人民防空地下室结构设计计算方法文档格式.docx
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ADABS设计现浇空心楼板有优势。
PKPM中的SLABCAD计算现浇空心楼板没有办法计算空心楼板的刚度折减和两个方向的刚度差,ADABS的核心模块同SAP2000和ETABS,可以准确的解决上述两个问题。
理由3:
柱帽的设计。
PKPM中SLABCAD中的柱帽计算是按照平板刚度分配以后,再按照柱帽高度计算配筋,没有考虑柱帽刚度对内力分配的影响,配筋偏小。
ADABS采用壳单元计算柱帽(仅平板柱帽,变截面柱帽计算要在SAP2000中完成),可靠度增加。
理由4:
基础变截面筏板计算。
PKPM基础JCCAD计算框架柱下变截面筏板很难定义。
ADABS直接定义壳单元,采用面弹簧计算基础荷载,直接准确。
目前,设计人员习惯使用的方法,一是将整个人防结构拆成多个结构构件,使用“理正人防工程结构设计软件”进行设计计算(参见例一);
二是将“理正人防工程结构设计软件”配合“PKPM软件包”中的一个“SATWE模块”一起使用。
即用“PKPM软件”设计计算顶板和顶板梁,用“理正人防工程结构设计软件”设计计算外墙、临空墙、内隔墙、门框墙、柱和底板(参见例二)。
基础形式为预应力混凝土时,也有采用“PKPM软件”将底板梁按倒楼盖法分析(参见例三)。
基础形式为桩筏基础时,用“理正人防工程结构设计软件”按倒无梁楼盖计算底板可能更简便;
三是查表法[11]、[9]、[4]。
“查表法”比用“PKPM软件”设计计算结果省,就是说用“PKPM软件”设计计算结果偏大。
用PKPM建模时将地下室底板一同建入参加SATWE整体计算,这时仅有一层的地下室将有两个标准层,在satwe中地下室层数填2(因为地下室底板参加建模为第一标准层,地下室顶板建模为第二标准层,这样地下室就有两层,此刻地下室层数该填2),这样做可以简化计算,基础顶面荷载准确。
整体一次性建模的目的是导荷明确,减少地下室与上部结构分别计算容易出现错误,提高劳动效率。
但存在一个新问题即第一标准层的柱高该取多少才合理?
一般取2500,2000,1500,估计也不大,不就是柱的自重大点嘛。
对于上部的周期、位移等等影响不大。
因为一般你填了地下室层数后,电脑就默认地下室顶板处为嵌固层了,所以底下的布置与上部无多大关系,当然不能变化太大。
现在新版PKPM能计算人防顶板梁和板筋了,底板通常拿出来另外算,把人防荷载反过来输入算的,新版的PKPM里有定义人防荷载的,在人防规范里查找到你需要的人防等效荷载,在SATWE里就有输入的地方,顶板底板、梁的算法一样,门框墙、临空墙等最好用理正人防来算,防空地下室结构设计这本书里也有能查表查到大多数情况下的配筋。
注意用PKPM来计算人防是有局限的。
2005版的新人防规范把核6级人防细分为核6级和核6B级,核6B级人防荷载比核6级要小不少,这部分人防荷载,注意要在PKPM核6级下修改。
另外PKPM的人防顶板等效静荷载不考虑板的跨度,与人防规范要求也不相符。
PKPM软件的东西太理论化了,直接用来施工,给施工带来很多不便,需要进行调整。
调整的原则是根据计算得出的配筋信息,能归并的尽量归并,能拉通的钢筋尽量拉通,这样有利于结构整体的刚度。
对于构造上的要求一定要保证满足,例如,整榀框架需要在上部设置两根通长的角筋。
梁的钢筋最好采取小直径小间距,这样有利于抗裂。
对于相差不大的配筋可以归并,是施工当中减少钢筋种类,使配筋简单明了。
使用PKPM软件需要特别注意的地方是构造要求的短柱需要全柱加密等的信息,软件并不能自动的全部给出,需要设计人员在后期的绘图中自己添加上去;
对于框架结构,需要在楼梯房间的四周设置柱,在填充墙中设置构造柱。
结构施工图中的构件定位是很重要的,在施工图中一定要和建筑图配合,根据外观的需要,来决定梁柱的定位。
对于次梁等在PKPM中不能显示轴线的构件,必须在后期的施工图绘制中添加上去。
对于用PKPM自动生成的图纸,要根据需要改变字体样式,符合美观的要求。
应使用探索者的外部接口工具来改变字体、编号、尺寸等。
要对照施工图设计深度文件看漏掉什么内容,在后期的施工图绘制过程当中补充进来。
有些内容在PKPM中不能表现的,需要在这里发现并添加,例如次梁的定位。
注意,目前(直至20060326版)PKPM计算人防梁有问题,主要是错误的套用了人防规范的4.10.4条。
理正人防工程结构设计软件3.0版根据现行《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)和修订中的《人民防空地下室结构设计手册》为依据编制。
与《人民防空工程结构设计手册》配套使用,自动导算人防荷载,完成不同防护等级的板、连续梁、井字梁、无梁楼盖、刚架、扁壳及截面计算,输出完整规范的计算书。
采用等效静荷载法进行结构动力计算,将结构体系拆成顶板、外墙、底板等结构构件,分别按单独的等效自由度体系进行动力分析。
分别采用有限元精确分析和调整系数的简化计算方法,完成整个人防结构工程设计计算。
该软件集成化程度高,可连续选择多个构件、多项设计内容;
计算速度快、结果准确可靠。
采用动态可视化技术、图形与文件双重输出方式,自动生成全中文、规范化、图文混排的计算书,是人防工程设计、管理、审核、存档的有效手段。
该软件操作简单、使用方便,在配筋计算时已按规范要求对材料强度进行了调整。
三、将结构体系拆成顶板、外墙、底板等结构构件的计算
(一)、人防地下室顶板计算
可完成嵌固、简支边界条件下的顶板的内力、配筋计算,可考虑相邻板支座弯矩的作用。
顶板为梁板结构时,通常情况按四边固定双向板计算。
板长和板宽均取纵横两方向梁轴与梁轴之间尺寸。
(二)、人防地下室外墙计算
可完成嵌固、简支边界条件下的外墙的内力、配筋计算,可考虑相邻板支座弯矩的作用。
通常情况按上下固接左右简支的单向板计算。
即根据边界约束条件,上、下顶、底板作为外墙的嵌固端,左、右的扶壁柱不能承受墙体传来的侧向力(因扶壁柱配筋计算一般没有考虑该侧向力),故不能以扶壁柱为两侧支座。
在计算时取外墙的单位墙长10米,按变形协调原理,假设左右两侧为简支。
墙宽一般取地下室层高。
有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。
按外墙与扶壁柱变形协调的原理,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。
建议:
除了垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱之间)
外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。
竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁桩,其内外侧主筋也应予以适当加强。
外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小,可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强,外墙转角处也同此予以适当加强。
地下室外墙计算时,底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端),侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样,底板的抗弯能力不应小于侧壁,其厚度和配筋量应匹配,这方面问题在地下车道中最为典型,车道侧壁为悬臂构件,底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。
地下室底板标高变化处也经常发现类似问题:
标高变化处仅设一梁,梁宽甚至小于底板厚度,梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。
地面层开洞位置(如楼梯间)外墙顶部无楼板支撑,计算模型和配筋构造均应与实际相符。
车道紧靠地下室外墙时,车道底板位于外墙中部,应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用,该荷载经常遗漏。
(三)、人防地下室底板计算
可完成嵌固、简支边界条件下的底板的内力、配筋计算,可考虑相邻板支座弯矩的作用。
竖向荷载为设计值;
底板及覆土荷载均为标准值(荷载组合有利);
水浮力为设计值。
组合后荷载(设计值)=竖向荷载(设计值)+人防结构等效静荷载+水浮力(设计值)-底板及覆土自重荷载(标准值)*1.0。
内力和配筋计算同顶板。
(四)、人防地下室临空墙计算
可完成嵌固、简支边界条件下的临空墙的内力、配筋计算,可考虑相邻板支座弯矩的作用。
临空墙即出入口临空墙,按板计算:
一般按四边固定或三边固定一边铰接计算[4]。
当临空墙厚度小于顶板厚度时,上节点为固接(本图集为Ⅰ型);
当临空墙厚度大于等于顶板厚度时,上节点为铰接(本图集为Ⅱ型)。
临空墙下节点一般为固接。
计算时根据不同的长、宽比,取为双向板。
(五)、人防地下室防护单元隔墙计算
可完成嵌固、简支边界条件下的单元隔墙的内力、配筋计算,可考虑相邻板支座弯矩的作用。
相邻防护单元间隔墙(防护单元与防护单元之间、人防地下室与普通地下室之间)。
防护单元隔墙按板计算,一般按四边固定或三边固定一边铰接计算。
当防护单元隔墙厚度小于顶板厚度时,上节点为固接(本图集为Ⅰ型);
当防护单元隔墙厚度大于等于顶板厚度时,上节点为铰接(本图集为Ⅱ型)。
防护单元隔墙的下节点一般为固接。
计算时,根据不同的长、宽比,取为双向板[4]。
应根据防护单元隔墙两侧抗力等级及所处的位置,确定墙体两侧的等效静载标准值。
按两侧水平等效静载单侧作用分别计算[4]。
(六)、人防地下室门框墙计算
门洞边长大于或等于2倍墙体悬挑长度,墙体按悬臂梁或牛腿计算。
当不满足上述条件时,在门洞边设梁或设柱[4]。
当采用门洞设梁或柱的方法时,应根据相邻临空墙的支座及工程的具体情况,另行计算临空墙配筋并采用相应的构造[4]。
防护密闭门上挡墙符合h2≤a/2时,采用悬臂或牛腿计算[4]。
当上挡墙符合a/2<h2≤2250时,5级防空地下室采用三边固定一边简支的计算模式,6级防空地下室采用三边固定一边自由的双向板计算模式。
(七)、人防地下室窗井墙计算
窗井墙示意图见上图,计算方法同门框墙。
(八)、人防地下室连续梁计算
可完成三十跨以内的连续梁内力、配筋计算,每跨可设置不同跨长、截面尺寸及多种荷载形式,按照人防工程的特殊要求进行支座及跨中弯矩的调幅。
连续梁的左、右支座可简化为:
支承在独立柱上、扶壁柱上、梁上、内隔墙上、外墙上均为简支;
支承在剪力墙上为固接。
(九)、人防地下室井字梁计算
采用有限元方法可完成多跨、多区格、多点柱支承的井字梁及密肋楼盖的内力、配筋计算。
可以选择不等跨、变截面、多种边界条件及不同荷载分配模式。
(十)、人防地下室无梁楼盖计算
采用等代框架法计算30跨以内的中间楼盖或顶层楼盖两种计算模型。
可计算柱上及跨中板带的弯矩(根据人防要求进行调幅)和配筋,并完成对柱帽、板的冲切验算。
无梁楼盖的柱网宜采用矩形,任一区格的长、短边之比不宜大于1.5。
无梁楼盖通常以纵横两个方向划分为柱上板带和跨中板带进行配筋。
板带的宽度取垂直于计算方向柱距的一半,划分区格如图所示。
柱上板带和跨中板带划分区格示意图
采用等代框架法计算其内力(全截面),然后根据用户交互的板带分配系数计算出柱上板带及跨中板带的内力值及配筋值。
等代框架示意图
柱帽支反力分布图
无梁楼盖结构的设计计算详见参考文献[18]。
(十一)、人防刚架计算
可完成人防工程特有的单、多跨拱洞或全封闭刚架的内力和配筋计算。
杆件包括直杆、曲杆、折杆,可选用多种荷载形式,可设定多种约束条件。
(十二)、人防矩形(方形)底球面扁壳计算
连续等跨边界条件示意图
壳体示意图
壳板内力示意图
按照《人民防空工程结构设计手册》中的计算图表计算。
完成四边简支矩形底面的球面扁壳的内力与配筋计算。
(十三)、人防正六边形底球面扁壳计算
完成周边简支正六边形底面的球面扁壳的内力与配筋计算。
(十四)、人防圆形底球面扁壳计算
壳体内力示意图
壳体边界条件示意图
完成弹性支承圆形底面的球面扁壳的内力与配筋计算。
(十五)、人防梁截面配筋计算
对梁截面进行配筋计算,包括抗弯计算、抗剪计算、抗扭计算、剪扭计算。
除混凝土和钢筋的材料强度修正按《人民防空地下室设计规范2005年版(GB50038-2005)》规定外,计算方法同《混凝土结构设计规范》GB50010-2002。
具体事项参阅本技术条件的“第二部分1.7.1节”。
(十六)、人防柱截面配筋计算
对柱截面进行配筋计算,包括轴压计算、偏压计算、压剪计算、抗弯计算、双向受压计算和双向受剪计算。
具体事项参阅本技术条件的“第二部分1.7.3节”。
交互参数荷载设计值弯矩Mx(kN.m)、弯矩My(kN.m)、轴力N(kN)、剪力Vx(kN)、剪力Vy(kN)取自“人防(顶板)连续梁计算”支座处。
(注:
因选的是某支座处较大值,而忽略柱自重。
)
(十七)、楼梯计算
楼梯计算时,考虑等效静载正面与反面分别作用,且核爆动荷裁作用方向与构件表面垂直[4]。
楼梯的计算方法与普通工业与民用建筑相同,考虑支座对梯段的嵌固影响,跨中弯矩近似取1/10(qL2)。
(十八)、进排风、排烟竖井(土中竖井结构)计算
规范[2]4.5.10条(抗核武器)3款和4.7.11条(抗常规武器)3款:
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,其值可按规范第4.5.5条和4.7.3条的规定确定。
(十九)、室外出入口、车库出入口坡道两边侧墙计算
规范[2]4.5.10条(抗核武器)1~2款和4.7.11条(抗常规武器)1~2款:
有顶盖段通道结构,按承受土中压缩波产生的核武器爆炸动荷载和按承受土中压缩波产生的常规武器爆炸动荷载计算,其值可按规范第4.5.2~4.5.5、4.5.7条和4.7.2~4.7.4条的规定确定;
无顶盖敞开段通道结构,可不验算核武器爆炸动荷载作用和不考虑常规武器爆炸动荷载作用。
车库出入口处的临空墙要考虑人防荷载,另一边侧墙可不考虑人防荷载,按侧墙嵌固入底板计算,就是悬壁板计算。
计算模型图
(二十)、防倒塌棚架计算
防倒塌棚架的水平等效静荷载值对于5级防空地下室为55KN/m2,6级防空地下室为15KN/m2,房屋倒塌产生的垂直等效静载标准值为50KN/m2[4]。
开敞式防倒塌棚架水平荷载简图
柱荷载简图
计算时,采用有限元法对整个棚架进行整体设计。
设计时,考虑水平动压和作用在顶板上的倒塌荷载不同时作用、水平动压的作用只考虑作用在檐口,圈梁表面和每根柱的一侧(作用方向相同),并取X、Y向分别作用计算,并按二个方向分别进行对称配筋[4]。
构造要求:
顶板应采用水平板,不宜做成折板或拱形板;
其上部不应做钢筋混凝土女儿墙;
柱宜采用正方形,且截面尺寸不宜过大;
柱与围护墙不应采用钢筋连接。
用PKPM计算防倒塌棚架:
当防倒塌棚架的高度、宽度及构造截面不符合<
防空地下室结构设计>
(FG02)中的要求时,不能直接选值筋,需要手算设计或采用一种简便实用的荷载输入方法应用PKPM计算防倒塌棚架,提高了计算机计算和绘图的效率.
水平等效静荷载(P1)与垂直等效静荷载(P2)不是同时作用的,要分别计算,,并取配筋计算结果中的较大值。
在核爆动荷载和静荷载同时作用或核爆动荷载单独作用下,材料动力强度设计值要进行调整,可取静荷载作用下材料强度设计值乘以材料强度综合调整系数γd,γd取值见表1。
根据人防结构“强柱弱梁、强剪弱弯”的设计原则,《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)规定:
按等效静荷载法分析得出的内力,进行梁、柱斜截面承载力验算时混凝土的动力强度设计值应乘以折减系数0.8;
进行柱受压构件正截面承载力验算时,混凝土的轴心抗压动力强度设计值应乘以折减系数0.8。
但因PKPM在一次计算中不能输入两个不同的混凝土强度等级,且折减系数0.8对混凝土强度等级进行调整后对构件配筋影响不大。
为偏安全计算,可只对钢筋动力强度设计值进调整。
水平等效静荷载(P1)对柱的配筋起支配作用,垂直等效静荷载(P2)对防倒塌棚架顶板及梁的配筋起支配作用[12][14]。
水平、垂直等效静荷载标准值均按活荷载输入。
防倒塌棚架承载力设计采用的极限状态设计表达式为:
γO(γGSGK+γQSQK)≤R
式中:
γO-结构重要性系数,取1.0;
γG-永久荷载分项系数,当其效应对结构不利时取1.2,有利时取1.0;
SGK-永久荷载效应标准值;
γQ-等效静荷载分项系数,取1.0;
SQK-等效静荷载效应标准值;
R-结构构件承载力设计值。
在PKPM计算软件中,SQK按活荷载标准值输入,那么在荷载组合项中,SQ按活荷载分项系数输入,值为1.0。
在用PKPM计算防倒塌棚架受到以上问题的限制时,可采用下述荷载换算的方法,简便地输入荷载:
水平等效静荷载(P1)作用下:
(1)该面荷载可换算成线荷载。
作用于所以柱子上线荷载:
P1h,h为柱迎荷面宽度,作用于梁(檐口、圈梁)迎荷面的一侧线荷载P1h',h'为梁高。
将梁所受水平等效静荷载换算到柱子上。
作用于梁侧的线荷载由跨度进一步换算成集中荷载P1'=P1h'(l1+l2/2),l1、l2为梁的静跨,作用中柱顶部;
换算成集中荷载P2'=P1h'l1/2和P3'=P1h'l2/2作用于边柱柱顶。
如图1(a)、(b)所示。
(2)此水平等效静荷载(P1)按活荷载输入,标准值为水平等效静荷载标准值。
(a)(b)
图1水平等效静荷载换算后作用于防倒塌棚架梁、柱
(3)柱依此配筋计算结果配筋。
垂直等效静荷载作用下:
(1)面荷载形式作用于防倒塌棚架屋面板上。
(2)此垂直等效静荷载按活荷载输入,值为垂直等效静荷载标准值。
(3)防倒塌棚架顶板、梁依此配筋计算结果配筋。
材料强度综合调整系数γd表1
应用举例:
某工程位于8度区,人防6级,地下人防室外出入口通道出地面段采用防倒塌棚架,如图2、图3。
其地下部分为钢筋混凝土结构,混凝土强度等级为C30,钢筋为HRB335、HPB235;
柱截面宽、高均为300mm;
梁截面宽、高分别为300mm、350mm;
屋面板厚150mm,悬挑板厚100mm。
解:
(1)水平等效静荷载标准值为15KN/m2,设水平静荷载由X向负向传来时。
已知柱截面宽、高均为300mm,即h=300,柱高H=3050mm。
根据本文介绍的荷载输入方法:
水平等效静荷载对柱配筋起支配作用。
作用于所有柱子上的活荷载输入:
15×
0.3=4.5KN/m,沿柱高H分布。
AB、BC梁活荷载输入:
0.35=5.25KN/m。
换算到柱子上:
A柱:
(5.25×
3.15)/2=8.25KN;
B柱:
5.25×
(3.15+2.4)/2=14.57KN;
C柱:
2.4/2=6.3KN,如图3。
图2防倒塌棚架及地下人防室外出入口剖面图
图3防倒塌棚架屋顶平面图图4柱配筋结果图
图5柱配筋计算结果图6梁配筋计算结果
(2)按C30输入混凝土强度等级。
钢筋HRB335级×
γd=335×
1.35=425,选400输入。
其它数据依常规法输入,得出柱配筋计算结果如图5。
(3)垂直等效静荷载标准值为50HN/m2,设其由Y向正向传来。
对防倒塌棚架顶板、梁配筋起支配作用。
板活荷载项输入:
50HN/m2。
混凝土强度等级、钢筋强度等级的输入步骤同
(2)。
得出梁配筋计算结果如图6。
此例水平等效静荷载由X、Y向传来计算结果相近,可依由图5的计算结果配筋。
又考虑水平等效静荷载可由X正、负两个方向传来,故柱与X轴垂直的两边配筋要相同。
由计算结果知箍筋采用I级钢即可,根据钢筋抗拉承载力设计值相等原则AsIfyI=fyⅡAsⅡ,得AsI=fyⅡAsⅡ/fyⅠ=AsⅡ300/210,其选配结果应加大为已得出结果的至少1.5倍。
同理,梁配筋依图6计算结果。
综上所述,梁、柱配筋结果如图3、图4。
此例因防倒塌棚架的平面形式不符合选配要求,故需计算配筋,其配得结果比《5、6级防空地下室出入口部结构设计》提供的最大平面形式的配筋结果大50%以上,可见经计算设计是必要的。
四、多层防空地下室等效静荷载标准值示意图[3]
(a)上、下层为同一防护单元时
(b)上、下两单元均为5级时
qe1、qe2、qe3按5级取值。
(c)上、下两单元均为6级时
qe1、qe2、qe3按6级取值。
(d)上、下两单元抗力不同时(较高级别在下层)
(d′)上、下两单元抗力不同时(较高级别在上层)
当同一位置的地下二层为6级,地下一层为5级,地下二层底板和地下二层外墙、临空墙、门框墙按5级等效静载计算,两层之间楼板应按6级等效静载计算。
(d′)在结构受力及经济上不合理,尽量避免采用[3]。
(e)当防地下室设在最下层时
qe1、qe2、qe3按防空地下室相应的等级取值。
(f)当防地下室不设在最下层时
防空地下室不设在最下层并按要求对以下各层采取封堵措施后,防空地下室底板可不计入核爆动荷载作用,由平时使用荷载计算确定,但底板折算厚度≥200mm。
防空地下室顶板、防空地下室及其以下各层的内墙、外墙、柱、以及最下层底板均应计入核爆动荷载作用。
从图示可看出,(f)在结构受力及经济上不合理,尽量避免采用
五、在审图过程中,发现最常见的错误
(一).楼梯
1.在框架结构中,楼梯半层处
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- 人民 防空 地下室 结构设计 计算方法