人防地下室结构设计若干问题探讨

人防地下室结结构设计若干干问题探讨目录概述一人防荷载二结构类型与内力三其它结构措施四常见错误五

六一、概述防护的理解误解战时进入人防地下室是安全的；根本防不住导弹，做人防地下室没有用标准城市居民不是精确打击的重点；平战合用的原则受国家经济实力的制约；标准人防工程结构要达到的是在一定的假设条件下保证最大程度的生存概率的相对安全。安全适用合理经济核冲击波----假设常规武器---非直接命中抗打击能力----一次武器及次生灾害主体口部出入口通风口化学武器围护结构密闭，有一定室内空间密闭门防毒通道洗消间密闭阀门滤毒器生物武器核武器放射性沾染早期核辐射有一定结构厚度顶板上方覆土通道拐弯通道长度密闭阀门热辐射城市火灾冲击波空气冲击波结构抗力防护密闭门防爆波活门扩散室土中压缩波房屋倒塌出入口数量防倒塌棚架防塌风口防堵篦子常规武器防护单元抗爆单元人防地下室防护人防地下室结构设计主要内容主体结构孔口防护顶板外墙底板人防隔墙柱、基础等出入口消波系统防密门选用口门临空墙口门门框墙口门出入口通道门风井门防爆波活门选用扩散室人防地下室结构设计的特点1结构设计的可靠性降低由于核爆动荷载是偶然性荷载，钢筋混凝土构件又允许开裂，因此比之静荷载作用下构件的安全度可适当降低。2考虑结构的动力响应在动荷载作用下，结构产生动力响应3构件可考虑进入塑性工作状态允许有残余塑性变形存在，可考虑塑性内力重分布4

材料设计强度可以提高实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，

主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，

例如钢材强度可提高1.15～1.5倍，对砼强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合

调整系数来完成的5只做结构承载力验算对结构变形、裂缝展开以及地基承载力和地基变形可不进行验算指标平时结构人防结构延性破坏可靠度β3.21.55失效概率pf0.069%6.1%脆性破坏可靠度β3.72.4失效概率pf0.011%0.8%二、人防荷载载核武器效应核武器空中爆炸距地面一定高高度之上（小小于30千米）的核爆爆炸。爆炸瞬瞬间先出现强强烈明亮的闪闪光，后形成成不断增大和和发光的火球球。冲击波经经过地面反射射回到火球后后使火球变形形，呈上圆下扁的的“馒头”状，最后，从从地面升起的的尘柱和烟云云共同形成高高大的蘑菇云云。在冲击波波所到之处还还可听到多声声巨响。火球球的最大直径径和发光时间间、蘑菇云稳定时的高度度主要决定于于爆炸的TNT当量。对于2万吨TNT当量的核爆炸炸，火球最大直径径约为440米，发光时间间约为2.4秒，，稳稳定定蘑蘑菇菇云云的的高高度度约约为为11千米米。。不同同当当量量核核弹弹对对不不同同状状态态人人员员的的杀杀伤伤半半径径数数据据如如下下(单位位：：公公里里)：广岛岛：：1.2~1.5d万吨吨空气冲击波与土中压缩波人防防地地下下室室结结构构设设计计主主要要考考虑虑抵抵抗抗空空气气冲冲击击波波。。当当核核武武器器在在空空中中爆爆炸炸时时，，当当冲冲击击波传传播播到到地地表表时时，，形形成成反反射射冲冲击击波波，，因因反反射射波波是是在在被被入入射射波波压压密密和和加加热热过过的的空空气气中中传传播播，，且且压力力又又高高，，所所以以反反射射波波的的传传播播速速度度要要比比入入射射波波快快，，当当反反射射波波波波阵阵面面终终于于赶赶上上入入射射波波波波阵阵面面后后，则则汇汇合合成成为为一一单单一一的的冲冲击击波波，，即即合合成成波波，，合合成成波波波波阵阵面面靠靠近近地地面面部部分分是是垂垂直直于于地地面面的的，，即即合成成波波是是水水平平方方向向传传播播的的，，对对抗抗力力等等级级较较低低的的防防空空地地下下室室来来说说，，所所受受的的冲冲击击波波即即为为这这种种合合成成波(即地地面面冲冲击击波波)。防防空空地地下下室室的的顶顶板板一一般般就就直直接接承承受受地地面面冲冲击击波波的的超超压压和和负负压压作作用用，，而而对对于侧侧壁壁和和底底板板，，因因空空气气冲冲作作用用于于地地表表，，压压迫迫土土体体并并使使其其产产生生运运动动，，上上层层土土体体受受压压后后连连续续向向下下传传递递压压力力，，这这种种土土体体的的压压缩缩状状态态由由上上向向下下逐逐层层传传播播过过程程称称为为土土中中压压缩缩波波的的传传播播，，当当遇遇到到侧侧壁壁或或底底板板的的阻阻挡挡后后，，则则会会产产生生超超压压、、动动压压和和负负压压作作用用，，这这就就是是侧侧壁壁和和底底板板需需考考虑虑的的问问题题。。常规武器效应人防防工工程程抵抵御御的的常常规规武武器器主主要要指指航航空空炸炸弹弹（（简简称称炸炸弹弹或或航航弹弹））。。根根据据破破坏坏作作用用的的不不同同，，炸炸弹弹可可分分为为普普通通爆爆破破弹弹、、混混凝凝土土爆爆破破弹弹、、穿穿甲甲弹弹和和半半穿穿甲甲弹弹。。炸弹弹的的大大小小一一般般按按““口口径径””分分级级，，所所谓谓口口径径是是指指炸炸弹弹的的名名义义重重量量，，如如250公斤斤炸炸弹弹、、500磅炸炸弹弹等等。。常规规武武器器破破坏坏作作用用▪整整体体破破坏坏作作用用▪局部部破破坏坏作作用用一般般防防空空地地下下室室不不考考虑虑抗抗炸炸弹弹直直接接命命中中。。防护级别武器类型主体防护口部防护常5级1000磅低阻爆破弹距外墙外侧水平距离10米处地面爆炸口部外10米处爆炸常6级1000磅低阻爆破弹人防地下室荷载的特点荷载特点属偶然荷载能量大、作用时间短且不断衰减冲击波遇孔即入、遇障反射、进大散弱外围结构承受的荷载分空气冲击波和土中压缩波只考虑核武器或常规武器的一次的最不利情况，不需叠加等效静载的计算常规规武武器器爆爆炸炸动动荷荷载载和和核核武武器器爆爆炸炸动动荷荷载载作作用用下下,人防防地地下下室室结结构构动动力力分分析析可可采采用用等等效效静静荷荷载载法法,在等等效效静静荷荷载载和和静静荷荷载载确确定定后后按按静静力力计计算算方方法法进进行行结结构构内内力力分分析析。。(1)核爆爆炸炸等等效效静静荷荷载载qe:ΔPm→ΔPms→Ph→→Pc→→qe;ΔPms——空气气冲冲击击波波最最大大超超压压值值;ΔPms—空气气冲冲击击波波超超压压计计算算值值;Ph——核武武器器爆爆炸炸土土中中h深处处压压缩缩波波的的最最大大压压力力;Ρc—动荷荷载载q。(2)室常常规规武武器器爆爆炸炸等等效效静静荷荷载载qce:ΔPcm→Pch→pc→→qceΔPcm—常规规武武器器地地面面爆爆炸炸空空气气冲冲击击波波最最大大超超压压;Pch—空气气冲冲击击波波感感生生的的土土中中压压缩缩波波的的最最大大压压力力;pc——常规规武武器器地地面面爆爆炸炸作作用用在在土土中中结结构构上上的的动动荷荷载载人防地下室等效静载的取值查规规范范表表《人民民防防空空地地下下室室设设计计规规范范》在第第4.7节和和4.8节以以表表格格形形式式分分别别给给出出了了各各类类人人防防构构件件常常规规武武器器爆爆炸炸均均布布等等效效静静荷荷载载值值和和核核爆爆炸炸均均布布等等效效静静荷荷载载值值，，极极大大的的方方便便了了一一般般的的设设计计人人员员。。由由于于表表内内所所列列荷荷载载值值都都是是在在假假定定条条件件下下根根据据规规范范公公式式计计算算得得到到的的,因此此若若实实际际工工程程不不满满足足查查表表条条件件,就需需按按公公式式计计算算。。结构构设计计师的的任任务务之之一一是是正正确确的的选选用用表表格格给给出出的的人人防防等等效效静静载载等级部位条件等效静载人防地下室等效静载的取值设计计人人员员有有时时可可能能习习惯惯认认为为人人防防是是由由核核爆爆动动起起控控制制，，但但以以下下3种情况况由常常规爆爆动荷荷载起起控制制，设设计时时应着着重注注意。。核武器器与常常规武武器01常规武器起控制作用顶板底底面高高出室室外地地面的的常5、常6级防空空地下下室，，其外外墙在在弹塑塑性工工作阶阶段设设计时时，其其等效效静载载标准准值qce2较核爆爆动大大。出入口口临空空墙的的等效效静载载标准准值在在室外外直通通式及及室外外单向向式，，且其其L（L为室外外出入入口至至防密密门的的距离离）≤≤5m时，常常规武武器等等效静静载标标准值值较核核武器器等效效静载载标准准值大大。当抗力力级别别为核核六、、常五五（如如一等等人员员掩蔽蔽所））时，，部分分部位位的（（覆土土小于于1米的顶顶板和和覆土土小于于1.5的外墙墙）常规武武器等等效静静载标标准值值较核核武器器等效效静载载标准准值大大人防地下室等效静载取值表注：：表格格括号号内数数值为为考虑虑上部部建筑筑影响响的……考虑上上部建建筑的的影响响02适用条条件上部建建筑不不少于于两层层或单单层的的顶板板为钢钢筋混混凝土土底层外外墙为为钢筋筋混凝凝土墙墙或砌砌体承承重墙墙底层外外墙任任一面面开洞洞面积积小于于50%抗震构构造厚厚度不不小于于240、非空空心或或轻质质砌块块效果与与原理理顶板外墙顶板荷荷载折折减外墙荷荷载加加大墙、窗窗消弱弱冲击击波墙反射射冲击击波打打击地地面形形成压压缩波波叠加加引用人防顶顶板上上方有有管道道层、、夹层层及普普通地地下室室时顶板荷荷载折折减外墙荷荷载不不变人防地下室等效静载取值口部荷荷载值值03防密门门、防爆波波活门门超压门框墙墙等效静静载临空墙墙等效静静载口部形式核5级核6级室外单向、直通式出入口坡度<30度550240口部形式核5级核6级穿廊式或垂直式0.20.1直通式或坡向式0.30.12口部形式核5级核6级室外单向、直通式出入口坡度<30度

370

160动力系系数Kd=2[β]/(2[β]-1)[β]=1Kd=2[β]=2Kd=1.33防护密密闭门门门框框墙是是一种种特殊殊的临临空墙墙。规规范4.5.8中规定定出入入口通通道内内门框框墙与与临空空墙设设计压压力取取值一一致，，但在在计算算等效效静荷荷载时时，临临空墙墙是按按照弹弹塑性性工作作阶段段确定定，而而防护护密闭闭门门门框墙墙由于于需要要更严严格的的控制制其变变形，，以保保证受受力时时能和和门扇扇共同同作用用，因因此时时按照照弹性性工作作阶段段确定定的，，由此此可以以看出出虽然然出入入口通通道内内门框框墙与与临空空墙处处在相相邻的的位置置，但但作用用在门门框墙墙上的的等效效静荷荷载要要比作作用在在临空空墙上上的等等效静静荷载载值大大。——倒塌范范围与与室外外出入入口设设置战时作作为主主要出出入口口的室室外出出入口口，其其敞开开段宜宜设置置在地地面建建筑倒倒塌范范围以以外。。在倒倒塌范范围以以外的的室外外出入入口口口部建建筑宜宜采用用单层层轻型型建筑筑。因因受条条件限限制，，室外外出入入口通通道敞敞开段段设置置在地地面建建筑倒倒塌范范围以以内时时，其其口部部建筑筑应采采用防防倒塌塌棚架架。防倒塌棚架架周围相相邻建建筑！！口部建建筑设设计！防倒塌塌棚架架04人防地下室等效静载取值——倒塌范范围与与室外外出入入口设设置倒塌范范围的的取值值防核武器抗力等级地面建筑结构类型砌体结构钢筋混凝土结构钢结构4、4B建筑高度建筑高度5、6、6B0.5倍建筑高度5.0m0.5H防倒塌塌棚架架04人防地下室等效静载取值——倒塌范范围与与室外外出入入口设设置当条件件限制制（满满占红红线）），核核6、6B级满足足下列列条件件的不不设置置室外外出入入口：：1与有可可靠出出入口口的其其他人人防工工程（（抗力力级别别不低低于本本工程程）相相连通通；2当上部部建筑筑为钢钢结构构或钢钢筋混混凝土土结构构，且且其主主要出出入口口满足足下列列各项项条件件时：：▪首首层楼楼梯间间直通通室外外地面面，且且地下下室至至首层层的梯梯段上上端与与室外外的距距离不不大于于2米；▪首首层由由梯段段至通通向室室外的的门洞洞之间间，应应设置置与地面面建筑筑结构构脱开开的防倒倒塌棚棚架；；▪首首层楼楼梯间间直通通室外外的门门洞外外侧上上方，，应设设有挑挑出长长度不不小于于1米的防防倒塌塌挑檐檐；▪主主要出出入口口与其其中一一个次次要出出入口口的防防护密密闭门门之间间的水水平直直线距距离不不小于于15.0米。防倒塌塌棚架架04人防地下室等效静载取值车道主主要出出入口口地面面层与地面面以上上主体体脱开开与地下下室主主体结结构不不脱在方案案协调调阶段段时就就要注注意加加设防防倒塌塌结构构后车车道的的净宽宽防倒塌塌棚架架04人防地下室等效静载取值车道主主要出出入口口防倒倒塌防倒塌塌棚架架是否否需要要做到到出入入口出出地面面后5米以外外？防倒塌塌棚架架04人防地下室等效静载取值车道主主要出出入口口防倒倒塌在地面面平地地上存存在全全部堵堵死的的概率率极小小，虚虚线范范围不不需要要做防防倒塌塌棚架架防倒塌塌棚架架04人防地下室等效静载取值防倒塌塌棚架架04水平荷荷载是是冲击击波产产生的的等效效静载载01竖向荷荷载规规范给给的是是等效效静载载，可可考虑虑材料料强度度提高高竖向荷荷载是是房屋屋倒塌塌等产产生的的堆积积等效荷载水平荷荷载先先到达达，两两者不不同时时作用用，计计算模模型应应分开开算020304人防地下室等效静载取值出入口口楼梯梯05战时次要出入口战前确保使用战后不确保使用战时主要出入口战前确保使用战后确保使用正反面不同时受力分别计算人防地下室等效静载取值底板荷荷载值值06筏板基础

从本质来说，筏板基础所承受的人防荷载是由于顶板受到人防荷载压力后向下运动从而产生地基反力引起的。与静荷载不同的是由于人防荷载是瞬间加载卸载，底板等效静载要小于顶板等效静载。人防地下室等效静载取值底板荷荷载值值06桩基础顶板人防荷载通过柱----承台----桩----地基对于支承在岩层等地基上的端承桩，底板不产生向下的运动，荷载为零；对于非端承桩，会产生沉降变形，底板人防荷载值按桩筏共同作用推算出来；对单纯抗拔桩，按无桩考虑。人防地下室等效静载取值底板荷荷载值值06独基或条基独基或条基加防水底板的底板人防荷载机理与非端承桩的情况类似。对无地下水的非端承桩、支承在非岩层的独基或条基结构，不允许不做钢筋混凝土底板，避面由于地下室在人防荷载作用下沉降引起地面隆起影响使用人防地下室等效静载取值底板荷荷载值值06墩基底部支承在岩层上的墩基或独基（条基）加防水底板的底板人防荷载机理与端承桩的情况类似。对无地下水的底部支承在岩层上的墩基或独基（条基），允许不做钢筋混凝土底板，而只做素砼底板人防地下室等效静载取值底板荷荷载值值06饱和土

在饱和土中，由于土中含水量高，可能会产生压缩波从侧面绕射到底板上的荷载，绕射波荷载可以看成是由侧压力产生的侧压力。人防地下室等效静载取值多层地地下室室07向上荷荷载与与向下下荷载载分别别计算算配筋筋，含含钢量量大，，墙柱柱支座座位置置钢筋筋过多多同层钢钢筋向向上与与向下下受力力筋的的搭接接位置置矛盾盾人防组组合荷荷载大大于平平时荷荷载，，下层层承重重结构构破坏坏造成成灾灾难性性后果果错误人防区区设在在上层层，下下层为为非人人防区区人防地下室等效静载取值多层地地下室室07下层围围护结结构按按上层层人防防同抗抗力等等级设设计解决方方案人防区区设在在上层层，下下层为为非人人防区区人防地下室等效静载取值多层地地下室室07当上下下相邻邻楼层层划分分为不不同防防护单单元时时，下下层可可以不不划分分防护护单元元和抗抗爆单单元两层间间楼板板人防防等效效静载载按单单元间间隔墙墙取值值两层间间楼板板人防防等效效静载载只考考虑向向下作作用原理上下层层均为为人防防区人防地下室等效静载取值多层地地下室室07局部存存在向向上冲冲击波波错误下层局局部为为非人人防区区人防地下室等效静载取值多层地地下室室07对应上上层人人防区区按同同抗力力围护护结构构设计计扩大人人防区区与上上层相相对应应----土建成成本增增加设设备成成本减减少解决方方案下层局局部为为非人人防区区人防地下室等效静载取值多层地地下室室07下层围围护结结构抗抗力不不小上上层缺点上层防防护等等级大大于下下层人防地下室等效静载取值多层地地下室室07下层对对应上上层高高抗力力单单元加加设单单元隔隔墙解决方方案上层防防护等等级大大于下下层人防地下室等效静载取值多层地地下室室07中间楼楼板按按高抗抗力力单元元隔墙墙向下下作用用解决方方案下层防防护等等级大大于上上层6B级6级5级4B级4级地面超压(Mpa)0.030.050.10.20.3穿廊或竖井式0.10.150.30.40.6直通或单向式0.60.9人防地下室等效静载取值单元连连通口口设计计压力力08五级与与五级级或五五级与与六级级间连连通口口防密密门可可选用用（6）级门门人防地下室等效静载取值单元连通通口设计计压力08五级与五五级或五五级与六六级间双双向受力力大门需需选用(5)级门人防地下室等效静载取值单元连通通口设计计压力08人防地下室等效静载取值荷载组合合09分项项数为1.05级砌体结构的上部建筑自重取一半除筏基外，底板应考虑水压力与人防荷载的组合三、结构构类型与与内力分分析结构类型有次梁的的梁板结结构01SATWE的分析没没有考虑虑次梁的的作用，，而次梁梁配筋计计算时没没有读取取人防荷荷载。人防中次次梁应按按主梁输输入。2人防等效效静载的的选取时时板跨取取次梁围围合的板板跨3抗震性能能好，有有利于控控制裂缝缝开展1结构类型无次梁的的梁板结结构02由于板厚厚较大，，可以考考虑采用用弹性板板61主梁受力力优于次次梁结构构，截面面小于次次梁结构构，经济济指标优优于次梁梁结构（（构造引引起）2结构类型加腋梁板板结构03设备管线线可以从从截面较较小的跨跨中通过过，有效效降低建建筑层高高1截面与弯弯矩包络络图适应应，充分分利用支支座的有有效高度度，经济济指标优优于一般般梁板结结构2结构类型无梁楼盖盖结构04荷载取值值板跨按按柱轴线线1造型美观观，降低低层高2弯矩计算可折折减0.9（内拱效效应）3内力计算算可用弹弹性板64结构类型宽扁梁结结构05介于梁板板结构和和无梁结结构之间间的一种种结构，，可以改改善无梁梁楼盖结结构抗震震性能差差的弱点点1梁高小于于1/10，梁宽大大于1.5倍柱宽2扁梁可视视作带肋肋的无梁梁楼盖，，梁内力力按梁与与柱上板板带的线线刚比分分配3没有成熟熟的软件件计算，，内力采采用电算算与手算算结合4结构类型预应力结结构06对控制超超长结构构使用期期间的裂裂缝有良良好效果果，解决决大型人人防地下下室超长长不能留留伸缩缝缝的难题题1充分发挥挥钢材的的强度，，减少板板厚与梁梁高，有有明显的的经济效效益2预应力筋筋延性差差，能否否在人防防工程中中的运用用有争议议，缺少少理论和和实验支支持3结构类型空心楼盖盖07一、分类类：圆形型薄薄壁筒芯芯（筒芯芯）方形薄壁壁箱体（（箱体））二、优点点：减轻自重重降低地震震作用提高隔热热作用（导热系系数0.39,一般楼板板1.74）提高隔声声作用（提高10~22分贝）结构类型空心楼盖盖07有效降低低建筑物物高度结构类型空心楼盖盖07在人防工工程中应应用的缺缺点:1、减少的的自重在在人防设设计中所所起的影影响很小小:减轻混凝凝土自重重=0.3x25=7.5人防等效效静静=70结构类型空心楼盖盖07在人防工工程中应应用的缺缺点:计算问题题：1、防等效静载载取值问问题：现现人防地地下室规规范所列列等效静静载值的的取值与与动力系系数有关关，动力力系数与与结构延延性比和和结构自自振圆频频率有关关，目前前相关规规范没有有给出空空心楼盖盖的等效效静载值值，相关关的文献献也没看看到关于于空心楼楼盖等效效静载或或动力系系数方面面的理论论或试验验研究结论。2、顶板在人防等等效静载载作用下下可以按按弹塑性性计算，，空心楼楼盖的塑塑性变形形能力如如何，调调幅系数数如何取取值，没没有规规范、文文献理论论或试验验依据，，设计时时可暂按按人防地地下室规规范取值值，但如如果审图图公司提提出这个个问题将将无法解解答。结构类型空心楼盖盖07在人防工工程中应应用的缺缺点:构造问题题1、空心楼盖填充充体上皮皮一般厚厚100～120，不满足足防水规规范关于于防水混混凝土最最小厚度度250的要求，，如果出出现上皮皮渗漏，，下皮更更无法满满足抗渗渗要求，，并且无无法采取取注浆等等补漏措施。2、模盒尺寸一一般为1000x300和700x300，不满足足人防地地下室规规范关于于上下层层钢筋网网间拉结结筋间距距不小于于500的要求（（GB50038-2005第22条）3、空心楼盖填充充体下皮皮一般厚厚60～100，下皮混凝土浇浇筑的密实度不容易保保证，易出现蜂窝麻面面。结构类型空心楼盖盖07人防工程程应用时时应注意意问题1、冲切计算不不仅要计计算柱边边与柱帽帽的冲切切，而且且要计算算柱帽与与平板边边以及实实心板与与空心板板交接处处的冲切切2、冲切和抗剪剪计算时时混凝土土动力强强度值应应乘以0.8折减系数数（GB50038-2005第4.10.5条）结构类型空心楼盖盖07人防工程程中应用用时注意意的问题题:1、空心楼盖应复复核其折折算厚度度是否满满足人防防地下室室规范关关于结构构折合最最小厚度度200的要求（（GB50038-2005第4.11.3条），如如果是首首层，还还需复核核其最小小厚度满满足防早早期核幅幅射的最最小厚度度要求2、暗梁配筋筋要满足足人防地地下室规规范关于于结构最最小配筋筋率的要要求。空心板