4.4 核武器爆炸地面空气冲击波、土中压缩波参数
4.4.1 在结构计算中，核武器爆炸地面空气冲击波超压波形，可取在最大压力处按切线或按等冲量简化的无升压时间的三角形(图4.4.1)。防空地下室结构设计采用的地面空气冲击波最大超压(简称地面超压)△Pm，应按国家现行有关规定取值。地面空气冲击波的其它主要设计参数可按表4.4.1采用。
t1——地面空气冲击波按切线简化的等效作用时间(s)；
t2——地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间(s)。
图4.4.2 土中压缩波简化波形
Ph——土中压缩波最大压力(kN/m2)；
t0h——土中压缩波升压时间(s)。
4.4.3 核武器爆炸土中压缩波的最大压力Ph及土中压缩波升压时间t0h可按下列公式计算：
式中 Ph——核武器爆炸土中压缩波的最大压力(kN/m2)，当土的计算深度小于或等于1.5m时，Ph可近似取△Pms；
t0h——土中压缩波升压时间(s)；
h——土的计算深度(m)，计算顶板时，取顶板的覆土厚度；计算外墙时，取防空地下室结构土中外墙中点至室外地面的深度；
v0——土的起始压力波速(m/s)，当无实测资料时，可按表4.4.3-1、表4.4.3-2采用；
γc——波速比，当无实测资料时，可按表4.4.3-1、表4.4.3-2注2～4采用；
v1——土的峰值压力波速(m/s)；
δ——土的应变恢复比，当无实测资料时，可按表4.4.3-1、表4.4.3-2注2～4采用；
t2——地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间(s)，可按表4.4.1采用；
△Pms——空气冲击波超压计算值(kN/m2)，当不考虑上部建筑影响时，取地面超压值△Pm；当考虑上部建筑影响时，计算结构顶板荷载应按本规范第4.4.4条～第4.4.6条的规定采用，计算结构外墙荷载应按本规范第4.4.7条的规定采用。
2 抗力级别4级时，粘性土γc取大值；
3 碎石土、砂土土体密实时，v0取大值，γc取小值。
2 地面超压△Pm(N/mm2)≤16α1时，γc取1.5，v0取表中值，δ同非饱和土；
3 △Pm(N/mm2)≥20α1时，v0取1500(m/s)，γc取1.0，δ取1.0；
4 16α1＜△Pm(N/mm2)＜20α1时，v0、γc、δ取线性内插值。
4.4.4 在计算结构顶板核武器爆炸动荷载时，对核5级、核6级和核6B级防空地下室，当符合下列条件之一时，可考虑上部建筑对地面空气冲击波超压作用的影响。
1 上部建筑层数不少于二层，其底层外墙为钢筋混凝土或砌体承重墙，且任何一面外墙墙面开孔面积不大于该墙面面积的50％；
2 上部为单层建筑，其承重外墙使用的材料和开孔比例符合上款规定，且屋顶为钢筋混凝土结构。
4.4.5 对符合本规范第4.4.4条规定的核6级和核6B级防空地下室，作用在其上部建筑底层地面的空气冲击波超压波形可采用有升压时间的平台形（图4.4.2），空气冲击波超压计算值可取△Pm，升压时间可取0.025s。
4.4.6 对符合本规范第4.4.4条规定的核5级防空地下室，作用在其上部建筑底层地面的空气冲击波超压波形可采用有升压时间的平台形（图4.4.2），空气冲击波超压计算值可取0.95△Pm，升压时间可取0.025s。
4.4.7 在计算土中外墙核武器爆炸动荷载时，对核4B级及以下的防空地下室，当上部建筑的外墙为钢筋混凝土承重墙，或对上部建筑为抗震设防的砌体结构或框架结构的核6级和核6B级防空地下室，均应考虑上部建筑对地面空气冲击波超压值的影响，空气冲击波超压计算值△Pms应按表4.4.7的规定采用。
4.4 核武器爆炸地面空气冲击波、土中压缩波参数
4.4.1 为便于利用现成图表和公式进行动力分析，通常需要将荷载曲线简化成线性衰减等效波形。所谓等效，主要是保证将实际荷载曲线简化为线性衰减波形后能产生相等的最大位移。对于一次作用的脉冲荷载，只需对达到最大位移时间前那段荷载曲线作出简化，而在此以后的曲线变化并不重要。由于防空地下室结构在核武器爆炸冲击波荷载作用下，其最大变位往往发生在超压时程曲线早期，因此按与曲线面积大体相等，且形状也尽可能接近的原则，经推导简化后得出在峰值压力处按切线简化的三角形波形。
地面空气冲击波参数与核武器当量和爆炸高度有关。本次修订由于核武器当量和比例爆高作了适当调整，表4.4.1中设计参数与原规范有所差别。
4.4.2 土中压缩波可简化为有升压时间平台形荷载，是因为土中压缩波作用时间往往比结构达到最大变位时间长十几倍到几十倍，所以简化成有升压时间的平台形荷载后，其误差尚在允许范围内，且可明显简化计算。
4.4.3 由于岩土仅在很低压力下才呈弹性，加之塑性波速与众多因素有关而难以准确确定，因此在土性参数计算中采用起始压力波速和峰值压力波速。其值系先通过土性试验作出土侧限应力一应变关系曲线，然后经计算确定自由场压缩波传播规律，最后综合考虑升压过程中应力起跳时间和峰值压力到达时间以及深度等因素后确定。
通过计算比较，当h≤1.5m时峰值压力仅衰减2％左右，因此当h≤1.5m时，可不考虑峰值压力的衰减。
4.4.4 关于墙体材料，按相当于一般砖砌体的强度作为考虑对冲击波波形影响的条件。故对采用石棉板、矿碴板等轻质材料的墙体以不考虑其对冲击波的影响为宜；对预制混凝土大板的墙体，一般可视同砖墙，可考虑其对冲击波波形的影响。对核4级和核4B级防空地下室，由于缺乏试验资料，暂不考虑上部建筑对冲击波波形的影响。
4.4.7 根据国外资料，对上部建筑为钢筋混凝土承重墙结构，当地面超压为0.2N/mm2以上时才倒塌；对抗震的砌体结构（包括框架结构中填充墙），当地面超压为0.07N/mm2左右才倒塌。考虑到在预定冲击波地面超压作用下，上部建筑物不倒塌，或不立即倒塌，必然会使冲击波产生反射、环流等效应，因此对防空地下室迎爆面的土中外墙动荷载将有所影响。由于这方面试验资料不足，本条在参考国外有关规定的基础上，对于上述条件下的地面空气冲击波最大压力予以适当提高。
图4.4.1 核武器爆炸地面空气冲击波简化波形
△Pm——核武器爆炸地面空气冲击波最大超压(N/mm2)；t1——地面空气冲击波按切线简化的等效作用时间(s)；
t2——地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间(s)。
表4.4.1 地面空气冲击波主要设计参数
4.4.2 在结构计算中，核武器爆炸土中压缩波波形可取简化为有升压时间的平台形(图4.4.2)。
图4.4.2 土中压缩波简化波形
t0h——土中压缩波升压时间(s)。
4.4.3 核武器爆炸土中压缩波的最大压力Ph及土中压缩波升压时间t0h可按下列公式计算：
t0h——土中压缩波升压时间(s)；
h——土的计算深度(m)，计算顶板时，取顶板的覆土厚度；计算外墙时，取防空地下室结构土中外墙中点至室外地面的深度；
v0——土的起始压力波速(m/s)，当无实测资料时，可按表4.4.3-1、表4.4.3-2采用；
γc——波速比，当无实测资料时，可按表4.4.3-1、表4.4.3-2注2～4采用；
v1——土的峰值压力波速(m/s)；
δ——土的应变恢复比，当无实测资料时，可按表4.4.3-1、表4.4.3-2注2～4采用；
t2——地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间(s)，可按表4.4.1采用；
△Pms——空气冲击波超压计算值(kN/m2)，当不考虑上部建筑影响时，取地面超压值△Pm；当考虑上部建筑影响时，计算结构顶板荷载应按本规范第4.4.4条～第4.4.6条的规定采用，计算结构外墙荷载应按本规范第4.4.7条的规定采用。
表4.4.3-1 非饱和土v0、γc、δ值
注：1 粘性土坚硬、硬塑状态v0取大值，软塑、流塑状态取小值；
2 抗力级别4级时，粘性土γc取大值；
3 碎石土、砂土土体密实时，v0取大值，γc取小值。
表4.4.3-2 饱和土起始压力波速v0值
注：1 α1为饱和土的含气量，可根据饱和度Sv、孔隙比e，按式α1＝e(1－Sv)/(1+e)计算确定；当无实测资料时，可取α1＝1％；
2 地面超压△Pm(N/mm2)≤16α1时，γc取1.5，v0取表中值，δ同非饱和土；
3 △Pm(N/mm2)≥20α1时，v0取1500(m/s)，γc取1.0，δ取1.0；
4 16α1＜△Pm(N/mm2)＜20α1时，v0、γc、δ取线性内插值。
4.4.4 在计算结构顶板核武器爆炸动荷载时，对核5级、核6级和核6B级防空地下室，当符合下列条件之一时，可考虑上部建筑对地面空气冲击波超压作用的影响。
1 上部建筑层数不少于二层，其底层外墙为钢筋混凝土或砌体承重墙，且任何一面外墙墙面开孔面积不大于该墙面面积的50％；
2 上部为单层建筑，其承重外墙使用的材料和开孔比例符合上款规定，且屋顶为钢筋混凝土结构。
4.4.5 对符合本规范第4.4.4条规定的核6级和核6B级防空地下室，作用在其上部建筑底层地面的空气冲击波超压波形可采用有升压时间的平台形（图4.4.2），空气冲击波超压计算值可取△Pm，升压时间可取0.025s。
4.4.6 对符合本规范第4.4.4条规定的核5级防空地下室，作用在其上部建筑底层地面的空气冲击波超压波形可采用有升压时间的平台形（图4.4.2），空气冲击波超压计算值可取0.95△Pm，升压时间可取0.025s。
4.4.7 在计算土中外墙核武器爆炸动荷载时，对核4B级及以下的防空地下室，当上部建筑的外墙为钢筋混凝土承重墙，或对上部建筑为抗震设防的砌体结构或框架结构的核6级和核6B级防空地下室，均应考虑上部建筑对地面空气冲击波超压值的影响，空气冲击波超压计算值△Pms应按表4.4.7的规定采用。
表4.4.7 土中外墙计算中考虑上部建筑影响采用的空气冲击波超压计算值△Pms
条文说明
条文说明
4.4 核武器爆炸地面空气冲击波、土中压缩波参数
4.4.1 为便于利用现成图表和公式进行动力分析，通常需要将荷载曲线简化成线性衰减等效波形。所谓等效，主要是保证将实际荷载曲线简化为线性衰减波形后能产生相等的最大位移。对于一次作用的脉冲荷载，只需对达到最大位移时间前那段荷载曲线作出简化，而在此以后的曲线变化并不重要。由于防空地下室结构在核武器爆炸冲击波荷载作用下，其最大变位往往发生在超压时程曲线早期，因此按与曲线面积大体相等，且形状也尽可能接近的原则，经推导简化后得出在峰值压力处按切线简化的三角形波形。
地面空气冲击波参数与核武器当量和爆炸高度有关。本次修订由于核武器当量和比例爆高作了适当调整，表4.4.1中设计参数与原规范有所差别。
4.4.2 土中压缩波可简化为有升压时间平台形荷载，是因为土中压缩波作用时间往往比结构达到最大变位时间长十几倍到几十倍，所以简化成有升压时间的平台形荷载后，其误差尚在允许范围内，且可明显简化计算。
4.4.3 由于岩土仅在很低压力下才呈弹性，加之塑性波速与众多因素有关而难以准确确定，因此在土性参数计算中采用起始压力波速和峰值压力波速。其值系先通过土性试验作出土侧限应力一应变关系曲线，然后经计算确定自由场压缩波传播规律，最后综合考虑升压过程中应力起跳时间和峰值压力到达时间以及深度等因素后确定。
通过计算比较，当h≤1.5m时峰值压力仅衰减2％左右，因此当h≤1.5m时，可不考虑峰值压力的衰减。
4.4.4 关于墙体材料，按相当于一般砖砌体的强度作为考虑对冲击波波形影响的条件。故对采用石棉板、矿碴板等轻质材料的墙体以不考虑其对冲击波的影响为宜；对预制混凝土大板的墙体，一般可视同砖墙，可考虑其对冲击波波形的影响。对核4级和核4B级防空地下室，由于缺乏试验资料，暂不考虑上部建筑对冲击波波形的影响。
4.4.7 根据国外资料，对上部建筑为钢筋混凝土承重墙结构，当地面超压为0.2N/mm2以上时才倒塌；对抗震的砌体结构（包括框架结构中填充墙），当地面超压为0.07N/mm2左右才倒塌。考虑到在预定冲击波地面超压作用下，上部建筑物不倒塌，或不立即倒塌，必然会使冲击波产生反射、环流等效应，因此对防空地下室迎爆面的土中外墙动荷载将有所影响。由于这方面试验资料不足，本条在参考国外有关规定的基础上，对于上述条件下的地面空气冲击波最大压力予以适当提高。