淺論人民防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法

人民防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法隨著建筑結(jié)構(gòu)新標(biāo)準(zhǔn)全面公布，新標(biāo)準(zhǔn)在工程設(shè)計中已全面開始，這對于如何在工程設(shè)計中正確應(yīng)用理解標(biāo)準(zhǔn)條文,正確選擇設(shè)計軟件及合理選取設(shè)計參數(shù)顯得優(yōu)為重要。大家知道：各新標(biāo)準(zhǔn)都明確要求結(jié)構(gòu)設(shè)計必須對結(jié)構(gòu)分析軟件的計算結(jié)果，進行分析判斷，確認(rèn)其合理，有效前方可作為工程設(shè)計依據(jù)。如何判斷：當(dāng)然只能依靠概念設(shè)計來判斷；另外大家一定要注意，編程序的人以再講“設(shè)計者采用他們的程序計算，出了問題他們并不負(fù)責(zé)，仍然由設(shè)計者負(fù)責(zé)”；另外施工圖審查單位只承當(dāng)相應(yīng)的技術(shù)審查失察責(zé)任，主要的質(zhì)量責(zé)任還由設(shè)計者負(fù)責(zé)〔在合理使用年限內(nèi)負(fù)終身責(zé)任〕。一、上部結(jié)構(gòu)與防空地下室分析模型上部結(jié)構(gòu)與防空地下室組成一個承力體系，具有共同的位移場，相互協(xié)調(diào)變形。地下室外的回填土對結(jié)構(gòu)側(cè)向有一定的約束作用。地下室樓層側(cè)移剛度通常較大。上部結(jié)構(gòu)與防空地下室分析模型可簡化為①別離模型〔有條件的〕：將上部結(jié)構(gòu)與地下室分開，分別設(shè)計計算。按標(biāo)準(zhǔn)確定嵌固層作為二者分界。②共同工作分析〔無條件的〕：將上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個整體，考慮共同作用，采用如下兩種方式之一來考慮地下室外回填土對結(jié)構(gòu)的約束作用。方法1：地下室水平位移的側(cè)向嵌固〔-K法〕。方法2：地下室水平位移的有限〔彈簧〕約束〔K法〕。地下室如果設(shè)計不當(dāng)，對整體抗震性能會產(chǎn)生較大影響，對于半地下室的埋深要求應(yīng)大于地下室外地面以上的高度，才能不計其層數(shù)，總高度才能從室外地面算起。地下室的墻柱與上部結(jié)構(gòu)的墻柱要協(xié)調(diào)統(tǒng)一。地下室頂板室內(nèi)外板面標(biāo)高變化處，當(dāng)標(biāo)高變化超過梁高范圍時那么形成錯層，未采取措施不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)，地下室頂板為無梁樓蓋時不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位。結(jié)構(gòu)計算應(yīng)往下算至滿足嵌固端要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強區(qū)層數(shù)應(yīng)從地面往上算，并應(yīng)包括地下層。上部結(jié)構(gòu)固定端，當(dāng)高層建筑僅設(shè)單層地下室且底板采用天然地基筏板根底或樁一筏根底時，通常選擇根底底板而非首層作為結(jié)構(gòu)嵌固端，這有利于充分利用其根底的“無限”剛度，為首層樓面的靈活結(jié)構(gòu)選型創(chuàng)造條件，即使是首層樓面留有大孔洞，或選用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，都不會有什么影響。此外，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地下室負(fù)一層的抗震等級與上部結(jié)構(gòu)必須一致，以根底底板作為嵌固端不會造成地下室結(jié)構(gòu)造價的提高，反而可能取得較好的經(jīng)濟效益。即使單層地下室底板是以樁為根底的普通梁板結(jié)構(gòu)，一般情況下仍然取底板處為結(jié)構(gòu)嵌固端，唯一例外的是地下室作為抗爆級別較高的防空地下室時，其頂板通常具有作為結(jié)構(gòu)嵌固端的剛度，因此可取其作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。二、可用于人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計軟件可用于人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件有：1、理正人防設(shè)計軟件包，只能計算頂、底板，外墻、臨空墻、內(nèi)隔墻，門框墻等構(gòu)件，不能進行整體結(jié)構(gòu)計算。2、pkpm軟件包中的一個SATWE模塊可算高層下的人防地下室頂板和頂板梁，但對臨空墻、門框墻等構(gòu)件及底板不能計算。box模塊也可算人防地下室，并可計算底板，可惜BOX只能用于箱形根底。箱形根底計算機輔助設(shè)計軟件BOX可對三層內(nèi)任意不規(guī)那么平面形狀的箱形根底進行結(jié)構(gòu)計算和五、六級人防設(shè)計計算，并可繪制結(jié)構(gòu)施工圖。結(jié)構(gòu)設(shè)計計算內(nèi)容包括：按箱基規(guī)程和人防標(biāo)準(zhǔn)等要求，進行根底沉降與反力計算，箱基整體與局部彎矩及配筋計算，墻體、洞口、過梁等內(nèi)力及配筋計算。結(jié)構(gòu)施工圖包括：各層頂板和底板以及墻體的配筋圖，洞口圖等。本程序可與PMCAD和TAT接力計算，數(shù)據(jù)共享，無需填寫數(shù)據(jù)文件。計算結(jié)果有圖形顯示，可隨時對計算結(jié)果和施工圖的繪制進行干預(yù)。雖然用SATWE和TAT均可完成地下室的設(shè)計，但用TAT計算得到結(jié)果僅作參考，最好用設(shè)有地下室人防設(shè)計功能的SATWE［17］。3、假設(shè)手頭沒有以上軟件，用TBSA計算人防結(jié)構(gòu)也未償不可，不過要注意材料的調(diào)整系數(shù)。近期，由中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院與北京金土木軟件技術(shù)又開發(fā)了人防地下室結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件ADABS。ADABS基于新版人民防空地下室標(biāo)準(zhǔn)編制，對結(jié)構(gòu)進行整體分析計算、考慮戰(zhàn)時核武器和常規(guī)武器荷載、按戰(zhàn)時和平時狀態(tài)包絡(luò)進行設(shè)計、給出構(gòu)件計算書。程序以整體建模與構(gòu)件計算相結(jié)合、與PKPM和ETABS實現(xiàn)數(shù)據(jù)兼容，突出了全面性與易用性的特點。ADABS以一種全新的操作方式展現(xiàn)給中國工程師。該系統(tǒng)將三維建模與菜單式操作結(jié)合起來，到達(dá)程序的靈活性與智能化的平衡。計算過程透明度高，并輔以標(biāo)準(zhǔn)條款及使用說明，分析、設(shè)計過程可以由工程師干預(yù)、控制。ADABS繼承了ETABS的強大建模、分析功能，是中國標(biāo)準(zhǔn)與國際知名結(jié)構(gòu)分析內(nèi)核的經(jīng)典結(jié)合。在設(shè)計單位普遍采用PKPM中SATWE做人防設(shè)計的時候，為什么還要再選擇ADABS呢？理由1：密肋樓蓋設(shè)計ADABS有優(yōu)勢.SATWE設(shè)計密肋樓蓋，柱上框架梁配筋太大，不能考慮柱上板帶非柱上梁參與柱上板帶的彎矩分配。這是因為SATWE中板是不參與剛度計算的。ADABS計算時樓板是需要剖分的，板的剛度參與計算。結(jié)果更接近實際。理由2：現(xiàn)澆空心樓板設(shè)計ADABS有優(yōu)勢。PKPM中SLABCAD計算現(xiàn)澆空心樓板沒有方法計算空心樓板的剛度折減和兩個方向的剛度差，ADABS的核心模塊同SAP2000和ETABS，可以準(zhǔn)確的解決上述兩個問題。理由3：柱帽的設(shè)計。PKPM中SLABCAD中的柱帽計算是按照平板剛度分配以后，再按照柱帽高度計算配筋，沒有考慮柱帽剛度對內(nèi)力分配的影響，配筋偏小。ADABS采用殼單元計算柱帽(僅平板柱帽，變截面柱帽計算要在SAP2000中完成)，可靠度增加。理由4：根底變截面筏板計算。PKPM根底JCCAD計算框架柱下變截面筏板很難定義。ADABS直接定義殼單元，采用面彈簧計算根底荷載，直接準(zhǔn)確。目前，設(shè)計人員習(xí)慣使用的方法，一是將整個人防結(jié)構(gòu)拆成多個結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使用“理正人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件”進行設(shè)計計算〔參見例一〕；二是將“理正人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件”配合“pkpm軟件包”中的一個“SATWE模塊”一起使用。即用“pkpm軟件”設(shè)計計算頂板和頂板梁，用“理正人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件”設(shè)計計算外墻、臨空墻、內(nèi)隔墻、門框墻、柱和底板〔參見例二〕。根底形式為預(yù)應(yīng)力混凝土?xí)r，也有采用“pkpm軟件”將底板梁按倒樓蓋法分析〔參見例三〕。根底形式為樁筏根底時，用“理正人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件”按倒無梁樓蓋計算底板可能更簡便；三是查表法［11］、［9］、［4］?！安楸矸ā北扔谩皃kpm軟件”設(shè)計計算結(jié)果省，就是說用“pkpm軟件”設(shè)計計算結(jié)果偏大。用pkpm建模時將地下室底板一同建入?yún)⒓觭atwe整體計算，這時僅有一層的地下室將有兩個標(biāo)準(zhǔn)層，在satwe中地下室層數(shù)填2〔因為地下室底板參加建模為第一標(biāo)準(zhǔn)層，地下室頂板建模為第二標(biāo)準(zhǔn)層，這樣地下室就有兩層，此刻地下室層數(shù)該填2〕，這樣做可以簡化計算，根底頂面荷載準(zhǔn)確。整體一次性建模的目的是導(dǎo)荷明確，減少地下室與上部結(jié)構(gòu)分別計算容易出現(xiàn)錯誤，提高勞動效率。但存在一個新問題即第一標(biāo)準(zhǔn)層的柱高該取多少才合理？一般取2500，2000，1500，估計也不大，不就是柱的自重大點嘛。對于上部的周期、位移等等影響不大。因為一般你填了地下室層數(shù)后，電腦就默認(rèn)地下室頂板處為嵌固層了，所以底下的布置與上部無多大關(guān)系，當(dāng)然不能變化太大?，F(xiàn)在新版PKPM能計算人防頂板梁和板筋了，底板通常拿出來另外算，把人防荷載反過來輸入算的，新版的PKPM里有定義人防荷載的，在人防標(biāo)準(zhǔn)里查找到你需要的人防等效荷載，在SATWE里就有輸入的地方，頂板底板、梁的算法一樣，門框墻、臨空墻等最好用理正人防來算，防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計這本書里也有能查表查到大多數(shù)情況下的配筋。注意用PKPM來計算人防是有局限的。2005版的新人防標(biāo)準(zhǔn)把核6級人防細(xì)分為核6級和核6B級，核6B級人防荷載比核6級要小不少，這局部人防荷載，注意要在PKPM核6級下修改。另外PKPM的人防頂板等效靜荷載不考慮板的跨度，與人防標(biāo)準(zhǔn)要求也不相符。pkpm軟件的東西太理論化了，直接用來施工，給施工帶來很多不便，需要進行調(diào)整。調(diào)整的原那么是根據(jù)計算得出的配筋信息，能歸并的盡量歸并，能拉通的鋼筋盡量拉通，這樣有利于結(jié)構(gòu)整體的剛度。對于構(gòu)造上的要求一定要保證滿足，例如，整榀框架需要在上部設(shè)置兩根通長的角筋。梁的鋼筋最好采取小直徑小間距，這樣有利于抗裂。對于相差不大的配筋可以歸并，是施工當(dāng)中減少鋼筋種類，使配筋簡單明了。使用pkpm軟件需要特別注意的地方是構(gòu)造要求的短柱需要全柱加密等的信息，軟件并不能自動的全部給出，需要設(shè)計人員在后期的繪圖中自己添加上去；對于框架結(jié)構(gòu)，需要在樓梯房間的四周設(shè)置柱，在填充墻中設(shè)置構(gòu)造柱。結(jié)構(gòu)施工圖中的構(gòu)件定位是很重要的，在施工圖中一定要和建筑圖配合，根據(jù)外觀的需要，來決定梁柱的定位。對于次梁等在pkpm中不能顯示軸線的構(gòu)件，必須在后期的施工圖繪制中添加上去。對于用pkpm自動生成的圖紙，要根據(jù)需要改變字體樣式，符合美觀的要求。應(yīng)使用探索者的外部接口工具來改變字體、編號、尺寸等。要對照施工圖設(shè)計深度文件看漏掉什么內(nèi)容，在后期的施工圖繪制過程當(dāng)中補充進來。有些內(nèi)容在pkpm中不能表現(xiàn)的，需要在這里發(fā)現(xiàn)并添加，例如次梁的定位。注意根據(jù)現(xiàn)行《人民防空地下室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50038-2005〕、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50010-2002〕和修訂中的《人民防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》為依據(jù)編制。與《人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》配套使用，自動導(dǎo)算人防荷載，完成不同防護等級的板、連續(xù)梁、井字梁、無梁樓蓋、剛架、扁殼及截面計算，輸出完整標(biāo)準(zhǔn)的計算書。采用等效靜荷載法進行結(jié)構(gòu)動力計算，將結(jié)構(gòu)體系拆成頂板、外墻、底板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，分別按單獨的等效自由度體系進行動力分析。分別采用有限元精確分析和調(diào)整系數(shù)的簡化計算方法，完成整個人防結(jié)構(gòu)工程設(shè)計計算。該軟件集成化程度高，可連續(xù)選擇多個構(gòu)件、多項設(shè)計內(nèi)容；計算速度快、結(jié)果準(zhǔn)確可靠。采用動態(tài)可視化技術(shù)、圖形與文件雙重輸出方式，自動生成全中文、標(biāo)準(zhǔn)化、圖文混排的計算書，是人防工程設(shè)計、管理、審核、存檔的有效手段。該軟件操作簡單、使用方便，在配筋計算時已按標(biāo)準(zhǔn)要求對材料強度進行了調(diào)整。三、將結(jié)構(gòu)體系拆成頂板、外墻、底板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算〔一〕、人防地下室頂板計算可完成嵌固、簡支邊界條件下的頂板的內(nèi)力、配筋計算，可考慮相鄰板支座彎矩的作用。頂板為梁板結(jié)構(gòu)時，通常情況按四邊固定雙向板計算。板長和板寬均取縱橫兩方向梁軸與梁軸之間尺寸?！捕场⑷朔赖叵率彝鈮τ嬎憧赏瓿汕豆?、簡支邊界條件下的外墻的內(nèi)力、配筋計算，可考慮相鄰板支座彎矩的作用。通常情況按上下固接左右簡支的單向板計算。即根據(jù)邊界約束條件，上、下頂、底板作為外墻的嵌固端，左、右的扶壁柱不能承受墻體傳來的側(cè)向力〔因扶壁柱配筋計算一般沒有考慮該側(cè)向力〕，故不能以扶壁柱為兩側(cè)支座。在計算時取外墻的單位墻長10米，按變形協(xié)調(diào)原理，假設(shè)左右兩側(cè)為簡支。墻寬一般取地下室層高。有的工程外墻配筋計算中，凡外墻帶扶壁柱的，不區(qū)別扶壁柱尺寸大小，一律按雙向板計算配筋，而扶壁柱按地下室結(jié)構(gòu)整體電算分析結(jié)果配筋，又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理，其外墻豎向受力筋配筋缺乏、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有充裕量。建議：除了垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大(如高層建筑外框架柱之間)外墻板塊按雙向板計算配筋外，其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。豎向荷載(軸力)較小的外墻扶壁樁，其內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強。外墻的水平分布筋要根據(jù)扶壁柱截面尺寸大小，可適當(dāng)另配外側(cè)附加短水平負(fù)筋予以加強，外墻轉(zhuǎn)角處也同此予以適當(dāng)加強。地下室外墻計算時底部為固定支座(即底板作為外墻的嵌固端)，側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣，底板的抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁，其厚度和配筋量應(yīng)匹配，這方面問題在地下車道中最為典型，車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板的抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁底部。地下室底板標(biāo)高變化處也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)類似問題：標(biāo)高變化處僅設(shè)一梁，梁寬甚至小于底板厚度，梁內(nèi)僅靠兩側(cè)箍筋傳遞板的支座彎矩難以滿足要求。地面層開洞位置(如樓梯間)外墻頂部無樓板支撐，計算模型和配筋構(gòu)造均應(yīng)與實際相符。車道緊靠地下室外墻時，車道底板位于外墻中部，應(yīng)注意外墻承受車道底板傳來的水平集中力作用，該荷載經(jīng)常遺漏?！踩?、人防地下室底板計算可完成嵌固、簡支邊界條件下的底板的內(nèi)力、配筋計算，可考慮相鄰板支座彎矩的作用。豎向荷載為設(shè)計值；底板及覆土荷載均為標(biāo)準(zhǔn)值〔荷載組合有利〕；水浮力為設(shè)計值。組合后荷載〔設(shè)計值〕=豎向荷載〔設(shè)計值〕＋人防結(jié)構(gòu)等效靜荷載＋水浮力〔設(shè)計值〕－底板及覆土自重荷載〔標(biāo)準(zhǔn)值〕*。內(nèi)力和配筋計算同頂板?！菜摹?、人防地下室臨空墻計算可完成嵌固、簡支邊界條件下的臨空墻的內(nèi)力、配筋計算，可考慮相鄰板支座彎矩的作用。臨空墻即出入口臨空墻，按板計算：一般按四邊固定或三邊固定一邊鉸接計算［4］。當(dāng)臨空墻厚度小于頂板厚度時，上節(jié)點為固接〔本圖集為Ⅰ型〕；當(dāng)臨空墻厚度大于等于頂板厚度時，上節(jié)點為鉸接〔本圖集為Ⅱ型〕。臨空墻下節(jié)點一般為固接。計算時根據(jù)不同的長、寬比，取為雙向板?！参濉场⑷朔赖叵率曳雷o單元隔墻計算可完成嵌固、簡支邊界條件下的單元隔墻的內(nèi)力、配筋計算，可考慮相鄰板支座彎矩的作用。相鄰防護單元間隔墻〔防護單元與防護單元之間、人防地下室與普通地下室之間〕。防護單元隔墻按板計算，一般按四邊固定或三邊固定一邊鉸接計算。當(dāng)防護單元隔墻厚度小于頂板厚度時，上節(jié)點為固接〔本圖集為Ⅰ型〕；當(dāng)防護單元隔墻厚度大于等于頂板厚度時，上節(jié)點為鉸接〔本圖集為Ⅱ型〕。防護單元隔墻的下節(jié)點一般為固接。計算時，根據(jù)不同的長、寬比，取為雙向板［4］。應(yīng)根據(jù)防護單元隔墻兩側(cè)抗力等級及所處的位置，確定墻體兩側(cè)的等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值。按兩側(cè)水平等效靜載單側(cè)作用分別計算［4］?！擦?、人防地下室門框墻計算門洞邊長大于或等于2倍墻體懸挑長度，墻體按懸臂梁或牛腿計算。當(dāng)不滿足上述條件時，在門洞邊設(shè)梁或設(shè)柱［4］。當(dāng)采用門洞設(shè)梁或柱的方法時，應(yīng)根據(jù)相鄰臨空墻的支座及工程的具體情況，另行計算臨空墻配筋并采用相應(yīng)的構(gòu)造［4］。防護密閉門上擋墻符合h2≤a/2時，采用懸臂或牛腿計算［4］。當(dāng)上擋墻符合a/2＜h2≤2250時，5級防空地下室采用三邊固定一邊簡支的計算模式，6級防空地下室采用三邊固定一邊自由的雙向板計算模式?！财摺?、人防地下室窗井墻計算窗井墻示意圖計算同門框墻。〔八〕、人防地下室連續(xù)梁計算可完成三十跨以內(nèi)的連續(xù)梁內(nèi)力、配筋計算，每跨可設(shè)置不同跨長、截面尺寸及多種荷載形式，按照人防工程的特殊要求進行支座及跨中彎矩的調(diào)幅。連續(xù)梁的左、右支座可簡化為：支承在獨立柱上、扶壁柱上、梁上、內(nèi)隔墻上、外墻上均為簡支；支承在剪力墻上為固接?！簿拧?、人防地下室井字梁計算采用有限元方法可完成多跨、多區(qū)格、多點柱支承的井字梁及密肋樓蓋的內(nèi)力、配筋計算?？梢赃x擇不等跨、變截面、多種邊界條件及不同荷載分配模式?！彩场⑷朔赖叵率覠o梁樓蓋計算采用等代框架法計算30跨以內(nèi)的中間樓蓋或頂層樓蓋兩種計算模型?？捎嬎阒霞翱缰邪鍘У膹澗亍哺鶕?jù)人防要求進行調(diào)幅〕和配筋，并完成對柱帽、板的沖切驗算。無梁樓蓋的柱網(wǎng)宜采用矩形，任一區(qū)格的長、短邊之比不宜大于1.5。無梁樓蓋通常以縱橫兩個方向劃分為柱上板帶和跨中板帶進行配筋。板帶的寬度取垂直于計算方向柱距的一半，劃分區(qū)格如下圖。柱上板帶和跨中板帶劃分區(qū)格示意圖采用等代框架法計算其內(nèi)力〔全截面〕，然后根據(jù)用戶交互的板帶分配系數(shù)計算出柱上板帶及跨中板帶的內(nèi)力值及配筋值。等代框架示意圖柱帽支反力分布圖無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算詳見［18］?！彩弧?、人防剛架計算可完成人防工程特有的單、多跨拱洞或全封閉剛架的內(nèi)力和配筋計算。桿件包括直桿、曲桿、折桿，可選用多種荷載形式，可設(shè)定多種約束條件?！彩?、人防矩形〔方形〕底球面扁殼計算連續(xù)等跨邊界條件示意圖殼體示意圖殼板內(nèi)力示意圖按照《人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》中的計算圖表計算。完成四邊簡支矩形底面的球面扁殼的內(nèi)力與配筋計算?！彩场⑷朔勒呅蔚浊蛎姹鈿び嬎銡んw示意圖殼板內(nèi)力示意圖按照《人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》中的計算圖表計算。完成周邊簡支正六邊形底面的球面扁殼的內(nèi)力與配筋計算?！彩摹?、人防圓形底球面扁殼計算殼體示意圖殼體內(nèi)力示意圖殼體邊界條件示意圖按照《人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》中的計算圖表計算。完成彈性支承圓形底面的球面扁殼的內(nèi)力與配筋計算?！彩濉?、人防梁截面配筋計算對梁截面進行配筋計算，包括抗彎計算、抗剪計算、抗扭計算、剪扭計算。除混凝土和鋼筋的材料強度修正按《人民防空地下室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2005年版(GB50038-2005)》規(guī)定外，計算方法同《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50010-2002。具體事項參閱本技術(shù)條件的“”?！彩?、人防柱截面配筋計算 對柱截面進行配筋計算，包括軸壓計算、偏壓計算、壓剪計算、抗彎計算、雙向受壓計算和雙向受剪計算。除混凝土和鋼筋的材料強度修正按《人民防空地下室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2005年版(GB50038-2005)》規(guī)定外，計算方法同《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50010-2002。具體事項參閱本技術(shù)條件的“第二局部節(jié)”。交互參數(shù)荷載設(shè)計值彎矩Mx(kN.m)、彎矩My(kN.m)、軸力N(kN)、剪力Vx(kN)、剪力Vy(kN)取自“人防〔頂板〕連續(xù)梁計算”支座處?！沧ⅲ阂蜻x的是某支座處較大值，而忽略柱自重。〕〔十七〕、樓梯計算樓梯計算時，考慮等效靜載正面與反面分別作用，且核爆動荷裁作用方向與構(gòu)件外表垂直［4］。樓梯的計算方法與普通工業(yè)與民用建筑相同，考慮支座對梯段的嵌固影響，跨中彎矩近似取1/10〔qL2〕。〔十八〕、進排風(fēng)、排煙豎井〔土中豎井結(jié)構(gòu)〕計算標(biāo)準(zhǔn)［2］條〔抗核武器〕〔抗常規(guī)武器〕3款：土中豎井結(jié)構(gòu)，無論有無頂板，均按由土中壓縮波產(chǎn)生的法向均布動荷載計算，其值可按標(biāo)準(zhǔn)第4.5.5條的規(guī)定確定?！彩拧场⑹彝獬鋈肟?、車庫出入口坡道兩邊側(cè)墻計算標(biāo)準(zhǔn)［2］條〔抗核武器〕1～2款和4.7.11條〔抗常規(guī)武器〕1～2款：有頂蓋段通道結(jié)構(gòu)，按承受土中壓縮波產(chǎn)生的核武器爆炸動荷載和按承受土中壓縮波產(chǎn)生的常規(guī)武器爆炸動荷載計算，其值可按標(biāo)準(zhǔn)第4.5.條的規(guī)定確定；無頂蓋敞開段通道結(jié)構(gòu)，可不驗算核武器爆炸動荷載作用和不考慮常規(guī)武器爆炸動荷載作用。車庫出入口處的臨空墻要考慮人防荷載，另一邊側(cè)墻可不考慮人防荷載，按側(cè)墻嵌固入底板計算，就是懸壁板計算。計算模型圖〔二十〕、防倒塌棚架計算防倒塌棚架的水平等效靜荷載值對于5級防空地下室為55KN/m2，6級防空地下室為15KN/m2，房屋倒塌產(chǎn)生的垂直等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值為50KN/m2［4］。開敞式防倒塌棚架水平荷載簡圖柱荷載簡圖計算時，采用有限元法對整個棚架進行整體設(shè)計。設(shè)計時，考慮水平動壓和作用在頂板上的倒塌荷載不同時作用、水平動壓的作用只考慮作用在檐口，圈梁外表和每根柱的一側(cè)(作用方向相同)，并取X、Y向分別作用計算，并按二個方向分別進行對稱配筋［4］。構(gòu)造要求：頂板應(yīng)采用水平板，不宜做成折板或拱形板；其上部不應(yīng)做鋼筋混凝土女兒墻；柱宜采用正方形，且截面尺寸不宜過大；柱與圍護墻不應(yīng)采用鋼筋連接。用PKPM計算倒塌棚架：防倒塌棚架高度、寬度及構(gòu)造截面不符合防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計>FG02的要求時不能直接選值筋需要手算設(shè)計一種簡便實用的荷載輸入方法應(yīng)用PKPM計算防倒塌棚架，提高了計算機計算和繪圖的效率．水平等效靜荷載P1與垂直等效靜荷載P2不是同時作用的要分別計算，并取配筋計算結(jié)果的較大值。在核爆動荷載和靜荷載同時作用或核爆動荷載單獨作用下，材料動強度設(shè)計值要進行調(diào)整可取靜荷載作用下材料強度設(shè)計值乘材料強度綜合調(diào)整數(shù)γdγd取值見表1。根據(jù)人防結(jié)構(gòu)強柱弱梁、強剪弱彎”的設(shè)計原那么人民防空地下室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50038-2005〕規(guī)定：按等效靜荷載法分析得出的內(nèi)力進行梁柱斜截承載驗算時混凝土的動強度設(shè)計值應(yīng)乘折減系數(shù)進行柱受壓構(gòu)件正截面承載驗算時混凝土的軸心抗壓動力強度設(shè)計值應(yīng)乘折減系數(shù)。但因PKPM在一次計算中不能輸入兩個不同的混凝土強等級且折減數(shù)對混凝土強度等級進行調(diào)整后對構(gòu)件筋影響不大。為偏平安計算可只對鋼筋動力強度設(shè)計值進調(diào)整水等效靜荷載P1對柱的配筋起支配作用垂直等靜荷載P2對倒塌棚架頂板及梁的配筋起支配作用［12］［14］。平垂直等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值均按活載入。倒塌棚架承載設(shè)計采用的極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式為：γO(γGSGK+γQSQK)≤R式中γO-結(jié)構(gòu)重性系數(shù)??；γG-永久荷載分項系數(shù)當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時取有利取SGK-永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；γQ-等效靜荷載分項系數(shù)取；SQK-等效靜荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；R結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值。在PKPM計算軟件中SQK按活荷載標(biāo)準(zhǔn)值輸入那么在荷組合項中SQ按活荷載分項數(shù)輸入，值為。在用PKPM計算倒塌棚架受到以上題的限制時可采下述載換算的方法簡便地輸入荷載：水平等效靜荷載P1作用下：〔1〕該面荷載可換算成線荷載。作用于所以柱子上線荷載P1h，h柱迎荷面寬度作用于梁檐口圈梁迎荷面的一側(cè)線荷載P1h＇，h＇為梁高將梁所受水平等效靜載換算到柱子上作于側(cè)線荷載跨進步換成集荷載P1＇=P1h＇ll2ll為梁的靜跨作用柱頂部；換算成集中荷載P2＇P1h＇l/2和P3＇=P1h＇l/2作用于邊柱柱頂。如圖1ab所示。〔2〕此水平等效靜荷載〔P1〕按活荷載輸入，標(biāo)準(zhǔn)值為水平等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值?！瞐〕〔b〕圖1水平等效靜荷載換算后作用于防倒塌棚架梁、柱〔3〕依此配筋計算結(jié)果配筋。垂直等效靜荷載作用下：〔1〕面載形式作用于防倒塌棚架屋板上?！?〕此垂直等效靜荷載按活荷載輸入，值為垂直等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔3〕防倒塌棚架頂板梁依此配筋計算結(jié)果配筋。材料強度綜合調(diào)整系數(shù)γd表1應(yīng)用舉例：某工程位于8度區(qū)人防6級地下人防室外入通道出地面段采用倒塌棚架如2圖3。其地下局部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級為C30，鋼筋為HRB335、HPB235；柱截面寬高均為300mm；梁截面寬高分別為300mm、350mm；屋面板厚150mm，懸挑板厚100mm。解〔1〕水平等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為15KN/m2，設(shè)水平靜荷載由X向負(fù)向傳來時。柱截面寬高均為300mm即h300，柱高H3050mm。根據(jù)本文介紹荷載輸入方法：水平等效靜荷載對柱配筋起支配作。作用于所有柱子上的活荷載輸入15×0.3=4.5KN/m，沿柱高H分布。AB、BC梁活荷載輸入：15×。換算到柱子上：A柱×××2.4/2=6.3KN，如圖3。圖2倒塌棚架及地下人防室外入口剖面圖圖3倒塌棚架屋頂平面圖4柱配筋結(jié)果圖圖5柱配筋計算結(jié)果6梁配筋計算結(jié)果〔2〕按C30輸入混凝土強度等級。鋼筋HRB335級×γd=335×1.35=425，選400輸入。其它數(shù)據(jù)依規(guī)法輸入得出柱配筋計算結(jié)果如圖5?！?〕垂直等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為50HN/m2設(shè)其由Y向正向傳來。對防倒塌棚架頂板梁配筋起支配作。板活荷載項輸入：50HN/m2?；炷翉姸鹊燃変摻顝姸鹊燃壍妮斎氩襟E同(2)。得梁配筋計算結(jié)果如6。此例水平等效靜荷載由X、Y向傳來計算結(jié)果相近可依由圖5的計算結(jié)果配筋又考慮水平等效靜荷載可X正負(fù)兩個方向傳來故柱X軸垂直的兩邊配筋要相同由計算結(jié)果知箍筋采用級鋼即可根據(jù)鋼筋抗拉承載設(shè)計值相等原那么AsIfyI=fyⅡAsⅡ，得AsI=fyⅡAsⅡ/fyⅠ=AsⅡ300/210，其選配結(jié)果應(yīng)加大為已得出結(jié)果的至少倍。同理梁配筋依圖6計算結(jié)果。綜上所述梁柱配筋結(jié)果如3圖4。此例因防倒塌棚架的平面形式不符合選配要求，故需計算配筋其配得結(jié)果比《5、6級防空地下室出入口部結(jié)構(gòu)設(shè)計》提供最大平面形式的配筋結(jié)果大50％以上可見經(jīng)計算設(shè)計是必要的。四、多層防空地下室等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值示意圖［3］(a)上、下層為同一防護單元時(b)上、下兩單元均為5級時qe1、qe2、qe3按5級取值。(c)上、下兩單元均為6級時qe1、qe2、qe3按6級取值。(d)上、下兩單元抗力不同時(較高級別在下層)(d′)上、下兩單元抗力不同時(較高級別在上層)當(dāng)同一位置的地下二層為6級，地下一層為5級，地下二層底板和地下二層外墻、臨空墻、門框墻按5級等效靜載計算，兩層之間樓板應(yīng)按6級等效靜載計算。(d′)在結(jié)構(gòu)受力及經(jīng)濟上不合理，盡量防止采用［3］。(e)當(dāng)防地下室設(shè)在最下層時qe1、qe2、qe3按防空地下室相應(yīng)的等級取值。(f)當(dāng)防地下室不設(shè)在最下層時防空地下室不設(shè)在最下層并按要求對以下各層采取封堵措施后，防空地下室底板可不計入核爆動荷載作用，由平時使用荷載計算確定，但底板折算厚度≥200mm。防空地下室頂板、防空地下室及其以下各層的內(nèi)墻、外墻、柱、以及最下層底板均應(yīng)計入核爆動荷載作用。從圖示可看出，(f)在結(jié)構(gòu)受力及經(jīng)濟上不合理，盡量防止采用五、在審圖過程中，發(fā)現(xiàn)最常見的錯誤〔一〕．樓梯1．在框架結(jié)構(gòu)中，樓梯半層處一般考慮設(shè)梯柱，梯柱半層高，起于下層框架梁上。在整體計算時，就應(yīng)該將梯段板的荷載換算成作用于下部框架梁上的集中荷載。不然〔按樓面荷載輸入〕，應(yīng)人為適當(dāng)放大相關(guān)梁配筋。2．由于半層梯梁與某些框架柱相連，使框架柱在一個方向變成短柱，其箍筋應(yīng)考慮全高加密。3．這樣做的樓梯結(jié)構(gòu)屬抗震薄弱環(huán)節(jié)，而地震發(fā)生時樓梯是很重要的。出于人民生命財產(chǎn)考慮，樓梯應(yīng)適當(dāng)加強：梯柱配筋適當(dāng)加大，箍筋宜全高加密至100；另一方向連系梯柱與框架柱的一小段梯梁宜加強，上下均通長配筋。4．注意樓梯活載取值，工業(yè)建筑不小于3.5，民用假設(shè)為消防疏散用，不小于3.5是強規(guī)。5．梯板帶直段時，應(yīng)注意其構(gòu)造做法。本人比擬推薦03G101-2的做法?！朵摻罨炷翗?gòu)造手冊》一書與其不一致。6．較大跨度的梯板，其配筋有可能是變形控制。必須提供變形局部的計算書?！捕常旱膭偠仍龃笙禂?shù)當(dāng)采用現(xiàn)澆樓面時，梁的剛度增大系數(shù)仍取1.0。計算時底層位移不容易滿足，拼命加大柱截面，導(dǎo)致浪費。還有致使結(jié)構(gòu)偏于不平安的地方：整個結(jié)構(gòu)計算剛度<實際剛度，地震力偏小，導(dǎo)致梁支座處配筋偏小?！踩常芷谡蹨p系數(shù)這個問題其實不應(yīng)該提，但發(fā)現(xiàn)還是有好多設(shè)計人員概念不清。甚至于認(rèn)為取值越大越偏于平安。一定要根據(jù)填充墻剛度及其與主結(jié)構(gòu)連系方式取值，如果填充墻剛度很大才取比擬小的值。現(xiàn)在的框架結(jié)構(gòu)多采用砂加氣砌塊，其剛度較小，與框架柱連接往往采用非剛性連接；周期折減系數(shù)可以取0.9甚至更大，以免浪費?！菜摹场盗寒?dāng)樓面梁使用這是最常見的錯誤。暗梁之所以不能當(dāng)樓面梁是因為其剛度不夠，荷載不能按自己設(shè)想的方式傳遞，即樓面荷載—板—暗梁—柱的傳遞方式幾乎是不可能的。這樣將大大低估板的內(nèi)力。我個人認(rèn)為，根據(jù)內(nèi)力按最短距離傳遞的原那么，用暗梁代替梁只有在板受集中力時，在集中力處沿板的最短方向〔雙向板沿兩個垂直方向〕設(shè)置暗梁，可以認(rèn)為集中力由暗梁承受以滿足抗彎強度和裂縫要求，此時板的計算跨度絕對不能按支承于暗梁來考慮。但很多時候，這種做法也沒有必要，直接加大板的受力鋼筋即可，除非因抗剪〔沖切〕需要箍筋而使用暗梁。〔五〕、與上一個問題相對應(yīng)的是在剛度發(fā)生較大突變〔增加〕處，應(yīng)視為梁。典型的問題是不同高程的板之間出現(xiàn)的錯臺，錯臺本身平面外剛度比擬大，而板的平面外剛度較小，不管你是否愿意，板上的荷載都要傳遞到錯臺上，因此應(yīng)當(dāng)按梁來設(shè)計，尤其是抗剪鋼筋應(yīng)滿足要求。地下通道、車站遇到的這種情況較多，其荷載又比擬大，但大多數(shù)人對錯臺的處理卻非常草率，這很令人擔(dān)憂?！擦?、框架結(jié)構(gòu)形成事實上的鉸接最常見的是梁剛度比柱大的多，使柱對梁的約束作用較弱，形成事實上的鉸。這樣減少了超靜定次數(shù)，于抗震不利，也難以形成“強柱弱梁”。日本坂神地震時，地鐵車站柱的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，也提醒我們不能無視這個問題。地鐵車站頂?shù)装蹇煽醋鞣ぐ?，其梁的剛度?dāng)然大于柱，但中板處不宜將梁的剛度做得較大。另外，地下工程如通道、涵洞、地鐵車站等，有時不小心也容易作成剛度較大的頂?shù)装搴蛣偠容^小的側(cè)墻，這樣橫剖面就形成鉸接的四邊形，兩側(cè)墻土壓力相差較大時很容易失穩(wěn)，也不利于抗震?！财摺场鍓κ芰︿摻钪糜诜植间摻畹膬?nèi)側(cè)很多人總把分布鋼筋想象成類似梁的箍筋，因此配筋不小心就這樣倒置。分布鋼筋的作用在于固定受力鋼筋位置，傳遞受力及防止溫度收縮裂縫，它不需要象梁柱箍筋那樣外包以防止鋼筋受壓向外鼓出，更重要的是，板墻截面高度較小，為增加有效高度發(fā)揮受力筋作用，一般情況下應(yīng)當(dāng)外置受力鋼筋。某些特殊情況，如地下連續(xù)墻，由于施工方便原因可犧牲板有效高度，將受力鋼筋內(nèi)置?！舶恕?、在緊靠柱的位置框架梁上搭梁由于緊靠柱支承的位置，框架梁的轉(zhuǎn)動受到約束，當(dāng)其上所搭的梁荷載較大時，將產(chǎn)生很大的扭矩，使框架梁的配筋變得困難。某些設(shè)計人員將此處框架梁與搭接梁的連接看作鉸接，這是很不平安的，因為梁的塑性變形能力有限。〔九〕、板鋼筋不伸入上翻梁受力鋼筋之上這在地面上結(jié)構(gòu)中還不容易出現(xiàn)，但在地下工程中，由于結(jié)構(gòu)形式不夠直觀，稍有疏忽就會犯錯。最常見的是通道入口處頂板有一道收口的橫梁，其底部順板向下傾斜，形成不規(guī)那么的梁。多數(shù)人配筋將此梁受力鋼筋仍然沿水平方向布置，板的縱向鋼筋那么從下側(cè)錨入梁內(nèi)。地下工程沒有完全的分布鋼筋，在這個橫梁處，板的縱向鋼筋實際上是受力鋼筋，不但要按受力鋼筋錨固，還應(yīng)當(dāng)在梁受力鋼筋之上。另外，很多人認(rèn)為此梁受力小，因而配筋馬虎。實際上，此梁由于單邊受力，有一定的扭矩，配筋應(yīng)考慮板上荷載傳遞到此梁上?！彩场⒉挥嬛邪彘_洞。由于開洞的影響比擬難算，也由于局部人對開洞影響沒有當(dāng)成一回事，因而計算時都加以忽略。當(dāng)開洞較小時，這樣也許沒有多大影響，但有時在中板沿橫向平行布置三排樓、扶梯，嚴(yán)重削弱該處樓板剛度，雖然洞邊有加強的梁，但梁高受到限制，中板厚度通常都為400~500，因此缺乏以彌補其剛度的損失。至于加暗梁來加強洞口，更不能彌補計算模式與實際不符的缺乏。鑒于加強梁高度受限，建議采用通用軟件計算時按空間結(jié)構(gòu)預(yù)先計入這一不利影響，否那么應(yīng)加強該處側(cè)墻抗彎、剪能力，并加強該處樓板配筋.〔十一〕、地下水與抗浮地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計重要依據(jù)，實際地下室抗浮設(shè)計中往往只考慮正常使用極限狀態(tài)，對施工過程和洪水期重視缺乏，因而會造成施工過程中由于抗浮不夠出現(xiàn)局部破壞。另外，實際中在同一整體大面積地下室上建有多棟高層和低層建筑，而地下室面積大，形狀又不規(guī)那么，加之局部上方?jīng)]有建筑，此類抗浮問題也相比照擬難以處理，須作細(xì)致分析處理。常見設(shè)計問題如：地下水位未按勘察報告確定，或勘察報告未提供計算浮力的地下水位及其變幅，違反了GB50007-2002第3.0.2條；斜坡道未進行抗浮驗算，斜坡道與主體分縫處未作處理；抗浮驗算不滿足要求，GB50009-2001第3.2.5條等。〔十二〕、保護層和墊層厚度《地下工程防水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50108-2001)對防水混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)定：結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于250mm；裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫穿，設(shè)計中許多設(shè)計人將地下室防水結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算彎距調(diào)幅、有的下端按鉸接、有的未考慮荷載分項系數(shù)、多層時未按多跨連續(xù)計算等，也不進行裂縫計算，導(dǎo)致違背強條；迎水面鋼筋保護層厚度不應(yīng)小于50mm。防水混凝土結(jié)構(gòu)底板混凝土墊層，強度等級不應(yīng)小于C15，厚度不小于100mm，在軟弱土層中不應(yīng)小于150mm。工程實踐說明如果結(jié)構(gòu)厚度或迎水面鋼筋保護層厚度小于標(biāo)準(zhǔn)限值常常是引起滲漏水現(xiàn)象的常見原因，因此標(biāo)準(zhǔn)修訂以后對限值作了相應(yīng)的提高，應(yīng)引起注意。地下室頂板鋼筋應(yīng)加強，保護層和混凝土墊層及強度等級應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)加注(GB50108-2001第4.1.6條)。否那么就會產(chǎn)生如下類似問題：地下室外墻、底板等迎水面保護層厚40mm，底板與土接觸處鋼筋保護層厚35mm，不適合GB50108-2001第4.1.6條；柱保護層25mm，違反GB50010-2002第9.2.1條；地下室墊層采用C10混凝土，或底板下未做混凝土墊層，違反GB50108－2001第4.1.5條和第4.1.5條；未見地下混凝土構(gòu)件環(huán)境類別劃分與對應(yīng)的鋼筋混凝土構(gòu)件保護層厚度，不符合GB50010-2002第9.2.1條等?！彩?、裂縫及控制方法地下室外墻混凝土易出現(xiàn)收縮，受到結(jié)構(gòu)本身和基坑邊壁等的約束，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，直至出現(xiàn)收縮裂縫，地下室外墻裂縫寬度控制在0.2mm之內(nèi)，其配筋量往往由裂縫寬度驗算控制。工程中許多設(shè)計將地下室防水結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算彎距調(diào)幅、有的下端按鉸接、有的未考慮荷載分項系數(shù)、多層時未按多跨連續(xù)計算，地下室外墻在計算中漏掉抗裂性驗算(違反GB50108-2001第4.1.6條)，地下室外墻與底板連接構(gòu)造不合理，建筑物超長未設(shè)縫或留置后澆帶(違反GB50010-2002第9.1.1條)，后澆帶的位置設(shè)置不當(dāng)，外墻施工縫或后澆帶詳圖未交代，室外出入口與主體結(jié)構(gòu)相連處未設(shè)沉降縫等，導(dǎo)致違反設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。地下室整體超長，應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止裂縫開展，采取的主要措施：①補償收縮混凝土，即在混凝土中滲入UEA、HEA等微膨脹劑。以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫。②膨脹帶，由于混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會與混凝土的早期收縮變形完全補償，為了實現(xiàn)混凝土連續(xù)澆注無縫施工而設(shè)置的補償收縮混凝土帶，根據(jù)一些工程實踐，一般超過60m設(shè)置膨脹加強帶。③后澆帶，作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術(shù)措施，