人防地下室结构设计荷载分析

2.1.2 顶盖尺寸 顶盖的横向尺寸对荷载也有影响。顶盖的大小是有限的，它的二 侧是上下连续的土壤介质。压缩波遇到顶盖反射，但通过二侧的土壤 时不存在反射。因此在顶盖的边缘上将产生压力差。顶盖上方的土壤 因受较大的反射压力，有向二侧挤压的趋势，逐次向中间疏松，致使 顶盖上的反射压力降低。顶盖尺寸较小时，反射压力很快疏散，结构 受到压缩波荷载的动力作用减弱。此外，由于顶盖上面的土壤受阻不 能与二侧土壤一起向下运动，并由于土壤内部的摩擦力和粘结力，使 结构顶盖二侧边缘上的压力又有所增加。由此可见，顶盖上的反射压 力并非均匀分布，就其平均值来说，顶盖的横向尺寸越大，受到的平 均反射压力也越大。 2.1.3 介质与结构的相互作用 当压缩波作用于结构顶盖上时，结构将发生整体位移和变形，这 些又会反过来影响原来的压缩波荷载。这种力学现象称为介质与结 构之间的动态相互作用。对平顶结构而言，压缩波作用下顶盖的变形 是顺着波的传播方向的，所以结构变形使得压缩波荷载减小。同理， 柔性地基有较大沉降，使结构获得较大的整体位移，所以柔性地基结 构的顶盖荷载比刚性地基时小。 2.1.4 土含水量 压缩波荷载与土壤含水量关系极大。当结构处于地下水位较高 的地区，更要考虑地下水的影响。压缩波在饱和土层中传播时很少 衰 减 ，同 时 因 为 饱 和 土 的 压 缩 性 极 小 ，使 得 结 构 所 受 的 荷 载 大 幅 度 增加。 2.1.5 土体力学特性 压缩波荷载与土体力学特性密切有关。如具有抗剪强度的非 饱 和 土 壤 ，当 结 构 埋 深 较 大 时 ，一 般 使 结 构 的 荷 载 减 小 ，而 饱 和 土 则不能。
地面冲击波超压，即
Pc1(t) = DPm(t)
作用于侧墙上的动载峰值取为地面冲击波超压峰值乘侧压系
数，即
Pc2 = x × DPm
作用于底板上的动载认为与顶盖上完全一致，即
Pc3 = Pc1 2.2.3 一维波理论分析
按一维波理论分析土中结构顶盖的荷载时，假定结构上方的土
体为互不联系的土柱。为了简化，在考虑界面的反射时，认为土壤的
4.3 消费者的行为方式 消费者的文化层次、消费理念、消费心理、可支配收入等因素制 约其消费行为，消费行为影响着户外广告分布格局。一种是直接的影 响，如金山新城的消费者直接影响了商业区的户外广告的分布与设 置水平，消费者多为收入较高的，追求时尚的年轻人群，商家希望通 过广告占有更多的消费者，实现其商业目的，所以迎合消费者的消费 理念及消费心理，设置富有动感的、夸张的、具有较强感染力的户外
荷载，所采用的方法称为等效静载法，是一种近似的动力分析方法。
在核爆动载作用下，地下室顶板、外墙、底板的均布等效静载标准值
可以按下列公式计算：
qc1 = Kd1Pc1
qc 2 = Kd 2Pc2
qc 3 = Kd3Pc3
Kd1、Kd1、Kd3 分别是顶板、外墙、底板的动力系数。 等效静载法的优点在于计算简单，并能沿用静力计算的公式和 图表，因此为广大人防工程设计人员所采用。但它有一定的局限性， 一般对于掘开式浅埋结构是适用的，对于大跨度和复杂的结构，宜采 用有限自由度法求其动力解。按等效静载法计算的误差为以下情况：
关键词：人防地下室、荷载、冲击波
1 引文 土中压缩波作用下，结构动载的确定方法很复杂。目前所用方法 就其采用的力学模型可归纳为两类：一是首先确定作用于结构周边 上的荷载，将荷载和结构脱离开来，如同地上结构那样去作动力分 析；一是将结构视为岩土中孔洞的加固镶边，将土体和结构作为一个 整体统一考虑，然后应用波动理论或动力理论的解析方法或应用有 限元分析的数值方法，按无限(或半无限)平面(或空间)问题求解。后 一方法很复杂，设计中常采用前者。 土中结构所受到的荷载和许多因素有关：1） 地面空气冲击波压 力参数，它引起岩土压缩波向下传播；2）压缩波在自由场中传播时的 参数变化；3）压缩波遇到结构时产生反射，这个反射压力取决于波与 结构的相互作用。 2 地下室结构荷载分析 2.1 影响土中压缩波荷载的因素 2.2.1 结构埋深 随传播距离的增加，土中压缩波峰值压力近似按指数规律衰减， 升压时间近似按线性比例增长，其效果是随深度的增加结构的动力 作用逐渐降低。 另一方面，当压缩波遇到结构顶板时，将会产生反射压缩波并朝 反向传播，当它达到自由表面时，因地表无阻挡面使土体趋向疏松， 形成向下传播的拉伸波。拉伸波所到之处压力将迅速降低，当拉伸波 传到顶板时，顶板压力也将随之减小。如果顶板埋置较深，拉伸波到 达时间较晚，在此之前结构顶板可能已，达到最大变形，因而拉伸波 不能起到卸载作用；如果埋深很浅，由于拉伸波产生的卸载作用，将 会抵消大部分入射波在顶板上形成的反射作用。根据以上多种影响 因素综合考虑，承受压缩波作用的土中浅埋构件，会有一个顶板不利 覆土厚度。
建筑设计
CONSTRUCTION
人防地下室结构设计荷载分析
吴德伦
浙江丽水市人民防空办公室 浙江 丽水 323000
摘 要：笔者首先分析了地下室结构荷载的影响因素，介绍了综合反射系数法、不考虑压缩波反射作用的简化方法、一维波理论分析法三 种计算方法，最后，阐述了等效静荷载的确定，主要包括等效静载、自振频率、动力系数。
弹性极限应力非常低，土壤的应力应变曲线在加载时可以看成为一
条斜率等于 E1 的直线。设土中入射压缩波的压力峰值为 Ph，则引起
土壤质点的运动速度是： vh
=
Ph r vt
其中 v1 为土的塑性波速，v1 =
E1 r
2.2.4 关于土中结构荷载确定方法的几点讨论
1）综合反射系数方法是一种半经验性的实用方法，是《人民防空
（1）挠度的计算误差最小，弯矩次之，剪力及轴向力最大； （2）梁、板体系的计算误差较拱结构小； （3）受分布荷载作用的结构计算误差较受集中荷载作用的结 构要小。采用等效静载法的基本假定和原则为： 1）假定荷载同时作用在整个结构上； 2）假定结构或构件为单自由度体系，并按照某一假定的振型振 动，不论在弹性或弹塑性阶段，认为振型的形状不变； 3）结构或构件在动载作用下的最大内力和反力是等效静载作用 下的内力和反力。等效静载的数值按结构的工作状态可分为弹性阶 段和弹塑性阶段两种动力计算方法。通常确定等效静载时宜采用弹 塑性阶段，即等效静载的数值是动载最大值与动力系数或荷载系数 的乘积。 4）结构或构件的动力系数与荷载系数认为与同样自振频率的简 单弹簧质点体系完全相同。 为了确定动力系数和荷载系数，需要计算结构或构件的自振频 率。首先选择合适的振型，然后用能量法求得自振频率，最后考虑覆 土附加质量和附加刚度对自振频率的影响。 3.2 自振频率的计算方法 在强迫振动下哪一种主振型占主要成分与动载的分布形式有很 大关系。一般来说与以动载作为静力作用时的挠曲线相接近的主振 型起着主导作用，因此宜取将动载视为静力所产生的静挠曲线形状 作为基本振型。 3.3 动力系数 计算等效静载所涉及的动力系数，需要根据构件的延性比来确 定。结构构件的延性比[β]是构件出现最大变位与弹性极限变位的 比值。 结构在弹性工作阶段，在荷载作用下构件产生的变形和位移随 作用力增大而增大。力和位移的比值为常数，并且当作用力消失由作 用力所产生的变位也随之消失，构件恢复到原来的位置，没有任何残 余变形存在；而构件在弹塑性工作阶段所产生的变位，在荷载停止作 用和并不完全消除掉时，有残余变形存在，然而正是这种变位使得构 件在弹塑性阶段比弹性工作阶段吸收更多的核爆炸的能量，这对结 构抵抗核爆动荷载是十分有利的。 参考文献： [1] 杨林德，马险峰. 冲击波荷载下大楼地下室的三维动力分析 [J].同济大学学报，2003，26(5)：488-491. [2] 张晓漪.人防工程结构设计中的等价等效静载法[J].地下空 间，2004，12(2)：105-109.
数 Kf；并在最后采用等效静载法，引入动力系数 Kd 或荷载系数 Kh，
给出作用于结构上的等效静载。百度文库
2.2.2 不考虑压缩波反射作用的简化方法
这种方法的观点是，如果结构的刚度不是很强、不处于饱和土
中，则波的反射作用不明显，因而不必考虑压缩波的反射作用；如果
结构埋深不大，也不必考虑波的衰减。于是作用于顶盖上的动载就是
广告。另一种则是通过影响商业业态的发展，进而间接的影响户外广 告的布局。因为随着工业化社会的到来，商品的“同质化”现象已日趋 严重。
4.4 人流量 / 车流量 城市不同地段人流量的差异，直接或间接的影响着户外广告的 分布情况。金山区人流量远不及上海中心城区，决定了其户外广告总 体的设置密度低于上海中心城区，也正是因为人流量的因素，金山区 各镇商业中心区的户外广告数量也少于金山新城主要商业街区的户 外广告数量，且金山新城及各镇的广告数量呈现中心向周边逐渐递 减的现象。 参考文献： ① 温华. 户外广告与城市景观的艺术融合 [J]. 江汉大学学报， 2000,18(5):94-96 ② 张燕妮.城市户外广告与城市景观[J].小城镇建设，2005,(2) ③ 黄家美.芜湖市户外商业广告景观空间格局研究[J].福建地 理，2005，20(1)
万方数据
城 市 建 设 269
2010 年总第 57 期
人防地下室结构设计荷载分析
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
吴德伦 浙江丽水市人民防空办公室,浙江,丽水,323000
城市建设 CITY SONSTRUCTION 2010(7)
参考文献(2条) 1.杨林德.马险峰 冲击波荷载下大楼地下室的三维动力分析 2003(5) 2.张晓漪 人防工程结构设计中的等价等效静载法 2004(2)
地 下 室 设 计 规 范》GB50038—2005 和 《人 民 防 空 工 程 设 计 规 范》
GB50225—2003 计算核爆炸时地下结构荷载的方法。
2）不考虑压缩波反射作用来确定结构荷载的方法最为简单。由
于不考虑反射，可能低估了加于结构的压力荷载峰值。但另一方面，
它不考虑压缩波在传播中的衰减以及升压时间增长，这却高估了压
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_csjsysywd201007181.aspx
的内源动力”。③金山新城主要商业街区，如卫零路、卫清路被实力雄 厚的大型商家、高档商品专卖店等占据，广告布置极尽奢华，追求时 尚，与上海中心城区的广告设置水平较为接近。金山区各镇的商业中 心区，伴随着地价的下跌，承租能力弱的商家极尽广告风采，但与金 山新城的商业街区的水平就存在较大的差距。在继续向外围，虽然地 价更底，但是已经不适于商业活动，户外广告的设置密度也就呈现急 剧下降的趋势。在道路的交叉口，如龙翔路与商业步行街交叉口、万 安街与罗星路交叉口，因经济区位相对较好，也形成了户外广告设置 的密集区。
缩波对结构的动力作用。最后的结果同别的方法得出的相比有时可
能相差不多。
3）按一维波理论考虑介质与结构相互作用的方法，用于定性的
阐明土中结构荷载的规律是很有价值的，但用于定量分析还有不少
问题，主要是计算公式中的许多参数很难准确给定。
3 等效静荷载的确定
3.1 等效静载法
工程实际中为了便于解决问题，常把核爆动荷载变换为等效静
268 城 市 建 设
2010 年总第 57 期
万方数据
建筑设计
CONSTRUCTION
2.2 土中结构荷载的分析方法
2.2.1 综合反射系数法(三系数法)
综合反射系数法是一种半经验性实用方法。它考虑了压缩波在
传播过程中的衰减，引入衰减系数 α；在确定顶盖上的荷载时，综合
考虑波与结构以及自由地表之间的相互作用影响，引入综合反射系