人防建筑与结构设计原理.ppt
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1、(以“防空地下室”设计原理为主)第一节 人防工程建筑设计 第二节 平战转换功能设计 第三节 人防工程结构设计 第四节 平战结合施工图审核内容 第五节 防护设计通病 第六节 防护结构与孔口防护工程质量控制主要内容 第七节 人防工程设计与施工质量控制常用的 标准、规范、图集,第三讲 人防建筑与结构设计原理,第一节:人防工程建筑设计 一、口部设计 二、主体设计,一、口部设计,1、简述 2、出入口的防护设计 3、通风口防护设计 4、口部综合布置设计,1,口部设计,简述出入口防护设计出入口的分类冲击波超压特性与出入口形式出入口数量倒塌范围与出入口设置出入口尺寸指标出入口防护措施通风口防护设计通风口与出入
2、口关系通风口防护措施口部综合布置设计,口部:是防护工程主体与地表面连接部分,是防护工程战时防护的关键,也是防护工程建筑设计的重点和难点。口部主要分为人员、设备出入口和进排风、排烟口,以及其他各种相关设备与地面的连接部分,如集水井、防爆波电缆井等。,简述,出入口分类,出入口防护设计,按设置位置防空地下室出入口可分为:室内出入口:通道敞开段(即无顶盖段)位于防空地下室上部建筑范围以内的出入口,通常位于上部建筑的楼梯间。室外出入口:通道敞开段位于防空地下室上部建筑范围以外的出入口。室外出入口一般用作主要出入口。连通口:人防工程(包括防空地下室)之间在地下相互连通的出入口。防空地下室中防护单元之间的连
3、通口又称单元连通口。,按战时使用功能防空地下室出入口可分为:主要出入口:战时能保证人员或车辆不间断地进出,且使用较为方便的出入口。次要出入口:主要供平时使用,战时可以不再使用的出入口。备用出入口:平时一般不使用,战时在必要时(如其它出入口被破坏或被堵塞时)才被使用的出入口。,出入口形式按照平面方向划分为:直通式、单向式(拐弯)和穿廊式按照垂直方向划分为:水平式、倾斜式和竖井式,冲击波超压特性与出入口形式,出入口防护设计,出入口形式的不同,防护密闭门上的冲击波超压也有不同。,单位:MPa,常规武器抗力级别与出入口形式,出入口防护设计,考虑到常规武器的特点以及规范的延续性,单位:MPa,出入口形式
4、与外通道长度方面的要求,出入口防护设计,乙类防空地下室和核5级、核6级、核6B级的甲类防空地下室,其室外独立式出入口不宜采用直通式;核4级、核4B级的甲类防空地下室的室外独立式出入口不得采用直通式;独立式室外出入口的防护密闭门外通道的长度不得小于5.0m。,出入口数量,出入口防护设计,出入口数量应满足下列要求:防空地下室的每个防护单元不应少于两个出入口(不包括竖井式和连通口),其中至少有一个室外出入口,战时出入口设置在室外出入口。消防车库、大型物资库(大于6000m2)和中心医院、急救医院应设置两个室外出入口。两相邻单元,在满足下列条件时,防护密闭门外可共用一个室外出入口通道:1均为人员掩蔽;
5、或一侧为人员掩蔽,另一侧为物资库;2两单元均为物资库,且面积之和不大于6000m2,倒塌范围与室外出入口设置,出入口防护设计,战时主要出入口位于室外,其敞开段宜设置在地面建筑倒塌范围以外。在倒塌范围以外的室外出入口口部建筑宜采用单层轻型建筑。因受条件限制,室外出入口通道敞开段设置在地面建筑倒塌范围以内时,其口部建筑应采用防倒塌棚架。,倒塌范围的取值,周围相邻建筑!口部建筑设计!,倒塌范围与室外出入口设置,出入口防护设计,当条件限制(满占红线),核6、6B级满足下列条件的不设置室外出入口:1、与有可靠出入口的其他人防工程(级别不低于本工程)相连通;2、当上部建筑为钢结构或钢筋混凝土结构,且其主要
6、出入口满足下列各项条件时:首层楼梯间直通室外地面,且地下室至首层的梯段上端与室外的距离不大于2米;首层由梯段至通向室外的门洞之间,应设置与地面建筑结构脱开的防倒塌棚架;首层楼梯间直通室外的门洞外侧上方,应设有挑出长度不小于1米的防倒塌挑檐;主要出入口与其中一个次要出入口的防护密闭门之间的水平直线距离不小于15.0米。,乙类防空地下室当符合下列条件之一时可不设置室外出入口:1与具有可靠出入口的,抗力等级不低于该防空地下室的其它人防工程相连通。2上部地面建筑为钢筋混凝土结构或钢结构的常6级乙类防空地下室,当符合下列各项规定时:当工程主要出入口的首层楼梯间直通室外地面,且其通往地下室的阶梯上端至室外
7、的距离不大于5.0米;主要出入口与其中一个次要出入口的防护密闭门之间的水平直线距离不小于15.0m,且两个出入口楼梯的结构均按主要出入口的要求设计。,电梯主要是为平时服务的,战时由于供电没有保证,而且在空袭中地面建筑又容易遭到破坏,故防空地下室战时不考虑使用电梯,如因平时使用需要,地面建筑的电梯直通地下室时,应将电梯间置于防护密闭区以外。,出入口尺寸指标,出入口防护设计,人员掩蔽工程战时出入口的门洞净宽之和,应按掩蔽人数每 100 人不小于 0.30m 计算确定。每樘门通过人数不应超过 700 人,出入口通道和楼梯的净宽不应小于门洞的净宽。,战时出入口最小尺寸,按由外到内的顺序,设置防护密闭门
8、、密闭门。防护密闭门应向外开启,密闭门宜向外开启。,防护密闭门及密闭门设置数量,防毒通道、洗消设施及密闭通道的设置数量,尽量单独设置室外通风口,进风设在通道内,室内新风不易保证;排风口设在通道内,会影响出入口通道的空气质量。设洗消间的防空地下室:由于洗消间、简易洗消间和防毒通道都要利用通风超压通风换气,并把污秽空气及时排到室外,因而要求洗消间、简易洗消间和防毒通道要与排风口相结合。,对于二等人员掩蔽的乙类和核5级、核6级和核6B级防空地下室,在室外确实没有单独设置进风口条件时,进风口允许设在室内出入口通道,但为了防止因倒塌物的堆积,影响活门悬板的开启,要求在防爆波活门的外侧采取防堵塞措施。,通
9、风口防护措施,通风口防护设计,通风口防护措施要求:供战时使用的和平战两用的进风口、排风口应采取防倒塌、防堵塞以及防雨、防地表水等措施;进风口与排风口之间的水平距离不宜小于10m;进风口与柴油发电机排烟口的水平距离不宜小于15m;医疗、专业队、人员掩蔽等工程,其进风、排风排烟采用“防爆波活门扩散室(扩散箱)”的消波措施;物资库的通风口可采用“防护密闭门密闭通道密闭门”的消波措施;人防车库的通风口可采用“防护密闭门集气室普通门(有气密要求)”的消波措施。,通风口防护措施,通风口防护设计,排风口防护措施,防爆波活门,扩散室或扩散箱,除尘滤毒室,进风机房,防护密闭门,密闭门,密闭通道,染毒区,清洁区,
10、防化值班,进风口防护措施,通风口防护措施,通风口防护设计,主要出入口防护措施(与排风口结合),口部综合布置防护设计,次要出入口防护措施(与进风口结合),口部综合布置防护设计,次要出入口防护措施(无通风要求),口部综合布置防护设计,二、主体设计,1、基本要求 2、防护分区 3、辅助房间设计,基本要求,人防工程与地面建筑相比,一个重要的区别在于对工程各构件尺寸大小的选择有诸多因素的影响,主要包括静荷载、爆炸动荷载、覆土荷载、倒塌荷载等,还有早期核辐射防护、防水保护层等重要因素。,主体尺寸指标,早期核辐射防护的附加材料换算公式 ht(hs-d1)Z 式中:ht附加材料最小厚度(m);hs最小防护厚度
11、(m);Z材料换算系数,对覆土和石砌体、实心砖可取1.4,对空心砖可取2.5;dl结构厚度(m)(顶板包括上部建筑底层混凝土地面厚度在内。,防空地下室顶板底面不宜高出室外地面,如高于室外地面必须满足相应条件,当上部建筑为钢筋混凝土结构时,顶板底面不允许高出地面,上部建筑为砌体结构,其顶板底面可高出室外地面,但6B、6级防空地下室顶板底面高出室外地面的高度不得大于1.0m;5级不得大于0.5m,并要求在临战时覆土。乙类工程不得大于室内净高的1/2。,工程埋深要求,人防专业队掩蔽工程和人员掩蔽工程的面积标准和室内净高应按下表要求采用,其它工程的室内净高不宜小于2.4m,战时作为各种用途的防空地下室
12、其梁底或管底距地面不得小于2.0m。,专供上部建筑使用的设备房间宜设置在工程防护密闭区以外,穿过防空地下室的管道应符合下列规定:与防空地下室无关的管道,不宜穿过人防围护结构;上部建筑的生活污水管、雨水管、燃气管不得进入防空地下室。穿过防空地下室顶板、临空墙和门框墙的管道,其公称直径不得大于150mm。凡进入防空地下室的管道及其穿过的人防围护结构,均应采取防护密闭措施。管道一般采取适当集中,并设置单独的管道井,采用将其设于防护范围以外的办法来处理。,基本要求,工程穿管限制,常5级以下的防空地下室不具备抗炸弹直接命中的能力,防空地下室主要通过划分防护单元缩小炸弹破坏的范围,划分抗爆单元来提高人员与
13、物资的生存概率。,一般情况下按表的要求划分防护单元与抗爆单元:,当防空地下室的上部建筑层数为十层或多于十层(不足十层或无建筑,但建筑面积不大于200m2)时,可不划分防护单元与抗爆单元。乙类或甲类的核5、6、6B级,当上下相邻楼层分别划分为不同的防护单元时,位于下层及以下各层可不再划分防护单元和抗爆单元。,防护单元要求 每个防护单元防护设施和设备应自成系统,其内不应设置伸缩缝和沉降缝;单元之间设置防护密闭隔墙(整体现浇的钢筋混凝土墙);两相邻防护单元之间应至少设置一个连通口。,单墙设置连通口方式,既是防护单元连通口又是防火分区疏散口形式,双墙设置连通口方式,平时已砌筑的抗爆隔墙与挡墙要求:12
14、0mm厚的钢筋混凝土墙250mm厚的混凝土墙临战构筑的抗爆隔墙与挡墙要求:120mm厚的预制钢筋混凝土墙 砂袋堆垒,墙体断面为梯形,高度1.8m,最小处厚度 500mm;,辅助房间设计,人员掩蔽工程战时所需房间与指标,干厕所,设置在排风口附近,男每4050人一个,女每3040人一个,建筑面积每个便桶1.01.4m2确定。,盥洗间,临战时设置,防化值班室,设置在进风口附近,医疗救护、专业队、一等人员其使用面积为1012m2;二等人员掩蔽工程为810m2确定。,生活饮用水库,临战时设置,饮用水可以设置桶装纯净水等方式,风机房,战时可砌筑风机房,设置隔音套间和隔音防火门(外开),配电间,每个防护单元
15、临战设置,可与防化值班室合并设置,辅助房间设计,柴油电站设计,柴油发电站一般采用分室布置,即控制室与发电机室分开布置。发电机室及其附属房间均属染毒区,所以,它们与控制室之间应设置密闭隔墙。为便于控制室与发电机室之间的联系,还需要设置防毒通道和密闭观察窗,防毒通道内最好设置淋浴设备。,第二节 平战功能转换设计 一、平战功能转换措施 二、口部转换措施 三、主体转换措施,1,平战功能转换措施,简述平战结合设计原则平战结合与地下建筑防火设计口部转换措施通风采光窗通风口出入口连通预留口主体转换措施,平战结合的工程,当平时使用与战时防护要求不一致时,应采取平战功能转换措施,并满足下列要求:满足战时各项防护
16、要求,并在规定转换时限内完成;转换时应用的预制构件与工程施工同步完成,设置相应存放位置;平战转换设计与工程设计同步完成,不得实施预留设计和二次施工的项目:钢筋混凝土和混凝土浇筑的结构和构件;出入口等处的防护密闭门、密闭门和活门等设施;战时使用的给水引入管、排水出户管和防爆波地漏。,平战结合设计,首先应合理确定其平时的使用功能,并尽可能使其战时及平时的使用性质相一致或接近,便尽量减少平战转换的矛盾。而其中地下建筑防火设计是重点考虑的因素之一。主要有:地下建筑防火设计只考虑平时使用功能;防火分区的划分必须与战时防护单元的划分结合起来;注意平时进排风、排烟系统要与战时进排风系统的结合;防火分区安全出
17、口与防护单元主要及次要出入口的结合;,平战结合与地下建筑防火,简述,通风采光窗,口部转换措施,平战结合防空地下室考虑到平时使用时的通风量与战时通风量差别较大,同时内部通风系统及平面布局也有较大差别,因此有的通风口只在平时使用而战时不用,战时需要一定的封堵措施;而有的通风口平战时都使用,但战时还需要一定的功能转换技术措施。,平时用战时不用的通风口,通 风 口,口部转换措施,平战两用的通风口,通 风 口,口部转换措施,洞口宽度不宜大于7m,高度不宜大于3m,一个防护单元不宜超过两个。,出 入 口,口部转换措施,在防护单元隔墙上开设的平时通行口、通风孔,封堵措施应满足战时抗力要求,洞口封堵宜采用防护
18、密闭门,采用构件封堵的洞周边应按战时的防护密闭要求预留或预埋转换所需要的预埋件。,出 入 口,口部转换措施,出 入 口,口部转换措施,5.专供平时使用的出入口的临战封堵措施,因平时使用的柱网间距较大的结构,当战时用作人员掩蔽或物资贮存时,如果仍按这样的跨度设计,将会明显增加投资。为此,设计中可以按照不同的使用需要对结构分别处理,即平时为小荷载下的大跨度,战时适当增加支点,使其成为大荷载下的小跨度,这样能充分发挥结构防护潜力。规范要求在一个柱网平面内后加柱数量不宜大于4根。,主体转换措施,第三节 人防工程结构设计,一、人防工程结构的特点 二、防空地下室主体结构 三、口部结构构件 四、防护设备与设
19、施 五、结构构造要求,一、人防工程结构的特点,1、防护原则2、防护措施3、结构的特点,1、防护原则,1)常规武器和核武器只考虑一次作用。2)综合防护措施。3)工程各组成部份应具有相等的生存能力,保证工程达到整体均衡的防护。,2、防护措施,1)冲击波的防护 对地下工程的破坏途径主要有:破坏出入口和通风口附近的地面建筑物,使得工程口部堵塞,直接进入工程的各种孔口,破坏口部通道、临空墙以及孔口防护设备,杀伤内部人员,压缩地表面产生土中压缩波,通过压缩波破坏工程被复结构。主要从结构的角度提供一些原则措施。,2)热辐射和早期核辐射的防护热辐射对地下工程没有直接破坏作用,但可能引起大面积的持续火灾 防护(
20、密)门、防爆活门等宜避开热辐射直接照射。早期核辐射防护:保证工程有一定的埋深,口部通道一定长度。保证一定的结构厚度,3、结构的特点,结构可靠度降低(与民用工程比)动力效应 动力与静力区别动力反应使 结构的最大变形和内力更大。,可进入塑性阶段工作,材料设计强度可提高 快速加载提高 1.2 砼后期强度提高 1.2,重视构造要求 特点:大变形、振动环境、对延性要求高。措施:保证足够的延性 保证延性破坏动荷载,只进行强度计算,可不进行结构变形、裂缝开展、地基承载力和地基变形计算,1、核爆炸等效静载确定思路2、核武器等效静载3、常规武器等效静载4、荷载组合,二、防空地下室主体结构,1、核爆炸等效静载确定
21、思路,地面冲击波超压值,工程等级,空气冲击波超压,土中压缩波,结构动荷载,结构等效静载,1)三系数法 顶板 外墙 底板 常用结构(主体结构)的等效静载:查表确定,2、核武器等效静载,1)常规武器距外墙一定距离爆炸地面爆炸空气冲击波土中压缩波顶板的均布动荷载 顶板等效静载常规武器等效静载一般较核武器小,有时外墙稍大。,3、常规武器等效静载,a.静载(地面建筑、土、结构重量)b.核武器荷载c.常规武器荷载荷载组合 乙类:(a+c)甲类:(a+c)(a+b),4、荷载组合,三、口部结构,1、临空墙设计2、防护单元隔墙3、出入口通道结构,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
22、击波荷载作用的墙体。其位置一般在出入口或通风井附近。,1、临空墙设计,特点:受力大,有密闭要求(施工对拉螺栓应按外墙防水做),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。,竖向墙体计算 外墙、临空墙 防护隔墙均可按 受弯构件计算,相邻防护单元隔墙墙,有顶盖通道 与主体相同,可直接查表无顶盖通道 同民用挡土墙土中竖井 同主体外墙,3、出入口通道,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。有相应图集,1、防护设备上的
23、荷载2、防护密闭门及门框墙,四、孔口防护设备与设施,地面冲击波到防护设备上,要经过一系列变化。,1、作用在防护设备上的荷载,2、防护密闭门门框墙,1)门框墙组成门框侧墙上挡墙门槛 2)特点门框墙的强度、刚度要求高配筋密度大砼浇注难度大有密闭要求,3)门框墙配筋要求,(1)配筋的锚固要求(2)拉结筋的设置(3)门洞四角的内外层,均应配置直径为16mm的斜向加强钢筋,其长度不应小于1000mm。,1、使用材料要求 2、变形缝设置要求 3、配筋构造要求,五、构造要求,1)混凝土要求强度要求 C25以上保护层厚要求 垫块厚度保证 水泥用量要求 不宜过大早强剂和养护要求 通过设计院变更砂石材料的要求 按
24、人防工程施工及 验收规范,1、使用材料要求,钢筋施工中要求:不应使用冷加工钢筋 慎用钢筋替换,1、使用材料要求,1)变形缝 防护单元内不应设沉降缝,伸缩缝、抗震缝 可不设。2)施工缝 顶板、底板不能设 施工缝 外墙、内墙不能设 竖向施工缝 外墙水平施工缝 内墙水平施工缝,2、变形缝设置要求,保证足够的延性、保证延性破坏“强剪弱弯”、“强柱弱梁”最小配筋率比民用建筑的大,最大配筋率比民用建筑的小。双面配筋 梅花形的拉结筋 将内外水平和竖 向筋同时拉住。锚固长度要求,3、配筋构造要求,六、主体结构转换,1.转换时限的要求:2.防护单元内后加柱的设置 1)后加柱可采用型钢柱、钢管柱、钢筋混凝土柱或其
25、它可靠的支撑构件。2)后加柱与主体结构的顶、底板(梁)应有可靠的连接,连接件应强调在施工时预埋。,防护单元内后加柱的设置,第四节 平战结合施工图审核内容,一、建筑施工图设计 二、建筑施工图说明 三、建筑施工图审核要点,一、建筑施工图设计,1总平面图 除按地面建筑绘制的内容外,还要增加防空地下室位置,主要出入口位置,周围人防工程及口部位置。2战时平面图(1)防护系统设置,防护单元划分与抗爆隔墙位置,口部封堵位置、用料、做法、尺寸等;,(2)战时使用房间的用途与编号、尺寸,所有防护设备的位置、编号、主要尺寸,门的开启等;(3)墙板上各种孔洞的位置、标高、尺寸,穿越防护墙的防护密闭措施及孔洞的战时封
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