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防护工程与结构 第八章防空地下室结构设计 在城市地面建筑一下 按照一定抗力要求构筑的防空地下室 成为人民防空地下室 或人防工程 1概述 1 1防空地下室设计原则 人防地下室的位置 规模 战时和平时的用途应根据城市人防工程规划 地面建筑与地下建筑要统一规划 设计和施工 使人防工程充分发挥战备 社会和经济效益 1 防护工程与结构 满足预定战时对核武器 常规武器 生化武器的各项防护要求 对常规和核武器的动载 设计时均按一次作用考虑 多层及高层地面建筑的地下室 作为整个结构体系的一部分 还要满足平时使用的结构要求 以及平时 战时两种荷载组合的要求 地面建筑在战时易发生火灾和倒塌 火灾产生高温 CO2 CO等有害气体 因此要注重工程的防火密闭设计 同时建筑倒塌可能造成出入口的堵塞 因此 室外主要出入口应设在建筑倒塌范围之外 若受限制 则应设置防倒塌棚架 2 防护工程与结构 结构类型 柱网布置应与地上结构一致 使建筑自重荷载通过地下室结构顺利传递给地基 结构设计应做到各部位抗力相协调 由于地下室结构局部间存在荷载 破坏形式 可靠度等因素的差异 要防止出现薄弱环节致使整体抗力降低 应保证在设计荷载作用下 各部位均可正常工作 平时的功能使用要符合战时转换的要求 即应进行平战功能转换设计 采取的转换设计方案 应能在规定的时间内完成地下室的功能转换 3 防护工程与结构 1 2结构选型 防空地下室的结构选型 根据防护要求 使用要求 地面建筑物结构类型 工程水文地质条件 材料供应和施工条件等因素分析确定 结构选型包括结构类型和结构体系的选择 结构类型包括砌体结构和钢筋混凝土结构 结构体系包括有箱形基础结构 筏板基础 桩基础 梁板式基础 条形基础 独立基础 上的梁板结构 板柱结构 双向密肋楼板结构等 4 防护工程与结构 箱形基础结构 地面建筑直接把地下室作为其基础 通常是由现浇钢筋混凝土墙 顶板 底板组成的箱形结构 特点 由于地下室直接作为上部结构的基础 对空间布置限制多 适用于较小空间的地下室 其整体性好 强度高 防水防潮效果好 5 防护工程与结构 梁板结构 由钢混梁 板 承重墙柱组成的结构 以框架结构为例 多与地上建筑框架结构结合应用 外墙只承受土 水压力和动载 不承受上部建筑的重力荷载 特点 荷载传递路径明确 受力状态合理 经济实用 施工方便 技术成熟 但是风管等管道布置 可能会使层高增加 6 防护工程与结构 板柱结构 由现浇钢筋混凝土柱和板组成 即无梁楼盖结构 有带柱帽和不带柱帽两种 该结构空间使用灵活 有利于板下布置管道 但是延性相对差 即使板抗弯 柱抗压安全 楼盖也易冲切破坏 7 防护工程与结构 双向密肋楼板结构 是由双向小跨度连续梁和柱网支撑的结构 集无梁楼盖 梁 板 柱结构的优点 用料省 施工快 加固方便 适于在大空间防空地下室采用 8 防护工程与结构 2作用荷载 2 1静载 顶板静载 包括地下室顶板上的覆土重 顶板自重 固定设备自重等 外墙静载 包括水平静载和垂直静载 水平静载有土的侧向压力和水压力 水土分合算 垂直静载包括顶板传来的静载 外墙自重及上部地面建筑传来的自重等 9 防护工程与结构 底板静载 包括上部建筑传来的自重 地下室墙 柱的自重等 土压水压的反力 承重墙 柱静载 包括上部传来的自重 顶板传来的荷载 墙柱的自重等 10 防护工程与结构 2 2核爆动载 一般而言 防护地下室通常位于核武器空爆的非规则反射区 当无升压的核爆三角形空气冲击波与建筑物外墙接触后 并非立即将整栋建筑摧毁 是一个从变形 开裂直至失稳倒塌的过程 冲击波首先从迎爆面墙壁的门窗孔进入室内 经过复杂反射形成新的超压冲击波 使得建筑变形 开裂 失稳倒塌 因此 地面建筑对地下室核爆动载的影响因素 包括上部建筑的底层外墙面得开孔大小 建筑底层围护结构的形式和强度等 2 2 1上部建筑结构对核爆动载的影响 11 防护工程与结构 对顶板动载的影响 地面建筑抵抗核爆空气冲击波的能力较弱 例如 在冲击波超压0 04MPa时 一栋混合结构的居住建筑从冲击波到达至建筑倒塌 要经过数百ms 因此对于较低的核爆超压 要考虑地面建筑在破坏过程中使冲击波变化的影响 当地面冲击波超压较大 或者地下室防护等级较高时 地面建筑物会在短时间内被摧毁 因此 建筑物内冲击波超压变化不大 对于防空地下室顶板的荷载影响可忽略不计 12 防护工程与结构 对顶板动载的影响 冲击波通过门窗进入室内 一方面降低了超压峰值 还明显出现升压时间 底层门窗开孔面积与正对冲击波传播方向的墙面面积的比值越小 则底层的绕流和扩散作用越明显 在地下室的顶板计算中 对于较低防护等级的地下室 符合以下条件 可考虑上部建筑对地面超压的影响 上部建筑大于两层 底层外墙为钢混或砌体承重墙 且任何一面外墙开孔面积小于墙面积的50 上部为单层建筑 材料和开孔同上 且屋顶为钢混结构 超压可取 Pm或0 95 Pm 升压时间取0 025s 13 防护工程与结构 对土中外墙动载的影响 上部结构为钢筋混凝土承重墙时 超压为0 2MPa以上 结构倒塌 砌体结构超压大于0 07MPa倒塌 因此在地面超压作用下 有的建筑物可能倒塌 有的可能不倒塌 就会影响冲击波的反射 绕流等 2 2 2防空地下室的核爆动载 防空地下室 分全埋式 半埋式两种情况 钢筋混凝土结构 砌体结构 14 防护工程与结构 15 防护工程与结构 2 3常规武器爆炸动载 通常按常规武器非直接命中的爆炸作用进行设计 与核爆炸相比 常规武器作为范围较小 无论对于钢混结构 砌体结构 均难以导致结构的倾覆 一般来说 防空地下室的底板设计多不由常规武器的荷载组合来控制 而由核爆的荷载组合控制 因此 在底板设计中可不考虑常规武器爆炸产生的荷载作用 16 防护工程与结构 3荷载组合 平时使用状态的结构设计荷载 常规武器爆炸荷载与静载同时作用 防空地下室结构的三种荷载组合 核爆荷载与静载同时作用 结构设计中取各自的最不利的效应组合 17 防护工程与结构 3 1常规武器爆炸荷载与静载组合 常规武器一般不造成地面建筑物的整体倒塌 因此确定静载时取上部结构的全部自重 包括墙体 屋盖 楼板自重和不拆迁的固定设备等 不考虑活荷载 18 防护工程与结构 3 2核爆荷载与静载组合 由于各种不同结构类型的上部建筑物在给定的核爆冲击波作用下的响应不同 可为倒塌 局部倒塌和不倒塌 主要问题 如何确定上部建筑自重 上部建筑物倒塌时间tw 地下室构件最大变形时间tm tw tm 考虑整个上部结构自重 tw tm 考虑上部结构自重的一半 tw tm 不考虑上部结构自重 19 防护工程与结构 4构造要求 4 1材料强度等级 防空地下室选用的材料强度等级不应低于下表规定 防空地下室不得采用硅酸盐砖 严寒地区 饱和土中采用MU20砖 砂浆强度不低于M10 有防水要求时 混凝土等级不低于C30 20 防护工程与结构 4 2构件最小厚度 防空地下室结构构件的最小厚度 mm 21 防护工程与结构 4 3混凝土保护层厚度 基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不小于40mm 基础无垫层时 不