《人防地下室结构设计》

人 防 结 构,一、概 述,1、人防荷载的特点,1.1 人防荷载的来源：来源于核爆炸冲击波 1.2 人防荷载的作用时间：很短，1秒钟左右 1.3 人防荷载的作用次数：一次（整个结构寿命期内一次） 1.4 人防荷载的性质：突加快卸的瞬时动力荷载 1.5 人防荷载的分布：同时、均匀、满布 1.6 人防荷载的分项系数：分项系数=1，原因是：偶然性荷载 不乘分项系数；人防结构可靠度要求比工民建结构低。,2、人防结构的特点,2.1 人防结构的受力特性：承受突加的动荷载，是一种特殊的 动力结构 2.2 结构构件可以进入弹塑性阶段工作 2.3 结构的重要性系数=1 （已体现在抗力等级上） 2.4 结构材料强度提高 对HPB235级钢筋（原级钢）：1.5 对HRB335级钢筋（原级钢）：1.35 对小于C60的混凝土： 1.5 对砌体： 1.5 对材料强度提高原因的解释.,3、人防结构设计的特点,3.1 可用“等效静载法”、可拆开为单个构件进行计算（规 范用三 个系数过渡到等效静载） 3.2 各部位抗力（强度）相协调 3.3 可考虑塑性内力重分布 3.4 充分保证结构的延性，“强柱弱梁（板）”、“强剪弱弯”,二、人防荷载的确定及选用,1、人防荷载的种类,1.1 空气冲击波超压：空气冲击波传播过程中产生的高出正 常大气压的那部分 压力。入射压力与反射压力的概念。 1.2 承受空气冲击波超压的构件：直接暴露在空气中的结构 构件： 出入口：人防门门扇； 人防门门框墙； 口部的临空墙； 楼梯间墙体； 筒体的墙体。,竖井： 井壁内侧。 内墙： 人防区与非人防区之间的防护密闭墙 外墙： 符合外露条件的外墙顶部 顶板： 无复土直接暴露在空气中的顶板 除顶板外，以上垂直构件均承受的为空气冲击波的反射压力， 因此数 值高出2倍以上。,1.3空气冲击波的荷载图形,图中的Pm按前述的规定，6级：50KN/，5级：100KN/。,1.4 土中的压缩波 空气冲击波沿地面的传布，压缩土壤，使土壤的质点产 生压缩，有一定速度，上层土壤受压后，继续压缩下一 层土壤，这种压缩状态由上而下传播的过程叫做压缩波。 1.5 承受土壤压缩波压力的构件 有复土的外墙（挡土墙）， 有复土的顶板。,1.6 土壤压缩波的荷载图形,图中的Ph根据Pm以及土壤深度及参数计算。,2、从地面超压向等效静载的过渡,等效：动荷载构件在主振型下的最大位移Wmax与相同形 式相同构件静载下的位移W静等效。 2. 1 对直接承受空气冲击波的构件（临空墙、门框墙等）： 由2个系数转变为等效静载, 对反射系数K反，规范中没有给出符号而直接给出数值 （表4.3.9及表4.3.10） 对结构的动力系数Kd，查表4.4.4 2.2 对承受土中压缩波的构件（复土的顶板，外墙等） 由3个系数转变为等效静载, 衰减系数：规范中没有设代换，即1-h­v1t2(1-)， （4.2.3-1）的中括号项 当复土厚度1.5m时，取1 当复土超过1.5m时，要计算，1 综合反射系数：规范中为K（K=11.45）,对反射系数及不利埋深的解释。, 动力系数：由于土中压缩波对应的荷载图形是有升压时间 的图形，说明其动力效应降低，Kd=1.051.96 之间，最高值与最低值比直接承受空气冲击波 的构件低。,3、常用结构的等效静载,为方便使用，规范给出了常用结构的等效静载值供选用。 对有关问题说明如下： 3.1 人防顶板的等效静载 计入上部建筑物影响的问题： 注意上部建筑物底层的条件是否符合规范的条件 ,对上部建筑影响的解释。 上部影响： A、有升压时间：改变了波形； B、对5级：压力衰减5%。, 首层架空层条件下人防顶板荷载： 按不考虑上部建筑物的影响计，按相应条件查表，也可按公式计算确定。 伸到绿地下的人防顶板荷载：原则上应按公式计算确定，也可按相应条件查表。 首层外墙为装饰性或玻璃围护结构时，也按不考虑上部建筑 物影响计 人防顶板上方有管道层、夹层及普通地下室时的顶板荷载： 规范没有明确，一般参照考虑上部建筑物影响计，即6级55KN/，5级100 KN/ 多层人防时中间板上的荷载（新增条文）： 6级取50KN/，5级取100KN/,3.2 人防侧墙的等效静载： 外墙（挡土墙） 在查取表4.5.3-1时，注意以下问题： A.顶板计入上部建筑物影响时，外墙荷载要加大； B. 该表按单层地下室计算的，即墙高5m，当人防处 于地下二层或更下层时，应进行计算（或偏下限取）。 口部临空墙：按表4.5.7查取 人防区与非人防区（车库）之间的临空墙：按表4.5.8-2 查取，与口部临空墙略低（考虑了扩散作用）, 门框墙：按表4.5.6-1查取 注意一：门框墙比同一面临空墙的荷载取高，原因是： 临空墙=2，门框墙=1； 注意二：门框墙的范围：一般限于人防门所在的一个跨 间或暗柱暗梁范围内。 人防单元间的隔墙：按表4.5.8-1，4.5.8-2查取 平时设备房间与人防区之间的隔墙：当前可以参照第 条取，但可以作为建议向规范编写组提出。,3.3 底板上的人防底板的等效静载： 无桩基底板，按表4.5.5查取 带桩基底板（新增条文）： 带桩基底板的等效静载（KN/）, 当下层有普通地下室时的底板等效静载： 对规范第4.5.15条推荐的做法的解释。另一种做法仍沿 用过去的方法，底板等效静载可参照顶板取值并考虑一 定折减，两种方法应进行比较后确定。 对规范方法与过去方法的解释。 3.4 室外出入口通道上的等效静载（新增条文）： 只考虑外压，即通道结构外侧的荷载，不考虑内压。来自外压的等效静载按4.5.11条执行。 3.5 室外楼梯式出入口荷载（新增条文）： 单层： 梯段板与平台板的荷载按表4.5.13查取；出入口的临 空墙、门框上的荷载按表4.5.6-1、表4.5.7查取。, 多层： 梯段板、平台板的荷载同上。但门框墙、临空墙取上述 相应数值×0.9。 3.6 作为主要出入口的室内出入口（仅用于6级，新增条文）： 该处的荷载与结构比较复杂； 要加强至二层的楼面，形成内嵌的防倒塌棚架； 各部位荷载按第4.5.18确定。 荷载点包括： 首层楼梯间的墙体上； 或首层楼梯间的框架柱梁上； 首层至二层楼面的梯段板、平台板上；, 地下室至首层的梯段板、平台板上； 首层出口门洞上方的挑檐上。 3.7 各部位封堵构件上的等效静载（新增条文）： 各部位封堵构件上的荷载种类较多，设计中一般直接选用 通用的封堵构件，不再单独设计。 3.8 室外主要出入口上开敞式防塌棚架的等效静载：按表4.5.10 查取。下一步要出通用图，直接选用，不再单独设计。但 现在起要在出入口封口圈梁上预埋件。,4、荷载组合问题,荷载组合按表4.3.14执行。 4.1 对顶板： 人防等效静载、自重、复土重等； 不需要迭加消防车的荷载。 4.2 对外墙： 水平荷载：人防等效静载、水压力、土压力； 垂直荷载：按传力路线传来的上部建筑自重（5级、砌体外墙时为一半）、顶板传来的等效静载、外墙自重 等。 注：上部传来的为自重，不计入上部的活荷载。,4.3 底板： 新规范主要明确了人防荷载与水压力的组合问题（新增 条文）： 无桩基的底板： 地基反力中没有计入水浮力时：不与水压力组合； 地基反力中计入水浮力时：应与水压力组合。 带桩基的底板：与水压力组合。,三、人防结构设计,1、常用结构构件厚度的确定,确定结构厚度的三个因素： 最小厚度要求（构造及安装要求）； 防早期核辐射的厚度要求（非力学因素）； 结构承载力的厚度要求（力学因素）。,1.1 有关构造要求的厚度： 人防钢筋混凝土构件最小厚度=200mm 单扇防护密闭门门框墙厚度=300mm 双扇防护密闭门门框墙厚度=300mm-500mm 防护单元隔墙上的连通口（同一墙体两边开门）厚 度=500mm 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 下室的顶板厚度可以计入。,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： 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。 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。 外墙：通常300mm，由计算确定； 防护单元隔墙：200mm(五级取250mm)； 密闭隔墙：200mm；, 临空墙：250300mm(五级为300mm)六级为(250mm)； 底板：在广州地区，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。,2、结构内力计算及截面设计,2.1计算工具 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 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 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 人防板或无梁楼盖的计算弯矩可以折减，按规范 4.6.6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； 人防无梁楼盖的正负弯矩调幅按附录C； 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。 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； 拉结筋必须要设，包括顶板、墙体，在广州地区也包括 底板。,四、关于结构的功能转换,1、对外的孔口不允许封堵,包括：平时汽车及摩托车坡道式出入口； 平时的汽车升降式出入口； 平时非机动车出入口； 平时的永久性设备出入口； 平时风井的取风口； 平时的电梯间出入口； 平时的楼梯间出入口； 平时通往设备房的门； 通向非人防区的汽车道。 以上平时使用战时不使用的孔口，用人防门代替封堵。,2、内部行车道通过防护单元之间隔墙处可以封堵，直 接选用封堵构件,3、平战结合水池开向水泵房的人孔（气孔）可以封堵,4、当跨度12米时，允许临战加柱，但要求：, 平时作好柱上、下端的预埋件； 后加柱的梁应满足两种状态的受力及配筋要求； 每个房间（区格）不得超过4根； 一般只加主梁。,五、结构设计中的有关问题,1、 顶板外露问题,埋深要求是人防结构的基本要求，必须严格掌握顶板外露 的条件：上部为砌体结构。,2、外墙局部外露问题,外墙局部长度上的局部高度外露：平时加挡土墙，档土墙顶 面厚度1000mm。,3、关于桩基的设计,桩基设计的两个内容： 桩本身的强度验算； 桩的承载力计算。,新规范明确了： 对第项即桩基本身的强度计算中要考虑传到桩上的人防等效静载，但桩的混凝土及钢筋的 强度要提高。 桩的承载力仍不考虑人防荷载。,4、战时主要出入口的加强,主要出入口一个单元就一个； 主要出入口就是带简易洗消间或淋浴洗消的口； 踏步板、平台板厚度一般取200mm；配筋：双面对称，并加 拉结筋。,5、6级室内出入口代替室外口的加强,梯段板、平台板同上，但一直加强到二层楼面； 防倒塌挑檐平时做好。,6、开向架空层