消防车荷载的来龙去脉——最完整、细致的解读（中）：软件实现

文章作者：刘孝国

SATWE软件V4版对于设计中存在

的消防车荷载的正确处理

在使用V3.1.5及之前版本程序进行消防车荷载处理时，一般设计师会简化处理，按照普通的活载进行输入，进行上部结构柱、墙及板的内力计算与配筋设计，同时基础计算还需要单独再建模，把消防车荷载房间上的普通活荷载修改为正常房间的普通活荷载计算。即使这样处理，无形中增加了设计人员的工作量，也不能进行该消防车荷载精细化的模拟。

本文结合V4.1版本软件，详细阐述如何便捷、高效、准确的进行消防车荷载的设计。正确、完整的建模及计算流程如下：

1、 根据工程情况确定房间消防车荷载的输入值

假如某结构中的地下室顶板中，柱距9 m x 9m，每个房间两道次梁，次梁形成的板跨度均为3m x 3m，地下室顶板覆土厚度为1m。考虑施工荷载等，输入这层所有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按照荷载规范差别值为：35 kN/m²，然后按照荷载规范附录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 xtan450 x 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。然后可以确定输入到消防车房间上的消防车荷载为：0.803*35=28.105kN/m²。注意：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为该地下室顶板均布置了普通的活荷载的布置图，对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。

图5 顶板全部布置普通活荷载

图6 荷载补充中定义消防车荷载

图7 输入消防车可能存在的房间等效消防车荷载值

2、 消防车荷载下梁、柱墙的自动折减

对于板面上的等效消防车面荷载传到梁上需要进行折减，程序中提供了参数供设计师选择是否折减，对于梁设计时消防车荷载的折减程序按照规范自动判断并确定折减系数。如该案例中布置的消防车荷载，对于3m x 3m双向板，折减系数为0.8。图8为程序对于消防车荷载梁、柱墙折减参数图。图9为程序自动判断并输出的消防车荷载下梁的折减系数，该系数为0.8，与规范要求的折减系数一致。对柱、墙消防车活荷载默认不折减，如果折减可直接定义折减系数。

图8 梁、柱墙设计时消防车荷载折减与否参数选择图

图9 程序对消防车荷载房间的梁按规范进行折减

3、 程序对消防车荷载与普通活荷载同时存在时的正确处理

地下室的顶板有普通活荷载5 kN/m²，同时有消防车活荷载28.1 kN/m²时，对于一块板上同时出现两种荷载时，程序对消防车所在楼面的活载进行了特殊处理（如下图10所示），相当于1情况的荷载布置等效为2与3两种情况的叠加。程序处理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）不考虑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种荷载布置情况；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种荷载布置情况。在荷载组合中如图11所示，可以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。

设计师需特别注意的是：在模型2仅存在消防车时，该消防车荷载会对全楼所有的构件均产生影响；同样3模型仅仅存在普通活荷载时候，普通活荷载会对全楼所有的构件有影响。这一点较难理解，一般设计师会认为本房间的荷载仅影响本房间，其实会影响全楼所有构件。

图10 同时存在消防车荷载和普通活荷载程序处理

图11 程序自动形成的两套与消防车有关的荷载

4、 对这三套荷载关系进行详细分析与校核

图10中的荷载1正确布置的消防车和活荷载的情况进行整体计算，取其中一根梁的内力，输出如下图12的详细的内力计算结果文件，观察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种情况，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，可以从图13中可以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的对比可以看到，U03工况下两个模型在消防车荷载下的内力一致。也即图10的第2种情况计算的消防车荷载效应内力仅有消防车荷载作用。

图13 仅在消防车房间布置消防车荷载下选取梁的内力图

图10中的第3种情况，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，荷载布置情况如图14所示。从图15中消防车荷载房间取消所有活载输出选取梁的内力结果可以看到，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种情况计算的内力。可以看到此时的LL2荷载即考虑不利布置的活荷载（负包络）在选取梁i端的弯矩为60.55kN.m，这个弯矩是考虑了负弯矩调幅的，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的弯矩是一致的。

图14 消防车荷载房间取消消防车荷载及普通活荷载

图15 消防车荷载房间取消所有活载计算的选取梁的内力

通过上述的详细对比可以看到，程序在处理消防车荷载与活荷载共同存在时的处理是按照图10的情况准确考虑的，图10种的第1种情况等效为情况2布置荷载情况与情况3荷载布置的叠加，通过构件内力输出的结果，更加清楚校核了消防车荷载存在下详细的单工况内力结果。同时注意：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进行负弯矩的调幅。

5、 消防车荷载与其他荷载（作用）的组合

消防车荷载输入偶然荷载，程序在处理的时候，对于重力荷载代表值系数默认取为0。对于消防车荷载会形成如下图16的多个组合情况。消防车荷载仅与恒荷载一起组合，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

由于涉及到消防车荷载本身产生的效应与其他活荷载产生的效应两种活荷载，因此，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1.4两种情况，程序分别进行轮换组合。另外需要注意：程序对于LL工况是所有楼板均布置板面普通活荷载的情况下产生的内力，从这几种情况中取最不利设计。

6、 读入基础的消防车荷载校核

按照图10中的第一种情况，软件在基础计算时，对于读入基础的上部荷载处理，会自动按照所有房间均布置普通活荷载进行计算，即程序按照图17的方式进行计算，对于1的情况自动按照4的活荷载布置情况进行计算，并形成传给基础的荷载。

图17 基础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种情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情况下的构件内力，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种情况计算输出的内力

然后按照图17第4种情况满布活荷载的情况进行计算，从计算结果中可以看到选取柱的内力结果如图19所示。

图19 按照楼层满布活荷载计算的选取柱内力结果

通过图18与19的对比分析可以看到，对于LL工况下的结果，图10中第1种情况计算的结果与图17中第4种情况计算的结果一致。然后查看在图10中第1种情况传给柱的内力结果，如图20为传给基础的选取柱的活荷载作用下的内力结果，该结果与上部结构满布荷载布置情况一致，程序可以自动处理消防车荷载不传给基础而读取正常活荷载。

图20 直接由图10的情况1计算传给基础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可以直接读取房间的消防车荷载与普通活荷载，并形成6个对应的组合，分别如图21所示。在进行楼板内力计算与配筋设计的时候读取房间的消防车荷载，在进行挠度和裂缝验算的时候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缝计算结果

程序在板的计算中可以正确的考虑消防车荷载对楼板的内力与配筋影响，同时挠度裂缝验算可以读取板面普通活荷载进行计算。

如果有人防荷载的时候，程序也允许设计师按照塑性算法计算，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