城市地下空间出入口部的抗震、防风能力分析

1．人防地下空间出入口的设计荷载

人防地下空间出入口分为室内出入口和室外出入口。室内出入口布置于地面建筑内，室外出入口以开敞通道直通地面。通常情况下，出入口部仅承受爆炸动荷载作用。如果出入口设置在地面建筑倒塌范围之外，则出入口的受力分析主要包括出入口门框墙的水平荷载作用、临空墙的水平荷载作用，取值见表4-10。如果出入口布置在地面建筑倒塌范围之内，出入口部还应设置防倒塌棚架。防倒塌棚架受到空气冲击波动压会产生的水平等效静荷载作用和由房屋倒塌产生的垂直等效静荷载，但是考虑到水平和垂直荷载不同时作用，荷载取值见表4-11。

表4-10　出入口受等效静荷载作用标准值　（单位：kPa）

来源：《人民防空地下室设计规范》（GB 50038—2005）。

表4-11　开敞式防倒塌棚架等效静荷载标准值　（单位：kPa）

来源：《人民防空地下室设计规范》（GB 50038—2005）。

2．人防地下空间出入口抗震能力

1）理论计算

人防出入口结构构件与主体结构作为整体，具有一定的抗震能力。无防倒塌棚架的出入口通道不受地震影响。倒塌棚架将受到地震的水平等效静荷载和垂直等效静荷载的作用。理论上，地震荷载的等效静荷载（按照钢筋混凝土梁板框架结构，板厚300 mm），7度烈度（0．15g）、8度烈度（0．30g）、9度烈度（0．40g）分别为1．06 kPa，2．12 kPa，2．82 kPa，明显小于核爆炸等效静荷载的大小，见表4-11。故防倒塌棚架在地震作用下整体结构稳定。

2）实例计算

参考《上海市民防工程平时防灾减灾功能研究》（束昱等，2013）对上海市某人防地下室防倒塌棚架的抗震分析实例计算，可知按照标准抗震设防类设计的防倒塌棚架在提高一度地震烈度作用下结构依然稳定。

浦东新区某人防工程防倒塌棚架，高2．40 m，水平方向6跨，柱距4．0 m，竖直方向1跨，开间4．45 m。抗震设防烈度为Ⅶ度，建筑抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为三级。棚架顶板采用梁板结构形式，截面尺寸见表4-12。在Ⅷ度地震荷载下的变形位移见表4-13。可知，满足战时功能的防倒塌棚架在提高一度烈度地震作用下的位移，层间位移等变形指标均很小，完全能够满足抵御设防烈度地震作用的要求。

总之，人防出入口自身结构与主体结构共同构成人防地下室的结构，具有一定的抗震性能。室内出入口受地面建筑抗震能力的影响，设置防倒塌棚架的可完全抗震；室外出入口在建筑倒塌影响范围外布置的可完全抗震；室外出入口布置于建筑倒塌范围内并设置防倒塌棚架的可完全抗震。

表4-12　防倒塌棚架主要构件截面尺寸表　（单位：mm）

(www.xing528.com)

来源：束昱等，2013。

表4-13　防倒塌棚架地震变形位移计算表

来源：束昱等，2013。

3．人防地下空间出入口的抗风能力

在所有风灾中，龙卷风对建筑产生的破坏威力最大。以下以龙卷风为例分析人防出入口的抗风能力。

龙卷风是通过极高速风的冲击作用和通过时产生的突然气压降袭击建筑物产生破坏作用的（汤卓等，2012）。极高速风产生水平冲击力，突然气压降产生水平和竖直向的压力，二者耦合共同对建筑产生破坏作用。

根据Chang（1983）进行龙卷风的实验室模拟，并实测了龙卷风的风速，拟合得到式（4-1）。

式中　w0——最大水平速度产生的水平风压极值；

k——调整系数，可取1.2；

U——最大水平速度。

根据甘文举（2009）研究的系数取值，计算F3等级下龙卷风（F3级龙卷风在我国已经达到百年不遇的水平），由式（4-1）可知，最大水平速度产生的水平风压极值为6．075 kPa。根据表4-14（汤卓等，2012），F3级龙卷风的最大气压降为6．37 kPa，则封闭建筑最大破坏风压值为6．075＋63．7＝12．445 kPa。敞开式构筑物不受气压降的影响，只受水平风力的冲击，最大值为6．075 kPa。与人防地下室出入口的设计荷载相比，核6B级人防地下室出入口门框墙和临空墙可以承受120 kPa和65 kPa的荷载作用，远远大于龙卷风的作用，因此直通室外不带防倒塌棚架的人防工程出入口具有防风性能。核6B级开敞式防倒塌棚架可以承受6 kPa的水平作用，与F3级龙卷风作用力相当，基本不会失稳。因此，直通室外的人防出入口和带防倒塌棚架的人防出入口均对风灾具有抵抗力。结合前文的分析，可得出讨论：人防工程主体结构和出入口对风灾具有良好的抵抗能力。

表4-14　F1，F2，F3级龙卷风的特征参数值

来源：汤卓等，2012。