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人防规范
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4.1一般规定
4.1.1防空地下室结构的选型,应根据防护要求,使用要求,上部建筑结构类型,工程地质和水文地质条件以及材料供应和施工条件等因素综合分析确定.对钢筋混凝土结构,可采用预制装配整体式.
4.1.2防空地下室结构的材料选用,应在满足防护要求的前提下,作到因地制宜,就地取材.地下水位以下或有盐碱腐蚀时,外墙不宜采用砖砌体.当有侵蚀性地下水时,各种材料均应采取防侵蚀措施.
4.1.3防空地下室的结构设计,应根据防护要求和受力情况做到结构各个部位抗力相协调.
4.1.4防空地下室结构在核爆动荷载作用下,其动力分析可采用等效静荷载法.
4.1.5防空地下室结构在核爆动荷载作用下,应验算结构承载力.对结构变形,裂缝开展以及地基承载力与地基变形可不进行验算.
4.1.65级和6级防空地下室结构,当采用平战兼顾设计时,应通过临战加固达到战时防护要求.
4.1.7防空地下室结构除按本规范设计外,尚应根据其上部建筑在平时使用条件下对防空地下室结构的要求进行设计,并应取其中控制条件作为防空地下室结构设计的依据.
4.2核爆炸地面空气冲击波,土中压缩波参数
4.2.1在结构计算中,核爆炸地面空气冲击波超压波形,可取在峰值压力处按切线简化的无升压时间的三角形(图4.2.1).
图4.2.1核爆炸地面空气冲击波简化波形
ΔPm——地面空气冲击波最大超压(N/mm2)
t1——地面空气冲击波按切线简化的等效作用时间(S).
防空地下室设计采用的地面空气冲击波最大超压值(简称地面超压)ΔPm,应按国家现行有关规定确定.地面空气冲击波的其它主要设计参数可按表4.2.1采用.
表4.2.1地面空气冲击波主要设计参数
抗力等级
按切线简化的等效作用时间t1(s)
负压值(KN/m2)
动压值(KN/m2)
6
1.0
0.16ΔPm
0.16ΔPm
5
0.8
0.13ΔPm
0.30ΔPm
4B
0.6
0.10ΔPm
0.55ΔPm
4
0.5
0.07ΔPm
0.74ΔPm
4.2.2在结构计算中,土中压缩波压力波形可取简化为有升压时间的平台形(图4.2.2).
图4.2.2土中压缩波简化波形
4.2.3土中压缩波的最大压力Ph及土中压缩波升压时间t0h可按下列公式确定:
(4.2.3-1)
t0h=(γ-1)h/v0(4.2.3-2)
γ=v0/v1(4.2.3-3)
式中:
Ph——土中压缩波的最大压力(KN/m2),当土的计算深度小于或等于1.5m时,Ph可近似取ΔPms;
t0h——土中压缩波升压时间(s);
h——土的计算深度(m).计算顶板时,取顶板的覆土厚度.计算外墙时,取防空地下室结构外墙中点至室外地面的深度;
v0——土的起始压力波速(m/s).当无实测资料时,可按表4.2.3-1,表4.2.3-2采用;
γ——波速比.当无实测资料时,可按表4.2.3-1,表4.2.3-2注2~4采用;
v1——土的峰值压力波速(m/s);
δ——土的应变恢复比.当无实测资料时,可按表4.2.3-1,表4.2.3-2注2~4采用;
t2——地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间(s),可按表4.2.3-3采用;
ΔPms——空气冲击波超压计算值(KN/m2).当不计入地面建筑物影响时,取地面超压值ΔPm;当计入地面建筑物影响时,计算结构顶板,应按本规范第4.2.4条~第4.2.6条的规定采用;计算结构外墙,应按本规范第4.2.7条的规定采用.
表4.2.3-1非饱和土v0,γ,δ
土的类别
起始压力波速v0(m/s)
波速比γ
应变恢复比δ
碎石土
300~500
1.2~1.5
0.9
砂土
粗砂
350~450
1.2~1.5
0.8
中砂
300~400
1.5
0.5
细砂
250~350
2.0
0.4
粉砂
200~300
2.0
0.3
粉土
200~300
2.0~2.5
0.2
粘性土
粉质粘土
150~250
2.0~2.5
0.1
粘土
120~220
2.0~2.5
0.1
老粘土
300~400
1.5~2.0
0.3
红粘土
150~250
2.0~2.5
0.2
湿陷性黄土
260~280
2.0~3.0
0.1
淤泥质土
120~150
2.0
0.1
注:
1,粘性土坚硬状态v0取大值,软塑状态取小值;
2,粘性土4级时,γ取大值;
3,碎石土,砂土土体密实时,v0取大值,γ取小值.
表4.2.3-2饱和土起始压力波速v0值
含气量α1(%)
4
1
0.1
0.05
0.01
0.005
<0.001
起始压力波速v0(m/s)
150
200
370
640
910
1200
1500
注:
1,α1为饱和土的含气量,可根据饱和度Sv,孔隙度n,按式α1=n(1-Sv)计算确定,当无实测资料时,可取α1=1%;
2,地面超压ΔPm(N/mm2)20α1时,v0取1500(m/s),γ取1,δ取1;
4,16α1≤ΔPm(N/mm2)≤20α1时,v0,γ,δ取线性内插值.
表4.2.3-3地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间t2值
抗力等级
t2(s)
6
1.46
5
1.17
4B
0.91
4
0.78
4.2.4在结构顶板计算中,对5级和6级防空地下室,当符合下列条件之一时,可计入上部建筑物对地面空气冲击波超压作用的影响.
上部建筑物层数不少于二层,其底层外墙为不低于240mm砖砌体强度的墙体,且任何一面外墙墙面开孔面积不大于该墙面面积的50%;
上部为单层建筑物,其承重外墙使用的材料和开孔比例符合上款规定,且屋顶为钢筋混凝土结构.
4.2.5对符合本规范第4.2.4条规定的6级防空地下室,作用在其上部建筑物底层地面的空气冲击波超压波形可采用有升压时间平台形(图4.2.2),空气冲击波超压计算值可取ΔPm,升压时间可取0.025s.
4.2.6对符合本规范第4.2.4条规定的5级防空地下室,作用在其上部建筑物底层地面的空气冲击波超压计算可采用有有升压时间平台形(图4.2.2),空气冲击波超压计算值可取0.95ΔPm,升压时间可取0.025s.
4.2.7在计算土中外墙核爆动荷载时,对4B级及以下的防空地下室,当上部建筑物的外墙为钢筋混凝土承重墙,或对上部建筑物为抗震设防的砌体结构或框架结构的6级防空地下室,均应计入上部建筑物对地面空气冲击波超压值的影响,空气冲击波超压计算值ΔPms应按表4.2.7的规定采用.
表4.2.7土中外墙计算中计入上部建筑物影响采用的空气冲击波超压计算值ΔPms
抗力等级
ΔPms(KN/m2)
6
1.10ΔPm
5
1.20ΔPm
4B
1.25ΔPm
4.3荷载及荷载组合
4.3.1作用在防空地下室结构上的荷载,应包括核爆动荷载,上部建筑物自重,土压力,水压力及防空地下室自重等.
对核爆动荷载,设计时采用一次作用.
4.3.2全埋式防空地下室结构上的核爆动荷载,可按同时均匀作用在结构各部位设计(图4.3.2-a).
当6级防空地下室顶板底面高出室外地面时,尚应验算地面空气冲击波对高出地面外墙的单向作用(图4.3.2-b).
全埋式防空地下室
顶板高出地面的防空地下室
图4.3.2结构周边核爆动荷载作用方式
4.3.3防空地下室结构顶板的核爆动荷载最大压力Pc1及升压时间t0h可按下列公式计算.
顶板计算中不计入上部建筑物影响的防空地下室:
Pc1=KPh(4.3.3-1)
t0h=(γ-1)h/v0(4.3.3-2)
式中:
Pc1——防空地下室结构顶板上的核爆动荷载最大压力值(KN/m2);
K——顶板上的核爆动荷载的综合反射系数,可按本规范第4.3.4条确定.
顶板计算中计入上部建筑物影响的防空地下室:
Pc1=KPh(4.3.3-1)
t0h=0.025+(γ-1)h/v0(4.3.3-2)
4.3.4结构顶板上核爆动荷载的综合反射系数K可按下列规定确定.
覆土厚度h为0时,K=1.0;
覆土厚度h大于或等于结构不利于覆土厚度hm时,非饱和土的K值可按表4.3.4确定,饱和土的K值可按下列规定确定:
当ΔPm(N/mm2)>20α1时,平顶结构K=2.0,非平顶结构K=1.8;
ΔPm(N/mm2)<16α1时,K值按非饱和土确定;
当16α1≤ΔPm(N/mm2)≤20α1时,K值可按线性内插确定.
结构顶板覆土厚度h小于结构不利覆土厚度hm时,K值可按线性内插确定.对主体结构,当结构顶板覆土厚度h不大于0.5m时,综合反射系数K可取1.0.
表4.3.4h≥hm时非饱和土的综合反射系数K值
抗力等级
覆土厚度h(m)
1
2
3
4
5
6
7
5级,6级
1.45
1.40
1.35
1.30
1.25
1.22
1.20
4B级,4级
1.52
1.47
1.42
1.37
1.31
1.28
1.26
注:
1,双层结构综合反射系数取表中数值的1.05倍;
2,非平顶结构综合反射系数取表中数值的0.9倍.
4.3.5土中结构顶板的不利覆土厚度hm,可按表4.3.5-1,表4.3.5-2采用.
表4.3.5-15级,6级防空地下室土中结构顶板不利覆土厚度
l0(m)
≤2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
hm(m)
1.0
1.2
1.5
1.7
2.0
2.2
2.5
2.7
l0(m)
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
≥9.0
hm(m)
2.9
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
注:
1,l0为顶板净跨,双向板取短方向净跨,对多跨结构,取最大短边净跨;
2,hm为顶板允许延性比[β]=3时与l0对应的土中结构不利覆土厚度.
表4.3.5-24级,4B级防空地下室土中结构顶板不利覆土厚度
l0(m)
≤3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
hm(m)
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
1.9
2.1
2.3
l0(m)
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
≥10.0
hm(m)
2.5
2.7
3.0
3.2
3.5
3.7
4.0
注:
表中l0,hm定义同表4.3.5-1.
4.3.6土中结构外墙上的水平均布核爆动荷载的最大压力Pc2及升压时间t0h可按下列公式计算:
Pc2=ζPh(4.3.6-1)
t0h=(γ-1)h/v0(4.3.6-2)
式中:
Pc2——土中结构外墙上的水平均布核爆动荷载的最大压力(KN/m2);
ζ——土的侧压系数,当无实测资料时可按表4.3.6采用.
表4.3.6核爆动荷载作用下土的侧压系数ζ值
土的类别
侧压系数ζ
碎石土
0.15~0.25
砂土
地下水位以上
0.25~0.35
地下水位以下
0.70~0.90
粉土
0.33~0.43
粘性土
坚硬,硬塑
0.20~0.40
可塑
0.40~0.70
软塑,流塑
0.70~1.00
注:
1,碎石土及非饱和砂土:
密实,颗粒粗的取小值;
2,非饱和粘性土:
液性指数低的取小值;
3,饱和粘性土,饱和砂土:
含气量α1≤0.1%时取大值.
4.3.7当6级防空地下室的顶板底面按本规范第3.3.7条规定高出地面,直接承受空气冲击波作用的外墙最大水平均布压力P'c2可取2ΔPm.
4.3.8结构底板上核爆动荷载最大压力可按下式计算:
Pc3=ηPc1(4.3.8)
式中:
Pc3——结构底板上核爆动荷载最大压力(KN/m2);
η——底压系数,当底板位于地下水位以上时,取0.7~0.8,其中4B级及4级取小值;当底板位于地下水位以下时,取0.8~1.0,其中含气量α1≤0.1%时,取最大值.
4.3.9作用在防空地下室出入口通道内临空墙,门框墙的最大压力值Pc,可按表4.3.9取值.
表4.3.9出入口通道内临空墙,门框墙的最大压力值Pc
出入口部位及形式
抗力力等级
6
5
4B
4
顶板荷载计入上部建筑物影响的室内出入口
2.0ΔPm
1.9ΔPm
—
—
室外直通,单向出入口,顶
板荷载未计入上部建筑物影
响的室内出入口
ζ<30°
2.4ΔPm
2.8ΔPm
3.0ΔPm
3.0ΔPm
ζ≥30°
2.0ΔPm
2.4ΔPm
室外竖井,穿廊出入口
2.0ΔPm
2.0ΔPm
2.0ΔPm
2.0ΔPm
注:
ζ为直通,单向出入口梯段的坡度角.
4.3.10防空地下室出入口通道内防护密闭门及防爆波活门,应按表4.3.10的规定选用定型产品.相邻两防护单元之间防护密闭门,应按表4.5.8-1及4.5.8-2的规定选用定型产品.
表4.3.10出入口通道内防护密闭门及防爆波活门设计压力选用值
出入口形式
抗力等级
6
5
4B
4
竖井或穿廊式
3ΔPm
3ΔPm
2ΔPm
2ΔPm
直通,单向式
3ΔPm
3ΔPm
3ΔPm
3ΔPm
4.3.11防空地下室的室内出入口,除临空墙外,其它与防空地下室无关的墙,楼梯踏步和休息平台等均不计入核爆动荷载作用.
4.3.12防空地下室室外出入口土中通道结构上的核爆动荷载,可按下列规定采用:
有顶板的通道结构,按承受土中压缩波产生的核爆动荷载计算,其值可按本规范第4.3.3~4.3.6条及第4.3.8条确定;
无顶板敞开段通道结构,可不验算核爆动荷载作用;
土中竖井结构,无论有无顶板,均按由土中压缩波产生的法向均布动荷载计算,其值可按本规范第4.3.6条的规定确定.
4.3.13作用在扩散室与防空地下室内部房间相邻的隔墙上最大压力,可按消波系统的余压确定.扩散室与土直接接触的外墙,顶板及底板均可按外部核爆动荷载计算.
4.3.14防空地下室结构的荷载组合,可按表4.3.14的规定确定.
表4.3.14防空地下室结构的荷载组合
结构部位
抗力等级
荷载组合
顶板
6,5,4B,4
顶板核爆动荷载标准值,顶板静荷载标准值(包括覆土,战时不拆迁的固定设备,顶板自重及其它静荷载)
外墙
6
顶板传来的核爆动荷载标准值,静荷载标准值,上部建筑物自重标准值,外墙自重标准值;核爆动荷载产生的水平动荷载标准值,土压力,水压力标准值
5
顶板传来的核爆动荷载标准值,静荷载标准值;当上部建筑物外墙为钢筋混凝土承重墙时,上部建筑物自重取全部标准值;其它结构形式,上部建筑物自重取标准值之半;外墙自重标准值;核爆动荷载产生的水平动荷载标准值,土压力,水压力标准值
4B,4
顶板传来的核爆动荷载标准值,静荷载标准值;当上部建筑物外墙为钢筋混凝
土承重墙时,上部建筑物自重取全部标准值;其它结构形式,不计入上部建筑物自重;外墙自重标准值;核爆动荷载产生的水平动荷载标准值,土压力,水压力标准值
内承重墙(柱)
6
顶板传来的核爆动荷载标准值,静荷载标准值,上部建筑物自重标准值,内承重墙(柱)自重标准值
5
顶板传来的核爆动荷载标准值,静荷载标准值;当上部建筑物为砌体结构时,上部建筑物自重取标准值之半;其它结构形式,上部建筑物自重取全部标准值;内承重墙(柱)自重标准值
4B
顶板传来的核爆动荷载标准值,静荷载标准值;当上部建筑物外墙为钢筋混凝土承重墙时,上部建筑物自重取全部标准值;当上部建筑物为砌体结构时,不计入上部建筑物自重;其它结构形式,上部建筑物自重取标准值之半;内承重墙(柱)自重标准值
4
顶板传来的核爆动荷载标准值,静荷载标准值;当上部建筑物外墙为钢筋混凝土承重墙时,上部建筑物自重取全部标准值;其它结构形式,不计入上部建筑自重;内承重墙(柱)自重标准值
基础
6
底板核爆动荷载标准值(条,柱,桩基为墙柱传来的核爆动荷载标准值);
上部建筑物自重标准值,顶板传来的静荷载标准值,地下室墙身自重标准值
5
底板核爆动荷载标准值(条,柱,桩基为墙柱传来的核爆动荷载标准值);
当上部建筑物为砌体结构时,上部建筑物自重取标准值之半;其它结构形式,上部建筑物自重取全部标准值;
顶板传来的静荷载标准值,地下室墙身自重标准值
4B
底板核爆动荷载标准值(条,柱,桩基为墙柱传来的核爆动荷载标准值);
当上部建筑物外墙为钢筋混凝土承重墙时,上部建筑物自重取全部标准值;当上部建筑物为砌体结构时,不计入上部建筑物自重;其它结构形式,上部建筑物自重取标准值之半;
顶板传来的静荷载标准值,地下室墙身自重标准值
4
底板核爆动荷载标准值(条,柱,桩基为墙柱传来的核爆动荷载标准值);
当上部建筑物外墙为钢筋混凝土承重墙时,上部建筑物自重取全部标准值;其它结构形式,不计入上部建筑物自重;
顶板传来的静荷载标准值,地下室墙身自重标准值
注:
1,上部建筑物自重标准值,系指防空地下室上部建筑物的墙体和楼板传来的静荷载标准值,即墙体,屋盖,楼板自重及战时不拆迁的固定设备等.
2,当地下水位以下无桩基防空地下室基础采用箱基或筏基,且按本表规定建筑物自重大于水的浮力,则地基反力按不计入浮力确定时,底板荷载组合中可不计入水压力;若地基反力按计入浮力确定时,底板荷载组合中应计入水压力.对地下水位以下带桩基的防空地下室,底板荷载组合中应计入水压力.
4.4结构动力计算
4.4.1在核爆动荷载作用下,结构构件的工作状态可用结构构件的允许延性比[β]表示,其值按下式确定:
[β]=[um]/ue(4.4.1)
式中:
[um]——结构构件允许最大变位;
ue——结构构件弹性极限变位.
4.4.2对砌体结构构件,允许延性比[β]值取1.0;对钢筋混凝土结构构件,[β]值应符合下列规定:
密闭,防水要求高的结构构件宜按弹性工作阶段设计,[β]值取1.0;
有一般密闭,防水要求高的结构构件,宜按弹塑性工作阶段设计,[β]值按表4.4.2采用.
表4.4.2钢筋混凝土结构构件允许延性比[β]值
受力状态
受弯
大偏心受压
小偏心受压
中心受压
[β]
3.0
2.0
1.5
1.2
4.4.3在核爆动荷载作用下,顶板,外墙,底板的均布等效静荷载标准值,可分别按下列公式计算:
qe1=Kd1Pc1(4.4.3-1)
qe2=Kd2Pc2(4.4.3-2)
qe3=Kd3Pc3(4.4.3-3)
式中:
qe1,qe2,qe3——分别为作用在顶板,外墙,底板的均布等效静荷载标准值;
Kd1,Kd2,Kd3——分别为顶板,外墙及底板的动力系数,可按本规范第4.4.4条及4.4.5条确定.
4.4.4结构构件的动力系数Kd可按下列规定采用.
当核爆动荷载的波形简化为无升压时间三角形时,按下式计算:
(4.4.4)
当核爆动荷载的波形简化为有升压时间平台形时,根据结构构件自振圆频率ω,升压时间t0h及允许延性比[β]按表4.4.4确定.
表4.4.4动力系数Kd
ω,t0h
允许延性比[β]
1.0
1.2
1.5
2.0
3.0
0
2.00
1.71
1.50
1.34
1.20
1
1.96
1.68
1.47
1.31
1.19
2
1.84
1.58
1.40
1.26
1.15
3
1.67
1.44
1.28
1.18
1.10
4
1.50
1.30
1.18
1.11
1.06
5
1.40
1.22
1.13
1.07
1.05
6
1.33
1.17
1.09
1.05
1.05
7
1.29
1.14
1.07
1.05
1.05
8
1.25
1.11
1.06
1.05
1.05
9
1.22
1.09
1.05
1.05
1.05
10
1.20
1.08
1.05
1.05
1.05
15
1.13
1.05
1.05
1.05
1.05
20
1.10
1.05
1.05
1.05
1.05
4.4.5用等效静荷载法进行结构动力计算时,宜将结构体系拆成顶板,外墙,底板等构件分别按单独的等效单自由度体系进行动力分析,即按各构件的自振圆频率ω与核爆动荷载的升压时间t0h之积以及允许延性比[β]分别确定动力系数.底板的动力系数Kd3可取1.0.
4.4.6按等效静荷载法进行结构动力分析时,宜取与动荷载分布规律相似的静荷载作用下产生的挠曲线作为基本振型.确定自振圆频率时,不计入土的附加质量影响.
4.4.7扩散室与防空地下室内部房间的相邻隔墙的动力系数可取1.3.
4.5常用结构等效静荷载标准值
4.5.1作用在防空地下室结构各部位的等效静荷载标准值,除可按本规范4.2~4.4节的计算公式计算外,当条件符合时,也可按本节的表格直接选用.
4.5.2当防空地下室的顶板为钢筋混凝土梁板结构,且按允许延性比[β]等于3计算时,顶板上的等效静荷载标准值qe1可按表4.5.2采用.
表4.5.2顶板等效静荷载标准值qe1(KN/m2)
顶板覆土厚度
h(m)
顶板区格最大
短边净跨l0(m)
抗力等级
6
5
4B
4
h≤0.5
3.0≤l0≤9.0
(55)60
(100)120
240
360
0.5 3.0≤l0≤4.5 (65)70 (120)140 310 460 4.5 (60)70 (115)135 285 425 6.0 (60)65 (110)130 275 410 7.5 (60)65 (110)130 265 400 1.0 3.0≤l0≤4.5 (70)75 (135)145 320 480 4.5 (65)70 (120)135 300 450 6.0 (60)70 (115)135 290 430 7.5 (60)70 (115)130 280 415 注: 表中带括号项为计入上部建筑物影响的顶板等效静荷载标准值. 4.5.3防空地下室土中外墙的等效静荷载标准值qe2,当未计入上部建筑物对外墙影响时,可按表4.5.3-1,4.5.3-2采用;当按本规范第4.2.7条的规定应计入上部建筑物影响时,土中外墙的等效静荷载标准值qe2应按表4.5.3-1,4.5.3-2规定数值乘以系数λ采用.6级时,λ=1.1;5级时,λ=1.2;4B级时,λ=1.25. 表4.5.3-1非饱和土中外墙等效静荷载标准值qe2(KN/m2) 土的类别 抗力等级 6 5 4B 4 砖砌体 钢筋混凝土 砖砌体 钢筋混凝土 钢筋混凝土 钢筋混凝土 碎石土 15~25 10~15 30~50 20~35 40~65 55~90 砂土 粗砂,中砂 25~35 15~25 50~70 35~45 65~90 90~125 细砂,粉砂 25~30 15~20 40~60 30~40 55~75 80~110 粉土 30~4
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