4.10 内力分析和截面设计
4.10 内力分析和截面设计
4.10.1 防空地下室结构在确定等效静荷载和静荷载后，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。
4.10.2 防空地下室结构在确定等效静荷载标准值和永久荷载标准值后，其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：
式中 γ0——结构重要性系数，可取1.0；
γC——永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时可取1.3，有利时可取1.0；
SGk——永久荷载效应标准值；
γc——等效静荷载分项系数，可取1.0；
SQk——等效静荷载效应标准值；
R——结构构件承载力设计值；
R()——结构构件承载力函数；
fcd——混凝土动力强度设计值，可按本规范第4.2.3条确定；
fyd——钢筋(钢材)动力强度设计值，可按本规范第4.2.3条确定；
ak——几何参数标准值。
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4.10.2 根据现行国家标准《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068的要求，结构设计采用可靠度理论为基础的概率极限状态设计方法，结构可靠度用可靠指标β度量，采用以分项系数表达的设计表达式进行设计。本条所列公式就是根据该标准并考虑了人防工程结构的特点提出的。
为提高本规范的标准化、统一化水平，从方便设计人员使用出发，本规范中的永久荷载分项系数、材料设计强度(不包括材料强度综合调整系数)，均与相关规范取值一致。因为在防空地下室设计中，结构的重要性已完全体现在抗力级别上，故将结构重要性系数γ0取为1.0。
取等效静荷载的分项系数γ0＝1.0，其理由如下：
1 常规武器爆炸动荷载与核武器爆炸动荷载是结构设计基准期内的偶然荷载，根据现行国家标准《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068的规定：偶然作用的代表值不乘以分项系数，即γQ＝1.0；
2 由于人防工程设计的结构构件可靠度水准比普通工业与民用建筑规范规定的低得多，故γQ值不宜大于1.0；
3 等效静荷载分项系数不宜小于1.0，它虽然是偶然荷载，但也是防护结构构件设计的重要荷载；
4 等效静荷载是设计中的规定值，不是随机变量的统计值，目前也无可能按统计样本来进行分析，因此按国家规定取值即可，不必规定一个设计值，再去乘以其它系数。
确定上述数值与系数后，按修订规范的可靠指标与原规范反算所得的可靠指标应基本吻合的原则，定出各种材料强度综合调整系数。
按修订规范设计的防空地下室结构，钢筋混凝土延性构件的可靠指标β约在1.55左右，其失效概率6.1％；脆性构件的可靠指标约2.40，其失效概率为0.8％；砌体构件的可靠指标约2.58，其失效概率为0.5％。
现行国家标准《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068已对建筑结构的作用分项系数进行调整，当作用效应对承载力不利时，作用分项系数取1.3。本次修订与其保持一致。
4.10.3 结构构件按弹塑性工作阶段设计时，受拉钢筋配筋率不宜大于1.5％。当大于1.5％时，受弯构件或大偏心受压构件的允许延性比[β]值应满足以下公式，且受拉钢筋最大配筋率不宜大于本规范表4.11.8的规定。
式中 x——混凝土受压区高度(mm)；
h0——截面的有效高度(mm)；
ρ、ρ——纵向受拉钢筋及纵向受压钢筋配筋率；
fyd——钢筋抗拉动力强度设计值(N/mm2)；
fcd——混凝土轴心抗压动力强度设计值(N/mm2)；
αc——系数，应按表4.10.3取值。
表4.10.3 αc值
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4.10.3当受拉钢筋配筋率大1.5％时，按式(4.10.3-1)及式(4.10.3-2)的规定，只要增加受压钢筋的配筋率，受拉钢筋配筋率可不受限制，显然不够合理。为使按弹塑性工作阶段设计时，受拉钢筋不致配的过多，本条规定受拉钢筋最大配筋率不大于按弹性工作阶段设计时的配筋率，即表4.11.8。
4.10.4 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对梁板结构可乘以折减系数0.7，对无梁楼盖可乘以折减系数0.9；若在板的计算中已计入轴力的作用，则不应乘以折减系数。
4.10.5 当按等效静荷载法分析得出的内力，进行墙、柱受压构件正截面承载力验算时，混凝土及砌体的轴心抗压动力强度设计值应乘以折减系数0.8。
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4.10.5、4.10.6 试验表明，脆性破坏的安全储备小，延性破坏的安全储备大，为了使结构构件在最终破坏前有较好的延性，必须采用强柱弱梁与强剪弱弯的设计原则。
4.10.6 当按等效静荷载法分析得出的内力，进行梁、柱斜截面承载力验算时，混凝土及砌体的动力强度设计值应乘以折减系数0.8。
4.10.7 对于均布荷载作用下的钢筋混凝土梁，当按等效静荷载法分析得出的内力进行斜截面承载力验算时，除应符合本规范第4.10.6 条规定外，斜截面受剪承载力需作跨高比影响的修正。当仅配置箍筋时，斜截面受剪承载力应符合下列规定：
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4.10.7 现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010中的抗剪计算公式，仅适用于普通工业与民用建筑中的构件，它的特点是较高的配筋率、较大的跨高比(跨高比大于14的较多)、中低混凝土强度等级以及适中的截面尺寸等，而人防工程中的构件特点是配筋率较低、跨高比较小(跨高比在8至14之间较多)、混凝土强度等级较高以及截面尺寸较大。为弥补上述差异产生的不安全因素，根据清华大学分析研究结果，对此予以修正。
根据收集到的有关试验资料，在均布荷载作用下，当跨高比在8至14之间，考虑主筋屈服后剪坏这一不利影响，并参考国外设计规范中的有关规定，回归得出偏下限抗剪强度计算公式如下：
该公式当V/(bh0fc1/2)＝0.92时，相当于l/h0＝8.7，与现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)中抗剪计算公式的第一项(0.7)一致，可视其为上限值；当V/(bh0fc1/2)＞0.92，即l/h0＜8.7时，可不必进行修正；当V/(bh0fc1/2)＝0.55，相当于l/h0≈14.5时，其值与美国ACI规范抗剪强度值相当，可视其为下限值；当V/(bh0fc1/2)＜0.55，即l/h0＞14.5时，修正值不再随l/h0变化。综上所述，可近似将修正系数φ1规定如下：
当l/h0≤8时，φ1＝1；
当l/h0≥14时，φ1＝0.6；
当8＜l/h0＜14时，线性插入。
由此得出公式为φ1＝(l/h0－8)/15≥0.6。
4.10.8 当防空地下室采用钢筋混凝土无梁楼盖结构、钢筋混凝土反梁时，其设计尚应分别符合本规范附录D、附录E的规定。
4.10.9 乙类防空地下室和核5级、核6级、核6B级甲类防空地下室结构顶板可采用叠合板，并可按下列规定进行设计：
1 预制板除按一般预制构件进行验算外，尚应按浇筑上层混凝土时的施工荷载(包括预制板、现浇板自重)校核预制板强度与挠度，其挠度不应大于l/200(l为板的计算跨度，双向板系指短边计算跨度)；
2 叠合板可按预制板与其上部的现浇板作为共同工作的整体进行设计。
4.10.10 砌体外墙的高度，当采用条形基础时，为顶板或圈梁下表面至室内地面的高度；当沿外墙下端设有管沟时，为顶板或圈梁下表面至管沟底面的高度；当采用整体基础时，为顶板或圈梁下表面至底板上表面的高度。
4.10.11 在动荷载与静荷载同时作用下，偏心受压砌体的轴向力偏心距e0不宜大于0.95y，y为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离。当e0小于或等于0.95y时，结构构件可按受压承载力控制选择截面。
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4.10.11 采用e0值不宜大于0.95y的依据为：
（1）试验表明，按抗压强度设计的砖砌体结构，当e0值超过1.0时，结构并未破坏或丧失承载能力；
（2）《掩蔽所结构计算》（苏联巴丹斯基著）第五章指出：计算砖墙承受大偏心距的偏心受压动荷载时，偏心距的大小不受限制。
国家标准《砌体结构设计规范》GB50003-2011第5.1.5条对原条文作出修改，要求e0≤0.6y。该规范附录D有关表格中只给出e0≤0.6y时的影响系数φ值。当e0＞0.6y时，φ值可按该规范附录D中给出的公式计算。
4.10.12 支承钢筋混凝土平板防护密闭门的门框墙，当门洞边墙体悬挑长度大于1/2倍该边边长时，宜在门洞边设梁或柱；当门洞边墙体悬挑长度小于或等于1/2倍该边边长时，可采用下列公式按悬臂构件进行设计(图4.7.5-1)。
式中 M——门洞边单位长度悬臂根部的弯矩；
V——门洞边单位长度悬臂根部的剪力；
l1、l2——见图4.7.5-1。
4.10.11 采用e0值不宜大于0.95γ的依据为：
1 试验表明，按抗压强度设计的砖砌体结构，当e0值超过1.0时，结构并未破坏或丧失承载能力；
2 苏联巴丹斯基著《掩蔽所结构计算》第五章指出：计算砖墙承受大偏心距的偏心受压动荷载时，偏心距的大小不受限制。
《砌体结构设计规范》(GB50003)第5.1.5条对原条文作出修改，要求e0≤0.6y0。该规范附录D有关表格中只给出e0≤0.6y时的影响系数声值。当e0＞0.6y时，声值可按该规范附录D中给出的公式计算。
