PKPMCAD在人防地下室结构计算及绘图中的应用

的应用1 引言

人防地下室建设是我国经济建设时期人民防空工程建设的重要

内容,也是城市地下空间开发利用的组成部分。1997年1月1日开始施行的“中华人民共和国人民防空法”明确提出:“人民防空实行长期准备、重点建设、平战结合的方针,贯彻与经济建设协调发展,与城市建设相结合的原则”;并规定“城市新建民用建筑,按照国家有关规定修建战时可用于防空的地下室”。结合民用建筑修建战时可用于防空的地下室是一项长期的战略任务,而防空地下室的设计关系到战时人民群众的生命安全,因此必收稿日期:2002—12—10 作者简介:刘俊希.工程设计院高级工程师。须严格执行国家的设计规范。1995年建设部发布了国家标准“人民防空地下室设计规范【GB50038—94]”,对防空地下室的设计做了明确的规定。由于该规范在结构设计中的规定与现有的钢筋混凝土规范有所不同,在使用PKPMCAD进行结构计算时,该软件只考虑了整体结构计算时的问题,对于人防地下室的底板和顶板的计算和绘图没有专门的方法,所以设计人员都是通过手算的方法来解决这些问题,因此在做板的配筋施工图时也不能直接使用PM 直接成图,给结构设计工作带来了很多麻烦。

由北京矿冶研究总院承接的北京四中教学楼和石狮妇女儿童活

动中心的工程设计都涉及到人防地下室的结构计算和绘图。为了能充分地使用计算机维普资讯 ? 100 ?矿冶

绘图和计算的功能,经过对规范和PKPMCAD软件的分析,采用调整系数的方法解决了以上的问题,该方法的使用通过了北京市和泉州人防办的审查认可。

2 人防地下室顶板和底板的结构形式

与荷载取值

2.1 顶板

防空地下室结构顶板,一般都是由人防荷载起控制作用。作用在顶板上等效静荷载值除了与抗力等级有关外,还与顶板结构最大短边净跨及覆土厚度有关,对5、6级防空地下室顶板还应区分是否考虑上部建筑物的影响。平顶顶板结构,可根据不同情况按规范表4.5。2规定的顶板等效静荷载值取用。在确定顶板厚度时,应注意满足防早期核辐射要求。规范表3.2.3系将其折合成土体最小防护厚度给出满足防早期核辐射所需要的值,在具体设计中可用规范3.2.3式把土体与混凝土厚度根据两者的比值进行换算。由于材料重力密度愈大,对早期核辐射削弱作用愈显著,所以用混凝土材料防早期核辐射可比用土所需厚度小。当防空地下室上部为普通地下室或管道层时,如满足规范3.2.4条规定的条件,可考虑该层顶板对早期核辐射的防护作用,在确定防空地下室结构顶板防早期核辐射所需厚度时,可把上层顶板厚度计算在内。

防空地下室结构顶板一般采用叠合板、现浇整体式梁板或无梁楼盖等结构形式,在北京四中教学楼和石狮妇女儿童活动中心的工程设计中均按现浇整体式梁板进行设计。

2.2 底板

在核爆动荷载作用下可不验算地基强度与变形,因此防空地下室基础底面积由平时荷载确定。在核爆动荷载作用下,只需验算基础强度。由于规范规定对整体基础底按均布荷载考虑,因此在人防荷载作用下可按刚性基础分析内力。底板等效静荷载值一般可按规范表

4.5.5确定,当不满足该表给出的条件时,应根据顶板荷载值另行计算确定。规范规定计人上部建筑物影响的,5级防空地下室顶板上超压取0.95 P 、6级取1.0jb 。因此,对5级防

空地下室底板,当不计入上部建筑物影响时,其等效静荷载值,应在相应的计人上部建筑物影响底板等效静荷载值再除以0.95系数后取用。而对6级防空地下室底板,不论是否计人上部建筑物影响均可取同一数值。由于在核爆动荷载作用下,地基反力是由被动土压力产生,因此当基础位于地下水位以上时,仅由独立基础承受核爆动荷载作用;如独立基础可能位于地下水位以下时,因在人防荷载作用下可能会产生较大位移,故不宜采用独立基础,而应按整体底板计算。

在北京四中教学楼和石狮妇女儿童活动中心的工程设计中,均按现浇整体底板进行设计。3 人防地下室顶板和底板的计算方法

3.1 结构荷载组合的取值

可以根据地下室的抗力等级,查“人民防空地下室设计规范[GB50038—94]”中的表4.3.14,得到荷

载组合值,其中各项荷载的标准值的取用可按该规范的要求选取,本文不再赘述。

3.2 承载力计算方法

人防地下室结构在确定等效荷载和静荷载后,可按静力计算方法进行结构内力分析,对于超静定的钢筋混凝土结构,可按由非弹性变形产生的塑性内力重分布计算内力。

其承载力设计应采用如下极限状态设计表达式:

yo(yGSGK+~QSQK)≤ R (1)R : R(厂 d,, ? ?) (2)式中:yo 是结构重要性系数,取1.0;7G是永久荷载分项系数,当其效应对结构不利时取1.2、有利时取1.0;SGK是永久荷载效应标准值; yQ是等效静荷载分项系数,取1.0;SoK为等效静荷载效应标准值; R为结构构件承载力设计值;R(?)为结构构件承载力函数;厂cd、

分别为混凝土和钢筋的动力强度设计值;ak为几何参数标准值,当几何参数的变异性对结构性能有明显影响时,可另增加一个计人其不利影响的附加值a0。

3.3 材料动力强度设计值

在核爆动荷载与静荷载同时作用或核爆动荷载单独作用下,材料动力强度设计值可取静荷载作用下材料强度设计值乘以材料强度综

合调整系数yd,y 按“人民防空地下室设计规范”表4.6.3的规定取值。

3.4 弹性模量

在核爆动荷载与静荷载同时作用或核爆动荷载单独作用下,混凝土和砌体的弹性模量可取静荷载作用时的1.2倍;钢材的弹性模量及各种材料的泊松比,均可取静荷载作用时的数值。

3.5 折减系数

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当板的周边支座横向伸长受到约束时,其跨中截面的计算弯矩值可乘以折减系数0.7;如在板的计算中已计入轴力的作用,则不应再乘折减系数。4 用PMCAD 对防空地下室顶板的计算和绘图在使用PMCAD对防空地下室现浇整体式梁板结构顶板进行计算时,要在主菜单的构件定义中将混凝土的强度等级按“人民防空地下室设计规范”表4.6.3的规定,取静荷载作用下材料强度设计值乘以材料强度综合调整系数yd,按混凝土规范中混凝土强度等级相应的值替代。

在主菜单的荷载定义中应将顶板荷载按人防荷载组合值输入,在程序运行到画结构平面图的主菜单时,程序显示4项菜单提示修改计算楼板配筋和画结构平面图的有关参数,可用光标点取修改配筋参数一项,将钢筋的强度等级按“人民防空地下

室设计规范”表4.6.3的规定,取静荷载作用下材料强度设计值乘以材料强度综合调整系数y ,按混凝土规范中钢筋强度等级相应的值替代。

然后程序就可以按一般的现浇整体式梁板结构对防空地下室现浇整体式梁板结构顶板进行计算,并在PM 中直接绘制出顶板的配筋图,从而省去了手算的麻烦。

5 用PMCAD 对防空地下室底板的计算和绘图