防空地下室结构构件的设计要点与计算实例.doc

题目：防空地下室结构构件的设计要点与计算实例(内部资料) 前 言人民防空地下室设计规范结构部分的核心问题，是确定荷载。确定荷载的方法有两种：一种是按规范公式计算；另一种是经规范编制组人员，按公式进行计算后，汇总成等效静荷载标准值表格，供大家直接选用。这是基于二十多年前由于搞防空地下室的设计人员来自搞地面工程的设计人员，对防空地下室的设计不熟悉而编制的。我国人防工程建设近二十多年来，由于城市地下空间的开发利用和贯彻“平战结合”的方针，结构跨度的增加，地下室净髙的增加，顶板上部覆土厚度的增加等等，规范所提供的表格已不能适应当前人防工程建设的发展需要。这是当前设计人员遇到的主要问题，纷纷来电咨询如何计算。因为表格是在特定的条件下制定的，它不能包揽一切，加上这是规范不是手册，因而在归纳汇总时，为了减少表格的数量，将挡次拉开，结果选用的荷载值，其区间达一倍多，造成了人为的浪费。另一方面，由于规范在等效静荷载计算方面，没有系统的加以论述，条文分散，设计人员难以掌握。为此，今天我向大家提供一套简易直观的等效静荷载计算公式，并附计算实例，这是我这次讲课的重点之一。希望大家，能通过这次讲课，从查表中解放出来，掌握计算原理，计算方法，成为既能查表、又能计算的人防结构设计人员。对于人防工程结构施工图审查中常见的问题，我最近找了几个人防工程施工图审查组，向他们了解了一些的情况，将会予以介绍。但由于目前在全国范围内开展人防工程施工图的审查，在结构部分有的还停留在初步设计的深度，对结构计算书未能进行认真的审查，因而一些问题未能发现。在讲课中，我会提醒大家，要注意的问题。讲 课 提 纲第一章 武器效应11 概述1.突出对常规武器的防护2.防护标准12 常规武器1.常规武器的种类2.炸弹冲击、爆炸的局部作用和整体作用概念3.指挥所工程防常规武器直接命中的结构选型4.修建乙类防空地下室的意义5.修建高层建筑下部的防空地下室，对防常规武器有利13 核武器 1.什么是核武器2.氢弹空爆的爆炸景观3.核武器的威力4.核武器的四种杀伤破坏因素及其防护第二章 防空地下室结构设计原则与规定21 “强柱弱板”、“强剪弱弯” 的设计原则22 “等强”的设计原则23 有关计算规定第三章 等效静荷载 31 等效静荷载法32 多构件体系等效静荷载的计算方法33 等效静荷载法的优点34 等效静荷载计算的误差第四章 在爆炸动荷载作用下，确定结构构件的等效静荷载41 在常规武器爆炸动荷载作用下，结构构件等效静荷载计算1 防空地下室顶板等效静荷载计算2 防空地下室外墙等效静荷载计算(附计算实例)42 在核武器爆炸动荷载作用下，结构构件等效静荷载计算1 防空地下室顶板等效静荷载计算2 防空地下室外墙等效静荷载计算3 防空地下室底板等效静荷载计算(附计算实例)4 出入口部门框墙、临空墙等效静荷载计算(附计算实例)5 开敞式防倒塌棚架水平等效静荷载的计算第五章 乙类防空地下室结构构件等效静荷载选用表51作用在防空地下室结构上的等效静荷载示意图1.防空地下室顶板等效静荷载标准值选用表2.防空地下室外墙等效静荷载标准值选用表52防空地下室室外出入口通道内门框墙、临空墙等效静荷载标准值的确定53防空地下室室内出入口通道内门框墙、临空墙等效静荷载标准值的确定54防空地下室楼梯等效静荷载标准值的确定55防空地下室封堵构件等效静荷载标准值的确定56不计入常规武器爆炸动荷载的结构构件第六章 甲类防空地下室结构构件等效静荷载选用表61 防空地下室顶板等效静荷载标准值选用表62 防空地下室外墙等效静荷载标准值选用表63 防空地下室底扳等效静荷载标准值选用表64防空地下室室外出入口通道内门框墙等效静荷载标准值选用表65防空地下室室外出入口通道内临空墙等效静荷载标准值选用表66防空地下室相邻两个防护单元之间的隔墙、门框墙水平等效静荷载标准值选用表67防空地下室上下层防护单元之间的楼板等效静荷载标准值选用表68防空地下室室外出入口通道，当净跨小于3米时，顶板和底板等效静荷载标准值选用表69 防空地下室室外开敞式防倒塌棚架等效静荷载标准值选用表610 防空地下室楼梯、平台等效静荷载标准值选用表611 防空地下室扩散室与防空地下室内部房间相邻的临空墙等效静荷载标准值选用表第七章 防空地下室结构设计要点一. 贯彻强制性条文要点二. 结构构件设计要点71 钢筋混凝土板、梁、墙、柱的截面设计72 基础的设计73 门框墙的设计(附截面设计例题)74 室内出入口的设计75 室外出入口的设计76 室内出入口用做主要出入口的设计77 楼梯荷载的由来78 棚架的设计79 平战转换的设计710 无梁楼盖的设计711 顶、底板反梁构造图三. 结构施工图设计总说明和计算书应包含的内容附录： 常用结构构件对称型基本自振圆频率简化计算表第一章 武器效应1-1概述1.突出对常规武器的防护我国自十一届三中全会以后，人防建设的指导思想，开始了战略性的调整：由准备“早打、大打、打核战爭，转变到以经济建设为中心的轨道上来；由打核战爭，转变到打髙技术的局部战爭上来”。因此人防工程的建设，为适应在核武器，生、化武器，威摄条件下的髙技术局部战爭的需要，要防常规武器，核武器，生、化武器的袭击，当前应突出对常规武器的防护。2. 防护标准根据战术技术要求，将人民防空重点城市划分为甲、乙两类：甲类城市应防常规武器和核武器空袭；乙类城市应防常规武器空袭。因此，甲类防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载的作用；乙类防空地下室结构只考虑承受常规武器爆炸动荷载的作用。注：我们以下将常规武器爆炸(简称“常爆”)、核武器爆炸(简称“核爆”)；常规武器 (简称“常”)、核武器 (简称“核”)。.甲类防空地下室防护级别分为三组：1).常5、核5； 2).常6、核6； 3).常6、核6B。但每组防护级别中，核武器和常规武器只能考虑其中一种武器，并只能考虑一次作用，因此，在选用时，那种武器的爆炸动荷载大，就选那种武器。如果是核4B级和核4级，只需考虑核爆炸动荷载的作用即可，如果要与常规武器直接命中相组合，那应另行规定。 核武器抗力级别见下表防核武器的抗力级别级 别566B抗力（KN/m2）1005030 常规武器抗力级别分为二级：常5和常6。. 乙类防空地下室防常规武器的级别：常5和常6。常5的抗力等级为，抗1000磅低阻式爆破弹非直接命中；常6的抗力等级为，抗 500 磅低阻式爆破弹非直接命中。非直接命中的定义：常规武器在离防空地下室外墙10米处的地表面进行爆炸，我们称这种爆炸的方式为非直接命中爆炸。. 指挥所工程防常规武器直接命中的级别分为四级：常1、常2、常3、常4。下面简要的向大家简要介绍常规武器以及指挥所工程防常规武器直接命中的结构设计原则和结构选型。12 常 规 武 器1.常规武器的种类对防空地下室起破坏作用的常规武器有普通爆破弹、低阻式爆破弹，半穿甲弹、穿甲弹。. 普通爆破弹(普通炸弹)的特点是装药量大，弹壳薄。弹体内装有TNT炸药，现在较多用“B”型炸药，它的威力为TNT炸药的1.35倍。 普通爆破弹的穿甲能力小，对坚固的混凝土结构侵彻很小，它对一般的建筑物，如桥梁、车站、机场、工厂等有较大的破坏力。.低阻式爆破弹 (混凝土破坏弹)低阻式爆破弹其特点是弹体细长，投掷时受空气阻力较小，落速较大，命中率较髙，可破坏坚固的钢筋混凝土结构，常5、常6就是防御这种类型的炸弹。.半穿甲弹、穿甲弹半穿甲弹、穿甲弹的弹壳较薄，均用特种穿甲钢制成，由于穿甲弹的弹壳坚硬，弹头尖小，表面平滑，故其落速比普通炸弹大得多，因此对坚固的结构有很大的侵彻力，但弹内装药量小，爆炸威力不大，它主要用于破坏坚固的钢筋混凝土结构。2.炸弹冲击、爆炸的局部作用和整体作用概念. 爆炸的局部作用(详图1-2-1)裂縫 爆炸震塌 爆炸贯穿图1-2-1当普通爆破弹命中目标时，一般不侵入坚硬材料中，对结构的破坏主要由装药爆炸所产生。如上图所示，当结构有足够厚度，装药爆炸后，形成爆炸漏斗坑，结构反表面不出现任何破坏；当结构厚度减薄时，反表面出现裂缝；结构厚度再减薄时，反表面出现爆炸震塌；当结构厚度继续再减薄时，出现爆炸贯穿现象。当低阻式爆破弹、半穿甲弹、穿甲弹命中目标时，先侵彻后爆炸，引起的局部破坏作用见图1-2-2。裂縫 爆炸震塌 爆炸贯穿图1-2-2由于炸弹的冲击和爆炸产生的漏斗坑、裂缝、震塌、贯穿等现象，其特点是，破坏位置发生在炸弹着落点附近及其反表面的局部地方，因而称为局部作用。我们可以根据工程任务的不同要求，在确定结构厚度时，可按照不允许出现震塌或不贯穿来进行计算。.炸弹的整体作用炸弹对结构在产生局部作用的同时，还产生冲击和爆炸的压力作用，我们将这种作用的荷载，称为冲击和爆炸动荷载。在冲击和爆炸动荷载作用下，整个结构将产生变形和内力，甚至造成整个结构的倒塌。通常我们把这种作用称作为整体作用。一般我们以炸弹的局部作用，来确定结构的厚度；以炸弹的整体作用，所产生的冲击、爆炸动荷载来计算结构内力和截面设计。3.指挥所工程防常规武器直接命中的结构选型.整体式结构(图1-2-3)整体式结构由防空地下室主体结构直接起防护作用。图1-2-3整体式结构.多层式结构(图1-2-4)主体结构上部有钢筋混凝土起爆层和分散层(砂土)所组成。 图1-2-4多层式结构.隧道式结构(图1-2-5)隧道式结构主要是上面的天然土层或岩石层来起防护作用。图1-2-5 隧道式建筑物4.修建乙类防空地下室的意义城市遭受轰炸时，人员的伤亡，绝大多数不是由于炸弹直接命中所造成，而是由于弹片、气浪在较大范围内对地面人员的伤害所造成的。因此对于建造非直接命中的乙类防空地下室，对保存有生力量具有重要意义。历次战爭事实说明，城市有无可靠的防空设施，其战爭造成的后果大不一样。如第二次世界大战中，苏联对民防工作不够重视，最终民众死亡人数达到七百万人，与此相比，英国因修建了大量的民防建筑，结果民众死亡人数仅为六万二千人，两者相差110倍。5. 修建高层建筑下部的防空地下室，对防常规武器有利防空地下室人员掩蔽部，是不考虑防常规武器直接命中，但有些防空地下室，它离国家的政治、经济、军事、文化等重要目标距离很近，在该范围内，敌人在轰炸重要目标的同时，有可能遭受常规武器误炸的可能，在这种情况下，髙层建筑的防空地下室与单建式人防工程相比，在防御常规武器方面极为有利。.当防空地下室上部的高层建筑在10层以上时（假定每层现浇钢筋混凝土楼板厚度为100mm），当2000磅的航弹直接命中建筑物顶层时，经计算，它能迫使航弹在防空地下室顶板以上爆炸，从而保障了防空地下室内部人员的安全。 . 高层建筑的每层楼板，能使命中的导弹在穿透楼板时，动能逐渐减小，致使导弹发生偏移，有可能导向防空地下室外部进行爆炸。 现以我驻南斯拉夫大使馆被炸为例(图1-2-6)：图1-2-6被炸前的驻南使馆图1-2-7弹着点分布图图1-2-8 5号弹着点及侵彻轨迹图1-2-9 3号弹着点侵彻轨迹驻南使馆：一幢为5层的办公楼；另一幢为2层的官邸。均为框架结构，下部均有普通地下室，楼板为现浇钢筋混凝土结构。1999年5月8日以美国为首的北约，悍然袭击了我驻南使馆，共发射五枚导弹，分别命中办公楼4枚和大使官邸1枚，其导弹编号详(图127)。其破坏情况如下：1). 命中大使官邸的1号弹，它穿透两层后钻入地下室地基中，未见爆炸痕迹。2). 2号弹从办公楼的二层侧向侵入，穿透两层楼板后侵入地下室后爆炸；3). 3号弹穿透办公楼的5层楼板后向右偏移，击穿一层的外墙后飞向室外，但未见爆炸痕迹，弹头偏移7.5米；(详图1-2-9)4). 4号弹穿透办公楼的4层楼板和一层阳台偏移后，落在地面上，偏移距离达9.6米；5). 5号弹从楼顶侵入，连续穿透三层楼板后，偏离至室外土中爆炸，偏移距离达5米(详图1-2-8)。综上所述，共发射5枚精制导弹，仅有1枚侵入地下室爆炸，其余偏移或未爆。13 核 武 器 1.什么是核武器核武器是利用原子核反应，瞬时间放出巨大的能量，对各种目标起杀伤破环作用的武器。. 原子弹的核装料为铀235 或钚239，它是用炸药引爆。在不到百万分之一秒时间内放出巨大能量，产生猛裂爆炸，起杀伤破坏作用的武器。.氢弹的核装料为氘化锂，它先用炸药引爆原子弹，再由原子弹引爆氢弹。爆炸时，在核装料的反应区内，温度可高达几千万度，压力可高达几百亿个大气压，放出巨大能量，产生猛裂爆炸，起杀伤破坏作用的武器。2.氢弹空爆的爆炸景观以氢弹空爆为例，防空地下室工程的设汁，不考虑地面爆炸，因而可不考虑抗震设计，我们在爆心投影点的防空地下室房间内，所布置的暖瓶和啤酒瓶均倒扣在地，爆后均未倒下。下面介绍氢弹空中爆炸的景观：. 首先出现强烈的闪光闪光点呈现是一个明亮的球体，不象打雷是一条线。在距爆心几十公里以至几百公里的地方都能看到。有一位战士不听指挥，张眼观看而造成失明，我们试验人员是带上了特制的目镜观看的。闪光过后听到爆炸声，因为光速大于声速，我们距爆心投影约5公里处，此时，听到爆炸声后，突然感到空气的温度，似象在火炉旁边烤火的热量，轰的一下而过。. 闪光过后，隨即出现一个明亮的火球(见图1-3-3)图 1-3-3 我国氢弹空中爆炸的火球火球形成，在初期体积很小，象一个火焰翻滚的太阳。由于髙温髙压的作用，火球体积迅速向外膨胀，并不断上升，几秒或几十秒钟后，火球冷却成为灰褐色的烟团。烟团以很大速度上升，体积不断扩大。在烟云上升的同时，地面产生负压，掀起尘柱，烟云和尘柱构成了髙大的美丽的磨菇状烟云(见图1-3-4)。磨菇状烟云上升到最大高度以后，将继续扩散，并随风飘移，最后消散。我们就在此时，戴上防毒面具，穿上防毒衣，插上剂量笔，发扬了一不怕苦，二不怕死的精神，冲向爆心，回收测试数据。图 1-3-4 我国氢弹空中爆炸的蘑茹烟云3.核武器的威力核武器的威力用“TNT”当量（简称当量）表示。例如：当量为2万吨级的核武器，它的威力，爆炸时所放出的能量，相当于2万吨TNT炸药量爆炸时所放出的能量。目前，核武器的威力，可小至千吨以下，大至几千万吨。4. 核武器的四种杀伤破坏因素及其防护核武器的四种杀伤破坏因素：光辐射、冲击波、早期核辐射和放射性沾染。前三种杀伤破坏因素，均发生在爆后几十秒钟以内，因此，又称为瞬时杀伤破坏因素。后一种杀伤破坏因素，放射性沾染作用时间比较长，一般可持续几天甚至更长的时间。四种杀伤破坏因素在总能量中所占的比例分别为：冲击波50%，光辐射35%，早期核辐射5%，放射性沾染10%。. 光辐射核爆炸瞬间，高达几千度以上高温高压的火球，它向四周辐射的能量，称为光辐射。光辐射对暴露人员引起烧伤，能使钢材熔化，能使建筑物燃烧，能引起城市大火。防空地下室因为在地下，不考虑对光辐射的防护。. 冲击波核爆炸时，由于在核装置内压力高达几百亿个大气压，温度高达几千万度，它和周围的大气压产生极大的压力差。从而促使高温的爆炸气体向外扩散，压缩周围空气，形成空气冲击波。空气冲击波的特性，是设计防空地下室的核心。现将空气冲击波的八大特性，介绍如下：1). 空气冲击波由超压区和负压区组成。压力大于大气压的区域称为超压区，低于大气压的区域称为负压区。负压区紧跟在超压区后面。详图1-3-5超压区和负压区的压力分布情况。2). 超压区的前沿与未扰动空气的分界面称为冲击波的波阵面或波头。在波阵面上，气体的压力、密度、温度和空气分子的运动速度都突跃到最大值，这是冲击波的主要特点。图1-3-5表示了冲击波通过空间某一点时，该处压力随时间的变化情况。当冲击波的阵面以超声速向前推进，冲击波到来时，该处超压瞬时由零增到 图1-3-5 空气冲击波峰值P Z，然后随着超压区通过，由于能量在空间扩散和消耗，离爆心愈远，该点压力不断减小，紧接着负压区通过，超压变为负压，负压逐渐增大到最大值P-后又逐渐减小并恢复到正常气压。3).当冲击波波阵面接触到未被扰动的空气质点时，使该处空气质点获得很大速度向前运动，形成强烈阵风，这种阵风称为“动压”，它随着冲击波波阵面向前推进，动压的强度也随着冲击波超压随时间的变化而变化。因此空气冲击波对物体的作用，不仅有超压作用、负压作用，还有动压的作用。4).核爆炸地面空气冲击波最大超压值Pm是怎样形成的？空中爆炸所产生的球形冲击波，我们称它为入射波，它在向四周传播的过程中，首先碰到爆心下方的地面后，冲击波就反向向上传播，我们称向上传播的冲击波为反射波。反射波是在已被入射波压缩和加热过的空气介质中进行传播的，所以反射波的传播速度要比入射波快，反射波的压力要比入射的压力大，并成倍增长。在离爆心投影点的距离约为爆高H的地表处，反射波阵面赶上入射波阵面，在这一点组成为单一的冲击波，我们称该波为合成冲击波。在入射波、反射波和合成波三波的交点的连线下方称为合成波区 (详图1-3-6)。图1-3-6 合成波形成示意图在合成波区内，没有入射波、反射波的作用，祗有单一的合成波作用，而合成波总是平行地面向前运行，在运行中，它垂直作用在地面的超压，我们称这超压为地面空气冲击波最大超压Pm（简称地面超压），也就是我们常用的Pm值。Pm=f(C、H、R)的函数 C 核武器当量 H爆高 R离爆心投影点的水平距离例：有一枚C 100万吨当量的氢弹，在离地面H 1500米的上空爆炸。在离爆心投影点距离 (约为爆高H)1500米处，形成合成波。经计算： 离爆心投影点 R=2630米处， Pm=100KN/m2； 离爆心投影点 R=4270米处， Pm=50KN/m2； 离爆心投影点 R=5800米处， Pm=30KN/m2。从上例已知，防空地下室的位置，均在合成波区域范围内的地面以下。5).地面冲击波超压对物体的破坏原理超压总是垂直压向物体各个表面，例如对小断面防倒塌棚架的柱，它四边所承受的超压值大小相等，方向相反，四周表面均受到超压的挤压作用。当地面空气冲击波平行地表的方向传播遇到地面建筑物时，首先在结构的迎波面上产生反射超压，由于高速运动分子受阻引起能量转换，使得作用在反射面上的反射超压，比原来入射冲击波的超压成倍增长，一般是28倍。当冲击波还没有把物体包围之前（特别是较大的物体），由于正面和背面的压力差，致使物体向着冲击波前进的方向偏斜或挪动而遭到破坏。当冲击波把物体包围住时（见图1-3-7），物体受到超压四面八方的“挤压”作用而塌陷破坏。这种挤压作用是超压破坏作用的主要特点。我们在西部核效应试验中，地面建筑物破坏的特征是，前墙和两侧的墙向内倒，后墙向外倒，这是超压和动压作用的结果。 图1-3-7 冲击波超压对物体的破坏原理6).动压对建筑物的破坏原理当冲击波包围并绕着整个建筑物运动时，结构各个表面都受到超压的作用，并在迎爆面和背面同时受到动压的作用。动压只有在冲击波的气流绕过物体运动时才发生作用，它对物体的迎波面、背面施加的压力不仅大小不同，而且符号也相反，例如迎爆面受正压，背面受负压。动压使物体变形或发生平移，抛掷而遭到破坏（见图1-3-8）。图1-3-8 冲击波动压的破坏原理示意图7).压缩波对地下建筑的作用原理核爆炸冲击波作用于地面，使地面土壤受到压缩和产生的速度，同时继续向下一层土壤压缩和产生运动。因此，土壤在地面冲击波作用下，不同深度的土壤先后受到压缩，并由上向下逐层压缩，我们称这种波为压缩波。图1-3-9为不同深度各点实测记录的压力波形图。从试验结果可以看出，压缩波具有下列特点：.没有陡峭的波阵面，压力由零逐渐增加到最大值； 图1-3-9.压缩波随深度增加，最大压力值逐渐减小；(衰减).压力从零增加到最大，其升压时间，是随着深度增加而增加。8).冲击波负压对物体的作用原理压力低于正常大气压的压力称为负压，由于负压升压时间较长，故其动力作用较弱，我们可近视地把它看作为静载。在设计门扇的闭锁、绞页和采用的临战加固封堵构件均应验算负压的作用。.早期核辐射在核爆炸瞬间放出丙种射线和中子流，这种射线能使照相底片曝光、半导体元件改变参数及光学玻璃变暗，但对其它物质不产生破坏作用，而对人员、生物能引起各种器官的机能失调而死亡。在西部核试验基地，布置在近区地面上的动物，由于遭受冲击波的杀伤作用，七孔流血当场死亡。而在远区的动物从外表看上去，没有受到任何伤害，可是几天以后就死亡，其原因是患射线病而死。又如： 在日本广岛离爆心投影点220米处有一幢为四层的钢筋混凝土建筑物，在核爆炸时，各层都有人居住，爆后6-17昼夜之间，除一层人员幸存外，其余各层人员大都因患射线病相继死亡。这说明，以上三层对削弱早期核辐射起到了重要作用。对于早期核辐射的防护当早期核辐射穿过一定厚度的材料时，其作用会大大降低。例如：1米厚的土壤或0.7米厚的混凝土，就可将其剂量削弱99%。因此，在防空地下室中采用顶板上部覆土和加厚临空墙的措施来加以防护。但是口部的钢门不能防中子流，这对防空地下室畄下很大的隐患。 放射性沾染在爆区和烟云经过的区域，还留存有一定数量的放射性物质，并在较长时间内，不断放射出中子流和丙种射线，当人员接近被沾染的地面和物体时，可直接受到射线照射引起射线病，人员也可能因吸入污染的空气和吃进污染的食物和水，会引起内照射伤害人体机能。在西部核试验中，气象预报的正确性是关键。爆后一定要吹东南风，将污染的空气吹向西北荒无人烟的戈壁滩和西伯里亚地区；决不能反方向吹向人口密集的我国东南部地区和日本等国。对于放射性沾染的防护对于放射性沾染(毒剂、细菌)的防护，均可采用密闭措施。将防空地下室所有的孔口配备密闭装置，与外界空气隔绝起来。对于外界在染毒时仍需进风的进风系统，应设滤毒设备；对于外界在染毒时仍需进入防空地下室的人员，应设洗消系统；对于通风系统的设计，应使密闭门内通道的空气压力，稍高于外部，以利于防止毒剂渗入。这四种杀伤破坏半径，它不是按核武器当量增大的倍数而成比例增大，即使核武器的当量成百倍地增加，而它的杀伤破坏半径也只能增大几倍。例如当量增加8倍，杀伤破坏半径则增加2倍（），当量增加到1000倍，杀伤破坏半径才增加10倍（），因此，使用大当量的核武器并不经济。目前核武器向小当量的多弹头发展，其杀伤破坏半径面广，而又经济。第二章 防空地下室结构设计原则与规定21 “强柱弱板”、“强剪弱弯”的设计原则防空地下室结构在满足设计抗力的前提下，对钢筋混凝土结构构件应采用“强柱弱板”和“强剪弱弯”的设计原则进行设计。根据这个原则， 防空地下室顶板，应按弹塑性工作阶段进行设计，充分利用受弯构件板的变形来吸收爆炸冲击波的能量，以减轻梁支座截面的抗剪和柱抗压的负荷，确保结构在屈服前不出现剪切破坏和屈服后有足够的延性，最终形成塑性破坏，而不是脆性破坏，从而提高结构的整体承载能力。22“等强”的设计原则防空地下室的结构设计，应根据防护要求和受力情况，结构各个部位的抗力应相协调，应按“等强”的设计原则进行设计。具体地说：防空地下室的主体结构、人员车辆出入口部、进排风口和防护设备等均应做到抗力相协调，防止出现由于某个部位的局部破坏，而影响主体结构的防护密闭性能。例如：1. 防空地下室在选用防爆波活门时，要克服选用髙抗力的防爆波活门，总认为要比选用低抗力的防爆波活门安全的误区。例如：当防空地下室抗力等级为核6级时，如选用髙抗力核5级的防爆波活门，其结果，由于抗力高的防爆波活门的悬板，比抗力低的防爆波活门的悬板要重，重的悬板在低抗力作用下，关闭就不灵活，关闭时间要长，因此，消波率会降低，扩散室内余压会增大，从而将会破坏滤毒罐等设备，危及人员的安全。因此选用的防护设备也必须与主体抗力相协调。2. 门框墙与钢筋混凝土门扇的设计，两者要相协调，均应按弹性工作阶段设计。因为钢筋混凝土门扇是按弹性阶段设计的，如果门框墙按弹塑性工作阶段设计，那么门框变形就会增大，就不能保证门扇与门框的密闭性能，这将危及人员的安全，这就是门框墙为什么不能按临空墙的荷载进行设计的原因。23有关计算规定1. 防空地下室结构的设计使用年限应按50年采用，并应于上部建筑的结构相同。2.防空地下室结构在“常爆”动荷载或“核爆”动荷载作用下，其动力分析均可采用等效静荷载法。3.防空地下室结构在“常爆”动荷载或“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。第 三 章 等 效 静 荷 载31等效静荷载法等效静荷载可按下式(3-1-1)计算： qe = Kd Pc (3-1-1) 式中：qe作用在结构构件上的等效静荷载标准值；PC作用在结构构件上的动荷载最大压力(kN/m2)；Kd构件的动力系数，防空地下室所承受的动荷载是“常爆”动荷载和“核爆”动荷载，它的特点，压力是突加荷载，产生加速度，引起体系振动。在工程上为了便于解决实际问题，常常把这种爆炸动荷载变换为一种等效静荷载，这种方法称为等效静荷载法。我们将结构构件在动荷载作用下的最大内力和变形看作为等效静荷载作用下的内力和变形；并将结构构件的等效静荷载在数值上等于动荷载的最大值与动力系数的乘积。 1. 确定动力系数Kd . 在“核爆”动荷载作用下： 在无升压时间的三角形荷载作用下(图3-1-1)的动力系数，仅取决于允许延性比值，它与结构截面尺寸无关。计算公式如下： ( 3-1-2)式中：允许延性比(见表3-1-1)作用在出入口部门框墙、临空墙上的空气冲击波压力荷载属于这种荷载型式。图3-1-1无升压时间的三角形荷载 表3-1-1 钢筋混凝土结构构件的允许延性比值结构构件使用要求动荷载类别受 力 状 态受 弯大偏心受压小偏心受压轴心受压密闭、防水要求高“核爆”动荷载1.01.01.01.0“常爆”动荷载2.01.51.21.0密闭、防水要求一般“核爆”动荷载3.02.01.51.2“常爆”动荷载4.03.01.51.2 在有升压时间的平台形荷载作用下（详图3-1-2）的动力系数，它与允许延性比、自振圆频率及升压时间三者有关。值可按表 3-1-2查得。图3-1-2有升压时间的平台形荷载作用在全埋式防空地下室顶板、外墙上的压缩波荷载属于这种荷载型式。 表 3-1-2 动 力 系 数 Kdt0h允许延性比1.01.21.52.03.002.001.711.501.341.2011.961.681.471.311.1921.841.581.401.261.1531.671.441.281.181.1041.501.301.181.111.0651.401.221.131.071.0561.331.171.091.051.0571.291.141.071.051.0581.251.111.061.051.0591.221.091.051.051.05101.201.081.051.051.05151.131.051.051.051.05201.101.051.051.051.05注表中；结构构件自振圆频率； t0h升压时间；允许延性比。. 在“常爆”动荷载作用下：1). 在无升压时间的三角形荷载作用下的动力系数，根据结构构件自振圆频率、动荷载等效作用时间t0及允许延性比值，可按公式(3-1-3)计算确定： (3-1-3) 2). 在有升压时间的平台形荷载作用下的动力系数，根据结构构件自振圆频率、动荷载升压时间tr 、动荷载等效作用时间td及允许延性比，可按公式(3-1-4)计算确定： (3-1-4) (3-1-5) 式中 动荷载升压时间对结构动力响应的影响系数； 釆用无升压时间的平台形动荷载作用下结构构件的动力系数，但应将公式(3-1-3)中改用；土中压缩波按等冲量简化的等效作用时间。用等效静荷载法，在有升压时间作用下，为了确定动力系数，均需计算结构或构件的自振圆频率。2.确定构件自振圆频率 (3-1-6)式中：顶板频率系数，可按附录表查得 d板厚 混凝土强度等级影响系数，可按附录表查得 构件的计算跨度该公式(3-1-6)是我为方便大家计算而推导的。请参阅1983年5月由我主编的，并由中国人民解放军战士出版社出版的人民防空工程结构设计手册。3-2多构件体系等效静荷载的计算方法等效静荷载法原则上只适用于单个构件，但实际结构均由梁板柱等多个构件组成，而且每一构件的延性不尽相同、升压时间不同、反射系数不同，所以用等效静荷载法设计时，应要将结构拆成单个独立构件，求出作用在各自构件上的等效静荷载。现举例如下，说明多构件体系等效静荷载的计算方法。例题：求多构件体系的四周等效静荷载标准值(图3-2-1)：图3-2-1由多构件体系组成的框架结构图.将该框架拆成为三种单个构件： 顶扳b构件 ；外墙c构件；底板D构件。.假定节点A、C为构件的弹性嵌固支座。. b、c、D构件的自振园频率和动力系数，可从上述人防工程结构设计手册(第一册)中查得。.求框架结构周边(顶板、侧墙、底板)的等效静荷载。.按框架计算求得内力。 3-3等效静荷载法的优点计算简单，并能沿用静力计算的公式和图表，因此被广大设计人员所采用。3-4 等效静荷载计算的误差可归纳为下列三种情况： 1. 计算挠度，误差最小。弯矩次之，剪力及轴力最大； 2.计算梁板体系其误差比计算拱形结构要小；3.计算均布荷载作用下的结构其误差比计算集中荷载作用下的结构要小。根据1，按等效静荷载计算，所求得梁端剪力及轴力误差最大。所以在过去的(人防规范)中将所求得的等效静荷载乘以提髙系数1.25；而现行规范将材料动力强度设计值乘以折减系数0.8(规范4.10.5、4.10.6条)。这两种系数最终结果是相等的。第四章 在爆炸动荷载作用下，确定结构构件的等效静荷载41在“常爆”动荷载作用下，结构构件等效静荷载计算1.防空地下室顶板等效静荷载计算图4-1-1结构剖面前面已经讲过 qe = Kd PC Pm作用到防空地下室顶板上成为最大的动荷载PC值，需经过下列步骤：Pm进入上部建筑物底层 通过土壤压缩波向下传递 作用到顶板PC(上部建筑物的影响系数K顶) (衰减系数Ks) (反射系数Kf)(顶板荷载均布系数Ce). 顶板等效静荷载计算公式：qeKd PC PCK顶Ce Ks KfPcm qeK顶Ce Ks Kf KdPcm (4-1-1)式中：K顶上部建筑的影响系数Ce 顶板荷载均布系数；KS 土中压缩波衰减系数Kf 顶板综合反射系数，kd 顶板动力系数Pcm常规武器地面爆炸空气冲击波最大超压 1). 求K顶上部建筑的影响系数当符合下列条件之一时, 可考虑上部建筑对常规武器地面爆炸空气冲击波超压作用的影响，此时可将空气冲击波最大超压乘以0.8系数。 上部建筑层数不少于二层, 其底层外墙为钢筋混凝土或砌体承重墙,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,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。2). 求Ce 顶板荷载均布系数； 当顶板覆土厚度小于等于0.5米时，Ce可取1.0； 当覆土厚度大于0.5米时，Ce可取0.9。 3). 求Ks 感生(间接)土中压缩波衰减系数Ks= (4-1-2)式中：h 顶板上部覆土厚度（m）； 修正系数=1.52.0 非饱和土取大值； 土的峰值压力波速（m/s）= (4-1-3)v0 土的起始压力波速(m/s)；c 土的波速比； 常规武器地面爆炸按等冲量简化的无升压时间三角形荷载等效作用时间（s）； (4-1-4)Pcm 常规武器地面爆炸空气冲击波最大超压；C 等效TNT装药量（kg）。4).求Kf 顶板综合反射系数； 当顶板覆土厚度小于等于0.5米时，Kf可取1.0； 当覆土厚度大于0.5米时，Kf可取1.5。5).求Kd (4-1-5)式中： 动荷载升压时间对结构动力响应的影响系数； 有升压时间的平台形动荷载作用下结构构件的动力系数。 (4-1-6)式中： 顶板允许延性比； 顶板自振圆频率；tr 土中压缩波的升压时间（s）； ； (4-1-7) ； (4-1-8) ； (4-1-9)常规武器地面爆炸按等冲量简化的无升压时间三角形荷载等效作用时间（s）；。6). 求 (4-1-10)式中：C 等效TNT装药量（kg）； R 爆心至作用点的距离（m）。2 防空地下室外墙等效静荷载计算. 外墙等效静荷载计算公式炸弹爆炸点直接通过土中压缩波作用在墙上的最大动荷载值，需经过下列步骤： 作用在外墙上 荷载分布情况(反射系数Kf) (均布系数Ce) (4-1-11)当顶板上部覆土厚度1m时； 近似取00 =1 R=R0此时，作用在外墙上的均布等效静荷载标准值可按下列公式计算： (4-1-12)式中： Kf 外墙综合反射系数；Ce 外墙荷载均布系数；Kd 外墙动力系数；作用点处直接产生的土中压缩波最大压力。1).求Kf 可取1.52).求Ce 查(规范)表B.0.5 3).求Kd (4-1-13)式中 ： 动荷载升压时间对结构动力响应的影响系数； (4-1-14)式中 ： 外墙允许延性比 值取3.0； 外墙自振圆频率；tr 土中压缩波的升压时间（s）； (4-1-15)R 爆心到土中结构外墙顶点O1的距离；c 土的地震波波速（m/s）有升压时间的平台形动荷载作用下结构构件的动力系数。 (4-1-16) (4-1-17)4).求 (4-1-18)式中： R 爆心至作用点的距离（m）；土的质量密度（kg/m3）；c土的地震波波速（m/s）c=200m/sW常规武器的装药重量（N），W=7.40 C；C等效TNT装药量(Kg)n土的衰减系数，按(规范)表B.0.2-1 。 例题： 某防空地下室抗常规式器(常5)非直接命中，假定一枚爆破弹(装药中心)距防空地下室顶板中心点O2的水平距离为12.25米处地表面爆炸，试计算作用在防空地下室顶板O2和外墙O1处的等效静荷载标准值qe（详图4-1-1）。图4-1-1结构剖面已知：1. 爆破弹等效TNT装药量C=272.7kg(117.5 kg)2. 防空地下室考虑上部建筑对常规武器地面爆炸空气冲击波超压作用的影响3. 防空地下室混凝土强度等级为C30，地下室层高取3m，外墙区格尺寸为3.03.0的板，板厚0.25m。4.顶板区格尺寸为4.54.5m的四边固定板，板厚为0.3m，上部覆土为1m。5.防空地下室周围土质参数查(规范表4.4.3-1、B.0.2-1) 土的应变恢复比 ；起始压力波速； 波速比； 土的地震波波速c=200m/s。解：1.求作用在顶板上的均布等效静荷载标准值 1） 求Kf 顶板综合反射系数， 覆土厚度大于0.5米时，Kr取1.5。 2） 求Ce 顶板荷载均布系数 覆土厚度大于0.5米时，取0.9。3） 求常规武器地面爆炸空气冲击波最大超压 式中：C 等效TNT装药量（kg）； C=272.7kgR 爆心至作用点的距离（m）。 R=12.25m代入公式得： =0.34（N/mm2）4）求Ks 土中压缩波衰减系数Ks= 式中： h 顶板上部覆土厚度（m）； h=1m 修正系数=1.52.0； 现取= 2.0 土的峰值压力波速（m/s）；=（m/s） 常规武器地面爆炸按等冲量简化的无升压时间三角形等效作用时间（s）。 将和C代入上式得：=0.0044（s）KS=0.555）求Kd 顶板动力系数式中： 动荷载升压时间对结构动力响应的影响系数； 有升压时间的平台形动荷载作用下结构构件的动力系数。 式中： 顶板允许延性比； 值取4.0 顶板自振圆频率； tr 土中压缩波的升压时间（s）；=（s） =（s）代入上式得：=0.62=0.97=1.5 （N/mm2）=151（KN/m2）防空地下室考虑上部建筑对常规武器地面爆炸空气冲击波超压作用的影响=151（KN/m2）2.求作用在外墙上的均布等效静荷载标准值可按下列公式计算：当顶板上部覆土厚度1m时； 近似取00 =1 R=R0此时，作用在外墙上的均布等效静荷载标准值可按下列公式计算：图4-1-1结构剖面1）求Kf 外墙综合反射系数， 取1.52） 求 外墙荷载均布系数查规范表B.0.5得0.923）求Kd 外墙动力系数式中 ： 动荷载升压时间对结构动力响应的影响系数；有升压时间的平台形动荷载作用下结构构件的动力系数， 式中 ： 外墙允许延性比 值取3.0 外墙自振圆频率查得外墙频率系数=24.05（假定值）tr 土中压缩波的升压时间（s）；R 爆心到土中结构外墙顶点O1的距离c 土的地震波波速（m/s） c=200m/s=（s） =（s）代入上式得：=1.17=0.954).求 作用点处直接产生的土中压缩波最大压力（KN/m2） 式中： R 爆心至作用点的