江文科
广州市人防建筑设计研究院有限公司
摘要：本文介绍单建式人防地下室外墙计算分析
关键词：单建式人防地下室外墙；单个构件分析；整体构件分析
防空地下室结构在常、核武器爆炸动荷载作用下，其动力分析均可采用等效静荷载法，等效静荷载法一般适用于单个构件，然而防空地下室结构是个多构件体系，有顶、底板、外墙、梁和柱等构件，其中顶、底板与外墙则直接受到不同峰值的外加动荷载，由于动荷载作用的时间有先后，动荷载的变化规律也不一致，因此对结构体系进行综合的精确分析是较为困难的，故一般的人防地下室设计中，我们采用的都是近似方法，将人防地下室结构拆成单个构件来计算分析，构件之间支座条件按近于实际支承情况选取。另外规范也提出了一点，对通道或者其它简单、规则的结构，也可近似作为一个整体构件按等效静荷载法进行动力计算，在我们所做的单建式人防工程中，有一部分结构是比较简单规则的，尤其是在城市道路下建设的长条状地下室，地下室宽度一般与道路宽度相近，沿道路方向宽度无变化，类似于通道结构，下面我们就这种结构分别按单个构件来计算分析和整体构件计算分析两种方法，来对比地下室外墙的内力情况。
现举下例说明。现有一城市道路下单建式人防地下室，地下一层，层高为5.5米，覆土2.5米，设计水位为覆土面，防核（常）武器抗力级别为6级，顶板等效静荷载取75kN/m2，外墙等效静荷载取45kN/m2，底板（筏板基础）等效静荷载50kN/m2，砼等级为C35，钢筋等级为HRB400，横向跨度均为8米，纵向开间均为8.4米，局部平面图详图1，顶、底板与外墙均为0.5米厚，柱截面为0.8mx0.8m，柱帽尺寸均为3mx3mx0.5m（不含板厚），剖面图详图2。
图2 剖面图
鉴于只分析等效静荷载法，现只采取人防工况进行内力比较，经过计算，各构件人防工况组合下的荷载设计值分别约为：顶板150 kN/m2；外墙上端87 kN/m2，外墙下端179.4kN/m2；底板为152 kN/m2。
先采取将地下室结构拆成单个构件来计算分析的方法。顶、底板采用人防理正软件中的无梁楼盖模块（等代框架法）进行计算。顶板的计算模型、荷载如图3所示，内力如图4所示；底板的计算模型、荷载如图5所示，内力如图6所示；外墙采用人防理正连续梁模块进行计算，计算模型、荷载及内力如图7所示。
图4 顶板与外墙全截面弯矩图（kN*m*8.4m）
图7 外墙计算模型（单构件）、荷载图（kN/m2）及弯矩图（kN*m/m）
从节点平衡条件可知，顶、底板与外墙交接处按固端考虑时，顶、底板与外墙的端弯矩应相等，但是按结构拆成单个构件来计算分析时，无法考虑不同构件节点处的内力平衡关系，从而也就得不到节点的平衡，从上述构件的内力图中可知，顶板与外墙交接处，顶板负弯矩为427.6 kN*m/m（3592/8.4＝427.6），而外墙负弯矩为284.9 kN*m/m，相差了142.7kN*m/m，相差幅度为33%；底板与外墙交接处，底板负弯矩为436 kN*m/m（3663/8.4＝436），而外墙负弯矩为317.6 kN*m/m，相差了118.4kN*m/m，相差幅度为27%。由此可知，因为没有考虑到顶、底板构件对外墙的作用，外墙支座处的计算偏于不安全。
从图3~图6我们可以看到，计算模型已经考虑了外墙与顶、底板的整体作用，但外墙的内力还不能按图4与图6叠加，因为两者都加了外墙荷载，属于重复计算，我们只要再计算一个只加载底板荷载的模型（详见图8）计算得出的外墙内力（详见图9）与图4叠加，即可得到整体分析的外墙内力。
图9 底板与外墙全截面弯矩图（kN*m*8.4m）
由图4和图9叠加得顶、底板柱上板带范围的外墙上、下端的负弯矩分别为：
（3592-1404）x0.75/4.2=390.7 kN*m/m
（1253+2850）x0.75/4.2=732.6kN*m/m
因图4中外墙跨中出现最大正弯矩的位置与图9中出现0弯矩的位置相近，顶、底板柱上板带范围外墙跨中正弯矩最大值约为：649 x0.75/4.2=109.6kN*m/m上式中，0.75为柱上板带分配系数，4.2为柱上板带宽度（单位为米）。
综上所述，按结构拆成单个构件来计算和采用整体计算的外墙弯矩对比如下表所示。
外墙弯矩对比表（kN*m/m）
由上表可以了解到，整体构件分析时，顶、底板柱上板带范围外墙弯矩与单个构件分析时的差异更大，尤其是外墙与底板交接处，弯矩差值更是超过了整体计算时的50%，极有可能因配筋不足而导致外墙根部的开裂。而对于外墙的跨中正弯矩计算，拆成单个构件计算时也因没有考虑到顶、底板对外墙跨中弯矩的有利作用而比整体分析时要大一些。总的来说，单个构件分析时，外墙上、下端负弯矩计算偏于不安全，外墙跨中弯矩计算偏于保守。
为了满足外墙与顶、底板交接处的弯矩平衡，在具体做施工图时，此处的钢筋做法应考虑弯矩的传递，不宜在交接处断开，而应该将外墙的外侧钢筋伸入到顶、底板中一定长度，代替顶、底板在此处的附加支座钢筋，同样的，顶板的板面钢筋以及底板的板底钢筋也不宜在与外墙的交接处断开，而应该伸入外墙中一定长度，代替外墙在此处的附加支座钢筋。具体的做法如下图所示。
图10 顶板与外墙交接 图11 底板与外墙交接
如果是梁板结构，当板与外墙交接处为受力边且考虑边界条件为固端时，也应该按上面所述考虑板与墙间的传力。另外值得一提的是，上述只是人防工况下的比较，实际工程中有可能顶板是人防工况（承载能力极限状态）控制，外墙与底板由最大裂缝宽度（正常使用极限状态）控制，因此必须计算两种状态下的配筋结果，以大者为准。
参考文献：
[1]《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005[S].
[2]《防空地下室结构设计》（2007年合订本）FG01~05[S].
论文作者:江文科
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：外墙论文; 弯矩论文; 底板论文; 荷载论文; 构件论文; 人防论文; 地下室论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;