人防地下室常用結構設計
人防空地下室的孔口防護包含三部分的設計內容:一是防護密閉門與消波系統的設計,二是出入口通道內臨空墻、門框墻的設計,三是孔口其它構件,如風井、防倒塌棚架、開蔽式通道、相鄰單元之間的隔墻等的設計,其中第二、三條中的臨空墻、相鄰單元之間的隔墻已在前面談到了荷載確定,設計時可按一般墻體的計算模式,考慮人防設計的特點計算出內力和鋼筋。而門框墻、擴散室、防倒塌棚架、出入口等構件的設計都具有一定的特殊性,下面就比較特殊但又常見的人防結構構件的設計要點做簡單陳述。
1 鋼筋混凝土防護密閉門門框墻
1.1 作用在懸臂端的彎矩,可按下列公式計算:
1.2 作用在懸臂端的剪力,可按下列公式計算:
;式中: -由門扇傳遞給門框墻的作用力,可分別按5.2.5條相關條款計算。
1.3 當門洞邊長大于或等于2倍墻體懸挑長度時,宜按牛腿或懸臂梁計算。
當C/h0≤1時,按牛腿計算; C/h0>1時,按懸臂梁計算。
式中:C--換算剪跨比, ;M、Q-門洞邊單位長度內牛腿或懸臂梁根部的彎矩、剪力,h0-截面有效高度。
1.4 當門洞邊長小于2倍墻體懸挑長度時,應按雙向板進行計算。當平時使用時需要的出入口通道均較寬,而戰時又相應較窄,這樣有可能會使門框墻的懸臂長度過長,而使水平筋過大,這種情況下,可考慮在不影響功能使用的前提下,采用在洞口上邊設梁和洞口兩側設柱的方案,從而改變門框墻的受力形式,可以得到較為經濟的設計效果。此時在水平荷載作用下,洞口左右兩側和上部的雙向板可按臨空墻的等效靜荷載標準值進行計算,但周邊的梁、柱和下端的懸臂板必須按防護密閉門門框墻的等效靜荷載標準值進行計算。門檻與上擋板在垂直荷載作用下可按底梁與頂梁計算,以確定梁的主筋與箍筋,并應與水平荷載作用下相應的鋼筋疊加作為最終配筋。
2 擴散室
擴散室的內部空間尺寸一般由建筑專業依據防空地下室的抗力等級、通風量、設備容許壓力以及擴散室所處的建筑條件等因素確定。
2.1 擴散室前墻為安裝懸板活門的臨空墻,前墻墻面本身承受的荷載及活門傳來的荷載均可按臨空墻等效靜荷載標準值取值,擴散室與室外(空氣)相鄰的頂板、底板及外墻,其等效靜荷載標準值可按臨空墻等效靜荷載標準值取值。
2.2 擴散室與土相鄰的頂板、底板及外墻,其等效靜荷載標準值可按土中壓縮波壓力確定相應的荷載。
2.3 擴散室與防空地下室室內相鄰的墻,作用在擴散室一側的水平等效靜荷載標準值與擴散室的容許壓力有關。對設有濾毒通風的進風口擴散室按40kN/m2取值,對排風口和未設濾毒通風的進風口擴散室按65kN/m2取值。
2.4 如果風量較大,可在一個墻面上安裝2個門式懸板活門。若2個活門型號相同,在人民防空地下室設計規范(GB50038-2005)中附錄F的消波系統計算公式中的S取活門通風的總面積;若2個活門型號不同時,為確保安全,宜按大的活門參數乘2代入S。
3 開敞式防倒塌棚架
3.1 等效靜荷載
防空地下室室外開敞式防倒塌棚架,一般由現澆頂板、頂板梁、鋼筋混凝土柱和非承重的脆性圍護構件組成。在地面沖擊波作用下,圍護結構迅速遭受破壞被摧毀,僅剩下開敞式的承重結構。由于開敞式結構的梁、柱截面較小,因此在沖擊波荷載作用下可按僅承受水平動壓作用。甲類防空地下室室外開敞式防倒塌棚架,由空氣沖擊波動壓產生的水平等效靜荷載標準值及由房屋倒塌產生的垂直等效靜荷載標準值可按表1采用,水平與垂直荷載二者應按不同時作用計算。
3.2 受力特征
開敞式防倒塌棚架在核爆動荷載作用下,其破壞程度取決于合成荷載。當沖擊波的運動方向與構件表面垂直時,則作用在柱正面(迎爆面)和背面的合成荷載為零。當沖擊波的運動方向與頂板面平行時,作用在頂板上下的合成荷載為零。
所以,開敞式防倒塌棚架只需考慮作用在檐口波水平動壓和作用在頂板上的倒塌荷載進行設計。由于動壓在先,倒塌在后,因此對這兩種荷載應分別計算和配筋。
作用在開敞式防倒塌棚架上的核爆動荷載由于沖擊波來自前后、左右方向,因此在設計柱時每根柱均要按兩個方向分別進行計算,并應按兩個方向進行對稱配筋。
3.3 構造要求
3.3.1 頂板應采用水平板,不宜做成折板或拱形板。如考慮美觀,可用易破碎的輕質材料做簡單的裝飾。
3.3.2 檐口應按平時荷載進行設計,在核爆動荷載作用下,為了減輕柱的承載能力,考慮檐口被破壞,因此檐口不宜挑大,一般取300~50Omm,厚度應減薄,挑檐板在下部受壓區不應配筋,在其上部不應做鋼筋混凝土女兒墻。
3.3.3 維護墻應采用在沖擊波作用下易破碎的材料構筑,維護墻與柱不應采用鋼筋錨固。
3.3.4 柱宜采用正方形截面,其截面尺寸為:6級不宜大于250mm×25Omm;5級不宜大于300mm×300mm,盡可能減少柱的受荷面積。
3.3.5 柱的上端鋼筋應伸入邊梁和頂板進行錨固,但不應伸入挑檐板板內,伸入基礎的鋼筋長度不應小于1m。
4 疊合板
疊合板的構造應符合下列規定:
4.1 疊合板的預制部分應作成實心板,板內主筋伸出板端不應小于130mm;
4.2 預制板上表面應做成凸凹不小于4mm的人工粗糙面;
4.3 疊合板的現澆部分厚度宜大于預制部分厚度;
4.4 位于中間墻兩側的兩塊預制板間,應留不小于150mm的空隙,空隙中應加l根直徑12mm的通長鋼筋,并與每塊板內伸出的主筋相焊不少于3點;
4.5 疊合板不得用于核4B級、核4級防空地下室結構。
5 出入口
5.1 受力特點
5.1.1 防空地下室室內出入口
室內出入口由于戰時允許被堵塞,所以在室內出入口處除臨空墻外,其它與防空地下室無關的墻和樓梯等均不計入爆炸動荷載的作用。
5.1.2 防空地下室室外出入口
無頂板敞開段通道結構,由于內壓大于外壓,通道外墻不會向內坍塌。因此,可不驗算爆炸動荷載的外壓作用,僅按平時荷載設計擋土墻即可;有頂板的土中封閉段通道結構,作用在頂、底板和外墻上的等效靜荷載可按相關條款確定;土中豎井結構,無論有無頂板,作用在土中豎井井壁上的等效靜荷載標準值可按第五章中有關外墻的等效靜荷載標準值qe2確定。當豎井埋置較深時,可進行分段計算,也可按等效靜荷載和靜荷載進行最不利組合作為該豎井的設計計算荷載。
5.2 室外出入口內封堵構件及其支座和聯結件
常規武器爆炸動荷載作用時間相對于核武器爆炸來講,要小的多,一般僅數毫秒或幾十毫秒。對于室外出入口內封堵構件如防護門、封堵構件及其支座和聯結件,在這樣短的荷載作用下易發生反彈,造成支座處的聯系破壞,例如防護門的閉鎖和鉸頁等。因此應驗算常規武器爆炸作用在其上的負向動反力(反彈力),負向動反力的水平等效靜荷載標準值對常5級可取13OkN/,對常6級可取60kN/,反彈荷載按彈塑性工作階段計算,構件的允許延性比(β)取3.0。
人防工程的出入口設計很重要,要有足夠的防倒塌能力,規范要求:“首層樓梯間直通室外的門洞外側上方設置的防倒塌挑檐,其上表面與下表面應按不同時受荷分別計算,上表面等效靜荷載標準值取50kN/,下表面等效靜荷載標準值取15kN/。”可見人防工程對出口挑檐的結構承載力要求是很高的。但是,實際工程中,有些小區為了上部景觀的需要,采用了很多輕鋼玻璃雨篷結構,這作為人防工程的出入口是不合格的,設計人員應加以重視。
6 其他
在實際工程設計中,對于受踏步影響而縱截面呈鋸齒狀變化的樓梯梯段梁(板),通常取梯段最薄處厚度按等截面受彎構件計算,而不考慮踏步作用。這樣導致設計中常因撓度驗算的需要而增大結構厚度或配筋量,使樓梯設計造價大幅提高而造成浪費。有限元分析均表明,樓梯踏步能有效提高梯段板的整體剛度,從而大幅減小構件撓度。在進行構件撓度驗算時,應適當考慮這種作用,按照經驗,根據樓梯踏步類型的不同,考慮踏步剛度影響后撓度可折減30%~60%?紤]該項折減之后,樓梯梯段的設計將更加經濟合理,也能確保安全可靠。