防空地下室设计-PPT课件.ppt

防空地下室设计曹继勇1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2一概述一)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。33、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。4.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。5.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。6.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。7.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。48.5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。9.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。5二)防空地下室结构选型1.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。2.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。6二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。72、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。8 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。9二）三系法确定等效静载（一）、顶板等效静载确定 三系数法10三系数法表达式顶板土中衰减系数11二）防空地下室结构的核爆炸动荷载1213142、防空地下室结构上的核爆动荷载1516土中压缩波参数 17182、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；1920(3)饱和土时，时，按下列规定确定：213、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。22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。PttYtYYP23动力系数Kd取值范围对顶板:Kd=11.2对墙体：Kd=11.524二、侧墙等效静载确定土中衰减系数侧压系数动力系数25密实的碎石土及非饱和砂土，宜取下限值；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；含气量不大于0.1%的饱和土，宜取上限值。26三、底板等效静载确定：顶板动荷载：底压系数27顶板：侧墙底板28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29顶板等效静载30侧墙等效静载31底板等效静载(无桩基时)32底板等效静载(有桩基时)33（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。34（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。3536（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。37（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）38（6）出入口多跑楼梯39(7)首层防倒塌挑檐和首层楼梯荷载40防空地下室荷载组合41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421.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。443.核爆动荷载下结构构件载面设计的特点3.11)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。453.2 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。463 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）474 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。484.6 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。491、常用结构构件厚度的确定 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）。四、人防结构设计501.1.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=400-500mm511.2 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）类别顶板6级5级战时医疗救护站460专业队队员掩蔽部460二等人员掩蔽部25036052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。53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）类别一般室外口的临空墙附壁式室外口的临空墙室内口的临空墙6级5级6级5级6级5级医疗救护站250650300专业队队员掩蔽部250650300二等人员掩蔽部250250250550250250541.3 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。55防护单元隔墙：200mm；密闭隔墙：200mm；临空墙：250300mm；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。外墙：通常300mm，由计算确定；562、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。572.2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折减；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1.50.8=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4.6.5条；拉结筋必须要设，包括顶板、墙体，包括底板。58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。592、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 603、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；平时使用的大跨度部位的后加柱；防护单元隔墙上预留的供平时人员通行的连通口和风管穿墙孔洞防护功能平战转换设施。614、不得实施预留设计和二次施工项目采用钢筋砼或砼浇筑的部位。战时使用的出入口、连通口、通风口的防护设施不得进行防护功能平战转换。防爆波清扫口、给水引入管和排水出户管不得预留。由于上述设施需在工程土建施工时埋入，临战时施工达不到时限要求或无法实施；人防工程战技要求规定，人防指挥工程不得预留防护功能平战转换项目。625、结构平战转换的主要内容 1）主体结构转换设计的基本力学原则改变结构（体系）受力图形增加构件的承载力。63642)主体结构加固设计直墙拱顶结构，可采用内衬被复加固，加固层采用砼或钢筋砼。或采用挂网喷射砼加固。对于拱形结构，根据荷载变化情况，可在拱脚部位设置水平拉杆或撑杆。大跨度中战时设后加柱65663）抗爆单元隔墙 抗爆单元隔墙主要是防止航爆弹破片和飞散物对人员和物资的损害。抗爆单元隔墙应按人民防空工程设计规范要求设计。根据人防工程的平时、战时使用功能，抗爆单元隔墙可在平时预先构筑，也可在临战转换时限内构筑，在临战转换时限内构筑的抗爆单元隔墙，要满足快速安装的要求，并应在设计施工时，预先设置预留、预埋件。674)防早期核辐射主体结构的外墙或顶盖平时不能覆土，且其自身厚度又无法满足防早期核辐射的要求，这种工程，在设计时应按计算规定出覆土厚度，在紧急转换时限内按设计要求覆土。通风采光窗井封堵方法与出入口封堵相同。在封堵构件外侧覆土防止早期核辐射的贯入。6869八、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，挡土墙顶面厚度1000mm。703、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。714、战时主要出入口的加强主要出入口一个单元就一个；踏步板、平台板厚度一般取200mm；配筋：双面对称，并加拉结筋。725、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。736.开向架空层的口不能作为室外口7.关于门框墙设计 Pc要按表3.4.9查取，门扇搭接长度一般取100mm；门框墙出现悬臂过长问题。建议：1)参照通用图配筋；2)加暗柱或暗梁，壁柱或壁梁，减小悬臂长度。748、对人防结构设计说明的要求 由于荷载及结构的情况、条件进一步具体化、复杂化，因此要求写清以下条件：顶板计入、或不计入上部建筑物影响的条件；外墙中是否计入上部建筑物的影响；不同部位的顶板复土厚度；外墙、底板的水压力数值；桩的类型 主要部位（顶板、临空墙）防早期核辐射是否满足。75四、结构设计审查1、结构设计阶段资料n防空地下室结构方案设计防空地下室主体结构形式应在方案设计中提出。n防空地下室结构初步设计防空地下室初步设计图纸主要结构平面图、顶板结构布置图、结构剖面图、平战功能转换。1）结构平面图：各墙、柱及口部结构，标示出主要尺寸。2）顶板结构平面布置图：顶板结构形式，并标示出梁、板等主要尺寸。3）结构剖面图及侧视图：口部、临战封堵及加固等复杂部位应做结构剖面图及侧视图，并给出平战转换措施。4）防倒塌楼梯设计图：76n防空地下室结构设计施工图 1）人防结构图一般应与上部建筑相应的结构图绘在同一图纸上，复杂部位应加绘局部人防结构图。2）防空地下室的出入口、密闭防护门框连通口、平时战时的进风口、排风口等应加绘平、剖面详图。3）标明平时、战时结构的预留孔、洞位置和尺寸。4）结构和构件配筋图。5）节点构造详图（包括战时封堵结构详图）。6）其它图纸如水库（池、箱、井），防爆、防毒、化粪池、连通口、后浇带，孔框加强等等。7）标准图集索引。8）预埋件位置及详图。9）需要说明的施工方法、程序及注意事项。772、结构设计审查重点抗力等级结构型式、厚度及配筋孔口防护体现防护结构设计的特点平战功能转换措施783、防空地下室构造规定材料强度要求独立柱：C30；其它：C20。砼：C15。截面配筋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。连续梁及框架在距支座边缘1.5倍梁的截面高度范围内，箍筋配筋百分率不低于0.15，箍筋间距不宜大于ho/4，且不宜大于主筋直径的5倍。79 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：80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。多、高层建筑的防空地下室底板除外。81n防空地下室构造规定变形缝设置防护单元内不应设置沉降缝、伸缩缝；上部地面建筑需设置伸缩缝、抗震缝时，防空地下室可不设置；室外出入口与主体结构连接处，应设沉降缝；8283新规范的主要变化1、3.3.3条相邻防爆单元抗爆隔墙不能用370砖墙了。2、4.5.1318给出了室内外多跑楼梯的计算荷载。3、4.5.17对有桩地下室底板等效静载明确、修正。84