《城市地下空间开发兼顾人 防需要设计标准》解读（结构设计）授 课 内 容1、防护原理2、条文解读3、设计问题讨论一、防护原理（一）、工程分类按防护特性按构筑方式按使用对象按防护等级防护功能n具有预定防护功能的 建筑，包括工事和其他 防护建筑《人民防空 常用术语》19901.0.2 本设计标准适用于福建省行政区域内，下列平时作为商业、 办公、文化、娱乐、停车、仓储以及其他生产、生活等用途的地下空 间开发依法兼顾人民防空需要的工程（以下简称兼顾人防需要工程） ：1 单独修建的建筑面积超过1000平方米的普通地下空间；2 经福建省人民防空主管部门确定的特殊条件范围内的掘开式人防 工程；3 其它地下工程城市轨道交通工程兼顾人民防空需要的设计按照《轨道交通工程人民 防空设计规范》（RFJ02-2009）执行城市地下空间开发兼顾人防需要”工程人防工程——单建式；掘开式 防常规武器6级抗力级别（二）人防工程面临的武器威胁1、核武器2、生化武器3、常规武器——核威慑;大规模杀伤性武器仍在不断发展中！——大规模杀伤性武器；在世界范围内被谴责——威力大；种类多；命中精度高；技术发展迅速。
核武器光辐射早期核 辐射放射性 沾染核电磁 脉冲冲击波uu光辐射（热辐射）光辐射（热辐射）üü空气冲击波空气冲击波uu直接地冲击直接地冲击uu冲击与震动冲击与震动üü核电磁脉冲核电磁脉冲uu早期核辐射早期核辐射uu放射性沾染放射性沾染（二）人防工程面临的武器威胁低阻式普通爆破弹低阻式普通爆破弹（2）常规武器爆炸效应Ø 武器种类Ø 武器破坏特点Ø 对人防工程的毁伤效应（二）人防工程面临的武器威胁uu震塌、侵彻震塌、侵彻üü空气冲击波空气冲击波üü直接地冲击直接地冲击üü冲击与震动冲击与震动üü次生伤害次生伤害力学效应力学效应（二）人防工程面临的武器威胁（3）人防工程抵御生化武器破坏效应（三）人防地下室的防护特点工程结构组成主体口部l甲类l核武器、常规武器、生化武器l乙类类l常规武器、生化武器、l兼顾设顾设 防l常规武器、生化武器（不完全）1、设计荷载武器爆炸产生的动荷载是防护结构的主要荷载该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四）人防地下室结构设计特点传入地下的能量产生——土中压缩波空气冲击波引起的感生地冲击地层2地层1超地震的空气冲击波 表面超前地冲击深层超前地冲击折射的地冲击直接（成坑过程）引起 的地冲击爆心冲击波荷载的特点3、空气冲击波l主要杀伤因素l有超压（正压、负压）、动压等l作用时间：核爆可达1秒；化爆为毫秒级l传入土中变为土中压缩波l遇孔即入并受削弱l遇障反射超压剧增冲击波阵面正压区负压区PrP0P1装药遇障反射超压剧增遇孔即入并受削弱2、材料强度主要是考虑材料在快速加载状态下的动力强度提高，防护结构材料强度设计值可按规范给出的系数提高。
经由实验确定四）人防地下室结构设计特点（1）钢筋的屈服强度随着应变速率的增加而增加一般而言，静屈服强低者，快速变形下提高得多，反之则少；极限强度提高很少，工程设 计中一般不考虑极限强度的提高； （3）钢筋抗拉与抗压具有相同的强度提高比值； （4）钢筋在快速变形下的弹性模量不变；屈服台阶长度、极限强度时的应变、极限引伸率等均无明显变化； （6）钢筋动剪切屈服强度约等于动拉力屈服强度的0.6倍；极限剪切强 度约等于极限拉力强度的0.75倍 BK ZZ’实验得出钢筋动载情况下的性能3、破坏标准（1）防护工程“破坏”的概念防护工程“破坏”，应广义地理解为“工程在抗御战时袭击要求的条件下，以可以允许的最低限度，已不能完成其预定的功能” 防护工程的破坏类型，应包括结构的局部破坏，整体的破坏，以及工程的作用或功能损坏等 2）防护结构设计的极限状态 承载能力的极限状态 局部作用的极限状态 密闭（裂缝开展）的极限状态 稳定性的极限状态（四）人防地下室结构设计特点3、破坏标准（3）允许塑性发展 防护结构允许进入塑性阶段工作，构件进入塑性阶段的程度取决于其所 能提供的延性，设计时通过构件延性比值的提高来体现。
对于非常重要和防毒密闭要求较高的构件（如防护密闭门框墙等）仍应 限制在弹性阶段，按弹性体系进行动力分析四）人防地下室结构设计特点塑性的要求 1）材料的塑性：防护结构中一般不使用 冷轧带肋钢筋或冷拉、冷拔钢筋等经冷 加工处理的钢筋经过冷拔后钢筋没有 明显的屈服点和流幅；冷拉强度提高， 塑性下降AB’BCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段（3）允许塑性发展 防护结构允许进入塑性阶段工作，构件进入塑性阶段的程度取决于其 所能提供的延性，设计时通过构件延性比值的提高来体现 对于非常重要和防毒密闭要求较高的构件（如防护密闭门框墙等）仍 应限制在弹性阶段，按弹性体系进行动力分析四）人防地下室结构设计特点塑性的要求 1）材料的塑性：防护结构中一般不使用 冷轧带肋钢筋或冷拉、冷拔钢筋等经冷 加工处理的钢筋经过冷拔后钢筋没有 明显的屈服点和流幅；冷拉强度提高， 塑性下降 无明显流幅的钢筋（四）人防地下室结构设计特点塑性的要求 2）构件的塑性：控制最大配筋 率和最小配筋率Ø 超筋梁 大于最大配筋率Ø 少筋梁 小于最小配筋率Ø 适筋梁不同配筋梁M-φ关系适筋梁抗力曲线（四）人防地下室结构设计特点塑性的要求 2）构件的塑性：构造要求。
受弯构件应双面配筋配筋率不宜小于表中要求，间距不应大 于250mm箍筋配置除民用要求外，其箍筋体积配筋率不应小于0.15%， 其构造要求也有较严格规定箍筋不仅可提高砼的抗压强度， 且可大大提高结构的延性四）人防地下室结构设计特点塑性的要求 2）整体结构的延性：“强剪弱弯”、“墙柱弱梁”规范体现：抗剪、抗压强度降低Ø 墙、柱正截面验算，材料抗压动力强度降低Ø 梁、柱斜截面验算，材料动力强度降低Ø上世纪80年代初，美国进行的一系列现场模型试验，在试 验中发现：土中浅埋钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下原 来按抗弯设计的部分结构却发生了脆性剪切破坏，甚至是 直剪破坏 4、设计方法——等效静载法 ü 进行结构的动力分析时，通常是将动力荷载转化为能够产生相同位 移的静力荷载（等效荷载)，从而将结构动力计算转化为静力问题进 行设计计算p(t)m ly(t)x(x)y(t)Mepe(t)Key(t)真实体系等效体系p(t)代表点位移相同；自振频率相同；荷载功、动能和位能两体系相等（四）人防地下室结构设计特点确定作用于结构构件上的核爆和化爆动载 确定构件的自振频率 确定动力系数 计算等效静载 Ø 确定等效静载 等效 静荷载qe冲击波超压 峰值△Pm构件承受冲 击波最大压 力值Pc Pc=K*△Pmqe=Kd*Pc等效静荷载计算公式： 等效静载动力系数综合反射系数衰减系数地面超压装药空气冲击 波△Pcm直接土中压 缩波δ 0 R0R感生土中 压缩波Pchh防空 地下室覆土表面常规武器地面爆炸土中压缩波传播示意图压缩波峰值波阻抗装药重量N爆距（m）衰减系数l结构防护：l空气冲击波—地面结构、口部结 构l土中压缩波（地 冲击）—地下结构冲击波的超压、动压、负压是防护结构设计的主要内容，其中在波阵面 上超压值最大，称最大超压或超压峰值△Pm，是设计的重要参数。
结构 构件承受的最大压力Pc，即武器作用的动荷载 Pc=K*△Pm 反射效应：顶板综合反射系数；出入口…冲击波最大压力值合成冲击波核爆冲击波地面传播示意图常规武器爆炸等效静载常规武器爆炸等效静载 压缩波峰值波阻抗装药重量Kg爆距（m）衰减系数耦合系数 反射系数1.5均布系数反射系数1.5等效静载4、设计方法——等效单自由度u 爆炸动荷载与一般民用建筑动荷载也不同，它是瞬间或非常短暂的，且设计是在变异性较大的荷载下的极限设计u 可采用近似的等效单自由度计算的等效静荷载法，即将结构体系拆为单个构件，分别按单独的等效单自由度体系进行动力分析，可获得相应的动力系数，计算其等效静荷载值u 不要求一定按实际构件多自由度的体系或有限元等数值分析方法进行计算四）人防地下室结构设计特点Ø目标可靠指标可适当降低 Ø材料强度可以提高 Ø结构允许进入塑性阶段工作 Ø考虑结构的动力响应 Ø应重视防护结构的构造要求 （四）人防地下室结构设计特点（五）“兼顾需要” 地下工程结构设计1、结构设计方法与人防地下室相同u材料强度提高u结构允许进入塑性阶段工作 u等效单自由度计算的等效静荷载法u考虑结构的动力响应的构造要求2、抗力要求降低l防护要求：常规武器、生化武器（不完全）l抗力等级：常6级结构● 材料：1、取消HPB235级钢筋，增加HRB500级钢筋的综合调整系数（1.1）；2、对预应力钢筋没有作出限制要求。
特点：结合《混凝土结构设计规范》（2010年版）和抗常6级要求做局部调整● 等效静荷载（不考虑上部建筑对常规武器地面爆炸空气冲击波超压作用的影响）1、顶板值qce1按照埋深、跨度直接给出顶板覆土厚度h（m）顶板区格最大短边净跨l0（m）等效静荷载标准值kN/m20＜h≤0.5l0≤5455＜l0≤6406＜l0≤7357＜l0300.5＜h≤1l0≤5405＜l0≤7357＜l0301＜h≤1.5l0≤5 35其它30计算条件变化时，荷载值也会有些变 化板厚增加，荷载增大砼强度增加，荷载增大长边净跨增加，荷载减小◆ 计算条件：钢筋混凝土强度等级C30，回填土为粉质粘土，四边固接弹塑性计算，板厚250mm二、条文解读《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》二、条文解读特点：结合《混凝土结构设计规范》（2010年版）和抗 常6级要求做局部调整《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》二、条文解读《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》● 材料：1、取消HPB235级钢筋，增加HRB500级钢筋的综合调整系数（1.1）；2、对预应力钢筋没有作出限制要求。
《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》变形、裂缝、地基——不验算 结构强度要验算（桩身、承台、独立基 础）《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》◆ 计算条件：钢筋混凝土强度等级C30，回填土为粉质粘土，四边固接弹塑性计算，板厚250mm，粘性土梁板柱结构计算条件变化时，荷载值也会 有些变化板厚增加，荷载增大砼强度增加，荷载增大长边净跨增加，荷载减小《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》1、外墙值qce2按照墙中埋深、墙厚直接给出；2、注意计算条件外墙按平时工况控制《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》计算条件：钢筋混凝土强度等级C30 ，取单跨等截面连续梁，下端固定 ，上端铰接，墙高为3.5m～5m,墙厚 为0.3m～0.4m； 墙体高度取大值时，等效静荷载取 小值；墙体厚度取大值时，等效荷 载取大值动力系数—ωt；ω—结构尺寸《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》非敞开的普通地下空间是指地下室 顶板无开孔，每个地下室出入口处 的断面面积不大于该垂直面地下空 间横截面面积的1/7，且地下室每 个外墙所有开孔洞的面积不超过该 外墙面积的50%，《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》150mm《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》梁板结构面力产生过程 约束刚度的影响《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》Ø受剪、受压破坏为脆性破坏，保证整体结构有足够的延性；Ø在试验中发现：土中浅埋钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下原来按抗 弯设计的部分结构却发生了脆性剪切破坏，甚至是直剪破坏。
《城市地下空间开发兼顾人防需要设计标准 》● 结合《混凝土结构设计规范》（2010年版）调整1、斜载面受剪承载力考虑集中荷载影响兼顾顾工程防空地下室V≤αcv f tdbho+ f yd h0 V≤0.7 f tdbho+1.25 f yd h0 =1-（ /ho-8）/15αcv。