防空地下室设计 曹继勇,内容提要,一.概述 二.结构荷载确定 三.内力分析、截面设计与主要构造规定 四.人防结构设计 五.关于结构的功能转换 六.结构设计中的有关问题 七.施工图审查,一 概 述,一)防空地下室的设计特点与一般规定 1、防空地下室的建设与城市建设相结合 2、考虑地面的建筑物对地下结构的影响3、防空地下室的面积，一般宜与地面建筑的底层面积相同承重结构应尽量与地面建筑物的承重结构相互对应 防空地下室的结构设计，应根据防护要求和受力情况做到结构部位抗力协调 核爆动荷载属于偶然性荷载，荷载具有量值大、作用时间短且不断衰减等特点 防空地下室结构在核爆动荷载作用下，其动力分析可采用等效静荷载法 防空地下室结构在核爆动荷载作用下，应验算结构承载力对结构变形、裂缝开展以及地基承载力与地基变形可不进行验算5级和6级防空地下室结构，当采用平战兼顾设计时，应通过临战加固达到战时防护要求 防空地下室结构除按本规范设计外，尚应根据其上部建筑在平时使用条件下对防空地下室结构的要求进行设计，并应取其中控制条件作为防空地下室结构设计的依据二)防空地下室结构选型,防空地下室结构的选型，应根据防护要求、使用要求、上部建筑结构类型、工程地质和水文地质条件以及材料供应和施工条件等因素综合分析确定。
对钢筋砼结构，可采用预制装配整体式 防空地下室结构的选型. 结构类型 砌体结构、钢筋混凝土、装配式构件 既要满足作为上部建筑基础的要求，又要满足战时作为防护结构的要求防空地下室常用梁板结构、板柱结构以及箱型结构等当柱网尺寸较大时，也可采用双向密肋楼板结构二 防空地下室结构的荷载,一）防空地下室结构的静荷载 1、顶盖的静荷载 作用在顶盖上的静荷载包括有顶盖以上覆土重、顶板自重，以及战时不会搬迁的设备荷载和其它静荷载其计算方法与一般民用结构相同 顶板核爆动载起控制作用一般为静载的10倍或5倍2、墙体静载 水平静载：有土壤侧压力与水压力，其计算方法与民用结构相同 垂直静载：有顶盖传来的静荷载、外墙自重及上部地面建筑传来的自重内墙静载 垂直静载：有顶盖传来的静荷载、墙自重及上部地面建筑传来的自重 3、底板的静荷载 作用在底板上的静荷载包括地面建筑物传来的自重、顶盖传来的静荷载及地下室墙体和中间柱等自重二）三系法确定等效静载,（一）、顶板等效静载确定 三系数法,三系数法表达式,顶板 土中衰减系数,,,,二）防空地下室结构的核爆炸动荷载,2、防空地下室结构上的核爆动荷载,,,土中压缩波参数,2、顶盖综合反射系数,(1)当顶盖覆土厚度为零时，取1.0； (2)非饱和土时，当顶盖复土厚度等于或大于结构不利覆土厚度，综合反射系数可按表9-5确定；,,(3)饱和土时， 时， 按下列规定确定：,3、动力系数Kd,动力系数 Kd定义：动载作用下的结构最大位移Ym与动载峰值作为静载作用下的静位移Y1的比值。
动力 荷载因直接作用而施加在结构上的一组集中力或分布力 动力大小、方向或位置变化的作用力动力问题的基本特性---动载作用下的结构动力反应,动载单调，梁为振动，在 tt0时为强迫振动，化爆主要是自由振动，核爆主要是强迫振动 自振周期是一重要参数 最大动位移发生在振动曲线中的第一个峰值 最大位移Ym，与动载峰值P0作为静载作用时的静位移YI 不相同 动力反应的大小不仅与荷载峰值有关，与自振频率的比值 t0/T有很大关系P,t,t,,Y,t,,Y,Y,P,,动力系数Kd取值范围,对顶板: Kd =1～1.2 对墙体： Kd =1～1.5,二、侧墙等效静载确定,土中衰减系数 侧压系数 动力系数,,①密实的碎石土及非饱和砂土，宜取下限值； ②非饱和粘性土的液性指数为下限值时，侧压系数宜取下限值； ③含气量不大于0.1%的饱和土，宜取上限值三、底板等效静载确定,：顶板动荷载,：底压系数,,顶板： 侧墙 底板,查表确定主体结构等效静载,由于防空地下室设计是与其上部建筑物的设计相互协调的，其建筑尺寸、结构类型和体系均限于有限范围内变化，因此就有可能预先计算出常用结构等效静荷载值，以便于工程设计应用。
条件：一般的钢筋混凝土结构,顶板等效静载,侧墙等效静载,底板等效静载(无桩基时),底板等效静载(有桩基时),（1） 临空墙 临空墙是指一面在工程防护门以外受冲击波荷载作用，一面在工程防护门以内不受冲击波荷载作用的墙体其位置一般在出入口或通风井附近2）相邻防护单元隔墙,当两个相邻防护单元抗力相同时，防护隔墙上的等效静载两侧相同，分别计算两侧配筋当两个相邻防护单元抗力不同时，防护隔墙上的等效静载两侧不同防护单元低的一侧所受的荷载值高防护单元高的一侧所受的荷载值低3）出入口防倒塌棚架,一般为地面建筑物倒塌范围以内的防倒塌棚架设在倒塌范围以内的出入口棚架. 棚架由现浇顶板，圈梁、钢筋混凝土柱和非承重的脆性围护构件组成 在地面冲击波作用下，围护构件迅速遭受破坏被摧毁，仅剩下开敞式的承重结构由于开敞式结构的梁、柱等断面较小，因此在冲击波荷载作用下按仅受水平动压考虑4）防空地下室出入口通道顶板、底板等效静载 通道净跨不小于3米，按主体取值（不计上部影响） 通道净跨小于3米，查表确定 （5）出入口封堵件（正负压）等效静载（查表）,（6）出入口多跑楼梯,,(7)首层防倒塌挑檐和首层楼梯荷载,防空地下室荷载组合,第五节 内力分析、截面设计与主 要构造规定,1. 内力分析 2. 核爆动荷载下结构构件载面设计特点 3. 主要构造要求,1. 内力分析,在核爆动荷载作用下，防空地下室结构动力分析采用等效静荷载法，即将动力作用下求内力问题转化成静力作用下求内力问题，防空地下室结构的内力可按一般静力结构进行结构内力分析，并可采用静力计算手册和相应图表来计算内力。
原则:强柱弱梁、强剪弱变,增加延性3. 核爆动荷载下结构构件载面设计的特点,3.1 1) 计算梁板体系中板的抗弯承载能力，且板的周边支座横向伸长受到约束时，跨中截面的计算弯矩值可乘以折减系数0.7； 2)当计算板柱结构平板的抗弯承载能力，板的横向伸长受到约束时，其跨中截面的计算弯矩值可乘以折减系数0.9； 3)当在设计中已考虑板的轴力影响时，可不再乘折减系数 4)由于受弯构件的横向变形受到约束时，将产生面内力效应，从而会提高构件的抗弯能力为计算简便在计算内力时不直接考虑面力效应的有利作用，但对跨中截面的计算弯矩予以折减3.2 按等效静荷载进行梁、柱斜截面受剪承载能力验算时，混凝土及砌体在动荷作用下强度设计值应乘以折减系数0.8当按等效静荷载进行墙、柱受压截面承载能力验算时，混凝土及砌体在动荷载作用下轴心抗压强度设计值应乘以折减系数0.8 实验表明，属脆性破坏的构件安全储备小，属延性破坏的构件安全储备大，为了协调这一不合理的状况，防护结构截面设计采取上述处理方法进行了调整3 核爆动荷载下结构构件载面设计的特点,钢筋混凝土结构或构件按弹塑性工作阶段设计时，受拉钢筋的配筋率不宜超过1.5％。
当必须超过时受弯构件或大偏心受压构件的允许延性比应符合下列要求： (1) （2）,4 主要构造要求,4.1 防空地下室结构选用的材料强度等级不应低于表4-17规定 4.2 防空地下室结构构件最小厚度应符合表4-18规定 4.3 防空地下室结构变形缝的设置应符合下列规定 4.4 钢筋混凝土受弯构件，宜在受压区配置构造钢筋，构造钢筋面积不小于按受拉钢筋的最小配筋百分率的计算量；在连续梁支座和框架节点处，不小于受拉主筋的1/3 4.5 双面配筋的钢筋混凝土板、墙体应设置梅花形排列的拉结钢筋，拉结钢筋长度应能拉住最外层受力钢筋4.6 连续梁及框架在距支座边缘1.5倍梁的截面高度范围内，箍筋配筋百分率不抵于0.15％，箍筋间距不宜大于ho/4，且不宜大于主筋直径的5倍对受拉钢筋搭接处，宜采用封闭箍筋，箍筋间距不应大于主筋直径的5倍，且不应大于100mm 4.7 受核爆动荷载的钢筋混凝土结构构件，纵向受力钢筋的配筋百分率最小值应符合表4-19的规定 4.8 平板防护密闭门框墙的构造应符合下列要求 1、门框墙厚度不应小于300mm； 2、门框墙的受力钢筋直径不应小于12mm，间距不宜大于250mm，配筋率不宜小于0.25％； 3、门洞四角的内外侧，每角应配置两根直径16mm的斜向钢筋，其长度不应小于1000mm。
1、常用结构构件厚度的确定 三个因素： ① 最小厚度要求（构造及安装要求）； ② 防早期核辐射的厚度要求（非力学因素）； ③ 结构承载力的厚度要求（力学因素）四、人防结构设计,1.1.有关构造要求的厚度,① 人防钢筋混凝土构件最小厚度=200mm ② 单扇防护密闭门门框墙厚度=300mm ③ 双扇防护密闭门门框墙厚度=300mm-500mm ④ 防护单元隔墙上的连通口（同一墙体两边开门）厚度=500mm ⑤ 风井在两边安门的井壁厚度=400-500mm,1.2 防早期核辐射的厚度要求：,,防早期核辐射的钢筋混凝土顶板厚度（mm）,注：a. 当顶板上有复土时，可以折算成混凝土厚度（÷1.4）； b. 顶板上方的找平层及刚性面层可以计入厚度； c. 顶板上方有夹层或普通地下室时，夹层及普通地下室顶板厚度可以计入防早期核辐射对出入口临空墙的厚度要求（mm） 注：如不满足时，可以在墙的反面砌240mm或370mm砖墙（平时砌好）,1.3 按受力要求的参考尺寸,① 顶板：对6级：一般取200 – 250mm； 对5级：一般取300 – 350mm； 如果5级处于负二、负三层时，也可以取250mm，由计算确定。
② 顶板梁：按梁的截面要求定，跨度及荷载较大时， 高宽比可以放宽，即方梁甚至扁梁④ 防护单元隔墙：≥200mm； ⑤ 密闭隔墙：≥200mm； ⑥ 临空墙：250～300mm； ⑦ 底板：在南方地区，由于地下水位较高，底板一般较厚，大多数情况下不由人防控制 结构厚度应首先满足防早期核辐射要求，然后满足受力要求③ 外墙：通常≥300mm，由计算确定；,2、 结构内力计算及截面设计,2.1计算工具 ① 利用高层结构计算软件： 不能定义人防参数，因此应作近似处理 ② 利用“理正”人防结构计算软件： 仅适用于规则的、典型化的板块 ③ 对由人防控制的构件（顶板、顶板梁等等），可拆开为单个构件手工计算或复核2.2 内力计算与截面设计中应注意的有关问题 ① 人防板或无梁楼盖的计算弯矩可折减； ② 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； ③ 人防无梁楼盖的正负弯矩调幅按附录C； ④ 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1.5×0.8=1.2 ⑤ 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4.6.5条； ⑥ 拉结筋必须要设，包括顶板、墙体，包括底板。
第三节、平战功能转换,1、平战功能转换的定义 平战功能转换是指为了使具有防护功能的建筑物如人防工程等能便于平时使用，以及只考虑平时使用的非防护建筑物能够在战时利用，而在建筑、结构、内部环境方面进行的功能兼容协调和转换，习称为“功能转换”完成上述转换所涉及到的一系列设计及施工技术称为功能转换技术它包括预留设计技术、附加设计技术及应急加固技术三个主要方面2、平战转换的设计依据,《人民防空工程战术技术要求》对人防工程平战转换标准及转换措施作了明确规定 《人民防空工程防护功能平战转换设计标准》 《人防工程防护功能平战转换设计图集》,3、可以实施防护功能平战转换项目：,战时使用而平时不使用的内部设备和除尘滤毒装置； 为方便平时使用而开设的出入口、风口、防空地下室采光天窗等防护功能平战转换设计； 平时使用的大跨度。