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1、人防地下室结构设计若干问题探讨,目 录,一、概述,防护的理解,核冲击波-假设,常规武器-非直接命中,抗打击能力-一次,人防地下室防护,人防地下室结构设计主要内容,人防地下室结构设计的特点,二、人防荷载,核武器效应,核武器空中爆炸距地面一定高度之上（小于 30千米）的核爆炸。爆炸瞬间先出现强烈明亮的闪光，后形成不断增大和发光的火球。冲击波经过地面反射回到火球后使火球变形，呈上圆下扁的“馒头”状，最后，从地面升起的尘柱和烟云共同形成高大的蘑菇云。在冲击波所到之处还可听到多声巨响。火球的最大直径和发光时间、蘑菇云稳定时的高度主要决定于爆炸的 TNT当量。对于2万吨TNT当量的核爆炸，火球最大直径约为
2、440米，发光时间约为2.4秒，稳定蘑菇云的高度约为11千米。,不同当量核弹对不同状态人员的杀伤半径数据如下(单位：公里)：,空气冲击波与土中压缩波,人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当核武器在空中爆炸时，当冲击波传播到地表时，形成反射冲击波，因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播，且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快，当反射波波阵面终于赶上入射波波阵面后，则汇合成为一单一的冲击波，即合成波，合成波波阵面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向传播的，对抗力等级较低的防空地下室来说，所受的冲击波即为这种合成波(即地面冲击波)。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波
3、的超压和负压作用，而对于侧壁和底板，因空气冲作用于地表，压迫土体并使其产生运动，上层土体受压后连续向下传递压力，这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播，当遇到侧壁或底板的阻挡后，则会产生超压、动压和负压作用，这就是侧壁和底板需考虑的问题。,常规武器效应,人防工程抵御的常规武器主要指航空炸弹（简称炸弹或航弹）。根据破坏作用的不同，炸弹可分为普通爆破弹、混凝土爆破弹、穿甲弹和半穿甲弹。炸弹的大小一般按“口径”分级，所谓口径是指炸弹的名义重量，如250公斤炸弹、500磅炸弹等。,常规武器破坏作用整体破坏作用局部破坏作用一般防空地下室不考虑抗炸弹直接命中。,人防地下室荷载的特点,荷
4、载特点,等效静载的计算,常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载作用下,人防地下室结构动力分析可采用等效静荷载法,在等效静荷载和静荷载确定后按静力计算方法进行结构内力分析。,(1)核爆炸等效静荷载qe:Pm Pms Ph Pc qe;Pms空气冲击波最大超压值;Pms空气冲击波超压计算值;Ph核武器爆炸土中h深处压缩波的最大压力;c动荷载q。,(2)室常规武器爆炸等效静荷载qce:Pcm Pch pc qcePcm常规武器地面爆炸空气冲击波最大超压;Pch空气冲击波感生的土中压缩波的最大压力;pc常规武器地面爆炸作用在土中结构上的动荷载,人防地下室等效静载的取值,查规范表人民防空地下室设计规范在第
5、4.7节和4.8节以表格形式分别给出了各类人防构件常规武器爆炸均布等效静荷载值和核爆炸均布等效静荷载值，极大的方便了一般的设计人员。由于表内所列荷载值都是在假定条件下根据规范公式计算得到的,因此若实际工程不满足查表条件,就需按公式计算。,结构设计师的任务之一是正确的选用表格给出的人防等效静载,人防地下室等效静载的取值,设计人员有时可能习惯认为人防是由核爆动起控制，但以下3种情况由常规爆动荷载起控制，设计时应着重注意。,核武器与常规武器,常规武器起控制作用,顶板底面高出室外地面的常5、常6级防空地下室，其外墙在弹塑性工作阶段设计时，其等效静载标准值qce2较核爆动大。,出入口临空墙的等效静载标准
6、值在室外直通式及室外单向式，且其L（L为室外出入口至防密门的距离）5m时，常规武器等效静载标准值较核武器等效静载标准值大。,当抗力级别为核六、常五（如一等人员掩蔽所）时，部分部位的（覆土小于1米的顶板和覆土小于1.5的外墙）常规武器等效静载标准值较核武器等效静载标准值大,人防地下室等效静载取值,表注：表格括号内数值为考虑上部建筑影响的,考虑上部建筑的影响,适用条件,上部建筑不少于两层或单层的顶板为钢筋混凝土,底层外墙为钢筋混凝土墙或砌体承重墙,底层外墙任一面开洞面积小于50%,抗震构造厚度不小于240、非空心或轻质砌块,效果与原理,墙、窗消弱冲击波,墙反射冲击波打击地面形成压缩波叠加,引用,人
7、防顶板上方有管道层、夹层及普通地下室时,人防地下室等效静载取值,口部荷载值,防密门、防爆波活门超压,门框墙等效静载,临空墙等效静载,动力系数Kd=2/(2-1),防护密闭门门框墙是一种特殊的临空墙。规范中规定出入口通道内门框墙与临空墙设计压力取值一致，但在计算等效静荷载时，临空墙是按照弹塑性工作阶段确定，而防护密闭门门框墙由于需要更严格的控制其变形，以保证受力时能和门扇共同作用，因此时按照弹性工作阶段确定的，由此可以看出虽然出入口通道内门框墙与临空墙处在相邻的位置，但作用在门框墙上的等效静荷载要比作用在临空墙上的等效静荷载值大。,倒塌范围与室外出入口设置,战时作为主要出入口的室外出入口，其敞开
8、段宜设置在地面建筑倒塌范围以外。在倒塌范围以外的室外出入口口部建筑宜采用单层轻型建筑。因受条件限制，室外出入口通道敞开段设置在地面建筑倒塌范围以内时，其口部建筑应采用防倒塌棚架。,防倒塌棚架,周围相邻建筑！口部建筑设计！,防倒塌棚架,人防地下室等效静载取值,倒塌范围与室外出入口设置,倒塌范围的取值,防倒塌棚架,人防地下室等效静载取值,倒塌范围与室外出入口设置,当条件限制（满占红线），核6、6B级满足下列条件的不设置室外出入口：1与有可靠出入口的其他人防工程（抗力级别不低于本工程）相连通；2当上部建筑为钢结构或钢筋混凝土结构，且其主要出入口满足下列各项条件时：首层楼梯间直通室外地面，且地下室至首
9、层的梯段上端与室外的距离不大于2米；首层由梯段至通向室外的门洞之间，应设置与地面建筑结构脱开的防倒塌棚架；首层楼梯间直通室外的门洞外侧上方，应设有挑出长度不小于1米的防倒塌挑檐；主要出入口与其中一个次要出入口的防护密闭门之间的水平直线距离不小于15.0米。,防倒塌棚架,人防地下室等效静载取值,车道主要出入口地面层,与地面以上主体脱开与地下室主体结构不脱,在方案协调阶段时就要注意加设防倒塌结构后车道的净宽,防倒塌棚架,人防地下室等效静载取值,车道主要出入口防倒塌,防倒塌棚架是否需要做到出入口出地面后5米以外？,防倒塌棚架,人防地下室等效静载取值,车道主要出入口防倒塌,在地面平地上存在全部堵死的概
10、率极小，虚线范围不需要做防倒塌棚架,防倒塌棚架,人防地下室等效静载取值,防倒塌棚架,水平荷载是冲击波产生的等效静载,01,竖向荷载规范给的是等效静载，可考虑材料强度提高,竖向荷载是房屋倒塌等产生的堆积等效荷载,水平荷载先到达，两者不同时作用，计算模型应分开算,02,03,04,人防地下室等效静载取值,出入口楼梯,人防地下室等效静载取值,底板荷载值,人防地下室等效静载取值,底板荷载值,人防地下室等效静载取值,底板荷载值,人防地下室等效静载取值,底板荷载值,人防地下室等效静载取值,底板荷载值,人防地下室等效静载取值,多层地下室,向上荷载与向下荷载分别计算配筋，含钢量大，墙柱支座位置钢筋过多同层钢筋
11、向上与向下受力筋的搭接位置矛盾人防组合荷载大于平时荷载，下层承重结构破坏造 成灾难性后果,错误,人防区设在上层，下层为非人防区,人防地下室等效静载取值,多层地下室,下层围护结构按上层人防同抗力等级设计,解决方案,人防区设在上层，下层为非人防区,人防地下室等效静载取值,多层地下室,当上下相邻楼层划分为不同防护单元时，下层可以不划分防护单元和抗爆单元两层间楼板人防等效静载按单元间隔墙取值两层间楼板人防等效静载只考虑向下作用,原理,上下层均为人防区,人防地下室等效静载取值,多层地下室,局部存在向上冲击波,错误,下层局部为非人防区,人防地下室等效静载取值,多层地下室,对应上层人防区按同抗力围护结构设计
12、扩大人防区与上层相对应-土建成本增加设备成本减少,解决方案,下层局部为非人防区,人防地下室等效静载取值,多层地下室,下层围护结构抗力不小上层,缺点,上层防护等级大于下层,人防地下室等效静载取值,多层地下室,下层对应上层高抗 力单元加设单元隔墙,解决方案,上层防护等级大于下层,人防地下室等效静载取值,多层地下室,中间楼板按高抗 力单元隔墙向下作用,解决方案,下层防护等级大于上层,人防地下室等效静载取值,单元连通口设计压力,五级与五级或五级与六级间连通口防密门可选用（6）级门,人防地下室等效静载取值,单元连通口设计压力,五级与五级或五级与六级间双向受力大门需选用(5)级门,人防地下室等效静载取值,
13、单元连通口设计压力,人防地下室等效静载取值,荷载组合,三、结构类型与内力分析,结构类型,有次梁的梁板结构,SATWE的分析没有考虑次梁的作用，而次梁配筋计算时没有读取人防荷载。人防中次梁应按主梁输入。,人防等效静载的选取时板跨取次梁围合的板跨,抗震性能好，有利于控制裂缝开展,结构类型,无次梁的梁板结构,由于板厚较大，可以考虑采用弹性板6,主梁受力优于次梁结构，截面小于次梁结构，经济指标优于次梁结构（构造引起）,结构类型,加腋梁板结构,设备管线可以从截面较小的跨中通过，有效降低建筑层高,截面与弯矩包络图适应，充分利用支座的有效高度，经济指标优于一般梁板结构,结构类型,无梁楼盖结构,荷载取值板跨按
14、柱轴线,造型美观，降低层高,弯矩计算可折减0.9（内拱效应）,内力计算可用弹性板6,结构类型,宽扁梁结构,介于梁板结构和无梁结构之间的一种结构，可以改善无梁楼盖结构抗震性能差的弱点,梁高小于1/10，梁宽大于1.5倍柱宽,扁梁可视作带肋的无梁楼盖，梁内力按梁与柱上板带的线刚比分配,没有成熟的软件计算，内力采用电算与手算结合,结构类型,预应力结构,对控制超长结构使用期间的裂缝有良好效果，解决大型人防地下室超长不能留伸缩缝的难题,充分发挥钢材的强度，减少板厚与梁高，有明显的经济效益,预应力筋延性差，能否在人防工程中的运用有争议，缺少理论和实验支持,结构类型,空心楼盖,一、分类：圆形型薄壁筒芯（筒芯
15、）方形薄壁箱体（箱体）二、优点：减轻自重 降低地震作用 提高隔热作用（导热系数0.39,一般楼板1.74）提高隔声作用（提高1022分贝）,结构类型,空心楼盖,有效降低建筑物高度,结构类型,空心楼盖,在人防工程中应用的缺点:,1、减少的自重在人防设计中所起的影响很小:减轻混凝土自重=0.3x25=7.5人防等效静静=70,结构类型,空心楼盖,在人防工程中应用的缺点:,计算问题：1、防等效静载取值问题：现人防地下室规范所列等效静载值的取值与动力系数有关，动力系数与结构延性比和结构自振圆频率有关，目前相关规范没有给出空心楼盖的等效静载值，相关的文献也没看到关于空心楼盖等效静载或动力系数方面的理论或
16、试验研究结论。2、顶板在人防等效静载作用下可以按弹塑性计算，空心楼盖的塑性变形能力如何，调幅系数如何取值，没有规范、文献理论或试验依据，设计时可暂按人防地下室规范取值，但如果审图公司提出这个问题将无法解答。,结构类型,空心楼盖,在人防工程中应用的缺点:,构造问题1、空心楼盖填充体上皮一般厚100120，不满足防水规范关于防水混凝土最小厚度250的要求，如果出现上皮渗漏，下皮更无法满足抗渗要求，并且无法采取注浆等补漏措施。2、模盒尺寸一般为1000 x300和700 x300，不满足人防地下室规范关于上下层钢筋网间拉结筋间距不小于500的要求（GB50038-2005第22条）3、空心楼盖填充体
17、下皮一般厚60100，下皮混凝土浇筑的密实度不容易保证，易出现蜂窝麻面。,结构类型,空心楼盖,人防工程应用时应注意问题,1、冲切计算不仅要计算柱边与柱帽的冲切，而且要计算柱帽与平板边以及实心板与空心板交接处的冲切2、冲切和抗剪计算时混凝土动力强度值应乘以0.8折减系数（GB50038-2005第条）,结构类型,空心楼盖,人防工程中应用时注意的问题:,1、空心楼盖应复核其折算厚度是否满足人防地下室规范关于结构折合最小厚度200的要求（GB50038-2005第条），如果是首层，还需复核其最小厚度满足防早期核幅射的最小厚度要求2、暗梁配筋要满足人防地下室规范关于结构最小配筋率的要求。空心板板底要满
18、足人防地下室规范关于结构最小配筋率(应取全截面)的要求3、空心板上皮如果采用配双层双向钢筋网形式，要注间复核两层钢筋间最小净空，保证混凝土的浇筑质量。,结构类型,空心楼盖,内力计算与截面设计中应注意的有关问题,人防板或无梁楼盖的计算弯矩可以折减，按规范条；人防梁板可以考虑内力重分布（即进行弯矩调幅），建议在25%以内；进行抗剪计算及受压验算时，混凝土的材料强度提高系数要降低，即1.50.8=1.2。为保证受弯构件不出现脆性破坏，必须满足规范的构造要求，即：对板：受压区应配钢筋，配筋率为0.25%；对梁：受压区与受拉区的配筋率应满足条；拉结筋必须要设，包括顶板、底板、墙体、门框墙等。,内力分析,
19、四、其它结构措施,地下室埋深,地下室埋深,地下室埋深,条件限制无法通过回填覆土的方式解决,地下室埋深,分析规范的要求主要是针对人防地下室抗倾覆的要求,地下室埋深,规范计算模型,低层建筑,大底盘地下室,地下室埋深,地下室埋深,建议：1、对地下室的三面或四面的地面低于人防地下室顶板底面时，可能发生剪切破坏，应严格禁止建设人防地下室。2、对地下室的一面或两面的地面低于人防地下室顶板底面时，应限制建设人防地下室；受条件限制时，当通过评估能满足防护要求时，可适当允许建设人防地下室。3、当地下室的一面或两面的地面低于人防地下室顶板底面且人防地下室占整个地下室的局部时，人防地下室应靠周边地平较高的一侧,地下室埋深,消防水池兼人防水池，消防水泵房管线较多，设在非人防区,水池平战合用,平时管线进消防水池管线不能在防护区（水池)一侧设闸阀,水池平战合用,解决方案：在水泵房与水池间加阀门间，闸阀设在阀门间（防护区),水池平战合用,钢筋锚固,防护密闭门门框墙为悬臂板设计时，不但要承受正压，而且要承受负压，应注意水平受力钢筋内、外侧均满足锚固长度 不应像梁柱箍筋那样设封闭搭接头并交错布置,变形缝设置,在人防门开启范围内不允许设变形缝，以免变形缝的沉降等原因造成人防门不能正常打开。,变形缝避开人防门开启范围,五、常见错误,常见错误,多谢指正,广东中人工程设计有限公司珠海分公司,
