根据现行《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)^[1]，高层建筑周边必须按规范要求设置消防车道，消防车轮压是结构设计时不可避免的重要荷载作用，由于轮压位置的不确定性，以及覆土对轮压的扩散作用，直接施加消防车荷载在具体结构设计时难以操作，通常根据一定原则将其换算成等效均布活荷载(简称等效荷载)施加于地下室顶盖相关位置。由于消防车重量大，且消防车道通常占据整个结构顶板的相当比例，因而对消防车等效荷载的合理取值是地下室顶板设计的关键因素之一，对结构设计的安全性和经济性都具有重要的意义。

　　 现行《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)^[2](简称荷载规范)对板跨不小于2m的单向板、板跨不小于3m的双向板和柱网不小于6m×6m的无梁楼盖规定了消防车等效荷载，并且明确了可以考虑覆土的影响，根据附录B对消防车等效荷载进行折减。但若根据荷载规范选取消防车等效荷载，对于常见的小板跨楼板则缺乏取值依据。

　　 另外，根据楼板效应等效原则得到的等效荷载，不能直接适用于梁、柱的设计。荷载规范第5.1.2条对用于梁、柱设计的等效荷载，在楼板等效荷载基础上进行了折减，但折减系数较笼统，并未根据各自的荷载效应对不同梁板体系的主次梁加以细分。

　　 目前行业内也针对消防车等效荷载展开了一些研究^[3,4,5,6]。文献^[7]针对上述问题，基于ANSYS有限元软件，采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言，提供了一个高效率的参数化消防车等效荷载研究模型，直接根据消防车最不利轮压布置下的构件效应等效原则，计算了各类楼盖构件的消防车等效荷载。

　　 本文利用此模型，针对井字梁、十字梁和单向次梁三类楼盖，在不同柱跨和覆土厚度下，对主次梁等效荷载以及楼板等效荷载进行了计算，同时分析了三类楼盖消防车等效荷载的区别及各种影响因素，并给出了主次梁相对楼板的等效荷载折减系数，为工程设计提供参考。

　　 计算消防车等效荷载时，针对不同构件，需要建立不同的计算模型，将扩散后的消防车轮压作用于该模型，所得构件效应与满布单位荷载下的构件效应进行比较，从而获取等效荷载。

　　 图1～5为三类楼盖楼板、主梁和次梁等效荷载计算模型简图，其中消防车规格、轮压在覆土中的扩散以及消防车最不利布置原则的具体选取方法详见文献[7]。本文算例中消防车总重取30t，考虑实际工程中覆土有可能压实程度较低，轮压扩散角取30°。

　　 梁板式楼盖中，楼板四边由梁支承，本文忽略支承梁的抗扭刚度，并假定其竖向刚度无限大，建立四边简支的楼板计算模型。楼板等效荷载计算模型简图及消防车最不利轮压位置如图1所示。

　　 为了包含2×2排布4辆消防车同时作用，楼盖主梁计算模型为一个方向单跨、另一方向三跨连续梁的交叉梁系模型，其中主梁截面400×800，次梁截面300×600，主梁端部铰支，楼板不考虑面外抗弯刚度，仅起导荷作用。三类楼盖主梁等效荷载计算模型简图及消防车最不利轮压位置如图2所示。

　　 计算次梁等效荷载时，次梁端点均铰支，外侧楼板边界节点均施加铰支边界条件。三类楼盖次梁计算模型简图及各自两类消防车最不利轮压布置方式见图3～5。

　　 根据各构件的对应计算模型，直接采用构件自身效应等效的原则来计算构件的等效荷载，主要原则如下:1)主次梁模型根据所研究对象在各自计算模型中最大弯矩等效荷载和最大剪力等效荷载两者的最大值作为设计用等效荷载;2)楼板采用最大弯矩计算等效荷载;3)等效荷载未计入动力系数，动力系数可根据表1^[8]选取。

　　 根据文献^[7]基于ANSYS的APDL参数化模型，可在输入楼盖形式、目标构件(主梁、次梁、楼板)、柱跨、覆土厚度等参数后自动生成对应的有限元计算模型，自动施加轮压并进行求解，高效地给出设计等效荷载。

　　 例如，在ADPL程序中输入如下参数:楼盖类型=十字梁;目标构件=主梁;柱跨=8.4m;覆土厚度=1.5m;程序将在ANSYS中自动生成对应的计算有限元模型，完成网格划分，并施加扩散后的轮压，如图6所示，计算所得梁弯矩和剪力如图7所示。

　　 本文计算了覆土厚度0,0.3,0.6,0.9,1.2,1.5,1.8m下，柱跨分别为8.4m和9.0m的井字梁、十字梁、单向次梁楼盖的主梁、次梁和楼板的消防车等效荷载，主要计算结果如下。

　　 图8为楼板的消防车等效荷载，可见，三类楼盖的楼板等效荷载均随覆土厚度的增加呈整体下降趋势;井字梁和十字梁楼盖同为双向受力楼板，十字梁楼盖因楼板板跨较大而等效荷载较小;而单向次梁楼盖楼板接近单向受力，其短向板跨与井字梁楼盖相同，等效荷载却明显小于井字梁楼盖。

　　 三类楼盖在两种柱跨和不同覆土厚度下分别根据弯矩等效和剪力等效计算的主梁等效荷载如图9所示，选取其中较大值作为等效荷载，见表2。

　　 可见主梁等效荷载由剪力效应控制，等效荷载同样随着覆土厚度的增加而减小，但幅度相比楼板等效荷载较小;柱跨增大时，主楼等效荷载减小较明显;相同柱跨和覆土厚度时，主梁等效荷载十字梁楼盖最大，井字梁楼盖次之，单向次梁楼盖则最小。

　　 图10～12为三类楼盖次梁计算模型一、二的弯矩和剪力效应等效荷载，其中x向次梁表示与消防车行进方向平行的次梁，y向次梁则表示与消防车行进方向正交的次梁。最终比较两个模型下两个方向的次梁弯矩和剪力等效荷载，三类楼盖的次梁控制等效荷载如表3所示。

　　 可见，次梁等效荷载由弯矩效应控制，并同样随着柱跨和覆土厚度的增大而减小;相同柱跨和覆土厚度时，三类楼盖次梁的等效荷载均大于主梁等效荷载;对三类楼盖次梁等效荷载进行比较可以发现，单向次梁楼盖最大，十字梁楼盖和井字梁楼盖较为接近，十字梁楼盖的等效荷载略小。

　　 参考荷载规范第5.1.2条，表4,5给出了楼盖主次梁的消防车活荷载折减系数，其值为相同柱跨和覆土厚度下楼盖主(次)梁等效荷载与对应楼板等效荷载的比值，可见折减系数随覆土厚度的增加而增加，并随柱跨增大而略微减小。

　　 (1)梁板式楼盖主次梁及楼板的等效荷载在相同的柱跨/楼板跨度下，也会因楼盖形式的不同而有所区别，工程设计时针对不同楼盖形式，消防车等效荷载宜区分取值。

　　 (2)主楼等效荷载由剪力效应控制，次梁等效荷载由弯矩效应控制。

　　 (3)随覆土厚度增大，各构件等效荷载呈减小趋势;柱跨增大时，各构件消防车等效荷载减小。

　　 (4)根据荷载效应等效原则获得的消防车活荷载折减系数，不同楼盖类型以及主次梁之间的差异较大，设计时宜细分。

　　 (5)对于文中未涉及的楼盖形式和消防车规格，也可采用本文模型施加轮压荷载，获取消防车等效荷载，保障工程安全，同时提高工程设计的经济性。