消防车荷载的来龙去脉——最完整、细致的解读（下）：普通活荷载与消防车荷载的差异分析及总结
2018-05-21
文章作者：刘孝国
当前的设计中，PKPM软件V3以后的版本已经提供了直接输入消防车荷载的功能，软件可以准确、便捷、高效的一次性完成对于消防车荷载的处理，准确考虑消防车荷载与其他活荷载之间的关系，对上部结构及基础的消防车荷载均可以正确处理。不再类似软件未提供直接输入消防车荷载输入之前那样，建立两个模型，一个模型计算上部，一个模型进行基础设计。在之前模拟设计中如果房间中按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，按照活荷载输入房间的消防车荷载与按照消防车荷载输入造成的差异有以下几点：
1、消防车荷载的重力荷载代表值系数为0
如果房间输入活荷载模拟消防车荷载，这部分的荷载值程序进行重力荷载代表值统计时会考虑，而房间中输入消防车荷载，该房间同时有普通活荷载，程序会考虑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。这导致模拟设计中地震作用计算偏大，结构楼层剪力偏大，按照消防车荷载输入方式计算，全楼地震作用会变小，这会影响全楼所有构件的地震作用。也可能会影响结构中地震作用相关的调整，比如剪重比调整、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
如果按照普通活荷载模拟消防车荷载输入，不仅在进行重力荷载代表值计算的时候考虑该荷载，同时在进行与风荷载、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。而如果按照消防车荷载输入，程序在组合的时候消防车荷载仅与恒荷载一起组合。这对有地震作用主控及温度荷载主控的结构来讲，计算结果会引起较大的差异。按照消防车荷载输入的配筋结果可能会小很多，因为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
如果按照模拟方式输入消防车荷载，该荷载对梁产生的效应要进行负弯矩调幅。而如果按照消防车荷载直接输入，目前程序默认对消防车荷载下的梁内力不进行弯矩调幅。这导致用消防车荷载输入与模拟输入相比，计算结果会较原来结果大，如果弯矩调幅系数0.85，这会导致相比模拟方式梁的弯矩增大15%。
4、消防车荷载下不考虑荷载的不利布置
如果按照模拟方式输入消防车荷载，由于是普通活荷载，程序在计算的时候要考虑活荷载的不利布置，但是如果按照消防车荷载直接输入，此时按照规范消防车等效荷载值已经考虑了不利布置的问题，程序在内力计算时不再考虑消防车荷载的不利布置。这会造成按照消防车荷载输入计算的梁内力较模拟方式输入活荷载计算的内力小，大概小10%-20%。
5、消防车荷载的折减
如果按照活荷载模拟输入消防车荷载，此时程序在进行活荷载折减时按照规范5.1.2判断，折减系数按照楼面梁从属面积为25m2或者50m2判断，并进行折减，该折减系数如果折减一般为0.9。而如果按照消防车荷载输入，该消防车荷载房间传到梁上的荷载按照荷载规范5.1.2的第3条判断，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概小20%-40%。按活荷载判断折减可能由于房间加了次梁，很多情况下不进行折减，但是按照消防车荷载输入，消防车荷载至少折减20%，更多情况甚至折减40%。按照活荷载输入与消防车荷载输入，由于折减系数的差异引起内力的差异在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要求梁截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载按照简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%。如果设计中按照普通活荷载输入模拟消防车，程序对于框架梁跨中截面的设计要执行规范这条，按照输入的竖向恒活荷载考虑。如果直接输入消防车荷载，程序对于跨中截面的控制会按照正常恒活荷载的简支梁跨中50%控制，但不按照消防车和恒荷载的简支梁跨中弯矩50%进行控制。这样的处理方式更为合理，避免跨中配筋过大，但可能会导致按照普通活荷载模拟消防车与直接输入消防车相比，梁的跨中配筋有较大差异。程序在设计中已按恒荷载和消防车房间的普通活荷载进行了梁跨中截面的控制。
7、消防车下板的配筋、挠度及裂缝
如果按照活荷载输入模拟消防车荷载，在板的内力计算与配筋设计中与按照活荷载输入一样，但在挠度和裂缝计算时，应取恒载与普通活荷载的准永久组合，但如果按照普通活荷载模拟消防车荷载输入，会造成准永久组合不对，挠度裂缝结果严重偏大，无法准确计算挠度和裂缝。因此，板设计中必须在建模中输入消防车荷载，内力与配筋按照恒载与消防车荷载计算得到，挠度与裂缝计算考虑恒载与普通活载准永久组合准确计算。
8、 消防车荷载下的基础设计
按照活荷载模拟消防车的方式设计基础时，程序会读取该活荷载，按照规范基础设计不考虑消防车荷载，这需要设计师单独建立一个模型，并在消防车荷载房间布置普通活荷载，上部结构计算完毕，进入基础接入上部荷载进行基础设计。按照直接输入消防车荷载方式设计基础，程序有一个满布活荷载工况，进入基础直接接入该荷载，一次性完成上部与基础的全部设计。
9、 房间上的局部消防车荷载布置及计算
实际工程中，往往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细化设计，按照消防车道的某个范围进行布置，这种情况在程序里可以通过局部消防车荷载输入，如下图24，程序在荷载补充定义菜单栏里也提供了板面局部荷载及层间板的局部荷载的施加，选取板局部荷载，定义好消防车道的长和宽，然后进行荷载的布置即可，程序对有消防车荷载的房间，同样按照上述处理原则进行计算。
图24 楼板面局部消防车荷载的布置
PKPM软件V3版本之后提供了消防车荷载的输入、局部消防车荷载的输入，程序能够按照规范要求，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、板的配筋计算及基础中荷载的正确读取等一系列工作，软件提供了完善的对消防车荷载的解决方案。但是在设计中还需要注意以下几点工作：
1、消防车荷载的输入需要考虑单向板双向板、消防车级别、覆土厚等按照规范查表，并进行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、柱的折减通过参数控制，如果选择梁折减，程序会按照规范的要求自动进行折减，不需要设计师人为指定折减系数；对于柱的折减需要设计师指定折减系数或者默认不折减。
3、按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候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，也不考虑活荷载的不利布置。在与普通活荷载对比时需要注意这些细节。
5、本层布置的消防车荷载会影响全楼，因此，全楼所有的构件都会有消防车荷载这个工况，记为消防车（XF1），同时所有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起组合。
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异很大，其折减按照单向板双向板去判定折减系数。
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按照普通活荷载输入基本一致，但是程序对于有消防车荷载布置时可以允许指定塑性算法。但是对于板的挠度与裂缝计算需要准确输入楼板面活荷载与消防车荷载，程序可自动处理。
10、按照普通活荷载输入消防车荷载与直接按照消防车荷载输入两种情况对于梁、柱、墙及板等的配筋、挠度、裂缝等均有不同程度的影响，设计中应该按照准确的方式输入，同时输入消防车荷载与楼板普通活荷载。
11、基础设计时不考虑消防车荷载，程序对于直接输入了消防车荷载与普通活荷载的情况，可自动读取房间的普通活荷载，正确的进行基础设计。
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