顶板荷载计算

建筑结构设计规范系列讲座（一）

对荷载规范第4.1.1条的理解与应用

朱炳寅

（中国建筑设计研究院 北京 100044）

1 结构设计中涉及荷载的相关问题

在理解与应用现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（简称规范）表4.1.1时，要注意以下几个方面：

（1）表中的所有荷载均为直接作用在楼面上的荷载，其数值仅可直接用于楼面板设计计算，用于楼面梁、柱、墙及基础计算时，需按荷载规范第4.1.2条要求折减。

（2）车辆荷载尤其是消防车对楼面的荷载作用，主要应考虑车辆满载重量及汽车轮压的动荷载效应，动力系数与楼面覆土厚度等因素有关，见表1。

（3）表4.1.1中第8项实际上是汽车轮压直接作用在楼板上的等效均布活荷载。符合其表注3规定时，按表中数值取用；不符合时，按结构效应等效原则，将车轮的局部荷载换算为等效均布荷载。对于跨度较大的楼板还应考虑多辆汽车的共同作用。

1）对客车荷载，不能将客车车库的楼面等效荷载（规范表4.1.1中第8项数值）与其楼面实际荷载混为一谈。楼面等效荷载为不同形式楼板按跨中弯矩

相等折算出的均布荷载值。在相同楼面荷载（客车荷载）下，当楼板的形式不同时，等效荷载数值是不同的。因此，设计中将客车荷载按规范的等效荷载数值限制是不恰当的，且容易得出同一客车停车库（场）有两种不同荷载限值的错误结论。

对客车车库的荷载应以限定客车的种类为宜，如限定停放载人少于9人的客车（每一车位最小范围2.5m×4.5m）等。

2）对消防车荷载，若不考虑板顶的覆土厚度对消防车轮压的影响而统一取用表中数值，当地下室顶板顶面覆土厚度较厚时，显然是不合适的。例如：某工程纯地下室（顶板为板跨小于2m的单向板）顶面为覆土厚度3m的绿化地面，消防车（30t级）道贯穿其中，覆土已将消防车轮压局部荷载基本扩散为均布荷载，由表3可知，30t消防车在车身平面内的平均荷载仅为m2，显然消防车的任何排列方式均不可能达到表4.1.1中35kN/m2的数值。

汽车轮压荷载传至楼板和梁的动力系数 表1 覆土厚度（m） 动力系数 ≥ 注：覆土厚度不为表中数值时，其动力系数可按线性内插法确定。

各级汽车荷载的主要技术指标 表2 主要指标 一辆汽车总重力 一行汽车车队中重车数量 前轴重力 中轴重力 后轴重力 轴 距 轮 距 前轮着地宽度及长度 中、后轮着地宽度及长度 车辆外形尺寸（长×宽） 车身投影范围的平均重量 单位 kN 辆 kN kN kN m m m m m kN/m2 汽车-10级 主车 100 — 30 — 70 × × × 重车 1 50 — 100 × × × 汽车-超10级 主车 重车 1 70 — 130 × × × 150 200 汽车-20级 主车 重车 1 60 — 2×120 + × × × 300 汽车-超20级 主车 重车 550 1 30 2×120 2×140 3++7+ × × ×

覆土厚度足够时消防车的荷载 表3 消防车重量W（kN） 100 150 200 300 550 荷载q (kN/m2) 注：表中消防车在其投影面积范围内的平均荷重（考虑汽车之间的纵向及横向最小间距均为600mm）q＝W/[(车辆长＋（车辆宽＋）]。

(4)荷载规范条文说明中指出，“对20~30t的消防车，可按最大轮压为60kN作用在0.6m×0.2m的局部面积上的条件确定”。为此，应按《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构）（简称结构技术措施）图2.3.2和图确定汽车纵横方向的排列间距。

(5)目前结构设计计算中，出于对结构抗震设计的考虑，地下室承受的土压力一般均按静止土压力计算，土压力系数k0值一般取，也可以按照表5采用。 2 设计建议

（1）对于直接承受消防车荷载的结构楼面（屋面）板，当符合荷载规范要求时，可进行简化计算，即直接采用规范表4.1.1中均布活荷载数值；当不符合时，应计算汽车轮压的局部荷载效应。

（2）楼板和梁的设计计算中，应考虑汽车轮压的动力系数，可按表1考虑顶板板顶以上覆土对汽车轮压动力系数的降低作用。

（3）考虑汽车轮压压力扩散的计算方法。 1）汽车荷载作用下（为便于说明问题，此处仅考虑汽车轮压的单工况计算），管沟壁或地下室外墙的侧向土压力见图1。

在宽度b2范围内，当下端固定时，墙底总弯矩：M(q1b1/3q2b2/6)h2 （上端自由） (1)

图1 管沟壁或地下室外墙的侧向土压力

图2 不考虑轮压扩散时的 图3 考虑轮压扩散

土压力（q2 = q1） 时的土压力（q2 < q1）

M(7q1b18q2b2)h2/120 （上端简支） （2） 式中q1, q2分别为汽车荷载在深度为h0及h0+ h处的水平侧压力；b1,b2分别为汽车荷载在深度为h0及h0+ h处的水平侧压力分布宽度，其值=轮宽+两侧各按30角向下扩散的宽度。

2）依据《城市供热管网结构设计规范》(CJJ105-2005)的规定，轮压在混凝土结构中的扩散按单边1：1考虑，即相当于取图1中扩散角=45；轮压在土中的扩散按深度每增加1m，单边扩散宽度增加0.7m考虑，即相当于取图1中扩散角=35

。

（4）主动土压力系数ka＝tan2(450/2)见表

4；静止土压力系数取，也可以按照表5采用。

（5）静止土压力系数k0随土体密实度、固结程度的增加而增加，对正常固结土取值见表5。

主动土压力系数ka 表4 内摩擦角15 20 25 30 35 40 45 ka 静止土压力系数k0 表5 土 坚硬 硬～可塑粘性土可～软塑软塑粘流塑粘类 土 粉质粘土、砂土 粘性土 性土 性土 k0 ~ ~ ~ ~ ~ 自然状态下的土体内水平向有效应力，可以认为与静止土压力相等，土体侧向变形会改变其水平应力状态，最终的水平应力随着变形的大小和方向而呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态。事实上，地下室的施工工艺决定了其周围的土只能是回填土，应采用相应的主动土压力系数，而静止土压力一般可用在不允许有位移的支护结构，并不适合用于地下室外墙或挡土墙的设计计算中。

现阶段地下室外墙或挡土墙的设计计算，可结合设计现状进行适当的调整，即考虑地震作用对接近地表的地下室土压力的增大作用，建议地下室顶部土压力可按静止土压力系数k0计算，而地下室底部土压力

系数可按主动土压力系数ka计算（见图4）。而在挡土墙的裂缝宽度计算中，地下室的土压力均宜按表5取用主动土压力系数ka（见图5)。

图4 承载能力极限状态计算 图5 正常使用极限状态

时的土压力取值 计算时的土压力取值