋，見圖3。

2 消防車荷載在PKPM中的實現

PKPM中對消防車荷載只能按照常規活荷載輸入模型，該活荷載對于計算板的模型為25 kN/m2，計算主、次梁及框架柱的模型為13.6 kN/m2，計算基礎的模型為5 kN/m2，因此至少需要3個模型來完成對本工程的設計。消防車荷載作為常規活荷載輸入模型時參與重力荷載代表值的形成，從而產生地震作用，且參與構件的裂縫與撓度的計算，從而使計算結果變大，經濟性降低。建立模型并計算后梁、柱配筋如圖4所示。

3 結果分析

將YJK與PKPM的計算結果對比分析可知，框架柱的配筋基本相同，框架梁及次梁的配筋對比如表1所示。

表1 YJK與PKPM計算結果對比 cm2

由表1的分析結果可以看出：主梁支座筋及底部鋼筋，PKPM計算結果比YJK高13%左右；次梁支座鋼筋差距很小可以忽略；次梁底部鋼筋兩者差距很大，PKPM比YJK高55%左右；主次梁的箍筋兩者差距較小。因此在滿足結構安全性的前提下，YJK與PKPM相比，計算時工作量更小，計算更合理，經濟性更好。