1、书书书第 41 卷 第 3 期2011 年 3 月建 筑 结 构Building StructureVol. 41 No. 3Mar. 2011消防车等效均布活荷载取值研究范 重1， 鞠红梅2， 彭中华3( 1 中国建筑设计研究院 ， 北京 100044; 2 华电重工装备有限公司 ， 北京 100048;3 北京交通大学 ， 北京 100044) 摘要 消防车荷载对结构设计的安全性与经济性影响很大 ， 我国现行 建筑结构荷载规范 ( GB500092001)( 2006 年版 ) 规定的消防车等效均布活荷载取值比较粗略 ， 未给出工程中常用的 3 5m 跨度双向板的荷载取值 ， 也未对地下室
2、顶板覆土时荷载的折减方法做出明确规定 。综合考虑消防车台数 、楼板跨度 、长宽比 、覆土厚度等因素的影响 ， 按荷载最不利布置原则确定消防车与板的相对位置 ， 采用有限元法确定消防车的等效均布活荷载值 ， 并提出了相应的设计建议 。 关键词 消防车 ; 等效均布活荷载 ; 楼板跨度 ; 覆土厚度 ; 动力系数中图分类号 : TU312. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1002-848X( 2011) 03-0001-06Study on equivalent uniform live load for fire enginesFan Zhong1， Ju Hongmei2， Peng
3、Zhonghua3( 1 China Architecture Design Research Group， Beijing 100044， China; 2 Huadian Heavy Industry Co. ， Ltd. ，Beijing 100048， China; 3 Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， China)Abstract: The fire engine load has a great effect on the safety and economy of structural design. In accordin
4、g with theprovisions of Load code for the design of building structures( GB500092001) ( 2006 version)， the equivalent uniform liveload value of fire engine for 3m to 5m span two-way slab commonly used in engineering is not given， nor the approach toestimate of decrement fire engine load when the bas
5、ement roof with covered soil. Considering the number of fire engines，floor span， aspect ratio， soil thickness and other factors， according to the principles of the most unfavorable load， therelative positions of fire engines were determined. The equivalent uniform live load for slabs was estimated b
6、y using finiteelement method， and some design recommendations were proposed.Keywords: fire engine; equivalent uniform live load; floor span; soil thickness; dynamic factor作者简介 : 范重 ， 博士 ， 教授级高级工程师 ， 一级注册结构工程师 ，Email: fanz cadg. cn。0 引言消防车以其轮压荷载大 、作用位置的不确定 、作用时间短等显著特点 ， 在结构设计中受到广泛关注 ，如何安全 、合理地确定消防车等效
7、均布活荷载值是结构设计中难以回避的问题 。现行 建筑结构荷载规范 ( GB500092001)( 2006 年版 ) 1( 以下简称荷载规范 ) 中消防车等效活荷载取值比较粗略 ， 只规定了 “板跨不小于 2m 单向板取 35kN/m2， 板跨不小于 6m 6m 双向板取 20kN/m2。”对于工程中常用的 3 5m 跨度的双向板 ， 规范并未给出明确的活荷载值 。对于常见的板顶覆土情况 ， 荷载规范也未给出对等效活荷载进行折减的明确规定 ， 给结构设计与施工图审查造成不便 。目前在结构设计中车库顶板 、车道活荷载取值比较混乱 ， 不管板跨大小 、覆土厚度 ， 消防车等效活荷载全部按照单向板
8、35kN/m2、双向板 20kN/m2取值 ， 或者过多地考虑覆土对轮压的扩散作用 ， 缺乏理论依据 ， 随意性较强 ， 容易造成板配筋过大而引起不必要的浪费 ， 或者因过多考虑覆土对轮压的扩散作用而存在安全隐患 。由于荷载取值直接关系到车库顶板厚度及配筋率 ， 因此在满足规范要求的前提下 ， 合理的取值是工程设计安全性和经济性的重要保证 ， 国内许多学者从不同的角度对消防车荷载进行了大量研究 2-6。本研究主要针对跨度为 2 4m 的单向板与跨度为 3 6m 的双向板 ， 综合考虑消防车台数 、楼板跨度 、板长宽比 、覆土厚度等因素的影响 ， 按照荷载最不利布置原则确定消防车位置 ， 采用有
9、限元软件分析了在消防车轮压作用下不同板跨单向板和双向板在有 、无覆土条件下的等效均布活荷载值 ， 并给出了设计建议 ， 供结构设计和施工图审查时参考 ， 亦可为现行荷载规范修订时参考 。1 消防车荷载1. 1 消防车规格消防车 ( 又称为救火车 ) 是专门用作救火或其他紧急抢救用途的车辆 。消防车按功能可分为泵车建 筑 结 构 2011 年( 抽水车 ) 、云梯车及其他专门车辆 ， 是装备各种消防器材 、消防器具的各类消防车辆的总称 。常见的消防车主要包括各类水罐消防车 、泵浦消防车 、泡沫消防车 、干粉消防车 、泡沫干粉联用消防车 、水罐干粉联用消防车 、举高喷射消防车 、云梯消防车 、登高
10、平台消防车 、通讯指挥消防车 、照明消防车 、排烟消防车 、供水消防车 、器材消防车等 。目前常见的中型消防车总质量小于 15t， 重型消防车总质量一般在 20 30t， 对于住宅 、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 ， 应考虑重型消防车 ， 满载重量为 300kN 左右 。本研究将满载总重为 300kN的大型消防车作为研究对象 ， 与荷载规范 1中等效活荷载适用的相关规定保持一致 。1. 2 消防车规格与最不利排列消防车对楼面的荷载作用 ， 主要包括车辆满载重量和汽车轮压的动荷载效应两部分 ， 建筑结构荷载设计手册 ( 2 版 ) 附
11、录三车辆荷载中详细介绍了我国现有汽车荷载的主要技术指标 7。满 载300kN 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 ， 轮胎着地尺寸均为 0. 2m 0. 6m， 平面尺寸和横向布置参照 全国民用建筑工程设计技术措施 ( 结构 ) 8， 如图 1 所示 。从图中可以看出 ， 300kN 级消防车后轮数量与轮重均大于前轮 ， 前轮与后轮轴距较大 ， 故需要重点考察后轮对楼面的影响 。由于楼板跨度 、长宽比 、消防车台数等因素 ， 楼板与消防车的相对几何关系极为复杂 。为了研究方便 ， 首先确定了 2 4 台消防车的后轮针对不
12、同楼板大小可能出现的最不利排列 。2 台消防车可能出现的 4 种最不利排列如图2 所示 ， 3 台消防车与 4 台消防车可能出现的最不利排列如图 3 所示 。图 1 300kN 级消防车的平面尺寸与排列间距2 消防车等效活荷载计算方法2. 1 轮压的扩散与叠加考虑覆土厚度对轮胎的扩散作用 ， 随着覆土厚度的增加 ， 车辆的轮压显著减小 。对于车辆轮压在建筑地面作法 、回填土中的扩散角 ， 目前还缺乏系统的研究 。本文参照 城市供热管网结构设计规范 ( CJJ1052005) 9附录 C 中的规定 ， 假定轮压在混图 2 2 台消防车的不利排列情况图 3 3 台消防车与 4 台消防车的不利排列情
13、况凝土板中的扩散角 为 45， 在土中的扩散角 为35， 假定楼板厚度为 h， 通过下面的公式可以算出轮压力扩散后受力面积的边长 ， 如表 1 所示 。bcx= btx+ 2stan + h ( 1)bcy= bty+ 2stan + h ( 2)式中 : bcx， bcy分别为轮压作用的宽度与长度 ; btx， bty分别为轮压着地面积的宽度与长度 ; s 为建筑面层与覆土厚度 。由于楼板厚度随荷载 、板跨等因素变化很大 ， 文中假定楼板厚度均为 100mm。为了使计算结果能够适用于不同厚度的楼板 ， 文中提出了折算覆土厚度的概念 ， 即在设计时可将实际楼板厚度 h 视为由楼板标准厚度 h0
14、与部分折算覆土厚度组成 ， 通过插值对等效活荷载进行折减 。bcx= btx+ 2 s tan + h0( 3)bcy= bty+ 2 s tan + h0( 4)s = s +h h02tan( 5)式中 : s为板上折算的覆土厚度 ; h0为板的标准厚度 ，h0=100mm。2第 41 卷 第 3 期 范 重 ， 等 . 消防车等效均布活荷载取值研究单轮压力 P =60kN 作用下的轮压应力 q 为 :q = P/bcxbcy( 6)随着覆土厚度加大 ， 轮压范围不断扩大 ， 轮压应力迅速减小 ， 当扩散至一定深度后 ， 相邻轮压扩散范围逐渐重叠 ， 轮压应力叠加 ， 如图 4 所示 。当
15、覆土厚度为 3m 时 ， 轮压应力最多可能叠加 6 次 ， 如表 1 所示 。不同覆土厚度对应的单个轮压扩散尺寸与轮压应力 表 1覆土厚度 /mbcx/m bcy/m轮压 /kN/m2q 2q 4q 6q0 0. 30 0. 70 285. 7 0. 5 1. 00 1. 40 42. 86 1. 0 1. 70 2. 10 16. 80 33. 60 1. 5 2. 40 2. 80 8. 93 17. 86 2. 0 3. 10 3. 50 5. 53 11. 06 22. 16 2. 5 3. 80 4. 20 3. 76 7. 52 15. 04 3. 0 4. 50 4. 90 2.
16、 72 5. 44 10. 88 16. 32图 4 轮压随覆土厚度的扩散情况图 6 2 台消防车车尾相对时后轮轮压的扩散情况2. 2 覆土厚度对轮压扩散的影响研究1 台消防车在不同覆土厚度时所对应的轮压影响范围如图 5 所示 。当覆土厚度较小时 ， 轮压之间无相互影响 ; 当覆土厚度大于 0. 5m 时 ， 同一侧后轮轮压影响范围发生重叠 ; 覆土厚度大于 1. 07m 时 ，左 、右后轮的轮压范围出现重叠 ， 在 4 个后轮中间的部位 ， 轮压共叠加 4 次 。2 台消防车车尾相对排列时 ， 轮压在不同覆土图 5 1 台消防车后轮轮压的扩散情况厚度时的扩散情况如图 6 所示 。当覆土厚度较
17、小时 ， 轮压之间无相互影响 。当覆土厚度大于 0. 5m时 ， 同一侧后轮轮压影响范围发生重叠 ; 覆土厚度大于 1. 07m 时 ， 左 、右后轮的轮压范围出现重叠 ， 在 4个后轮中间的部位 ， 轮压共叠加 4 次 。当覆土厚度大于 1. 71m 时 ， 两台车后轮轮压的扩散范围发生重叠 ， 轮压最多重叠 6 次 。2. 3 楼面等效活荷载的确定原则首先应根据消防车轮压扩散与叠加的原理计算出轮压作用在楼板上可能出现的最不利荷载分布 ，计算出相应的内力 ， 然后根据荷载规范附录 B 中最3建 筑 结 构 2011 年大内力的等值原则确定楼面等效均布活荷载 ， 将消防车的轮压局部荷载转化为楼
18、面均布荷载 。2. 4 动力系数根据荷载规范的规定 ， 需要考虑车辆起动和刹车的动力系数 ， 可按 1. 1 1. 3 采用 ， 公路桥涵规范 10中 ， 规定汽车荷载应乘以冲击系数 。在进行结构设计时 ， 消防车荷载可参照 给水排水工程埋地玻璃 纤 维 增 强 塑 料 夹 砂 管 管 道 结 构 设 计 规 程 ( CECS190: 2005) 11中第 4. 2. 5 条的规定 ， 动力系数如表 2 所示 。从表中可知 ， 当覆土厚度大于 0. 7m时 ， 可不考虑动力系数的影响 。不同覆土厚度下的动力系数 表 2覆土厚度 /m 0. 25 0. 30 0. 40 0. 50 0. 60
19、0. 70动力系数 1. 30 1. 25 1. 20 1. 15 1. 05 1. 002. 5 频遇值系数与准永久值系数建筑发生火灾属于小概率事件 ， 在建筑的设计使用年限中 ， 消防车荷载作用时间很短 ， 这与普通机动车辆有很大不同 。按照我国现行结构设计规范的体系 ， 构件除需要考虑承载力极限状态的设计外 ， 还需要考虑正常使用极限状态设计 ， 分别采用荷载的标准组合或频遇组合 ， 当考虑长期效应时 ， 可采用准永久组合 。根据在一般建筑中消防车属于偶然荷载的实际情况 ， 建议将荷载规范中消防车荷载的频遇值系数 f与准永久值系数 q进一步降低 ， 频遇值系数 f从现在的 0. 7 改为
20、 0. 5， 准永久值系数 q从0. 6 降至 0. 2。2. 6 轮压荷载下板的有限元计算本研究采用 ABAQUS 有限元软件中的 S4R 壳元来模拟双向板 ， 单元网格尺寸为 0. 05m 0. 05m，计算出不同板跨 、不同覆土厚度下单向板和双向板等效均布活荷载值 。计算模型为钢筋混凝土板 ， 根据国家现行 混凝土结构设计规范 ( GB500102002) 12， 在进行混凝土结构构件力学计算时 ， 泊松比取 0. 2。假定楼板厚度为 100mm， 轮压在混凝土板中的扩散角为45， 在土中的扩散角为 35。3 消防车等效活荷载与覆土厚度影响3. 1 单向板跨度为 2 4m 的周边简支单向
21、板 ， 长宽比为3. 0， 在板面上施加单位面荷载 ， 得到板中最大弯矩M， 可以得到等效荷载系数 = M /ql2， 然后根据板中的最大弯矩 Mmax由下式计算等效荷载值 qe:qe= Mmax/l2( 7)由于篇幅关系 ， 在此仅给出 2m 跨度的单向板在 2 台消防车作用下不同覆土厚度所对应的最不利轮压布置 ， 如图 7 所示 。根据有限元计算可以得到在消防车荷载作用下的最大弯矩 、等效荷载值与覆土厚度的影响 。图 7 2m 跨度单向板在 2 台消防车作用时的最不利布置2 4m 跨度单向板在消防车最不利布置时的等效活荷载及覆土厚度的影响如图 8 和表 3 所示 。可以看出 ， 随着板跨度
22、增大 ， 存在等效荷载值逐渐减小的趋势 ; 随着覆土厚度增加 ， 等效荷载逐渐减小 ， 板跨度较小的单向板等效荷载随覆土厚度的增加 ， 等效荷载下降较快 。从图 8 可以看出 ， 2m 跨度单向板覆土厚度在 00. 5m 范围内 ， 等效荷载下降很快 ， 为了保持覆土厚度影响的规律性 ， 对 0. 5m 覆土厚度的等效荷载进行调整 ， 采用 0 与 1. 0m 厚度的插值代替计算值 。建议设计采用的单向板楼面消防车等效活荷载值与覆土厚度的关系见图 9， 覆土厚度折减系数见表 4。4第 41 卷 第 3 期 范 重 ， 等 . 消防车等效均布活荷载取值研究单向板楼面消防车等效活荷载 /kN/m2
23、表 3覆土厚度 s/m 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0板2 36. 70 29. 03 30. 96 27. 06 21. 73 17. 35 14. 67跨3 28. 53 27. 34 25. 54 23. 55 20. 99 18. 06 14. 24/m4 26. 09 25. 61 24. 62 22. 18 19. 74 17. 52 15. 60单向板楼面消防车等效活荷载覆土厚度折减系数 表 4覆土厚度 s/m 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0板2 1 0. 922 0. 844 0. 737 0. 592 0. 47
24、3 0. 4跨3 1 0. 958 0. 895 0. 825 0. 736 0. 633 0. 499/m4 1 0. 982 0. 944 0. 85 0. 757 0. 672 0. 598图 8 单向板等效活荷载值与覆土厚度关系图 9 建议的单向板等效活荷载与覆土厚度关系图 10 6m 6m 板在 1 台消防车作用时的最不利布置3. 2 双向板详细研究了 3m 3m 6m 6m 跨度四边简支板在消防车轮压作用下的等效活荷载 。由于篇幅所限 ， 在此仅给出 6m 6m 跨度四边简支板在 1 台消防车和 2 台消防车不同覆土厚度下所对应的轮压最不利布置 ， 如图 10， 11 所示 。3m
25、 3m 6m 6m 跨度板在消防车荷载作用下的最大弯矩如表 5 所示 。消防车等效荷载值与覆土厚度的关系分别如表 6 和图 12 所示 。从表 5， 6 和图 12 可以看出 ， 2 台消防车的最大图 11 6m 6m 板在 2 台消防车作用时的最不利布置弯 矩与相应的等效荷载均大于 1台消防车时的情双向板在消防车作用下的最大弯矩 /kNm 表 5覆土厚度 /m3m 3m 4m 4m 5m 5m 6m 6m1 台 2 台 1 台 2 台 1 台 2 台 1 台 2 台0 14. 63 15. 96 19. 87 23. 02 24. 54 29. 92 29. 41 36. 510. 5 11
26、. 51 13. 31 16. 38 19. 64 21. 44 27. 47 25. 65 35. 221. 0 9. 61 12. 78 15. 71 19. 58 20. 84 26. 92 25. 04 34. 431. 5 9. 313 10. 97 13. 67 17. 19 18. 63 24. 74 22. 80 31. 632. 0 7. 543 8. 735 11. 50 14. 63 15. 87 21. 48 19. 76 29. 182. 5 5. 659 7. 563 9. 232 12. 53 12. 89 18. 38 16. 82 24. 723. 0 4.
27、416 6. 231 7. 489 10. 83 10. 75 16. 07 14. 16 21. 18双向板在消防车作用下的等效荷载 /kN/m2表 6覆土厚度 /m3m 3m 4m 4m 5m 5m 6m 6m1 台 2 台 1 台 2 台 1 台 2 台 1 台 2 台0 36. 35 39. 65 27. 60 31. 98 21. 95 26. 76 18. 27 22. 680. 5 28. 60 33. 07 22. 76 27. 28 19. 18 24. 57 15. 93 21. 881. 0 23. 88 31. 75 21. 82 27. 20 18. 64 24. 0
28、8 15. 55 21. 391. 5 23. 14 27. 25 18. 99 23. 88 16. 66 22. 13 14. 16 19. 652. 0 18. 74 21. 70 15. 98 20. 32 14. 19 19. 21 12. 27 18. 122. 5 14. 06 18. 79 12. 83 17. 41 11. 53 16. 44 10. 45 15. 353. 0 10. 97 15. 47 10. 40 15. 05 9. 62 14. 37 8. 80 13. 16况 ， 故在设计时应采用 2 台消防车相应的荷载 。3m3m 跨度板的等效荷载最大 ， 为 3
29、9. 65kN/m2， 接近于荷载规范中跨度不小于 2m 的单向板等效均布荷5建 筑 结 构 2011 年载不小于 35kN/m2的规定 。随着板跨的增大 ， 等效荷载值逐渐减小 ， 6m 6m 跨度板等效均布荷载为22. 68kN/m2， 接近于荷载规范中跨度不小于 6m 6m的双向板等效均布荷载不小于 20kN/m2的规定 。从图 12 可以注意到 ， 随着覆土厚度增加 ， 等效荷载逐渐减小 ， 板跨较小的板等效荷载随覆土厚度的增加 ， 等效荷载下降较快 。覆土厚度在 0 0. 5m范围内 ， 等效荷载下降很快 ， 可能存在一定的安全隐患 ， 故对 0. 5m 覆土厚度的等效荷载进行调整
30、， 采用0 与 1. 0m 厚度的插值 。建议设计采用的消防车等效活荷载值与覆土厚度的关系如图 13 所示 。修正后的双向板楼面消防车等效活荷载如表 7 所示 ， 覆土厚度折减系数如表 8 所示 。双向板楼面消防车等效活荷载计算值 /kN/m2表 7覆土厚度 s/m 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 03m 3m 39. 65 35. 63 31. 75 27. 25 21. 70 18. 79 15. 474m 4m 31. 98 29. 59 27. 20 23. 88 20. 32 17. 41 15. 055m 5m 26. 76 25. 42 24. 08
31、22. 13 19. 21 16. 44 14. 376m 6m 22. 68 22. 03 21. 39 19. 65 18. 12 15. 35 13. 16双向板楼面消防车活荷载覆土厚度折减系数 表 8覆土厚度 s/m 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 03m 3m 1 0. 899 0. 801 0. 687 0. 547 0. 474 0. 3904m 4m 1 0. 925 0. 851 0. 747 0. 635 0. 544 0. 4715m 5m 1 0. 950 0. 800 0. 827 0. 718 0. 614 0. 5376m 6m 1 0
32、. 971 0. 943 0. 866 0. 799 0. 677 0. 580图 12 消防车等效活荷载值与覆土厚度的关系图 13 建议双向板的等效活荷载与覆土厚度关系3. 3 双向板长宽比的影响以 4m 跨度作为研究对象 ， 对长宽比 1 1 1 3范围的周边简支板在消防车作用下的最大弯矩与等效均布荷载进行计算分析 。4m ( 4 12) m 跨度板在消防车不利布置情况下的最大弯矩与等效均布荷载分别如表 9，10 所 示 ， 等 效 活 荷 载 及覆土厚度的影响如图 14所示 。可以看出 ， 2 台消防车的等效荷载均大于1 台消防车时的情况 ; 长宽比为 1. 0 的板等效荷载最大 ， 随
33、着板长宽比的增大 ， 等效荷载值逐渐减小 ;随着覆土厚度增加 ， 等效荷载逐渐减小 ， 长宽比较小的板随覆土厚度的增加 ， 等效荷载下降较快 。4m 跨度板在消防车作用下的最大弯矩 /kNm 表 9覆土厚度 /m4m 4m 4m 6m 4m 8m 4m 12m1 台 2 台 1 台 2 台 1 台 2 台 1 台 2 台0 19. 87 23. 02 25. 09 33. 53 27. 09 40. 19 28. 43 42. 530. 5 16. 38 19. 64 23. 69 32. 45 25. 08 39. 39 26. 72 41. 821. 0 15. 71 19. 58 22.
34、 84 31. 45 24. 58 37. 88 25. 77 40. 661. 5 13. 67 17. 19 20. 01 28. 08 22. 40 35. 55 23. 10 35. 782. 0 11. 50 14. 63 17. 81 24. 39 19. 24 29. 13 21. 65 31. 322. 5 9. 232 12. 53 14. 36 21. 06 16. 31 25. 15 16. 17 27. 173. 0 7. 489 10. 83 11. 86 16. 20 14. 06 19. 58 14. 68 23. 24双向板在消防车作用下的等效荷载 /kN/m2
35、表 10覆土厚度 /m4m 4m 4m 6m 4m 8m 4m 12m1 台 2 台 1 台 1 台 1 台 2 台 1 台 2 台0 27. 60 31. 98 19. 74 26. 38 16. 80 24. 92 15. 08 22. 560. 5 22. 76 27. 28 18. 64 25. 53 15. 55 24. 42 14. 18 22. 191. 0 21. 82 27. 20 17. 97 24. 74 15. 24 23. 49 13. 67 21. 571. 5 18. 99 23. 88 15. 74 22. 09 13. 89 22. 04 12. 26 18.
36、 982. 0 15. 98 20. 32 14. 01 19. 19 11. 93 18. 06 11. 49 16. 622. 5 12. 83 17. 41 11. 30 16. 57 10. 11 15. 59 8. 58 14. 423. 0 10. 40 15. 05 9. 33 12. 75 8. 72 12. 14 7. 79 12. 33图 14 不同长宽比的板在消防车作用下的等效活荷载值与覆土厚度的关系4 结论( 1) 单向板随着板跨度的增大 ， 等效荷载值逐渐减小 ; 随着覆土厚度增加 ， 等效荷载逐渐减小 ， 其中板跨较小的板随覆土厚度的增加 ， 等效荷载下降较快 。(
37、 2) 对于 3m 3m 6m 6m 跨度的双向板 ， 2台消防车的等效荷载均大于 1 台消防车时的情况 ;3m 3m 板的等效荷载最大 ， 随着板跨度的增大 ， 等效荷载值逐渐减小 。建议跨度在 3m 3m 6m 6m 范围的双向板 ， 消防车荷载在 35 20kN/m2之间进行插值 。随着覆土厚度增加 ， 等效荷载逐渐减小 ， 板跨度较小的板等效荷载随覆土厚度的增加下降较快 。( 下转第 10 页 )6建 筑 结 构 2011 年应施工偏差并满足索的张拉要求 ， 典型横索索端的设计调节能力为 100mm， 承受设计拉力 313kN; 典型竖索索端的设计调节能力为 140mm， 承受设计拉力
38、 557kN。典型横索索端连接构造见图 6。图 6 典型横索的端部连接构造4. 3 索材及索夹图 7 索夹照片为满足建筑师的美观要求和结构工程师对索的强度和承载力要求 ，选用 了 瑞 士 Brugg 的 高强碳钢索 。设计要求如下 : 1 ) 钢 索 表 面 上 涂galfan( 95% 锌和 5% 铝以及低含量其他元素的合金 )， 最小破坏强度 fuk=1 770N/mm2; 2) 钢索应在工厂预拉伸 5 次 ， 强度介于最小破坏荷载的 20% 42% ， 并应在第 5 次加荷周期之后进行弹性模量的测量 ; 3) 预应力索应在指定温度 ( 按索网张拉时的月平均气温取值 ) 下 ， 在一定拉应
39、力状态下进行下料 ， 在索上标记出索夹位置 ;4) 索体需编号 ， 并注明横索的左端和右端 、竖索的上端和下端 。索夹由专业厂家进行深化设计和加工 ， 应能自适应不同节点处横索和竖索间的不同平面夹角 ， 并能保证横索和竖索间不出现相对滑动 ， 能承受相邻索段间出现的不平衡力 ， 并不得对索体造成伤害 。索夹装置见图 7， 通过玻璃夹将玻璃与索夹相连 。5 结语中国航海博物馆单层曲面索网幕墙的规模居国内同类型项目之首 ， 在设计时存在诸多技术难点 ， 包括满足建筑美观和张拉要求的基准索网网格 、考虑施工建造过程的带弹性边界的索网找形 、索端万向球铰设计 、索端复杂连接节点的有限元分析 、索网承载
40、力和防松弛验算 、变形验算等多方面 。该工程已于 2009 年 7 月基本建造完成 ， 工作状态良好 ， 并达到了预期的建筑效果 ， 文中的一些设计经验可为同类拉索钢结构项目提供参考 。参 考 文 献 1 李亚明 ， 周晓峰 ， 吴景松 ， 等 . 中国航海博物馆中央帆体新型杂交结构设计 J . 建筑钢结构进展 ， 2007， 9( 5): 7-12. 2 中国建筑科学研究院 . 中国航海博物馆中央帆体索网结构深化设计计算书 R . 2007.( 上接第 6 页 )( 3) 当覆土层达到一定厚度时 ， 对消防车等效活荷载有可观的折减作用 ， 覆土越厚 ， 折减作用越显著 。折减后的消防车等效均
41、布荷载 ， 远小于规范中类似条件下未考虑覆土层时对应的荷载值 。通过对这一活荷载进行合理折减 ， 可减小构件尺寸和配筋量 ， 增大地下室使用高度 ， 降低工程造价 ， 达到设计更为经济的目的 。( 4) 本文提出将实际混凝土板厚转换为标准板厚与部分折算覆土厚度的方法 ， 简单实用 ， 适用性强 。( 5) 分析结果与设计建议可供结构设计与施工图审查时参考 ， 亦可供现行荷载规范修订时参考 。致谢 : 本文得到了中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司金新阳副总工程师和中国建筑西南设计研究院有限公司冯远总工程师的热情帮助与指导 ， 在此谨致以衷心的感谢 !参 考 文 献 1 GB500092001
42、 建筑结构荷载规范 S . 2006 年版 .北京 : 中国建筑工业出版社 ， 2006. 2 周军文 ， 鲁良辉 . 无梁楼盖地下室顶板消防车活荷载取值的探讨 J . 四川建筑 ， 2008， 28( 6): 119-120. 3 杨宏 . 消防车等效均布荷载的计算 J . 四川建筑 ，2008， 28( 3): 92-94， 96. 4 邹海莉 ， 郑妮娜 ， 陈昌松 . 地下室顶板上消防车活荷载合理取值的探讨 J . 四川建筑 ， 2006， 26( 1): 105-106. 5 李永康 ， 马国祝 . 足够覆土下车库顶板消防车活荷载合理取值 J . 结构工程师 ， 2008， 24(
43、5): 22-26. 6 马宗玺 ， 刘爱娟 ， 江奎一 . 关于地下室顶板上消防车活荷载设计值的探讨 J . 青岛理工大学学报 ， 2009， 30( 3): 145-149， 154. 7 陈基发 ， 沙志国 . 建筑结构荷载设计手册 M . 北京 :中国建筑工业出版社 ， 2004. 8 全国民用建筑工程设计技术措施 ( 结构 ) M . 北京 : 中国建筑标准设计研究院 ， 2003. 9 CJJ1052005 城市供热管网结构设计规范 S . 北京 :中国建筑工业出版社 ， 2005. 10 JTGD602004公路桥涵设计通用规范 S . 北京 : 人民交通出版社 ， 2004. 11 CECS190: 2005 给水排水工程埋地玻璃纤维增强塑料夹砂管管道结构设计规程 S . 北京 : 中国建筑工业出版社 ， 2005. 12 GB500102002 混凝土结构设计规范 S . 北京 : 中国建筑工业出版社 ， 2010.01
