4.6.1 當采用等效靜荷載法進行結(jié)構(gòu)動力計算時,宜將結(jié)構(gòu)體系拆成頂板、外墻、底板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件,分別按單獨的等效單自由度體系進行動力分析。
4.6.2 在常規(guī)武器爆炸動荷載或核武器爆炸動荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài)均可用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]表示。對砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件,允許延性比[β]值應(yīng)取1.0;對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件,允許延性比[β]可按表4.6.2取值。 表4.6.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]值
4.6.3 在常規(guī)武器爆炸動荷載作用下,頂板、外墻的均布等效靜荷載標準值,可分別按下列公式計算確定:
式中 qce1、qce2——分別為作用在頂板、外墻的均布等效靜荷載標準值。
pc1、pc2——分別為作用在頂板、外墻的均布動荷載最大壓力(kN/m2);
Kdc1、Kdc2——分別為頂板、外墻的動力系數(shù),可按本規(guī)范第4.6.5條確定。
4.6.4 在核武器爆炸動荷載作用下,頂板、外墻、底板的均布等效靜荷載標準值,可分別按下列公式計算確定:
式中 qe1、qe2、qe3——分別為作用在頂板、外墻及底板的均布等效靜荷載標準值;
Pc1、Pc2、Pc3——分別為作用在頂板、外墻及底板的動荷載最大壓力(kN/m2);
Kd1、Kd2、Kd3——分別為頂板、外墻和底板的動力系數(shù),可按本規(guī)范第4.6.5條及第4.6.7條確定。
4.6.5 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動力系數(shù)Kd,應(yīng)按下列規(guī)定確定:
1 當常規(guī)武器爆炸動荷載波形簡化為無升壓時間的三角形時,根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件自振圓頻率ω、動荷載等效作用時間t0及允許延性比[β]按下列公式計算確定:
2 當常規(guī)武器爆炸動荷載的波形簡化為有升壓時間的三角形時,根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件自振圓頻率ω、動荷載升壓時間tr、動荷載等效作用時間td及允許延性比[β]按下列公式計算確定:
式中 ξ ——動荷載升壓時間對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響系數(shù);
Kd——無升壓時間的三角形動荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動力系數(shù),應(yīng)按式(4.6.5-1)計算確定,此時式中t0改用td;
3 當核武器爆炸動荷載的波形簡化為無升壓時間的三角形時,根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]按下列公式計算確定:
4 當核武器爆炸動荷載的波形簡化為有升壓時間的平臺形時,根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件自振圓頻率ω、升壓時間t0h及允許延性比[β]按表4.6.5確定。
表4.6.5 動力系數(shù)Kd
4.6.6 按等效靜荷載法進行結(jié)構(gòu)動力分析時,宜取與動荷載分布規(guī)律相似的靜荷載作用下產(chǎn)生的撓曲線作為基本振型。確定自振圓頻率時,可不考慮土的附加質(zhì)量影響。
4.6.7 在核武器爆炸動荷載作用下,結(jié)構(gòu)底板的動力系數(shù)Kd3可取1.0,擴散室與防空地下室內(nèi)部房間相鄰的臨空墻動力系數(shù)可取1.30。
條文說明 4.6 結(jié)構(gòu)動力計算
4.6.1 等效靜荷載法一般適用于單個構(gòu)件。然而,防空地下室結(jié)構(gòu)是個多構(gòu)件體系,如有頂、底板、墻、梁、柱等構(gòu)件,其中頂、底板與外墻直接受到不同峰值的外加動荷載,內(nèi)墻、柱、梁等承受上部構(gòu)件傳來的動荷載。由于動荷載作用的時間有先后,動荷載的變化規(guī)律也不一致,因此對結(jié)構(gòu)體系進行綜合的精確分析是較為困難的,故一般均采用近似方法,將它拆成單個構(gòu)件,每一個構(gòu)件都按單獨的等效體系進行動力分析。各構(gòu)件之間支座條件應(yīng)按近于實際支承情況來選取。例如對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),頂板與外墻之間二者剛度相接近,可近似按固端與鉸支之間的支座情況考慮。在底板與外墻之間,由于二者剛度相差較大,在計算外墻時可視作固定端。
對通道或其它簡單、規(guī)則的結(jié)構(gòu),也可近似作為一個整體構(gòu)件按等效靜荷載法進行動力計算。
4.6.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β],系指構(gòu)件允許出現(xiàn)的最大變位與彈性極限變位的比值。顯然,當[β]≤1時,結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段;當[β]>1時,構(gòu)件處于彈塑性工作階段。因此允許延性比雖然不完全反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度、撓度及裂縫等情況,但與這三者都有密切的關(guān)系,且能直接表明結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處極限狀態(tài)。根據(jù)試驗資料,用允許延性比表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài),既簡單適用,又比較合理,故本次規(guī)范修訂時仍沿用按允許延性比表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作狀態(tài)。
結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比,主要與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料、受力特征及使用要求有關(guān)。如結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較大的允許延性比,則能較多地吸收動能,對于抵抗動荷載是十分有利的。本條確定在核武器爆炸動荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許延性比[β]值時,主要參考了以下資料:
1 試驗研究成果:
1) 磚砌體和混凝土軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計延性比可取1.1~1.3;
2) 鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計延性比,一般可按表4-2取用。 表4-2 鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計延性比
2 有關(guān)規(guī)定:
1) 當β=1時,鋼筋應(yīng)力不大于計算應(yīng)力,結(jié)構(gòu)無殘余變形;
2) 當β=2~3時,受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)微細裂縫,但觀察不到穿透裂縫,仍保持結(jié)構(gòu)的承載力和氣密性;
3) 當β=4~5時,用于不要求保持氣密性和密閉性的防護建筑外墻;
3 《人民防空工程設(shè)計資料》提出:
1) 對于不要求保持密閉性的人防工事取延性比為4~5;
2) 對于要求保持密閉性的人防工事取延性比為2~3;
4 《防護結(jié)構(gòu)設(shè)計原理和方法》(《美國空軍手冊》)推薦使用延性系數(shù)值為:
1) 對于較脆性的結(jié)構(gòu),取1~3;
2) 對于中等脆性的結(jié)構(gòu),取2~3;
3) 對于完全柔性的結(jié)構(gòu),取10~20。
綜合上述資料,本條規(guī)定在核武器爆炸動荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]按表4.6.2取值。
由于防空地下室不考慮常規(guī)武器的直接命中,只按防非直接命中的地面爆炸作用設(shè)計,常規(guī)武器爆炸動荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件往往只產(chǎn)生局部作用;又由于常規(guī)武器爆炸動荷載作用時間較短(相對于核武器爆炸動荷載),易使結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生變形回彈,故本條規(guī)定在常規(guī)武器爆炸動荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許延性比可比核武器爆炸作用時取的大一些,以充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的塑性性能,更多地吸收爆炸能量。
4.6.5 本條給出的動力系數(shù)計算公式是將結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡化為等效單自由度體系,進行無阻尼彈塑性體系強迫振動的動力分析得出的。
當核武器爆炸動荷載波形為無升壓時間的三角形時,由于其有效正壓作用時間遠大于結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大變位的時間,因此其等效作用時間可進一步近似取為無窮大,即可看成突加平臺形荷載。在突加平臺形荷載作用下,動力系數(shù)僅與結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許延性比有關(guān),而與結(jié)構(gòu)的其它特性無關(guān)。
當核武器爆炸動荷載的波形為有升壓時間平臺形時,按下式進行計算,并取其包絡(luò)線,得出對應(yīng)各種不同[β]值的Kd值:
對于一般鋼筋混凝土受彎或大偏心受壓構(gòu)件,按上式求得的Kd值可能小于1.05,從偏于安全考慮,取Kd≥1.05。為方便設(shè)計,該動力系數(shù)以表格形式給出。
4.6.6 按等效單自由度體系進行結(jié)構(gòu)動力分析時,較為重要的問題是正確選擇振型。在強迫振動下哪一種主振型占主要成分與動載的分布形式有很大關(guān)系,一般來說與以動載作為靜載作用時的撓曲線相接近的主振型起著主導(dǎo)作用,因此宜取將動載視作靜載所產(chǎn)生的靜撓曲線形狀作為基本振型。通常即使振動形狀稍有差別,對動力分析結(jié)果并不會產(chǎn)生明顯影響。為了簡化計算,也可挑選一個與靜撓曲線形狀相近的主振型作為假定基本振型,如對均布荷載下簡支梁可取第一振型,對三跨等跨連續(xù)梁可取第三振型。
由于本規(guī)范在動荷載確定中已考慮了土與結(jié)構(gòu)的相互作用影響,所以在計算土中結(jié)構(gòu)自振頻率時,不再考慮覆土附加質(zhì)量的影響。
4.6.7 作用在結(jié)構(gòu)底板上的動荷載主要是結(jié)構(gòu)受到頂板動荷載后往下運動使地基產(chǎn)生的反力。由于底板動荷載升壓時間較長,故其動力系數(shù)可取1.0。
擴散室與防空地下室內(nèi)部房間相鄰的臨空墻只承受消波系統(tǒng)的余壓作用,臨空墻的允許延性比取1.5,按公式(4.6.5-4)計算動力系數(shù)為1.5??紤]到擴散室的擴散作用,動力效應(yīng)降低,動力系數(shù)乘以0.85的折減系數(shù)后取1.3。
4.6.2 在常規(guī)武器爆炸動荷載或核武器爆炸動荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài)均可用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]表示。對砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件,允許延性比[β]值應(yīng)取1.0;對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件,允許延性比[β]可按表4.6.2取值。 表4.6.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]值
4.6.3 在常規(guī)武器爆炸動荷載作用下,頂板、外墻的均布等效靜荷載標準值,可分別按下列公式計算確定:
式中 qce1、qce2——分別為作用在頂板、外墻的均布等效靜荷載標準值。pc1、pc2——分別為作用在頂板、外墻的均布動荷載最大壓力(kN/m2);
Kdc1、Kdc2——分別為頂板、外墻的動力系數(shù),可按本規(guī)范第4.6.5條確定。
4.6.4 在核武器爆炸動荷載作用下,頂板、外墻、底板的均布等效靜荷載標準值,可分別按下列公式計算確定:
式中 qe1、qe2、qe3——分別為作用在頂板、外墻及底板的均布等效靜荷載標準值;Pc1、Pc2、Pc3——分別為作用在頂板、外墻及底板的動荷載最大壓力(kN/m2);
Kd1、Kd2、Kd3——分別為頂板、外墻和底板的動力系數(shù),可按本規(guī)范第4.6.5條及第4.6.7條確定。
4.6.5 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動力系數(shù)Kd,應(yīng)按下列規(guī)定確定:
1 當常規(guī)武器爆炸動荷載波形簡化為無升壓時間的三角形時,根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件自振圓頻率ω、動荷載等效作用時間t0及允許延性比[β]按下列公式計算確定:
2 當常規(guī)武器爆炸動荷載的波形簡化為有升壓時間的三角形時,根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件自振圓頻率ω、動荷載升壓時間tr、動荷載等效作用時間td及允許延性比[β]按下列公式計算確定:
式中 ξ ——動荷載升壓時間對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響系數(shù);Kd——無升壓時間的三角形動荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動力系數(shù),應(yīng)按式(4.6.5-1)計算確定,此時式中t0改用td;
3 當核武器爆炸動荷載的波形簡化為無升壓時間的三角形時,根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]按下列公式計算確定:
4 當核武器爆炸動荷載的波形簡化為有升壓時間的平臺形時,根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件自振圓頻率ω、升壓時間t0h及允許延性比[β]按表4.6.5確定。
表4.6.5 動力系數(shù)Kd
4.6.6 按等效靜荷載法進行結(jié)構(gòu)動力分析時,宜取與動荷載分布規(guī)律相似的靜荷載作用下產(chǎn)生的撓曲線作為基本振型。確定自振圓頻率時,可不考慮土的附加質(zhì)量影響。4.6.7 在核武器爆炸動荷載作用下,結(jié)構(gòu)底板的動力系數(shù)Kd3可取1.0,擴散室與防空地下室內(nèi)部房間相鄰的臨空墻動力系數(shù)可取1.30。
條文說明 4.6 結(jié)構(gòu)動力計算
4.6.1 等效靜荷載法一般適用于單個構(gòu)件。然而,防空地下室結(jié)構(gòu)是個多構(gòu)件體系,如有頂、底板、墻、梁、柱等構(gòu)件,其中頂、底板與外墻直接受到不同峰值的外加動荷載,內(nèi)墻、柱、梁等承受上部構(gòu)件傳來的動荷載。由于動荷載作用的時間有先后,動荷載的變化規(guī)律也不一致,因此對結(jié)構(gòu)體系進行綜合的精確分析是較為困難的,故一般均采用近似方法,將它拆成單個構(gòu)件,每一個構(gòu)件都按單獨的等效體系進行動力分析。各構(gòu)件之間支座條件應(yīng)按近于實際支承情況來選取。例如對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),頂板與外墻之間二者剛度相接近,可近似按固端與鉸支之間的支座情況考慮。在底板與外墻之間,由于二者剛度相差較大,在計算外墻時可視作固定端。
對通道或其它簡單、規(guī)則的結(jié)構(gòu),也可近似作為一個整體構(gòu)件按等效靜荷載法進行動力計算。
4.6.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β],系指構(gòu)件允許出現(xiàn)的最大變位與彈性極限變位的比值。顯然,當[β]≤1時,結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段;當[β]>1時,構(gòu)件處于彈塑性工作階段。因此允許延性比雖然不完全反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度、撓度及裂縫等情況,但與這三者都有密切的關(guān)系,且能直接表明結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處極限狀態(tài)。根據(jù)試驗資料,用允許延性比表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài),既簡單適用,又比較合理,故本次規(guī)范修訂時仍沿用按允許延性比表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作狀態(tài)。
結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比,主要與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料、受力特征及使用要求有關(guān)。如結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較大的允許延性比,則能較多地吸收動能,對于抵抗動荷載是十分有利的。本條確定在核武器爆炸動荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許延性比[β]值時,主要參考了以下資料:
1 試驗研究成果:
1) 磚砌體和混凝土軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計延性比可取1.1~1.3;
2) 鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計延性比,一般可按表4-2取用。 表4-2 鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計延性比
2 有關(guān)規(guī)定:1) 當β=1時,鋼筋應(yīng)力不大于計算應(yīng)力,結(jié)構(gòu)無殘余變形;
2) 當β=2~3時,受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)微細裂縫,但觀察不到穿透裂縫,仍保持結(jié)構(gòu)的承載力和氣密性;
3) 當β=4~5時,用于不要求保持氣密性和密閉性的防護建筑外墻;
3 《人民防空工程設(shè)計資料》提出:
1) 對于不要求保持密閉性的人防工事取延性比為4~5;
2) 對于要求保持密閉性的人防工事取延性比為2~3;
4 《防護結(jié)構(gòu)設(shè)計原理和方法》(《美國空軍手冊》)推薦使用延性系數(shù)值為:
1) 對于較脆性的結(jié)構(gòu),取1~3;
2) 對于中等脆性的結(jié)構(gòu),取2~3;
3) 對于完全柔性的結(jié)構(gòu),取10~20。
綜合上述資料,本條規(guī)定在核武器爆炸動荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]按表4.6.2取值。
由于防空地下室不考慮常規(guī)武器的直接命中,只按防非直接命中的地面爆炸作用設(shè)計,常規(guī)武器爆炸動荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件往往只產(chǎn)生局部作用;又由于常規(guī)武器爆炸動荷載作用時間較短(相對于核武器爆炸動荷載),易使結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生變形回彈,故本條規(guī)定在常規(guī)武器爆炸動荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許延性比可比核武器爆炸作用時取的大一些,以充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的塑性性能,更多地吸收爆炸能量。
4.6.5 本條給出的動力系數(shù)計算公式是將結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡化為等效單自由度體系,進行無阻尼彈塑性體系強迫振動的動力分析得出的。
當核武器爆炸動荷載波形為無升壓時間的三角形時,由于其有效正壓作用時間遠大于結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大變位的時間,因此其等效作用時間可進一步近似取為無窮大,即可看成突加平臺形荷載。在突加平臺形荷載作用下,動力系數(shù)僅與結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許延性比有關(guān),而與結(jié)構(gòu)的其它特性無關(guān)。
當核武器爆炸動荷載的波形為有升壓時間平臺形時,按下式進行計算,并取其包絡(luò)線,得出對應(yīng)各種不同[β]值的Kd值:
對于一般鋼筋混凝土受彎或大偏心受壓構(gòu)件,按上式求得的Kd值可能小于1.05,從偏于安全考慮,取Kd≥1.05。為方便設(shè)計,該動力系數(shù)以表格形式給出。4.6.6 按等效單自由度體系進行結(jié)構(gòu)動力分析時,較為重要的問題是正確選擇振型。在強迫振動下哪一種主振型占主要成分與動載的分布形式有很大關(guān)系,一般來說與以動載作為靜載作用時的撓曲線相接近的主振型起著主導(dǎo)作用,因此宜取將動載視作靜載所產(chǎn)生的靜撓曲線形狀作為基本振型。通常即使振動形狀稍有差別,對動力分析結(jié)果并不會產(chǎn)生明顯影響。為了簡化計算,也可挑選一個與靜撓曲線形狀相近的主振型作為假定基本振型,如對均布荷載下簡支梁可取第一振型,對三跨等跨連續(xù)梁可取第三振型。
由于本規(guī)范在動荷載確定中已考慮了土與結(jié)構(gòu)的相互作用影響,所以在計算土中結(jié)構(gòu)自振頻率時,不再考慮覆土附加質(zhì)量的影響。
4.6.7 作用在結(jié)構(gòu)底板上的動荷載主要是結(jié)構(gòu)受到頂板動荷載后往下運動使地基產(chǎn)生的反力。由于底板動荷載升壓時間較長,故其動力系數(shù)可取1.0。
擴散室與防空地下室內(nèi)部房間相鄰的臨空墻只承受消波系統(tǒng)的余壓作用,臨空墻的允許延性比取1.5,按公式(4.6.5-4)計算動力系數(shù)為1.5??紤]到擴散室的擴散作用,動力效應(yīng)降低,動力系數(shù)乘以0.85的折減系數(shù)后取1.3。


住宅設(shè)計規(guī)范 GB50096
電動汽車充電站設(shè)計規(guī)
