防空地下室结构设计及施工图设计文件审查.docx

1、防空地下室结构设计及施工图设计文件审查防空地下室结构设计及施工图设计文件审查（提纲）中国建筑标准设计研究院2008年12月1 概述1.1 防空地下室建设1.2 防空地下室的分类和分级1.2.1 防空地下室的分类1. 按战时防御的武器划分根据现行人民防空工程战术技术要求，人防工程按可能受到的空袭威胁划分为甲、乙两类（防护类别）：甲类：防核武器、常规武器、化学武器、生物武器袭击；乙类：防常规武器、化学武器、生物武器袭击。2. 按战时使用功能划分按照战时的功能区分防空地下室的工程类别为：指挥通信工程、医疗救护工程、防空专业队工程、人员掩蔽工程、配套工程。1.2.2 防空地下室的分级1 抗力分级人防工

2、程的抗力级别主要用以反映人防工程能够抵御敌人空袭能力的强弱，其性质与地面建筑的抗震裂度类似，是一种国家设防能力的体现。对于核武器，抗力级别按其爆炸冲击波地面超压的大小划分；对于常规武器，抗力级别按其爆炸的破坏效应划分，主要取决于装药量的大小。人民防空地下室设计规范适用的抗力级别为：防常规武器抗力级别：5级和6级（以下分别简称为常5级和常6级）；防核武器抗力级别：4级、4B级、5级、6级和6B级（以下分别简称为核4级、核4B级、核5级、核6级和核6B级）。2 防化分级防化分级是以人防工程对化学武器的不同防护标准和防护要求划分的级别，防化级别也反映了对生物武器和放射性沾染等相应武器（或杀伤破坏因素

3、）的防护。防化级别是依据人防工程的使用功能确定的，与其抗力级别没有直接关系。1.3 与防空地下室结构相关的术语2 武器效应与工程防护2.1 核武器效应和次生灾害2.1.1 核武器及其爆炸方式 核武器主要指原子弹和氢弹。 核武器以核裂变反应（原子弹）或核聚变反应（氢弹）在瞬间释放出巨大能量，达到大规模杀伤人员和破坏城市设施的一种现代武器。 核武器的威力通常以“梯恩梯(TNT)当量”表示。所谓当量是与核爆炸能量相当的普通梯恩梯炸药的重量。原子弹的梯恩梯当量有几万吨到几十万吨，氢弹的梯恩梯当量有几十万吨到几百万吨，甚至几千万吨。核武器的爆炸景象：首先是强烈的闪光，随后出现火球，其后出现蘑菇状烟云，此

4、后还能听到巨大的声响。闪光的持续时间十分短暂，但强烈的闪光在离爆心几十公里至几百公里以内的地方均能看到。闪光之后即出现一个明亮的火球，形成初期的火球体积很小，但热辐射十分强烈，象一个火焰翻滚的太阳。高温高压下的火球，其体积迅速膨胀，且不断地上升。由于急剧的冷却，在数秒或数十秒后，火球变成灰褐色的烟云团，烟云团迅速上升，体积不断地扩大，烟云的上升，使地面掀起尘柱，烟云与尘柱构成高大的蘑菇状烟云。烟云在上升过程中，其上升的速度逐渐变缓，升到一定高度后停止，于是在自然风的作用下，烟云向下风向漂移，并慢慢消散。伴随上述过程，核爆炸冲击波向四面传播，并能听到巨大的声响。对不同爆炸方式核爆炸的外观景象略有

5、不同，烟云形状也不相同。2.1.2 核武器的杀伤破坏因素在核武器爆炸时及爆炸后，会相应地产生五种杀伤破坏因素，即热辐射、空气冲击波、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲。 1 热辐射（亦称光辐射） 热辐射系指在核爆炸瞬间形成的火球所辐射出来的极强的光和热。极强的光和热可以在相当大的范围内造成杀伤破坏。 2 空气冲击波(简称冲击波) 空气冲击波是核武器杀伤破坏作用最大的因素，冲击波能量占核爆炸能量的50。 冲击波是由于核爆炸形成的高温、高压气团急剧膨胀，猛烈压缩周围空气，在空气中形成的具有强间断面的纵波。在冲击波波阵面后是高压高速气流，冲击波巨大的能量产生极大的破坏力。3 早期核辐射（亦称贯穿辐射

6、）早期核辐射是指在核爆炸瞬间，核反应过程中辐射出来的射线和中子流。早期核辐射之所以称为“早期”，是因为在核爆炸过后回落到地面、水面上的放射性灰尘，其杀伤破坏性质与早期核辐射都是核辐射。由于早期核辐射形成于核爆炸初期，而放射性灰尘对地面、水面形成的沾染产生于核爆炸数十分钟之后，故将爆炸瞬间形成的核辐射称为早期核辐射。4 放射性沾染放射性沾染是指具有放射性的核爆炸产物以及感生放射性灰尘对地面和水源等的污染。放射性微粒一般是在核爆炸后的0.5-1.0小时后，从空中回落到地面和水面。5 核电磁脉冲核爆炸时伴随有电磁脉冲辐射。电磁脉冲与闪电和无线电广播台产生的电磁波相似，具有很高的频带。电磁脉冲可以透过

7、一定厚度的钢筋混凝土及未经屏蔽的钢板等结构物，使位于防护工程内的电气、电子设备系统造成干扰或损坏，对指挥通信工程的指挥、控制、通讯、情报系统构成严重的威胁。6 次生灾害冲击波可使人员、动物致伤（冲击伤）、致死，可使建筑物遭到破坏或倒塌，而地面建筑物的倒塌又会使人员受到间接伤害。从过去战争的统计结果看，城市居民中遭间接伤害的比例并不亚于遭直接伤害的比例。城市火灾是战时在敌人空袭后产生的次生灾害，它是指在核爆炸或大规模燃烧弹袭击条件下所引发的全城性的火灾，而不是指城市中个别的或部分的建筑物火灾。城市火灾会在地面上形成长时间的高温，因而会因地下室内部温度过高而使室内人员无法生存，无法转移。最严重的城

8、市火灾又称火风暴，它可使地下室严重缺氧。2.2 常规武器效应常规武器是将核武器排除在外的一切武器，它的填装物是炸药和燃烧剂，是利用炸药的化学反应达到摧毁敌方目标。包括飞机、大炮、坦克、军舰、地雷、鱼雷、枪支和各种炸弹、炮弹、战术导弹等都是常规武器。人防工程抵御的常规武器主要指航空炸弹（简称炸弹或航弹）。根据破坏作用的不同，炸弹可分为普通爆破弹、混凝土爆破弹、穿甲弹和半穿甲弹。人防工程只考虑防普通爆破弹。普通爆破弹是利用其弹内炸药的爆炸作用杀伤人员、破坏建筑物。常规武器的杀伤作用可划分为直接杀伤作用和间接杀伤作用。直接杀伤作用是指以其爆炸冲击波和飞散的弹片对人员直接造成的伤害，间接杀伤作用是指由

9、炸弹爆炸造成的地面建筑物的倒塌和火灾等灾害对人员造成的伤害。战争中遭间接杀伤的人数并不少于遭直接杀伤的人数。炸弹的大小一般按“口径”分级，所谓口径是指炸弹的名义重量，如250公斤炸弹、500磅炸弹等。2.3 生物武器、化学武器效应化学武器是指利用化学毒剂达到杀伤人员、毁坏植物为目的的兵器。 生物武器是依靠各种致病性微生物（细菌、立克次体、衣原体和病毒等）以及用细菌所产生的毒素来达到杀伤人员和牲畜的武器，其施放手段与化学武器相似。2.4 工程防护2.4.1 工程防护原则1 防空地下室防御的武器和次生灾害（1）防空地下室应能防御预定的核爆炸地面冲击波及相应的热辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉

10、冲等，也就是说防空地下室不仅能防核爆冲击波，而且也要防核爆炸产生的其它四种杀伤破坏因素。（2）防空地下室应能防御预定的常规武器的杀伤、破坏作用。（3）防空地下室应能防御预定的化学武器、生物武器的杀伤、破坏作用。 （4）防空地下室应能防御地面建筑物倒塌和城市火灾等次生灾害的杀伤、破坏作用。 2 对于核武器的防护只考虑一次作用，不考虑核武器的多次重复作用。 3 对于常规武器不考虑抵御炸弹直接命中的破坏作用。4 防空地下室的防化等级由其战时功能确定。2.4.2 工程防护措施1 对核爆地面冲击波的防护（包括对地面建筑物倒塌荷载的防护） （1）防空地下室的围护结构应具有足够的抗力，满足抗核爆动荷载和建筑

11、物倒塌荷载的强度要求。 （2）为了把冲击波阻挡在室外，战时出入口设置防护门或防护密闭门。 （3）为了把冲击波阻挡在室外，战时通风口设置消波设施。 （4）为了把冲击波阻挡在室外，专供平时使用的出入口、通风口和其它孔洞应在临战前进行封堵。 2 对化学武器的防护（包括防生物武器和放射性沾染等） 化学武器、生物武器和放射性沾染虽属三种不同性质的杀伤武器，但它们具有共同点，即都必须进入室内才能对人员产生杀伤作用，因此对这三种杀伤武器（或因素）的防护可以采用相近的工程防护措施来处理。（1）为使防空地下室内部形成一个完整的密闭区，防空地下室应满足以下要求：1 人防围护结构要满足密闭要求；2 战时出入口设置密

12、闭门；3 通风口设置密闭阀门。 （2）战时在隔绝防护时间内，为了能给室内人员提供起码的生存条件，防空地下室主体内部应具有足够的人员生存空间。 （3）为在室外染毒情况下，能给室内人员提供必要的新风，在进风系统中设置滤毒通风设施。 （4）为在室外染毒条件下，使人员能够进出防空地下室，在主要出入口设置防毒通道和洗消间（或简易洗消间）。3 对早期核辐射的防护（包括防热辐射和防城市火灾等） 早期核辐射、热辐射和城市火灾其性质虽然不同，但对这三种杀伤因素的防护可以采用相近的工程防护措施。 （1）围护结构要满足一定的厚度要求，必要时在顶板上方进行覆土。（2）出入口通道设置90的拐弯，并满足一定的通道长度要求

13、。4 对常规武器的防护（包括对地面建筑物倒塌形成堵塞的防护） （1）围护结构应具有足够的抗力，满足抗非直接命中常规武器爆炸动荷载的强度要求。 （2）为了降低炸弹的命中率，提高防空地下室的生存概率，需要控制主体的规模，对于较大的防空地下室，按照规定在主体内划分防护单元和抗爆单元。（3）为了尽量提高出入口战时的可靠度，应满足以下要求：1 每个防护单元的出入口要满足一定的数量（至少两个）；2 每个防护单元至少设置一个室外出入口；3 出入口要尽量分散配置。3 核武器爆炸动荷载3.1 空气冲击波的产生及其组成3.1.1 空气冲击波 核爆炸方式一般分为“空爆”与“地爆”两种，由于空爆产生的空气冲击波能大面

14、积摧毁地面设施，这种爆炸方式，多用于对城市的袭击，因此对防空地下室设计主要考虑空爆。核武器在空中爆炸时，反应区内的高温高压气团高速猛烈地向外扩张，冲击及压缩其邻近的空气，从而形成空气冲击波，并且不断向外传播。理想的空气冲击波主要特征是波阵面上压力骤然突跃上升，在波阵面后压力逐渐减小。所谓波阵面即空气冲击波向四周运行中与未扰动的空气所形成的界面。3.1.2 地面空气冲击波空爆时最初的冲击波呈球形向外传播，当冲击波传播到地表时，首先在爆心投影点及其附近使空气质点运动受阻，空气质点被挤压密实，压力升高，这种压密和运动停止状态逐渐向上传播形成反射冲击波，反射波所到之处压力较入射波更高。由于入射波波阵面

15、为球形，所以到达地表各点的时间不同，故在地表各点发生反射波的先后也不相同，遂使反射波的波阵面也形成曲面，但反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播，且压力高，所以反射波的传播速度要比入射波快，即反射波波阵面与地表的夹角（即反射角）比入射角更大，随着离爆心投影点的距离不断增加反射波阵面与入射波阵面汇合成为冲击波，此汇合后的冲击波称为“合成波”，即地面冲击波，地面冲击波阵面靠近地面部分垂直于地面，即沿地面水平方向传播。对抗力等级较低的防空地下室来说，一般认为是处在合成波作用区内，这个区也称为“不规则反射区”或“空爆远区”，因此防空地下室所受的冲击波作用是按平行于地表的地面冲击波考虑。地面冲击波的

16、特征：1 超压。在压缩区中压力超过正常大气压的那部分压力称为冲击波超压。在波阵面上超压值最大，称最大超压或超压峰值。超压是气体被压缩后产生的压力，它不具有方向性。处于被冲击波包围物体，不论冲击波传播方向如何，超压总是呈法向作用在物体各个表面。2 动压。在整个超压作用过程中，地面结构还将承受波阵面后由空气质点的高速运动引起的动压作用。动压的作用类似风压，但这是一股高速运动，又被压密了的气流，其强度可比飓风大千百倍。3 负压。稀疏区内压力低于正常大气压的那部分压力称为冲击波负压，最大负压也称负压峰值。3.1.3 地面冲击波主要设计参数3.2 地面空气冲击波产生的荷载效应3.2.1 反射效应3.2.

17、2 扩散效应3.2.3 环流效应3.3 土中压缩波的传播及其对结构作用3.3.1 土中压缩波参数空气冲击波作用于地表，压迫土体并使其产生运动，这种土体的压缩状态由上向下在土中逐层传播形成土中压缩波。3.3.2 土中压缩波与结构的相互作用压缩波作用于结构顶板将产生反射，并使结构发生整体位移和变形，这些位移与变形又反过来影响压缩波荷载，这种相互影响的力学现象称为介质与结构之间动态相互作用。3.3.3 压缩波对底板作用作用在结构底板上的核爆动荷载主要是结构顶板受到动荷载后结构整体向下运动所产生的地基反力，侧向土中向结构底部绕射的压力可不考虑。3.4 结构各部位动荷载3.4.1 上部建筑物对防空地下室

18、结构核爆动荷载的影响3.4.2 防空地下室的核爆动荷载4 常规武器爆炸动荷载4.1 常规武器的局部破坏与整体破坏作用炸弹爆炸可以分为三种情况：直接接触结构爆炸；侵入到结构材料内爆炸；距结构一定距离爆炸。前两种情况对结构的破坏一般是以局部作用为主；而距结构一定距离爆炸时，结构可能产生局部破坏，也可能不产生局部破坏，这时结构只承受爆炸的整体作用。结构在遭受炸弹（炮航弹）的冲击与爆炸作用时，对结构产生的侵彻、震塌、贯穿等现象，称作局部破坏。局部破坏只发生在弹着点附近，与支座约束及结构型式无关，而与材料的特性有重要关系。炸弹（炮航弹）爆炸时对结构整体产生压力作用，一般称冲击和爆炸动荷载。在冲击、爆炸动

19、荷载作用下，整个结构将产生变形和内力，如梁、板将产生弯曲、剪切变形，柱的压缩及基础的沉降等。整体破坏的特点是使结构整体产生变形和内力，结构破坏是由于出现过大的变形、裂缝，甚至造成整个结构的倒塌。破坏点（线）一般发生在产生最大内力的地方。结构的破坏形态与与结构的型式和支座条件有密切关系。从力学的观点，局部作用是应力波传播引起的波动效应，而整体作用是动荷载引起的振动效应。根据现行人民防空工程战术技术要求，防常规武器抗力级别为5、6级的防空地下室按常规武器非直接命中的地面爆炸作用设计。由于常规武器爆心距防空地下室外墙及出入口有一定的距离，其爆炸对防空地下室结构主要产生整体破坏效应。因此，防空地下室防

20、常规武器作用只按防常规武器的整体破坏效应进行设计，可不考虑常规武器的局部破坏作用。4.2 空气冲击波及其对结构的作用炸弹装药爆炸时，瞬间产生高压（104MPa量级）和高温（103 0C量级）状态的气态爆轰产物。常规武器地面爆炸产生的空气冲击波与核爆空气冲击波相比，其正相作用时间较短，一般仅数毫秒，往往小于结构发生最大动变位所需的时间，且其升压时间极短。因此在结构计算时，可按等冲量原则将常规武器地面爆炸产生的空气冲击波波形简化为突加三角形，以方便进行结构动力分析。4.2 土中压缩波及其对结构作用4.2.1 直接地冲击与感生地冲击常规武器地面或地下爆炸后形成的地运动称作地冲击。地冲击以土中压缩波的

21、形式作用到地下防护结构上。图4.2.1 常规武器地面爆炸土中压缩波传播示意图4.2.2 感生的土中压缩波4.2.3 直接产生的土中压缩波4.3 结构各部位动荷载4.3.1 顶板的均布动荷载4.3.2 外墙的均布动荷载4.3.3 底板不计入常规武器地面爆炸动荷载4.3.4 出入口结构构件动荷载4.3.5 室外出入口防护密闭门和封堵构件上负向动反力常规武器爆炸荷载作用时间相对于核武器爆炸来讲，要小的多，一般仅数毫秒。防护门及封堵构件在这样短的荷载作用下易发生反弹，造成支座处的联系破坏，例如防护门的闭锁和铰页等。5 结构动力分析5.1 动力作用的特征5.2 结构构件的等效单自由度体系5.3 等效体系

22、的动力分析与动力系数5.3.1 等效弹性体系的动力分析与动力系数5.3.2 等效弹塑性体系的动力分析与动力系数5.4 自振圆频率计算5.5 等效净荷载法由于在动荷载作用下，结构构件振型与相应静荷载作用下挠曲线很相近，且动荷载作用下结构构件的破坏规律与相应静荷载作用下破坏规律基本一致，所以在动力分析时，可将结构构件简化为单自由度等效体系。运用结构动力学中对单自由度等效体系分析的结果，可获得相应的动力系数，用动力系数乘以动荷载峰值得到等效静荷载。结构构件在等效静荷载作用下的各项内力（如弯矩、剪力、轴力）就是动荷载作用下相应内力最大值，这样即可把动荷载视为静荷载。这样一个概念推广应用到动载作用下人防

23、结构的设计即称为“等效静荷载法”。由于等效静荷载法可以利用各种现成图表，按照静力分析计算的模式来代替动力分析，所以给防空地下室结构设计带来很大方便。5.6 结构材料的动力性能5.7 结构构件的动力性能6 结构各部位的等效静荷载6.1 甲类防空地下室设计采用的等效静荷载标准值甲类防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载的分别作用，理论上甲类防空地下室结构应分别按下列3种荷载（效应）组合进行设计，并应取其中最不利的效应组合作为设计依据。1 平时使用状态的结构设计荷载；2 战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用；3 战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用。实际上，由于战时材料

24、强度取值、截面设计规定、结构构造要求等均相同，仅等效静荷载取值不同，采用等效静荷载法进行结构设计计算时，可将战时的2种组合合并为1种，取用常规武器爆炸等效静荷载与核武器爆炸等效静荷载中的较大值作为设计采用的等效静荷载标准值即可。需要注意的是，设计采用的等效静荷载标准值仅供设计计算时采用，并不是荷载的作用方式。6.1.1 顶板甲类防空地下室顶板设计采用的等效静荷载标准值（KN/m2）顶板覆土厚度h(m)顶板区格最大短边净跨l0（m）考虑上部建筑影响不考虑上部建筑影响抗力级别抗力级别核6B级常6级核6级常6级核5级常5级核6B级常6级核6级常6级核5级常5级0h0.53.0l09.04035*55

25、1005040*601200.5h1.03.0l04.5406512045701404.5l06.0406011545701356.0l07.5406011045651307.5l09.0406011045651301.0h1.53.0l04.5457013550751454.5l06.0406512045701356.0l07.5356011540701357.5l09.0356011540701301.5h2.03.0l04.5457514050801654.5l06.0407013050801606.0l07.5406512045701457.5l09.0356011540701352.

26、0h2.53.0l04.5457513550801554.5l06.0457013550801606.0l07.5406512545751507.5l09.040651204570145注：1. .表中带*的为常规武器爆炸动荷载作用下顶板等效静荷载标准值，当顶板覆土厚度为小值时，等效静荷载标准值取大值； 2. 表中考虑上部建筑影响的条件见第3.2.3条。6.1.2 外墙甲类防空地下室非饱和土中钢筋混凝土外墙设计采用的等效静荷载标准值（KN/m2）顶板顶面埋置深度 h(m)0h1.5土的类别考虑上部建筑影响不考虑上部建筑影响抗力级别抗力级别核6B级常6级核6级常6级核5级常5级核6B级常6级核6

27、级常6级核5级常5级碎石土20*30*20*30*40*70*20*30*20*30*40*70*砂土粗砂、中砂20*30*20*30*4270*20*30*20*30*40*70*细砂、粉砂15*25*1725*3655*15*25*15*25*35*55*粉土15*30*2230*426015*30*15*30*40*60*粘性土坚硬、硬塑15*20*15*2835*55*15*20*15*2535*55*可塑172828445490152525404575软塑、流塑2833445090102253040457585老粘性土15*30*1730*40*65*15*30*15*30*40*6

28、5*红粘土15*221733426015*20*153035*55*湿陷性黄土15*25*15*2835*55*15*25*15*25*35*55*淤泥质土283344508496253040457080顶板顶面埋置深度 h(m)1.5h3.0土的类别考虑上部建筑影响不考虑上部建筑影响抗力级别抗力级别核6B级常6级核6级常6级核5级常5级核6B级常6级核6级常6级核5级常5级碎石土15*20*15*20*30*4215*20*15*20*30*40*砂土粗砂、中砂15*20*1728425415*20*15253545细砂、粉砂111717223648101515203040粉土1117222

29、84260101520253550粘性土坚硬、硬塑10*171128305410*1510252545可塑172828445490152525404575软塑、流塑2833445090102253040457585老粘性土111717283060101515252550红粘土112217334260102015303550湿陷性黄土111711283054101510252545淤泥质土283344508496253040457080注：.1. 表中打*的为常规武器爆炸动荷载作用下外墙等效静荷载标准值，当顶板覆土厚度为小值时，等效静荷载标准值取大值；其余为核武器爆炸动荷载作用下外墙等效静荷载标准值，对于碎石土及砂土，密实、颗粒粗的取小值；对于粘性土，液性指数低的取