消防车等效均布活荷载取值研究

书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 书书 第 41 卷 第 3 期 2011 年 3 月 建 筑 结 构 Building Structure Vol. 41 No. 3 Mar. 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 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》(GB50009—2001) (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)03-0001-06 Study on equivalent uniform live load for fire engines Fan Zhong1，Ju Hongmei2，Peng 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 according with the provisions of Load code for the design of building structures(GB50009—2001) (2006 version)，the equivalent uniform live load value of fire engine for 3m to 5m span two-way slab commonly used in engineering is not given，nor the approach to estimate of decrement fire engine load when the basement 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，the relative positions of fire engines were determined. The equivalent uniform live load for slabs was estimated by using finite element 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》(GB50009—2001)(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 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 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 民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计 》 (CJJ105—2005)［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况 凝土板中的扩散角 θ 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 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 可以算出 轮压力扩散后受力面积的边长，如表 1 所示。 b cx = b tx + 2stanθ + h (1) b cy = b ty + 2stanθ + h (2) 式中:b cx，b cy分别为轮压作用的宽度与长度;b tx，b ty 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 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。 b cx = b tx + 2 s tanθ + h0 (3) b cy = b ty + 2 s tanθ + h0 (4) s = s + h － h0 2tanθ (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 / b cxb cy (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 /m bcx /m bcy /m 轮压 / kN /m2 q 2q 4q 6q 0 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. 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 ≥0. 70 动力系数 1. 30 1. 25 1. 20 1. 15 1. 05 1. 00 2. 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 ψ f 与准永久值系数 ψq 进一步降低，频遇值 系数 ψ f 从现在的 0. 7 改为 0. 5，准永久值系数 ψq 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》(GB50010—2002)［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 β = M /ql2，然后根据板中 的最大弯矩 Mmax由下式计算等效荷载值 q e: q e = Mmax /βl 2 (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 0 ～ 0. 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 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 /m 4 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. 473 0. 4 跨 3 1 0. 958 0. 895 0. 825 0. 736 0. 633 0. 499 /m 4 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 × 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 / kN·m 表 5 覆土 厚度 /m 3m × 3m 4m × 4m 5m × 5m 6m × 6m 1 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. 51 0. 5 11. 51 13. 31 16. 38 19. 64 21. 44 27. 47 25. 65 35. 22 1. 0 9. 61 12. 78 15. 71 19. 58 20. 84 26. 92 25. 04 34. 43 1. 5 9. 313 10. 97 13. 67 17. 19 18. 63 24. 74 22. 80 31. 63 2. 0 7. 543 8. 735 11. 50 14. 63 15. 87 21. 48 19. 76 29. 18 2. 5 5. 659 7. 563 9. 232 12. 53 12. 89 18. 38 16. 82 24. 72 3. 0 4. 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 /m 3m × 3m 4m × 4m 5m × 5m 6m × 6m 1 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. 68 0. 5 28. 60 33. 07 22. 76 27. 28 19. 18 24. 57 15. 93 21. 88 1. 0 23. 88 31. 75 21. 82 27. 20 18. 64 24. 08 15. 55 21. 39 1. 5 23. 14 27. 25 18. 99 23. 88 16. 66 22. 13 14. 16 19. 65 2. 0 18. 74 21. 70 15. 98 20. 32 14. 19 19. 21 12. 27 18. 12 2. 5 14. 06 18. 79 12. 83 17. 41 11. 53 16. 44 10. 45 15. 35 3. 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。3m × 3m 跨度板的等效荷载最大，为 39. 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，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. 0 3m × 3m 39. 65 35. 63 31. 75 27. 25 21. 70 18. 79 15. 47 4m × 4m 31. 98 29. 59 27. 20 23. 88 20. 32 17. 41 15. 05 5m × 5m 26. 76 25. 42 24. 08 22. 13 19. 21 16. 44 14. 37 6m × 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. 0 3m × 3m 1 0. 899 0. 801 0. 687 0. 547 0. 474 0. 390 4m × 4m 1 0. 925 0. 851 0. 747 0. 635 0. 544 0. 471 5m × 5m 1 0. 950 0. 800 0. 827 0. 718 0. 614 0. 537 6m × 6m 1 0. 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 / kN·m 表 9 覆土 厚度 /m 4m × 4m 4m × 6m 4m × 8m 4m × 12m 1 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. 53 0. 5 16. 38 19. 64 23. 69 32. 45 25. 08 39. 39 26. 72 41. 82 1. 0 15. 71 19. 58 22. 84 31. 45 24. 58 37. 88 25. 77 40. 66 1. 5 13. 67 17. 19 20. 01 28. 08 22. 40 35. 55 23. 10 35. 78 2. 0 11. 50 14. 63 17. 81 24. 39 19. 24 29. 13 21. 65 31. 32 2. 5 9. 232 12. 53 14. 36 21. 06 16. 31 25. 15 16. 17 27. 17 3. 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 表 10 覆土 厚度 /m 4m × 4m 4m × 6m 4m × 8m 4m × 12m 1 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. 56 0. 5 22. 76 27. 28 18. 64 25. 53 15. 55 24. 42 14. 18 22. 19 1. 0 21. 82 27. 20 17. 97 24. 74 15. 24 23. 49 13. 67 21. 57 1. 5 18. 99 23. 88 15. 74 22. 09 13. 89 22. 04 12. 26 18. 98 2. 0 15. 98 20. 32 14. 01 19. 19 11. 93 18. 06 11. 49 16. 62 2. 5 12. 83 17. 41 11. 30 16. 57 10. 11 15. 59 8. 58 14. 42 3. 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。 (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 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 ］GB50009—2001 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(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 ］ CJJ105—2005 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］ JTGD60—2004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］GB50010—2002 混凝土结构设计规范［S］. 北京:中国 建筑工业出版社，2010. 01