一 概述二 人防工程結構的特點三 防空地下室主體結構四 口部結構構件五 防護設備與設施六 結構構造要求七防護功能平戰轉換 人防工程結構知識 一概述1 人防工程承受的殺傷破壞作用2 人防工程的綜合防護3 人防工程的防護標準 1 人防工程承受的殺傷破壞作用 光輻射 早期核輻射 放射性粘染 空氣沖擊波 核電磁脈沖 地震與沖擊 沖擊破壞作用 建筑倒塌 城市大火 生物武器 化學武器 爆炸破壞作用 氫彈爆炸景象 原子彈爆炸景象 1 核武器 荷載陡然達到最大值超壓和動壓正壓和負壓無孔不入 可以繞過障礙物遇障礙物反射 核武器爆炸地面空氣沖擊波 空氣沖擊波特征 荷載陡然達到最大值超壓和動壓正壓和負壓無孔不入 可以繞過障礙物 空氣沖擊波特征 時程曲線和壓力分布 遇障礙物反射 空氣沖擊波特征 正反射超壓 正反射超壓是入射壓力的2至8倍 核武器與常規武器比較 非直接命中地面爆炸效應 常規武器爆炸動荷載核爆動荷載均屬于偶然性荷載 荷載具有量值大 作用時間短且不斷衰減等特點 常規武器爆炸空氣沖擊波 土中壓縮波是球面波 一般幾毫秒 幾十毫秒 核爆炸空氣沖擊波 土中壓縮波是一平面波 一般幾百毫秒 幾秒 核武器爆炸空氣沖擊波 早期核輻射 1 以光速傳播2 能透射不透明物體3 可使人員致傷 致死 工程防護剩余劑量計算土特別是潮濕的土壤是防護早期核輻射的良好材料 放射性沾染 放射性沾染云跡圖 形成原因 核裂變碎片未反應的核燃料感生放射性物質特點 作用面積大作用時間長污染水源和食品長期效應嚴重 2 常規武器殺傷破壞作用 常規武器分類按發射方式分 炮彈 航彈 導彈按破壞效應分 爆破彈型穿甲彈型半穿甲彈型兩種破壞效應 沖擊 爆炸 2 人防工程的防護標準 甲類防空地下室 常規武器 核武器 生化武器乙類防空地下室 常規武器 生化武器常規武器抗力標準 距外墻距離均為XX米核武器抗標準 3 防護措施 沖擊波荷載的防護主要有 破壞出入口和通風口附近的地面建筑物 使得工程口部堵塞 直接進入工程的各種孔口 破壞口部通道 臨空墻以及孔口防護設備 殺傷內部人員 壓縮地表面產生土中壓縮波 通過壓縮波破壞工程被復結構 人防地下室受力特點 防空地下室從本質上講是戰時防空襲的防護結構 但在平時和戰時具有不同的功能 平時作為上部地面建筑物的基礎結構 既要承受上部建筑物作用的平時荷載 戰時作為防護結構又應當能承受防護等級規定的核爆炸 常規武器地面沖擊波的作用 防空地下室主體結構在按平時荷載設計的同時 又應按戰時荷載進行校核 各部構件按最不利工況進行截面設計 人防荷載的特點 來源 核爆炸 常規武器沖擊波作用時間 很短 1秒鐘左右作用次數 一次 整個結構壽命期內一次 性質 突加快卸的瞬時動力荷載分布 同時 均勻 滿布偶然性荷載 3 防護措施 熱輻射和早期核輻射的防護熱輻射對地下工程沒有直接破壞作用 但可能引起大面積的持續火災防護 密 門 防爆活門等宜避開熱輻射直接照射 早期核輻射防護 保證地下工程有一定的埋深 口部通道一定長度 保證一定的結構厚度 二人防工程結構的特點1 結構可靠度降低2 動力效應3 可進入塑性階段工作4 材料設計強度可提高5 重視構造要求6 只進行強度計算 二 人防工程結構特點 結構可靠度降低民用結構人防工程 pf 0 5 6 1 二 人防工程結構特點 動力效應動力與靜力區別動力反應使結構的最大變形和內力更大 P t t t Y Y P t 等效靜載概念 P t t Y 3 結構允許進入塑性階段工作 二 人防工程結構特點 材料強度可以提高原因 快速加載作用 養護齡期長 快速加載提高1 2砼后期強度提高1 2動載作用下結構構件經歷快速變形的過程 工作狀態與靜載下有一定區別 所以表現的性能也可能不同 靜載設計時 人們習慣于單純從強度 最大抗力 看問題 一般的設計規程也只列出強度的計算公式而不提供變形的能力方面的數據但動力分析和動載設計則需要了解整個抗力函數關系 僅有最大抗力 還要有延性 砼總提高系數1 5 二 人防工程結構特點 應重視防護結構的構造要求特點 大變形 振動環境 對延性要求高 措施 保證足夠的延性保證延性破壞 考慮地面的建筑物對地下結構的影響 二 人防工程結構特點 防空地下室結構在核爆動荷載作用下 應驗算結構承載力 對結構變形 裂縫開展以及地基承載力與地基變形可不進行驗算 防空地下室結構除按本規范設計外 尚應根據其上部建筑在平時使用條件下對防空地下室結構的要求進行設計 并應取其中控制條件作為防空地下室結構設計的依據 二 人防工程結構特點 三防空地下室主體結構1 等效靜載確定思路2 核武器等效靜載3 常規武器等效靜載4 荷載組合5 內力與截面設計 1 核爆炸等效荷載確定思路 地面沖擊波超壓值 工程等級 空氣沖擊波超壓 土中壓縮波 結構動荷載 結構等效靜載 1 空氣沖擊波及地面建筑影響 首層地面沖擊波超壓值 工程等級 不計入上部建筑影響 計入上部建筑影響 頂板外墻 地面建筑影響條件開孔率墻體強度屋頂強度 1 頂板計入的影響對核6B級 核6級 核5級和核4B級的防空地下室 符合下列條件之一 計入上部建筑物影響 上部建筑物層數不少于二層 其底層外墻為不低于240mm磚砌體強度的墻體 且任何一面外墻墻面開孔面積不大于該墻面面積的50 上部為單層建筑物 其承重外墻使用的材料和開孔比例符合上述規定 且屋頂為鋼筋混凝土結構 6B 6級 取 Pd5級 取0 95 Pd4B級 4級 不考慮上部地面建筑物對頂板核爆動荷載的影響 2 外墻計入影響 條件 核4B級及以下 外墻為鋼筋混凝土承重墻時 核5級 上部建筑物為抗震設防的砌體結構或框架結構 2 結構動荷載 頂板動載底板動載外墻動荷載 3 結構等效靜載 等效靜載法頂板外墻底板常用結構 主體結構 的等效靜載查表確定 動力系數 動載單調 梁為振動 在t t0時為強迫振動 化爆主要是自由振動 核爆主要是強迫振動 自振周期是一重要參數最大動位移發生在振動曲線中的第一個峰值 最大位移Ym 與動載峰值P0作為靜載作用時的靜位移YI不相同動力反應的大小不僅與荷載峰值有關 與自振頻率的比值t0 T有很大關系 P t t t Y Y P 動力系數確定 三系數法 4 查表確定等效靜載 頂板等效靜載 外墻等效靜載 4 查表確定等效靜載 底板 有樁基時底板等效靜荷載 2 查表確定等效靜載 頂板等效靜載 外墻等效靜載 底板等效靜載 兩層不同防護單元結構荷載 單層防空地下室荷載 兩層同一單元結構荷載 兩層下層是防空地下室荷載 3 常規武器等效靜載確定思路 常規武器距外墻一定距離爆炸地面爆空氣沖擊波土中壓縮波頂板的均布動荷載頂板等效靜載 兩種武器作用結構等效荷載比較1 頂板等效荷載同級別常規武器比核武器等效靜載小很多2 外墻等效荷載同級別常規武器比核武器等效靜載稍大3 底板等效靜載常規武器不考慮底板等效靜載武器爆炸荷載與民用荷載相比大出5 10倍 4 荷載組合 a 靜載 地面建筑 土 結構重量 b 核武器荷載c 常規武器荷載荷載組合乙類 a c 甲類 a c a b 5 內力計算與截面設計 內力計算 靜力計算方法截面設計 材料強度綜合調整系數 強剪弱彎 強柱弱梁 抗剪強度的跨高比修正 受剪 受壓破壞為脆性破壞 保證整體結構有足夠的延性 上世紀80年代初 美國進行了代號為FOAMHEST一系列現場模型試驗 在試驗中發現 土中淺埋鋼筋混凝土結構在爆炸荷載作用下原來按抗彎設計的部分結構卻發生了脆性剪切破壞 甚至是直剪破壞 強剪弱彎 強柱弱梁 本規范體現 強度降低墻 柱正截面驗算 抗壓動力強度降低梁 柱斜截面驗算 動力強度降低 四口部結構1 臨空墻設計2 防護單元隔墻3 出入口通道結構有頂蓋通道無頂蓋通道土中豎井多跑樓梯4 消波系統 1 臨空墻 臨空墻是指一面在工程防護門以外受沖擊波荷載作用 一面在工程防護門以內不受沖擊波荷載作用的墻體 其位置一般在出入口或通風井附近 1 臨空墻 特點 受力大有密閉要求 施工對拉螺栓應按外墻防水做 1 臨空墻 配筋 2 相鄰防護單元隔墻 兩個相鄰防護單元抗力不同時 防護隔墻上的等效靜載兩側不同 防護單元低的一側所受的荷載值高 防護單元高的一側所受的荷載值低 五級 六級 豎向墻體計算外墻 臨空墻防護隔墻均可按受彎構件計算 2 相鄰防護單元隔墻 配筋 3 出入口通道 有頂蓋通道與主體相同 可直接查表無頂蓋通道同民用擋土墻 3 出入口通道 土中豎井四周受力和主體結構的外墻相同 3 出入口通道 多跑樓梯 4 防倒塌棚架 一般為地面建筑物倒塌范圍以內的防倒塌棚架 設在倒塌范圍以內的出入口棚架 棚架由現澆頂板 圈梁 鋼筋混凝土柱和非承重的脆性圍護構件組成 有相應圖集剛出了一本圖集 輕質鋼構 倒塌等效靜載標準值50KN m2 五孔口防護設備與設施1 防護設備上的荷載2 防護密閉門及門框墻3 防爆波活門 擴散室和擴散箱 1 防護設備上的荷載 地面沖擊波到防護設備上 要經過一系列變化 2 防護密閉門及門框墻 1 防護密閉門組成門扇鉸頁閉鎖密閉膠條鋼門框 2 防護密閉門及門框墻 1 門框墻劃成門框側墻上擋墻門檻2 特點門框墻的強度 剛度要求配筋密度大砼澆注難度大有密閉要求 禁用套管 設止水翼環的一次性鋼螺栓 3 門框墻配筋要求 1 配筋的錨固要求2 拉結筋的設置3 門洞四角的內外層 均應配置直徑為16mm的斜向加強鋼筋 其長度不應小于1000mm 3 門框墻配筋要求 門框墻施工要求 1 門框墻與通道一起澆2 模板加強支護3 保證平準 水平 鉛直 位置準確 4 澆注前檢查 分層澆注 3 防爆波活門與擴散室 1 活門分類消波原理構造2 施工要求 懸板活門 膠管活門 1 擴散室工作原理2 設置要求連接口應設在距后墻面的凈長 l 3 處 3 防爆波活門與擴散室 六構造要求1 使用材料要求2 配筋構造要求3 變形縫 施工縫的設置要求 1 混凝土要求強度要求C25以上保護層厚要求墊塊厚度保證水泥用量要求不宜過大早強劑和養護要求通過設計院變更砂石材料的要求按人防工程施工及驗收規范 1 使用材料要求 1 使用材料要求 2 鋼筋施工中要求不應使用冷加工鋼筋慎用鋼筋替換拉結筋施工應到位外墻鋼筋的排放 底板配筋圖 1 使用材料要求 2 鋼筋施工中要求 1 變形縫防護單元內不宜設變形縫 伸縮縫 抗震縫可不設 2 施工縫頂板 底板不能設施工縫外墻 內墻不能設豎向施工縫外墻施工縫內墻施工縫 3 變形縫 施工縫的設置要求 七平戰轉換設計1 平戰轉換的原則2 孔口封堵3 主體結構轉換 人防工程防護功能平戰轉換設計圖集 1 平戰結合設計原則 國外五六十年代興起 在我國七八十年代開始 國外叫 預留設計 解決戰時防護和平時使用的矛盾 通過預留設計 過戰時應急加固