河南省建筑职业技术学院 河南郑州 450000
摘要:冲击波:空气冲击波的简称。武器爆炸在空气中形成的具有空气参数强间断面的纵波。抗震措施:除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,包括抗震构造措施。抗震构造措施:根据抗震概念设计的原则,一般不需要计算而对结构和非结构部分必须采取的各种要求。在结构设计过程中常有工程师认为:模型建立时人防荷载的作用足够抵消民用荷载的作用,这种思维在人防荷载为核六级(荷载为55kn/㎡,60kn/㎡)时是不正确的,尤其是当人防荷载临近主楼附近是,消防车所造成的影响大于人防荷载。
关键词:等效荷载标准值;动力系数;材料性能;延性系数;抗震等级;地震放大系数;地震作用;场地
未来爆发核大战的可能性已经很小,但是这种威胁依然存在。所以有必要建设具有防爆功能的人防建筑。它的作用在于有效预防核武器和常规武器的爆炸对广大人民群众造成伤害。抗震设计的目的在于,防止地震作用对人民群众的伤害。
人防设计及抗震设计的目的从本质上来讲是相同的,但计算的过程有不同之处。
1 人防设计与抗震设计的比较
1.1 材料工作状态
人防设计和抗震设计中,各种材料的基本性能和外部使用环境是相同的,比如:材料的耐久性、耐腐蚀性、防火性能、抗渗性。此两种设计过程中最大的区别在于:对于防空地下室中钢筋混凝土结构构件来说,处于屈服后开裂状态仍属正常工作状态,而对于普通混凝土结构构件的裂缝有严格的限值。基于人防建筑的这种特性,人防建筑中不得使用冷扎带肋钢筋、冷拉钢筋等经过冷加工出的钢筋。因为这些钢筋的伸长率低、塑性变形能力差,延性不好。正是因为这些不同,《人民防空地下室规范》4.2节给出了不同材料的强度放大系数。《人民防空地下室规范》4.2.3给出了钢筋、混凝土、砌体的放大系数。4.2.4中给出混凝土、砌体弹性模量的放大系数。这些放大系数都是基于人防工程中允许构件的材料屈服开裂,经过大量的试验而确定的。
1.2 人防结构和民用结构锚固搭接的关系
在抗震设计中我们根据《混凝土设计规范》中8.3.1计算基本锚固长度lab=ɑfy/ftd(式8.3.1-1),根据受拉钢筋的锚固条件不同进行调整la=?alab(式8.3.1-3),然后根据抗震等级乘以抗震调整系数,laE=?alab(式11.1.7-1)。纵向受拉钢筋抗震锚固长度修正系数,对于一二级抗震等级为1.15,对三级抗震等级取1.15,对四级抗震等级取1.00。抗震时搭接也采用相同的公式,详见11.1.7-2。
《人民防空地下室设计规范》中对纵向受力钢筋的锚固和连接接头应符合规范4.11.6中式4.11.6-1 :laF=1.05la ,la为普通钢筋混凝土受拉钢筋的锚固长度。在4.11.6的条文说明中明确规定:本条根据防空地下室结构的受力特点,参考《混凝土结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》的规定提出,与三级抗震一致。此处所述为:人防的锚固长度的构造最低要求相当于民用结构三级抗震锚固长度要求。
1.3 人防结构和民用结构锚固和搭接的对比
在《人民防空地下室设计规范》中(式4.11.6-2)规定了采用绑扎搭接接头时,纵向受拉钢筋搭接接头的搭接长度llF=?alAf 。此处纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按照表4.11.6采用。
在《混凝土结构设计规范》中式8.4.4钢筋绑扎搭接接头的搭接长度,应根据位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率按照式8.4.4计算且其值不应小于300mm。式8.4.4:ll:=?lla 。?l为纵向受拉钢筋搭接长度修正系数,按照表8.4.4取用。
人防结构和民用结构搭接的相同点在于:此两者的纵向受拉钢筋搭接长度修正系数完全相同。如下表:
人防结构和民用结构搭接的不相同点在于:《混凝土结构设计规范》中式8.4.4的la为受拉钢筋的锚固长度由式8.1.1-1 lab=afy/ftd计算出受拉钢筋的基本锚固长度,把其中的lab带入8.1.1-3 la= ?alab得到受拉钢筋的计算锚固长度,同时此计算锚固长度还要符合如下构造规定当锚固钢筋的保护层厚度不大于5d时,锚固长度范围内应配置横向构造钢筋,其长度不应小于d/4:对梁柱板等平面构件间距不应大于10d,且不应大于100mm,此处d为锚固钢筋的直径。?a为纵向受拉普通钢筋的的锚固长度修正系数,按照8.3.2取用,其中需要注意的8.3.2条第四款:当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时,修正系数取设计计算面与实配钢筋面积的比值,但对有震设防要求及直接承受动力荷载的机构构件,不考虑此项修正。在人防设计中,所有的爆炸荷载按照动荷载来考虑,所以人防设计中计算la时候不考虑8.3.2第四款中的设计计算面与实配钢筋面积的比值的修正。
而《人民防空地下室设计规范》纵向受拉钢筋的搭接长度由式4.11.6-1 laF=1.05la,计算出laf把它带入式4.11.6-2:laF= ?laF。在设计及施工中要注意,民用抗震搭接和人防搭接的区别在于,此处la的修正系数不得采用《混凝土结构设计规范》8.3.2中第四款所述修正,但是多一个1.05放大系数。
2 人防荷载的计算分析
2.1 人防构件及人防荷载的作用分析
人防设计和抗震设计中,各种材料的基本性能和外部使用环境是相同的如:材料的耐久性、耐腐蚀性、防火性能、抗渗性。此两种设计过程中最大的区别是防空地下室钢筋混凝土结构构件处于屈服后开裂状态仍属正常工作状态,而普通混凝土结构构件的裂缝有严格的限值。基于人防建筑的这种特性,人防建筑中不得使用冷扎带肋钢筋、冷拉钢筋等经过冷加工出的钢筋,因为这些钢筋的伸长率低、塑性变形能力差,延性不好。正是因为这些不同,《人民防空地下室规范》4.2节材料中给出了不同材料的强度放大系数。《人民防空地下室规范》4.2.3给出了钢筋、混凝土、砌体的放大系数,以三级钢为例放大西施为1.2,4.2.4中给出混凝土、砌体弹性模量的放大系数以混凝土为例,当混凝土为C55以下时,材料放大系数位1.5。
核五人防顶板荷载组合为1.0D+1.0,故当防护等级为核六时荷载为55KN/㎡(60KN/㎡),这意味着在梁计算过程中计入人防构件材料放大系数,构件能承受的等量荷载为(1.2x18+55)x1.25=83.25KN。
以下分析为民用荷载作用分析:民用荷载组合为1.2D+1.4L,当浮土为1.2m时,民用荷载组合为1.2x18x1.2+1.4x30=25.29+42=67.29.。按照抗震规范中6.2.2中框架柱端弯矩增大系数对于框架结构一二三四级可分别取1.7、1.5、1.3、1.2。按照此公式分析,在民用结构中主楼附属范围内最后框架柱端所承受的等量荷载分别为:一级为1.7X67.29=114.4、二级为1.5x67.29=100.9,三级为1.3x67.29=87.49,四级为1.2x67.29=80.75.
2.2 对比分析
当主楼抗震等级为四级时,浮土深度为1.2m,人防等级为核六,采用三级钢时在在计算过程纵人防等量荷载大于民用荷载作用效应。
当主楼抗震等级为三级及三级以上时,浮土深度为1.2m,人防等级为核六,采用三级钢时在在计算过程纵人防等量荷载小于民用荷载作用效应。
3 结论
由以上分析可得常有结构工程师认为:模型建立时人防荷载的作用足够抵消民用荷载的作用,这种思维在人防荷载为核六级(荷载为55kn/㎡,60kn/㎡)时是不正确的,尤其是当人防荷载临近主楼附近是,消防车所造成的影响大于人防荷载。
参考文献:
[1]《人民防空地下室设计规范》GB 50038—2005。
[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010。
论文作者:张彦,孙世伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第21期
论文发表时间:2018/1/5
标签:人防论文; 荷载论文; 钢筋论文; 锚固论文; 系数论文; 长度论文; 地下室论文; 《建筑学研究前沿》2017年第21期论文;