人防工程基础知识—结构

一、防空地下室的结构特点
1.1  防空地下室结构的承载工况
防空地下室从本质上讲是战时防空袭的防护结构，但防空地下室在平时和战时具有不同的功能。平时作为上部地面建筑的基础结构，防空地下室应当能承受上部建筑作用的平时荷载；作为战时的防护结构，甲类防空地下室应当能承受防护等级规定的常规武器爆炸荷载及核武器爆炸荷载的作用，乙类防空地下室应当能承受防护等级规定的常规武器爆炸荷载的作用。因此，防空地下室结构在按平时荷载设计的同时，又应按战时荷载进行校核，各部部件按最不利工况进行截面设计。
防空地下室结构按战时工况设计的荷载，由静荷载与爆炸动荷载（用等效静载表示）组合确定。其中静荷载包括防空地下室自重、上部地面建筑物自重（全部或一部分）、土压力、水压力等。
1.2  防空地下室的结构特点
1、防空地下室结构主要承受爆炸荷载
与普通地下室相比，防空地下室结构设计的主要特点是要考虑战时规定武器爆炸动荷载的作用。常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载均属于偶然性荷载，具有量值大、作用时间短且不断衰减等特点。
2、防空地下室结构体系必须考虑地面建筑结构体系
防空地下室的墙、柱等承重结构，应尽量与地面建筑物的承重结构相互对应，以使地面建筑物的荷载通过防空地下室的承重结构直接传递到地基上。
3、可靠度偏低
防空地下室防护结构的设计可靠度比民用建筑低得多。
民用建筑：失效概率Pf ≈10－4～10－3
防空地下室：失效概率Pf ≈5%～8%

4、应计入动力效应      
防空地下室结构战时承受的爆炸荷载是一种动荷载。在同样数值的爆炸动荷载作用与静荷载作用下，前者由于动力效应使其产生的构件变形和内力比后者要大，也就是更不利或更危险。反映这种动力效应，可用动力系数Kd表示。
5、可进入塑性阶段工作

民用建筑结构承受静荷载作用，构件不能进入塑性阶段工作。例如，简支梁当跨中出现塑性铰后，构件即成为可变机构，变形不断增大，以支坍塌。
防空地下室结构由于承受的战时荷载是一种短时作用的瞬态荷载，当构件工作进入塑性阶段时，因动荷载会很快消失，构件变形不会不断增大，在达到最大变形后将不再增大，最后仅留下一定的残余变形。允许构件进入塑性阶段工作，能充分地利用构件材料地潜力，具有很好的紧急意义。
6、要提高材料强度
民用建筑设计采用的材料强度标准值，是在承受静载工况的条件下确定的。人防结构承受爆炸动荷载时，材料的加载速率（或应变速率）比静载工况时大得多。试验表明材料在快速加载条件下其强度会提高，另外，由于人防结构承受爆炸动荷载的工况，可能在工程完工后经过很长时间才会实现，故混凝土材料还可计入后期强度提高的因素。
7、要重视构造要求
人防工程结构虽然是用等效静载法进行设计的，但客观实际其承受的战时荷载是动荷载，因此防空地下室结构在战时荷载下的工作性状具有如下三个特点：①振动环境、②大变形、③对构件延性的要求更高，故而在构造要求上要予以重视。
人防结构上述与民用建筑结构不同的主要特点，在防空地下室结构的设计、施工、监理工作中要重视贯彻相关的特殊要求。
3.2 材料

防空地下室结构的材料选用，应在满足防护要求的前提下，做到因地制宜、就地取材。地下水位以下或有盐碱腐蚀时，外墙不宜采用砖砌体。当有侵蚀性地下水时，各种材料均应采取防侵蚀措施。防空地下室钢筋混凝土结构构件，不得采用冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋等经冷加工处理的钢筋。
三、防空地下室主体结构
3.1 常规武器爆炸等效静荷载
防空地下室防常规武器作用应按非直接命中的地面爆炸计算，且按常规武器地面爆炸的整体破坏效应进行设计。等效静荷载计算按国家有关规定计算或按规范4.7节查表选用。
3.2 核爆炸等效静荷载
防空地下室防护等级确定后，工程所在位置处的核爆炸地面冲击波超压即已知。由于冲击波荷载传递到结构顶板、侧墙、底板的状况及构件的动力响应不同，各构件的核爆炸动荷载的等效静载是不同的，需要分别确定等效静荷载并进行截面设计。
1、顶板
顶板的等效静载可近似按下式确定：
公式略
式中  K——顶板综合反射系数；
Kd——动力系数；
ΔPd——地面冲击波超压值。
实例可见表1。
表1  qe1(KN/m2)

2、外侧墙
外侧墙的等效静载可近似按下式确定：
（当顶板覆土 时）公式略
式中   ——土壤侧压力系数。
实例可见表2。
表2  qe2 (KN/m2)

3、底板
底板动荷载由顶板动荷载乘底压系数求得，其等效静载按下式确定：
公式略
式中  Kd——底板动力系数；
——底压系数；
K—— 符号意义同前。
实例可见表3。
表3  qe3 (KN/m2)

注：当战时荷载要考虑上部地面建筑物影响时，顶、底板荷载略有减小，外侧墙荷载略有增大。
3.3 构件截面设计
人防截面设计方法，原则上与民用建筑结构相同，即采用可靠度理论为基础的概率极限状态设计方法，但在一些有关防护内容的分项系数取值方面考虑了人防结构的特点以及截面计算中材料强度的调整提高、剪力修正以及强柱弱梁、强剪弱弯的原则。
四、出入口通道及其它结构
4.1 出入口通道
爆炸动荷载的等效静荷载按规范规定取值。
4.2 竖井结构
按爆炸土中压缩波的侧向荷载确定其等效静载，荷载作用方向为法向作用于竖井外表面。
4.3 多跨式或楼梯间式的室外出入口
核爆炸下楼梯踏步按正、反面不同时受荷时分别计算；常规武器期爆炸下楼梯踏步按正面受荷计算。荷载大小按规范规定取值。
4.4 截面计算
与主体结构相同，并考虑口部门框墙、防倒塌棚架等构件的计算特点。
五、防护设备与设施

5.1 防护密闭门

选用定型防护密闭门的原则：
8226; 防护密闭门的设计抗力 ；
8226; 门洞尺寸。
例：FM102-1.5
5.2 消波系统
冲击波通过消波系统后的余压 所防护的内设的允许余压。
1、防爆波活门

悬板式防爆波活门的消波率 （即70％）。
选用定型防爆波活门的原则：
8226; 防爆波活门的设计抗力 ；
8226; 通风量。
例：MH900－3
2、胶管式活门


以上，防空地下室采用较少。
3、扩散室（扩散箱）
具有小入口、大空间特点的建筑空间或钢板箱， 约为50％。
5.3 相关的建筑、结构特点
1、门框墙
门框墙的强度要求，施工特点，安装特点。
2、活门支座墙
建筑、结构、施工、安装特点。
3、临空墙
受载特点、质量（密闭）要求。
4、扩散室
横截面积 9倍入口面积；
侧墙受载特点：临空墙、土中外侧墙、内侧墙。
六、构造要求
6.1 防空地下室在作战时动荷载作用下的工作性状
振动环境；大变形；延性要求高。
6.2 构造要求特点
混凝土材料强度等级不低于C25，一般C30～C35；
8226; 防空地下室结构的变形缝的设置；
8226; 弯构件截面受压区的钢筋配置；
8226; 构件节点处和支座处的箍筋配置；
8226; 纵向受力筋的最大配筋率与最小配筋率；
8226; 钢筋的锚固；
8226; 孔洞四角的斜向构造筋。
七、施工要求
结构施工要求如下：

1、人防工程施工宜采用商品混凝土；
2、钢筋的级别、种类和直径应按设计要求采用。当需要代换时，应征得设计师的同意，并应符合相关规定。
3、钢筋的弯钩或弯折应符合下列规定：
8226; HPB235级钢筋末端需做1800弯钩，其回弧弯曲直径不应小于钢筋直径的2.5倍，平直部分长度不宜小于钢筋直径的3倍；
8226; HRB335级和HRB400级、RRB400级钢筋末端需做900或1350弯折，HRB335级钢筋的弯曲直径不宜小于钢筋直径的4倍；HRB400级、RRB400级钢筋不宜小于钢筋直径的5倍；平直部分长度应按设计要求确定；
8226; 弯起钢筋中间部位弯折处的弯曲直径不应小于钢筋直径的5倍。
4、钢筋的焊接接头应符合下列规定：
8226; 设置在同一构件内的焊接接头应相互错开；
8226; 在任一焊接接头中心至长度为钢筋直径35倍且不小于500mm的区段内，同一根钢筋不得有2个接头；在该区段内有接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积的百分率，受拉区不宜超过50%，受压区不限；
8226; 焊接接头距钢筋弯折处，不应小于铜筋直径的10倍，且不宜位于构件最大弯矩处。
5、当采用绑扎搭接接头时，纵向受拉钢筋搭接接头的搭接长度llF应按下列公式计算，受压钢筋绑扎接头的搭接长度，应取受拉钢筋绑扎接头搭接长度的0.7倍。
llF =ζlaF
式中  ζ为纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，可按钢筋接头面积百分率确定取值。
6、纵向受力钢筋连接接头的位置宜避开梁端、柱端箍筋加密区；当无法避开时，应采用满足等强度要求的高质量机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50%。
7、工程口部、防护密闭段、采光井、水库、水封井、防毒井、防爆井等有防护密闭要求的部位，应一次整体浇筑混凝土。

8、后浇缝的施工，应符合下列规定：
8226; 后浇缝应在受力和变形较小的部位，其宽度可为0.8~lm；
8226; 后浇缝宜在其两侧混凝土龄期达到42d后施工；
8226; 施工前，应将接缝处的混凝土凿毛，清除干净，保持湿润，并刷水泥浆；
8226; 后浇缝应采用补偿收缩混凝土浇筑，其配合比应经试验确定，强度宜高于两侧混凝土一个等级。
9、砌体结构的防空地下室，由防护密闭门至密闭门的防护密闭段，应采用整体现浇钢筋混凝土结构。
八、防护功能平战转换措施
工程防护功能平战转换措施如下：
8226; 建设平战结合的防空地下室，允许转换与不允许转换的工程项目。
8226; 平战转换措施的设计要求：“一次设计，二次施工”。
8226; 出入口（仅供平时使用的孔口）的封堵措施：封堵措施的防护要求与结构方案。
8226; 采光窗的封堵：封堵措施的防护要求与结构方案。
8226; 主体结构的后加柱：后加柱设置规定、受载特点与结构方案。
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