地下室設(shè)計(jì)與人防設(shè)計(jì)

1、地下室設(shè)計(jì)與人防設(shè)計(jì),《抗震規(guī)范》第6.1.14條、《高規(guī)》第5.3.7條都規(guī)定，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。 《高規(guī)》的“宣貫培訓(xùn)材料”（P5-12）建議：當(dāng)剛度比不滿足嵌固部位的樓層側(cè)向剛度比規(guī)定時(shí)，有條件可增加地下室樓層的側(cè)向剛度，或者將主體結(jié)構(gòu)的嵌固部位下移至符合要求的部位?！陡咭?guī)》的“宣貫培訓(xùn)材料”（P5-12）建議：方法1：按《抗震規(guī)范》的樓層剪力

2、與層間位移比計(jì)算。方法2：按《高規(guī)》附錄E的剪切剛度比計(jì)算?！犊拐鹨?guī)范》第6.1.14條文說明中建議：當(dāng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，側(cè)向剛度比可采用剪切剛度比估算。,地下室的約束模型,上部結(jié)構(gòu)與地下室共同共同受力，相互協(xié)調(diào)變形。地下室外回填土對結(jié)構(gòu)有一定的約束作用。且回填土的約束作用從上到下越來越強(qiáng)。回填土只對結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移有約束，對豎向位移沒有約束。,,,,,,,,,,地下室側(cè)向約束程度的變化,,1、高規(guī)5.3.7條，地下室頂板作為上部

3、結(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。2、地下室某一層頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端、應(yīng)用較少。3、半地下室應(yīng)從嚴(yán)處理，即不考慮有回填土一邊的側(cè)向約束作用。,,,,,滿足層剛度要求的簡化嵌固端上移,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單邊有回填土的簡化不考慮土的側(cè)向約束作用,地下室層數(shù)定義,,地下室約束剛度定義,,協(xié)同工作模型,,,,,,,,,,,,,,,加約束,水平荷載作用與地

4、下室關(guān)系,風(fēng)荷載計(jì)算需扣除地下室的高度。地下室是否約束、約束的程度與風(fēng)荷載計(jì)算無關(guān)。程序自動考慮：1。地下室部分的基本風(fēng)壓為零；2。在地上部分的風(fēng)荷載計(jì)算中，自動扣除地下室部分的高度，地下室頂板作為風(fēng)壓高度變化系數(shù)的起算點(diǎn)。結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)（周期、振型、位移、內(nèi)力）受地下室外的回填土約束程度的影響。只要采用共同工作的分析模型，無需考慮層剛度2倍（地下室層剛度仍應(yīng)大于上層的層剛度）的要求。由地下室質(zhì)量產(chǎn)生的地震力，主要被室外

5、的回填土吸收。在控制結(jié)構(gòu)剪重比時(shí)，可以不考慮地下室樓層的剪重比。,地下室對風(fēng)荷載計(jì)算的影響,,,,,地下室頂板,,,,,,,,,越向下約束程度越大，地震反應(yīng)越小,,地下室可以不調(diào)整,,水平約束存在，水平位移趨于0,,豎向位移不受側(cè)向約束的影響，所以仍然較大,,,,豎向荷載作用的變形,對于一般結(jié)構(gòu)而言，地下室外的回填土約束對豎向荷載響應(yīng)幾乎沒有影響。盡量使用地下室與上部結(jié)構(gòu)整體分析，因?yàn)樨Q向變形的協(xié)調(diào)是非常重要的。當(dāng)?shù)叵率殷w量、面積

6、很大時(shí)，與上部結(jié)構(gòu)所占面積差異太大，如超大地下室、底盤等，此時(shí)可以根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的底面積取外伸2～3跨作為地下室，并與上部結(jié)構(gòu)共同分析。上部結(jié)構(gòu)與地下室共同分析，對超大地下室采用局部地下室與上部結(jié)構(gòu)共同分析，對于傳基礎(chǔ)荷載也是可行的。分開計(jì)算，將導(dǎo)致豎向荷載局部的不協(xié)調(diào)性，與整體分析將產(chǎn)生差異。,地下室層剛度的計(jì)算,第2層（地下1層）的結(jié)構(gòu)平面,第3層的結(jié)構(gòu)平面,采用抗震規(guī)范層剛度比時(shí)，應(yīng)先不設(shè)地下室層數(shù),,,,4層地下室的超高層結(jié)構(gòu)

7、,,所觀察的柱,4層地下室的超高層結(jié)構(gòu),,所觀察的柱,地下室上層，第5層的柱內(nèi)力,,,柱剪力,柱彎矩,地下1層，第4層的柱內(nèi)力,,,柱剪力,柱彎矩,地下2層，第3層的柱內(nèi)力,,,柱剪力,柱彎矩,地下3層，第2層的柱內(nèi)力,,,柱剪力,柱彎矩,地下4層，第1層的柱內(nèi)力,,柱彎矩,,柱剪力,可以看出，越往下，構(gòu)件內(nèi)力逐漸減小地下1層由于側(cè)向約束作用，剪力較大。,地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和剪力的調(diào)整,地下室設(shè)計(jì)剪力應(yīng)如何確定？在《建筑抗震設(shè)計(jì)手冊

8、》（按GB50011-2001編寫）中的第352頁，有關(guān)“基礎(chǔ)及地下室結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求”中提出了地下室結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求。如下圖所示：,,,,,,,,,,,,,,,,,上部結(jié)構(gòu)傳到地下室頂面的剪力、彎矩,作用在有整體基礎(chǔ)的主體結(jié)構(gòu)地下室底部總地震剪力V為： ——主體結(jié)構(gòu)在地下室頂部的地震剪力； ——主體結(jié)構(gòu)地下室引起的底部地震剪力；β——地下室結(jié)構(gòu)地震作用降低系數(shù)；α1——主體結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)基本自振周期的

9、水平地震影響系數(shù)；GB——主體結(jié)構(gòu)地下室的重力荷載代表值。,此方法為手算的方法、較繁瑣基于這樣的設(shè)計(jì)思想，地下室的設(shè)計(jì)剪力在采用軟件計(jì)算時(shí)，可以按以下方法操作：（1）給地下室部分的側(cè)向施加較大的約束，來分析上部結(jié)構(gòu)的周期、地震力、位移、內(nèi)力等，并對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋、驗(yàn)算的設(shè)計(jì)；（2）給地下室部分的側(cè)向施加很小的約束（模擬β的折減），或不加側(cè)向約束，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。此時(shí)只對地下室部分進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。,地下室的抗震等級（抗震

10、規(guī)范第6.1.3條）。當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下一層的抗震等級應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，地下一層以下的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。地下室無上部結(jié)構(gòu)的部分，可根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。,地下室構(gòu)造要求（抗震規(guī)范第6.1.14條）地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積，除應(yīng)滿足計(jì)算要求外，不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。位于地下室頂板的梁柱節(jié)點(diǎn)左右梁端截面實(shí)際受彎承載力之和不宜小于上下柱端

11、實(shí)際受彎承載力之和。,剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)的控制,現(xiàn)在的版本中，地下室是否作為剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)由剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)起算層號決定。 地下室以上底部加強(qiáng)區(qū)的范圍按照高規(guī)決定。 HS——加強(qiáng)區(qū)高度。H1、H2——結(jié)構(gòu)第1、2層層高。HT——轉(zhuǎn)換層高度。H——結(jié)構(gòu)±0.0以上的總高度。,帶框支層的結(jié)構(gòu)：,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,,,加強(qiáng)區(qū)起算層號為3層，則加強(qiáng)區(qū)范圍為3，4，5層。,,,,,,,,,,,,,,,,,

12、,,,,,,地下1層以下的抗震等級可以放松,人防設(shè)計(jì),05版人防等級各層相同，不能分別定義SATWE/TAT分別定義，數(shù)據(jù)不能共享08版人防等級和人防荷載在PM定義，SATWE/TAT/PMSAP直接讀取，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享人防等級可以每層不同，分別定義 人防荷載的面荷載可以按房間調(diào)整可以自定義人防荷載的組合對象和組合分項(xiàng)系數(shù),,,人防荷載定義,,,人防荷載定義,問題：局部人防荷載作用會影響到本層的其它構(gòu)件嗎？答：會的。在

13、本層局部區(qū)域加人防荷載，本層所有的構(gòu)件都會有影響。而且也會在設(shè)計(jì)時(shí)考慮人防內(nèi)力。只是比直接承受人防的構(gòu)件內(nèi)力要小多了。,SATWE人防荷載下的彎矩圖,有人防荷載處，梁的彎矩,無人防荷載處，梁的彎矩,,人防荷載對相鄰無人防荷載構(gòu)件的影響,,人防荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力,,有人防荷載處，梁的配筋,,無人防荷載處，梁的配筋,地下室外墻平面外設(shè)計(jì),恒活荷載作用結(jié)構(gòu)整體分析得到的恒活荷載的軸力、彎矩。面外土、水側(cè)作用按簡化方法計(jì)算面外土水側(cè)壓力

14、作用的彎矩。配筋設(shè)計(jì)按壓彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,水土壓力分布,水土壓力分布的簡化,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由上層傳來的荷載,,,,,,,,,,,,,,,,1m,,,上下樓板的側(cè)向約束,,,,由上層傳來的荷載,取單位寬度計(jì)算面外的配筋,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,計(jì)算模型1——適用于上沿到上部結(jié)構(gòu)中的外墻,計(jì)算模型2——適用于只到地下室頂板的外墻,,

15、外墻的兩種不同的計(jì)算模型，目的是要保證地下室外墻具有足夠的面外配筋,地下室外墻面外配筋的輸出,,,地下室外墻的豎向分布筋（即面外配筋）,,,,,,人防作用效應(yīng)組合人防荷載作用的效應(yīng)組合可以人工調(diào)整，否則程序?qū)⒛J(rèn)規(guī)范的組合方式。地下室構(gòu)件的人防設(shè)計(jì)在進(jìn)行人防荷載組合的構(gòu)件配筋驗(yàn)算設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)不同的混凝土材料、鋼材，強(qiáng)度按規(guī)范相應(yīng)提高。臨空墻的人防作用效應(yīng)分析模型對于抗爆的臨空墻，程序也按照外墻的方式處理。此時(shí)6級人防的臨空墻水

16、平爆力取110kN/m2，4、5級人防取210kN/m2。,人防外荷載與水土壓力的疊加,人防構(gòu)件的設(shè)計(jì),人防構(gòu)件的彈塑性設(shè)計(jì)是如何實(shí)現(xiàn)的？《人防規(guī)范》第4.6.1條：對人防構(gòu)件可以考慮非彈性變形的塑性重分布。對按彈塑性設(shè)計(jì)的構(gòu)件，可以按以下兩方面控制實(shí)現(xiàn)：（1）在人防設(shè)計(jì)內(nèi)力進(jìn)行截面配筋時(shí)，要考慮混凝土、鋼筋材料的強(qiáng)度提高；（2）要根據(jù)《人防規(guī)范》第4.6.5條，控制構(gòu)件的計(jì)算延性比（或延性系數(shù)）。,人防構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度是如何

17、提高的？只有在設(shè)計(jì)內(nèi)力中有人防荷載參與時(shí)，構(gòu)件的材料強(qiáng)度才提高。沒有人防荷載參與組合，材料強(qiáng)度不提高。,,,44、45類組合，有人防荷載參與，構(gòu)件的材料強(qiáng)度才提高,人防荷載組合分項(xiàng)系數(shù),在截面驗(yàn)算時(shí)，如控制內(nèi)力有人防荷載參與，則材料強(qiáng)度也將相應(yīng)提高后，再進(jìn)行截面強(qiáng)度（如抗剪截面等）驗(yàn)算。人防構(gòu)件為什么要控制延性比？爆炸荷載屬于突發(fā)性荷載，它使構(gòu)件在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入塑性狀態(tài)，此時(shí)，如果構(gòu)件剛度過大，很容易產(chǎn)生脆性破壞，使該構(gòu)件

18、完全失效。人防構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格控制配筋率、保證延性比，就是要確保在爆炸荷載作用下，構(gòu)件還有一定的變形能力，從而達(dá)到耗能、延緩失效的目的。所以，人防構(gòu)件是按照延性設(shè)計(jì)控制。,,有人防荷載參與的柱設(shè)計(jì)控制內(nèi)力,,,人防荷載參與的連梁控制內(nèi)力,,,,人防荷載參與的梁控制內(nèi)力,,,,人防梁延性系數(shù)超限第1、2、17、18號截面超限,怎樣控制構(gòu)件的延性比？延性比可以通過配筋率來控制?！度朔酪?guī)范》第4.6.5-2條的最大配筋率表，給出

19、了最大配筋率的控制。由構(gòu)件的配筋，可以求出相對受壓區(qū)高度，從而求出構(gòu)件的計(jì)算延性比，即延性系數(shù)。,,允許延性比,計(jì)算延性比,相對受壓區(qū)高度，即延性系數(shù),,通過配筋率計(jì)算延性系數(shù),,構(gòu)件的延性比是如何確定的？由規(guī)范要求的延性比可以得到：梁為3.0，則延性系數(shù)控制在：0.5/3=0.17大偏壓柱、墻面外為2.0，則延性系數(shù)控制在：0.5/2=0.25其它情況按1.5，則延性系數(shù)控制在：0.5/1.5=0.333,1.2,1.5,

20、2.0,3.0,[β],中心受壓,小偏心受壓,大偏心受壓,受彎,受力狀態(tài),,,,,,,,,,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許延性比[β]值,,地下室外墻平面外受力是如何計(jì)算的？地下室外墻平面外按兩種模型計(jì)算平面外彎矩：（1）按上下端固接，左右端長度取4倍的墻高并固接。用這樣的模型計(jì)算板上下端和中部的彎矩。（2）按上端鉸接，下端固接，左右端長度取4倍的墻高并固接。用這樣的模型計(jì)算板上下端和中部的彎矩。對兩種模型得到的板上中下彎矩取平均

21、值。取上端、下端、中部三個(gè)彎矩平均值的最大值，作為設(shè)計(jì)彎矩。,,,,,,,,,,,,,,,,,,按模型1得到的面外彎矩,按模型2得到的面外彎矩,驗(yàn)算時(shí)采用的面外彎矩,面外墻長取4倍的墻高,彎矩單位：kN.m/m,地下室外墻平面外是如何配筋的？地下室剪力墻平面外的配筋采用兩種方式：（1）按板彎曲配筋，實(shí)際上就是按梁配筋。（2）按壓彎構(gòu)件配筋，實(shí)際上就是按柱配筋。彎矩取上、中、下端部截面平均彎矩的最大值；軸力取恒加人防的設(shè)計(jì)值

22、（1.2恒+人防）。地下室外墻平面外配筋是如何表示的？最新的SATWE程序按每延米配筋面積，即：mm2/m原版本（2005年10月以前，或以文字為準(zhǔn)）SATWE按間距范圍內(nèi)面積。,,,,,,,,,按純彎板配筋彎矩取上中下的大值,按壓彎配筋彎矩取上中下的大值，軸力取恒加人防設(shè)計(jì)值,,地下室外墻計(jì)算實(shí)例,,,面外豎向分布筋面積,,,,,,地下室外墻考慮側(cè)向水土壓力、人防荷載；內(nèi)墻考慮臨空墻荷載，設(shè)計(jì)驗(yàn)算控制方式：（1）對外墻：

23、A?？紤]面外水土壓力 PL1——PM1設(shè)計(jì)面外彎矩， 軸力取 PN1=1.2恒+1.4活，材料強(qiáng)度不提高。B?？紤]面外水土壓力+人防側(cè)壓力 PL2——PM2設(shè)計(jì)面外彎矩，軸力取 PN2=1.2恒+人防，材料強(qiáng)度提高。分別對A、B這兩種情況進(jìn)行純彎、壓彎配筋。配筋輸出取大值。（2）對內(nèi)墻臨空墻：考慮面外側(cè)向爆炸荷載（110或210）PL3——PM3設(shè)計(jì)面外彎矩，軸力取 PN3=1.2恒+人防，材料強(qiáng)度提高。進(jìn)行純

24、彎、壓彎配筋，配筋輸出取大值。,驗(yàn)算地下室1層，第11號剪力墻的平面外配筋（1）程序輸出：設(shè)計(jì)軸壓力PN=1162 (kN/M)平面外水平壓力PL=15 (kN/m2)平面外最大平均彎矩ML=20 (kN.m/M)平面外每延米配筋面積Asv=2100 (mm2/M)（2）設(shè)計(jì)內(nèi)力測算：恒載軸力3594.4，人防軸力553.4，墻長4.4PN1=(1.2*3594.4+1.4*570.7)/4.4=1161.9側(cè)向水

25、土壓力PL1=18*0.5*(3.6-0.35)/2=14.625,PN2=(1.2*3594.4+553.4)/4.4=1106.1人防水平側(cè)向壓力和土側(cè)壓力PL=55+18*0.5*(3.6-0.35)=84（3）配筋驗(yàn)算，取單位長度配筋：按梁配筋，得到Asv=1170.5，構(gòu)造為1346.4按壓彎構(gòu)件配筋，得到Asv=0，構(gòu)造為2450與輸出配筋面積2100比較，基本接近。有些差異的原因是實(shí)際配筋方式與梁、柱配筋方