人防工程结构设计教程ppt课件

人民防空工程结构设计，袁义举，人民防空工程设计研究院，工程学院，解放军科技大学，总结，1。概述，2。核爆炸冲击波载荷，3。核爆炸等效静载荷，4。负载组合，5。内力分析，截面设计和主要结构规定，6。人防结构设计，7。结构的功能转换。结构设计中的相关问题，1。概述，1。人防荷载的特点，1.1人防荷载的来源：1.2核爆冲击波引起的人防荷载：很短，1.3倍人防荷载在1秒左右：1.4人防荷载的性质：1.5卸载突然加速引起的人防荷载分布：1.6人防荷载分项系数：分项系数=1，因为意外荷载不乘以分项系数；人防结构的可靠性要求低于工业和民用建筑。人民防空工程结构的主要特点1、2.1核爆炸动荷载属于大幅度、短作用时间、连续衰减的事故荷载。2.2。防空地下室的结构设计应满足平时和战时两种不同荷载效应组合的要求。2.3。地面上的多层或高层建筑对常见的爆破空投炸弹、核爆炸冲击波、早期核辐射等破坏因素有一定的削弱作用。设计防空地下室时可以考虑这个因素。2.4。墙、柱等承重结构应尽可能与地面建筑的承重结构相对应，使地面建筑的荷载能够通过防空地下室的承重结构直接传递给地基。2.2.5当平时使用要求与战时防护要求不一致时，应采取平时和战时功能转换措施。2.6、钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段2.7进行设计，材料设计强度可提高2.8，因为核爆炸动荷载是意外荷载，钢筋混凝土构件允许开裂，所以构件在静荷载下的安全性可适当降低。2.9。在核爆炸动荷载的作用下，地基承载力大大提高，安全系数也希望较低。在这种瞬时载荷下，一般不会发生基础破坏引起的结构破坏。3。人防结构的结构设计特点，3.1可按“等效静荷载法”计算，可分解为单个构件(规范采用三个系数转换为等效静荷载)，3.2各部分的抗力(强度)协调，3.3可考虑塑性内力重分布，3.4可充分保证结构的延性，“强柱弱梁(板)”和“强剪弱弯”， 4.1人防工程的结构选择4.1人防地下室的结构选择应根据防护要求、使用要求、上部结构的结构类型、工程水文地质条件、材料供应和施工条件等因素综合分析确定。 4.2。防空地下室的结构选型包括结构类型和选型。4.3、不仅要满足上部建筑基础的要求，还要满足战时作为防护结构的要求。防空地下室常用于梁板结构、板柱结构和箱形结构。当柱网尺寸较大时，也可采用双向密肋楼盖结构。(2)核爆炸冲击波载荷(2)核爆炸冲击波载荷(1)空气冲击波(2)地面空气冲击波(3)地面冲击波的主要设计参数(4)空气冲击波对人防工程的影响(5)土壤中的压缩波及其对人防结构的影响(6)人防结构的核爆炸动载计算(1) 空气冲击波和1.1空气冲击波的形成当核武器在空气中爆炸时，反应区内的高温高压气团迅速猛烈地向外膨胀，冲击和压缩邻近的空气，从而形成空气冲击波并不断向外扩散。 1.2超压波阵面后的压缩空气层称为压缩区，压缩区的压力2、地面空气冲击波，随着距爆炸中心投影点的距离不断增加，反射波阵面与入射波阵面合并形成冲击波，合并后的冲击波称为“复合波”，即地面冲击波，地面冲击波阵面靠近地面的部分垂直于地面，即沿地面水平方向传播。一般来说，人防工程是根据冲击波和地面冲击波平行于地面的作用来考虑的。地面冲击波的主要设计参数、空气冲击波对人防结构的影响以及冲击波在传播方向遇到刚性结构时的反射效应，都会产生较大的反射超压。1)当冲击波传播方向与障碍物表面法线之间的夹角=0时称为正反射，此时反射系数最大；2)0的反射称为斜反射，反射系数随着夹角的增大而逐渐减小。3)当30时，斜反射系数与正反射系数相差不大。4)考虑到设计中最不利的因素，取值均为正反射系数。当稍大于30时，冲击波沿表面平行滑动，无反射，此时反射系数为1。2)扩散效应当冲击波从小孔进入大空间时，进入大空间的空气冲击波参数会发生一定程度的变化，如超压峰值会减小，波形会增强一段时间，即冲击波的扩散效应。在确定防空地下室的屋顶荷载时，在一定条件下，可以考虑冲击波进入地面建筑物的扩散和膨胀效应。当冲击波的传播方向垂直于室外入口(例如竖井入口)的轴线时，由于入口轴线上的口外冲击波的粒子运动速度分量为零，所以口内冲击波的产生仅由口外冲击波的扩散和膨胀引起。因此，从各种出入口形式来看，竖井式和廊道式出入口形式更为有利，而直线式出入口和单向式出入口不太有利，出入口阶梯段的坡度角(与地面的夹角)越小越不利。试验表明，冲击波在通道内传播过程中，冲击波与侧壁之间的摩擦损失很小，只有在较长的通道(百米)内传播后，衰减现象才明显。因此，一般防空地下室的通道不能考虑压力随传播距离的变化。当冲击波在通道中转过900度时，会有大约6%的能量损失，这在实践中是可以忽略的。因此，只要通道的横截面形状和尺寸没有显著改变，通道中冲击波的超压峰值在被阻挡之前可以认为是不变的。通道内的冲击波最终被阻挡在防护密闭门或端壁上，防护密闭门或端壁上的超压可根据通道内超压的正反射压力来确定。3)循环效应当冲击波与封闭地面建筑的前墙接触时，会产生正反射。前壁上的压力瞬间增加到反射过压值，形成高压区。然而，入射波在前墙边缘之外不会遇到障碍物。与反射超压相比，它是一个低压区。由于前表面上的反射压力大于顶表面和侧表面上的冲击波压力，前壁上的反射压力不能保持并迅速衰减。这种衰减将持续到气流状态相对稳定。这种现象被称为循环。当稳定时，作用在前壁上的压力称为循环压力。当防空地下室的屋顶高于室外地面时，爆破面会产生一定的循环效应，因此墙面上的最大压力会略小于正常反射的压力。例如，第6级的正反射系数为2.4。如果2)当冲击波的传播方向垂直于室外入口(如竖井入口)的轴线时，口内冲击波的产生仅由口外冲击波的扩散和膨胀引起，因为口外冲击波在入口轴线上的质点运动速度分量为零。3)、对于一般防空地下室通道不能考虑压力随传播距离的变化。当冲击波在通道中转过900度时，会有大约6%的能量损失，这在实践中是可以忽略的。4.3循环效应，1)。当冲击波接触到封闭地面建筑的前墙时，会产生正反射。前壁上的压力瞬间增加到反射过压值，形成高压区。然而，入射波在前墙边缘之外不会遇到障碍物。与反射超压相比，这是一个低压区。由于前表面上的反射压力大于顶表面和侧表面上的冲击波压力，前壁上的反射压力不能保持并迅速衰减。这种衰减将持续到气流状态相对稳定。这种现象被称为循环。2)稳定时作用在前壁上的压力称为循环压力。当防空地下室的屋顶高于室外地面时，爆破面会产生一定的循环效应，因此墙面上的最大压力会略小于正常反射的压力。3)例如，第6级的正反射系数为2.4。如果考虑环流效应，反射系数可取为2，即作用在地面以上外壁上的最大压力为2Pm。5。土中压缩波及其对人防结构的影响，5.1土中压缩波参数，5.1土中压缩波参数，5.2压缩波与结构的相互作用，5.2.1顶板与1)的相互作用。压缩波将在结构的屋顶上反射，引起结构的整体位移和变形。这些位移和变形反过来影响压缩波载荷。这种相互作用的机械现象被称为介质和结构之间的动态相互作用。2)作用在土中结构顶部压力与压缩波参数、土介质性质和结构刚度特性等有关。工程设计中常用综合反射系数k来反映压缩波与顶板相互作用的影响。3)作用在顶板上的土中压缩波的动载荷可表示为Pc1=KPh。在一定条件下，作用在结构上的动载荷在一定深度是最大的，这个深度被称为顶板的“不利覆盖层厚度”。5)造成“不良覆土厚度”的机理：当压缩波遇到顶板产生反射压缩波时，压缩波将向相反方向传播，反射波到达的介质压力将增加。当它返回到自由表面时，由于表面是自由界面，土壤将趋于疏松，同时，将产生向下传播的拉伸波，拉伸波到达的地方的压力将相应地降低。当它到达顶板时，顶板压力也会降低，形成卸载效应。如果结构埋深较浅，拉伸波引起的卸载效应将部分抵消入射波在屋顶上的反射效应。如果埋深较深，虽然反射压力在结构变形过程中发挥了最大作用，但随着埋深的增加，结构的动力效应越来越小。当结构的最大位移时间等于反射压力的作用时间时，荷载的总动力响应最大，产生最大动力响应的深度称为“不利覆盖层厚度”。7)结构屋顶的不利覆土厚度与结构短边的抗力水平和净跨度有关。结构屋顶的不良覆土厚度确定后，综合反射系数从1近似线性增加到不良覆土的Km值。当其大于不利覆土厚度时，其大于不利覆土厚度时所确定的规律随深度而减小。8)对于饱和6、人防结构核爆动荷载计算，6.1地面建筑对地下室结构核爆动荷载的影响，1、在地下室结构顶板计算中，反对Pm=0.1，地下室0.05MPa，当满足下列条件之一时，可计入上部建筑对地面空气冲击波超压的影响。(1)上部建筑层数不少于两层，底部墙体不小于240毫米砖砌体墙体强度，且任何一面墙体开口面积不大于墙体面积的50%；(2)上部为单层建筑，其承重外墙所用材料及洞口比例符合上述规定，屋面为钢筋混凝土结构。对于符合第1条规定的反Pm=0.05兆帕的防空地下室，作用于上部建筑底层的空气冲击波超压波形可为带升压时间的平台形式。空气冲击波超压的计算值可为Pm，升压时间可为0.025s，根据第(1)条，Pm=0.1兆帕作用于防空地下室上部建筑底层的空气冲击波超压波形，可采用带升压时间的平台形状。空气冲击波超压的计算值可为0.95Pm，增压时间可为0.025ss2。对于Pm=0.2和0.3MPa的防空地下室，不考虑地上建筑物对屋顶核爆炸动荷载的影响。当地面冲击波超压比上述试验数据(100千牛顿/M2)增加3 6倍时(对应于Pm=0.2兆帕或更大的阻力水平)，一般地面建筑物将在更短的时间内被摧毁。对于防空地下室的屋顶荷载，这种影响可能是微不足道的。此外，由于目前缺乏进一步的试验和理论分析数据，这样的防空地下室暂时忽略这一影响也更安全。根据国外资料，上部结构为钢筋混凝土承重墙结构，只有当地面超压大于0.2兆帕时才会倒塌，对于抗震砌体结构(包括框架结构中的填充墙)，只有当地面超压约为0.07兆帕时才会倒塌，考虑到在预定冲击波的地面超压下，上部建筑不会立即倒塌或倒塌，这将不可避免地导致冲击波产生反射和循环等效应。由于缺乏试验数据，在参考国外相关规定的基础上，适当提高了上述条件下的地面超压峰值。当计算土中外墙的核爆炸动荷载时，对于Pm0.2兆帕的防空地下室，当上部建筑外墙为钢筋混凝土承重墙，或上部建筑为砌体结构或抗震设防的框架结构，且Pm=0.05兆帕时，应考虑上部建筑对地面空气冲击波超压值的影响，计算值Pms应按表4-3的规定采用。6.2人防结构的爆炸荷载，6.2.1结构屋面的核爆炸荷载，1、人防地下室不包括屋面计算中上部建筑的影响：PCL=KPH，2、人防地下室PCL=KPH包括屋面计算中上部建筑的影响，6.2.2结构外墙的核爆炸荷载，Pc2=Ph，6.2.3结构楼板的核爆炸荷载，Pc3=Ph，6.2.4近空墙、门框墙、门框墙的核爆炸动荷载作用在近空墙和门框墙上的最大压力值Pc可根据表4-4确定。2.作用在通道内保护密封门和防爆阀上的设计压力值，应按表4-5选择成型产品。6.2.5、其他部位的结构荷载，1、防空地下室室外入口土屋面通道结构，根据承受土体中压缩波引起的核爆炸动荷载计算，计算方法与主体结构相同，无屋面开口通道结构，可不验算核爆炸动荷载。土壤中的竖井结构，无论有无屋顶，都是根据土壤中压缩波产生的正常均匀动荷载计算的。计算方法与主体结构外墙相同。2.作用在扩散室内与房间相邻的隔墙上的最大压力这是因为当受到核攻击时，很难解决室内入口和出口被上部建筑物的倒塌物体和相邻建筑物的飞行物体堵塞的问题。如果再考虑这些构件的保护和加固，不仅很难确定加固范围，而且也很难保证它们不会被堵塞，因此没有实际意义。(3)核爆炸等效静载荷，(