人防结构设计精选(九篇)

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第1篇：人防结构设计范文

论文摘要：本文对人防结构设计与抗震结构设计进行比较， 人防结构设计在很多方面与抗震设计相似，提出了一些提高延性的措施。

人防地下室应能承受常规武器或核武器爆炸动荷载的作用，人防地下室一般也有抗震设防要求，设计时应使之能承受地震动荷载及武器爆炸动荷载作用。人防结构设计与抗震结构设计既有相同又有不同之处。下面是些粗浅认识的总结，希望能对设计工作有些帮助。

1 荷载作用方式

相同点：两者均为偶然荷载，均为动荷载，设计时均按一次作用考虑。不同点：人防结构构件如果暴露于空气中则直接承受空气冲击波的作用，如果埋于土中直接承受土中压缩波的作用，因此人防荷载对结构构件外表面的是直接作用，其动荷载直接作用于构件，其作用为外力；而地震动荷载则是由于地震时地面运动引起的动态作用，其实质是惯性力，是间接的作用。建筑物的所有构件（只要有质量）均会由于地震动而存在惯性力。人防动荷载一般是直接作用于人防地下室外表面的构件，一般可按同时作用于围护结构考虑，而人防地下室内部的墙柱等构件只间接承受围护构件及上部结构传来的动荷载。

2 荷载的大小

人防动荷载（即常规武器或核武器爆炸动荷载）其冲击波压力是随时间变化的，为方便设计计算《人防规范》将它简化成等效静荷载，它只代表作用效果的等效，等效静荷载并不是实际作用的力，但它方便了设计计算可以用静力分析的模式进行内力计算；设计时等效静荷载的大小的确定主要与设防抗力等级有关。

地震作用大小首先与震级、烈度、震源深度、建筑物离震源的距离等有关。其次与建筑物的质量大小、建筑物所处的场地条件及土质、及建筑物的动力特性（如自振周期、振型、阻尼等）有关。

3 设计方法：

抗震设计方法通常为“三水准、二阶段”的设计方法，设防目标为“小震不坏，中震可修，大震不倒”。为实现设防目标取小震下地震动参数计算结构弹性下的地震作用效应，进行截面承载力验算。第二阶段是大震下的结构弹塑性变形验算。并通过概念设计和抗震构造措施来满第三水准的设计要求。

人防结构设计的动力分析一般采用等效静荷载法：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体系，用动力系数乘以动荷载峰值得到等效静荷载，这时结构构件在等效静荷载作用下的各项内力就是动荷载作用下相应内力的最大值。按等效静荷载分析计算的模式代替动力分析，给防空地下室结构设计带来很大方便。采用等效静荷载分析时，为满足抗力要求，结构材料参数应乘以材料强度综合调整系数。最后结构构件在动荷载作用下的变形极限用允许延性比[β]来控制。按允许延性比进行弹塑性工作阶段的防空地下室，即可认为满足防护和密闭要求。 转贴于

4 设计原则：

人防设计与抗震结构设计的设计原则一样：

4.1 结构应尽可能有足够的延性，避免脆性破坏，钢筋砼结构构件均应采取“强柱弱梁”“强剪弱弯”的设计原则。

4.2 各结构构件抗力相协调的原则，避免出现薄弱部位。防空地下室的结构，应充分考虑各部位作用荷载值不同，破坏形态不同以及安全储备不同等因素，保证在规定的动荷载作用下，结构各部位（如出入口和主体结构）都能正常地工作，防止由于存在个别薄弱环节致使整个结构抗力明显降低。如果某个部位失效，将导致整个人防区失效。同样抗震设计也十分强调避免出现薄弱环节（如薄弱层，软弱层等），因为大震时薄弱层或软弱层出失效将导致建筑物倒塌，产生严重后果。

5 提高延性的设计构造措施

核武器与常规武器爆炸均属于偶然性荷载，具有量值大，作用时间短且不断衰减的特点，结构构件承受动荷载时已经处于弹塑性工作阶段，因此，结构构件具有较大的延性，对吸收动能，抵抗动荷载是十分有利的。人防结构设计时，构造上应采取“强剪弱弯” “强柱弱梁”“强节点弱杆件”的设计原则。如可充分利用受弯构件和大偏心受压构件的变形吸收武器爆炸动荷载作用的能量，以减轻支座截面的抗剪与柱子抗压的负担，确保结构在屈服前不出现剪切破坏和屈服后有足够的延性，最终形成塑性破坏，提高结构的整体承载能力；又如受弯构件应双面配筋，对承受动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下构件坍塌十分重要，另外在节点区应有足够的抗剪、抗压能力和足够的钢筋锚固长度。上述这些措施和抗震设计的原则是一致的。

参考文献

第2篇：人防结构设计范文

关键词：地下室；人防工程；结构设计

中图分类号：E271文献标识码： A

人防工程可根据其使用用途分为指挥所、医疗救护工程、防空专业队工程、人员掩蔽工程和配套工程。民用建筑的人防工程通常采用平战结合模式,即和平时期是城市建设的一部分,战时是人民防空工程。平战结合的人防工程可分为人员掩蔽所和人防物资库两种,平时主要用途均为地下汽车库。

一、 人防地下室结构的设计特点

人防地下室全称为人民防空地下室，人防地下室是现代人防工程中的重要组成环节，是落实人民防空系统的重要物质性基础。

1.考虑规定武器爆炸动荷载

和普通地下室相较而言，人民防空地下室的结构设计需要将战时规定武器爆炸动荷载的作用考虑进来。这是因为武器爆炸动荷载在本质上是偶然性荷载，其荷载的量值较大，作用的时间较短，处于持续性衰减的状态。而人防地下室结构中暴露在空气里的构件，比如临空墙、未覆土的顶板等位置，都会受到空气波的直接性冲击。而被埋入土里的构件，则会受到土内压缩波的冲击，并且人防地下室内部的柱子、墙体等构件都需要间接性的承担上部和围护结构的爆炸荷载作用。

2. 满足战时和平日的结构需求

人防地下室结构是整个建设项目的一大组成部分，它不仅仅需要满足战争时期的抗力需求，同时还需要满足平日里使用的结构需求，使得人民防空地下室能够同时的达到战时和平日的两种不用荷载效应组合标准。当平日的结构需求和战时存在差异化标准的时候，需要及时的实现平战功能的转换，来完成人防地下室角色的转变。

3.考虑建筑构件的弹塑性工作阶段

对于人防地下室中外墙、临空墙以及其他部位所使用的钢筋混凝土结构构件，在屈服之后的开裂状态仍然属于正常使用的范畴，通过这样的方式能够更大化的开发建筑材料的潜能，比如受弯构件，即便在屈服之后，还能够承受很大程度的变形状态才会彻底坍塌。在人防地下室结构设计中，考虑钢筋混凝土的塑性阶段工作，能够承担更深程度的动力荷载，有利于提升工程的经济效益。

4.材料设计强度可提升，构件安全度可适度降低

通过大量试验表明，加载速率会对建筑材料的力学性能带来直接的影响。在战时武器爆炸所造成的动荷载环境下，人防地下室的结构构件需要直接经历毫秒级快速变形影响，这相较于标准化的静载试验来说，加载速率提升了上百倍，会对材料的力学性能造成明显的影响，比如材料的强度会明显提升。同时，由于战事武器爆炸动荷载是一种偶然性荷载，再加上钢筋混凝土构件的开裂现象是正常的，相对于静荷载作用，人防地下室结构构件的安全度能够适度的降低。

5.可不计算建筑地基承载力和变形现象

当建筑处于武器爆炸动荷载作用的情况下，建筑的地基承载能力会有着一定的提升，再加上建筑的安全系数能够适当降低，通常来说，建筑受到武器爆炸的瞬间荷载作用，不会导致由于地基失效的出现的结构性损害现象，因此人防地下室结构设计中能够不对地基承载力和地形变形现象进行检验计算。

二、人防工程的设计要点

1.基础设计

进行人防工程设计的过程中，我们要对其结构的可靠性和承载力进行具体的分析和计算，保证计算的准确性，同时要对建筑建设的经济性进行考虑，这样可以对人防的基础结构进行确定。进行设计的过程中，为了保证结构的安全性，要对出现核弹爆炸情况下人防结构的承载力进行计算分析，但是由于核弹爆炸的时间比较短，因此对地基的变形、裂缝、承载力等情况无法进行实际的验算。虽然人防结构的静荷载比较大，但是作为控制质量的结构条件，要根据具体的设计条件进行分析，保证其存在的各项系数的准确性。人防工程的具体设计要根据实际的情况而定，和平年代的人防工程的功能无法得到最大程度的发挥，但跟普通的建筑并不相同，进行设计的过程中，要根据相应的荷载承受力进行具体设计，保证工程设计的质量和投入使用功能的发挥。

2.构造设计

人防工程的建设中，需要的荷载比较大，其结构要承受核弹爆炸等产生的巨大的冲击，因此进行构造设计的过程中，要根据具体的防御系数，对结构的材料、构件质量的最小要求进行具体的规定，保证其在普通功能发挥的基础上，能够发挥人防工程自身的功能。地下人防工程结构构件的截面尺寸往往比较大,因此,在进行配筋设汁时,应该注意避免出现配筋率小于最小配筋率的情况,以防止结构物在荷载的作用下产生脆性破坏,出现突然压溃现象。地下人防工程的板、墙等都应该采用双面配筋,并且按照规范要求设置梅花形拉筋,确保构件在震动状态下钢筋与混凝土结合良好,共同受力。地下人防工程不宜在防护单元内设置沉降缝、伸缩缝。因为,要想让这些缝又能够阳止抵抗巨大的冲击力又能起到其自身的功能几乎是不可能的。应该在室外出入口和主体结构想连接的位置设置沉降缝。

3.防空地下室室外出入口设计要点

防空地下室的每个防护单元不应少于两个出入口，其中至少有一个阶梯式或坡道式室外出入口。战时使用的主要出入口应设在室外，且宜设在地面建筑的倒塌范围之外。当出入口的通道出地面段在建筑的倒塌范围之内，应在敞开段上方设置防倒塌棚架。

4.墙体

人防地下室结构设计中，墙体包含有外墙、临空墙、密闭隔墙和单元隔墙。而密闭隔墙并不需要进行受力计算。人防墙体受到的爆炸荷载作用主要是水平方向的，其计算模型是单向板，墙体下端固定，而上端则需要根据顶板的刚度来进行固端或者是简支。通常来说，

5.顶板

为了方便设计，建设单位往往把顶板厚度大于等于墙体厚度作为一个上端固端条件，来进行墙体计算，相反则被称作为简支。门框墙作为一种开孔口的临空墙，在模型计算过程中需要将孔口的四周当成是悬臂梁来进行独立计算，每当悬臂梁的长度要大于孔口边长一般的时候，需要在孔口边进行横梁或者立柱的设计。在人防地下室结构设计中，墙体基本都被当成是单独构件来展开计算的，建设单位在结构设计的时候，需要仔细的协调墙体和周边构件间的弯矩协调状态，并加强节点构造钢筋，更好的保证建筑防护的质量

6.高层建筑人防裙房设计施工

在对高层建筑结构四周的裙房进行施工的时候,如果我们采用筏板作为人程结构的基础,不但加大了化工产品施工成本,还使得建筑结构稳定性出现一定问题。而且在考虑到人防工程结构层数比较少,一般情况下都是在两层左右,我们利用独立式建筑基础施工的方法对其进行施工。不过,由于这种独立式基础施工方法本身的防水功能较差,就需要我们通过在独立式基础结构上设置一层防水板,这样不仅经济还有效的提高了建筑结构的稳定性,而且还有着节能环保的作用。

综上所述，人防工程关系到城市的稳定和安全，关系到人们日常生活的稳定，因此进行设计的过程中，要根据具体的实际情况进行分析，保证人防建设的结构合理，要根据所处的地理位置对人防工程进行结构的设计和预测，掌握具体的结构设计的要点，这样才能保证人防工程设计的质量和作用。

参考文献：

[1]梁兵. 地下室人防结构设计探讨[J]. 科技资讯,2005,23:78-79.

第3篇：人防结构设计范文

关键词：人防工程；结构设计；分析；荷载

中图分类号：TU318文献标识码： A

按照国家防办的要求．各地区新建建筑均应按规定配套设计人防地下室。由于设计单位在与开发商接洽业务时往往是以一个小区或一个组团为单位．不会把人防地下室单独排除在外．因此客观存在许多非人防专业设计人员也在从事人防设计工作。但对大多数人而言。人防是一个相对陌生的专业。加之监管和审查方面存在疏漏，大量并不符合人防标准或存在设计漏洞．且已施工并投人使用的人防地下室比比皆是。此类现状无疑会在一定程度上损害人防工程战时保障的有效性。

一、人防结构设计原则

在充分理解人防工程结构特性后，遵循人防结构设计原则，做好人防工程结构设计任务。人防结构设计原则主要有以下几条：

1、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，乙类防空地下室应能承受常规武器爆炸动荷载的作用。对常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载，设计时均按一次作用。

2、防空地下室的结构设计，应根据防护要求和受力情况做到结构各部位抗力相协调。

3、防空地下室结构在常规武器爆炸动荷载或核武器爆炸动荷载作用下，其动力分析均可采用等效静荷载法。

4、防空地下室结构在常规武器爆炸动荷载或核武器爆炸动荷载作用下，应验算结构承载力；对结构变形、裂缝开展以及地基承载力与地基变形可不进行验算。

5、对乙类防空地下室和核5 级、核6 级、核6B 级甲类防空地下室结构，当采用平战转换设计时，应通过临战时实施平战转换达到战时防护要求。

6、防空地下室，应根据其上部建筑在平时使用条件下对防空地下室结构的要求进行设计，并应取其中控制条件作为防空地下室结构设计的依据。

二、人防工程结构设计的主要内容

（一）防护等级及类别的确定

防空地下室按承受核爆炸动荷载与否来划分成甲类和乙类；按抗力级别来划分为核4 级、核4B 级、核5 级、常5 级、核6 级、核6B级、常6 级；按战时用途划分成：专业队员掩蔽部、医疗救护站、二等人员掩蔽所、人防物资库、人防汽车库等。人防地下室的类别及防护等级由当地人防主管部门根据国家的有关规定，结合当地的具体情况在方案评审时提出并定防护等级和工程类别。

（二）防空地下室荷载取值、组合及承载力设计

防空地下室荷载取值一般有公式计算法和查表法两种方法。

1. 公式计算法

甲类防空地下室核爆炸荷载取值按公式计算法可按规范第4.4-4.6 节公式按下列顺序进行。

ΔPm ΔPms ΔPh ΔPc qe

式中ΔPm―核武器爆炸地面空气冲击波最大超压，根据抗力级别直接选用。

ΔPms―核武器爆炸地面空气冲击波最大超压计算值。

ΔPh―核武器爆炸土中压缩波的最大压力值。

ΔPc―核武器爆炸地面空气冲击波作用在结构构件上的动荷载。

qe―核武器爆炸地面空气冲击波作用在结构构件上的等效静荷载。

甲、乙类防空地下室常规武器爆炸荷载取值按规范附录B 公式计算按下列顺序进行。C ΔPcm ΔPch ΔPc qe式中C―等效TNT 装药量（kg），按国家现行有关规定取值。ΔPcm―常规武器地面爆炸空气冲击波最大超压值。ΔPch―地面空气冲击波在深度h（m）处感生的土中压缩波最大压力ΔPc―常规武器地面爆炸空气冲击波作用在结构构件上的动荷载。

qc―常规武器地面爆炸空气冲击波作用在结构构件上的等效静荷载。

2. 查表法

为了便于设计人员快速、便捷取等效荷载值，规范第4.7 节和4.8节分别列出了各类人防结构构件在核（常）武器作用下的等效静荷载值。特别注意的是，列表所给的等效静荷载值，是在特定的条件下按照公式计算得出，如果不符特定条件，不能直接取用表中所提供的数

值。

（三）荷载组合及内力分析

无论核武器爆炸荷载或是常规武器爆炸荷载，均作偶然荷载参与组合。规范第4.9.1 条规定：甲类防空地下室结构应分别按下列第1、2、3 款规定的荷载（效应）组合进行设计，乙类防空地下室结构应分别按下列第1、2 款规定的荷载（效应）组合进行设计，并应取各自的最不利的效应组合作为设计依据。其中平时使用状态的荷载（效应）组合应按国家现行有关标准执行。

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。

规范4.9 节用列表形式给出了各结构构件的荷载组合情况。其承载力设计应采用极限状态设计表达式:1.0*(1.2SGK+1.0 SQK)≤R (3.3-1)R＝R(fcd,fyd ,aK,……) (3.3-2)

（四）主体结构设计

主体结构包括人防基础、人防底板、人防墙（柱）及人防顶板等结构。目前许多专业建筑结构软件技术成熟，只要在结构模型上输入正确的等效静载，就能计算得出人防基础、底板（梁）、顶板（梁）的配筋值。需要说明的是，荷载组合和内力分析是基于战时极限承载

能力状态，规范也注明了防空地下室战时应验算结构承载力，对结构变形、裂缝开展不进行验算。但是，人防地下室一般埋深较深，地下水丰富，平时使用时对变形及裂缝要求较高，战时荷载比平时荷载大得多，战时极限承载能力满足平时极限承载能力要求，战时[β]=3，

而平时的正常使用极限状态[β]≤1，基于此，笔者建议，在用战时荷载与静载组合验算主体结构的极限承载力前提下，用平时荷载验算结构（对防水防潮要求高部件）的平时使用极限状态，确保防空地下室平时的正常使用。

（五）人防口部结构设计

人防口部结构设计包括门框墙配筋、临空墙、密闭墙、扩散室墙体、人防门扇（有标准图集，只需选用），各种竖井壁、车道、人防主要出入口楼梯等的配筋。人防口部是人防结构工程的薄弱部位，所受荷载力很大是人防结构设计的重点内容，弄清楚各部件的受力状态是关键。

人防门框墙按悬臂构件来考虑，其上除了作用有核爆均布荷载外，还有门扇上传来的线集中荷载。这两个荷载很大，为了改善其受力状态，当门洞边墙体悬挑长度大于1/2 倍该边边长时，宜在门洞边设梁或柱。应该注意到，人防门框墙主要承受水平力作用，受力筋应按是悬臂构件来设置，而在用一些专业软件建模计算时，将门框墙体按短肢剪力墙进行计算，导致人防门框墙水平钢筋成了约束边缘构件筋，这是不对的。

人防墙体（包括护墙体、临空墙体、扩散室墙体、防护单元间墙体）一般按下端固结，上端铰支，左右两边自由的单向板进行计算。只要截面厚度符合规范要求，荷载取值正确，一般不会出现大多问题。

在对各种竖井壁配筋计算时，许多人认为井壁侧压力与爆炸荷载同时作用，而爆炸荷载比侧压力大得多，所以井壁截面计算应以爆炸荷载考虑为主。其实经过土压的传播，侧压力与爆炸荷载有个时间差，计算配筋时只需考虑在侧压力作用下，竖井壁安全就行了。车道和人防主要出入口楼梯配筋计算。作为战时主要出入口，战时有人员和车辆的出入，车道和出入口楼梯应按人防荷载计算和相关的构造措施。应注意到的是，这只对战时主要出入口有要求，次要出入口及其他出入口就没有这方面的要求。

（六）临战转换结构设计

临战转换一般是针对平时使用，战时不用的各类洞口。搞好临战转换结构设计，首先要理解临战转换的含义。人防工程要平战兼顾，为了满足平时要求而大量设计洞口的临战转换是不可取的。临战转换有技术上及时限上的要求，所以规范规定“采用平战转换的防空地下室，应进行一次性的平战转换设计。实施平战转换的结构构件在设计中应满足转换前、后两种不同受力状态的各项要求，并在设计图纸中说明转换部位、方法及具体实施要求。”每个防护单元的临战转换不宜超过两个。再次要分受力方向各类型，临战转换一般分为单元外及单元间两种类型，对于单元外类型的，预埋构件应设在受力的外侧方，而对于单元间类型的，由于相邻两个防护单元受到破坏的机率相同，两外受力的机率也相同，所以预埋件一般在两防护单元间洞口的中央设置。

（七）结构构造设计

由于人防工程结构固有的振动性、塑性、防护密闭性等特性，人防工程的执行的构造要求比普遍工程要严格得多，只有这样才能保证战时功能要求。设计上主要出现的问题可以归纳为以下几点：

1、结构构件厚度达不到最小厚度要求。有些设计人员只注重于结构计算，一旦计算通过就认为万事大吉，结构计算通过只保证结构受力的安全性，殊不知人防工程还有防早期核辐射的功能，只要同时满足于结构计算和防早期核辐射的构件厚度，才是安全的构件厚度。

2、结构变形缝的设置。有些设计人员只考虑到地面建筑结构规范上的要求，随意在人防地下室中设置各种缝忽略了人防地下室内不可设缝的要求，造成人防工程的战时防护密闭性得不到保障；

3、由于人防地下室振动性及塑性,防空地下室钢筋混凝土结构构件，其纵向受力钢筋的锚固长度执行比一般工程的要严格,Laf=1.05La4、由于人防工程的振动性,双面配筋的钢筋混凝土板(配筋率较低的底板除外)、墙体规划要求设置梅花形排列的拉结钢筋，直径大于等于6mm，间距小于等于500mm；

5、由于防空地下室的防护密闭性,结构后浇带的设置要避开人防口部房间，人防口部房间尽量一次浇注,一次成型。

第4篇：人防结构设计范文

关键词：人防地下室 土中结构 人防荷载压缩波

目前，由于土中压缩波作用下，结构动载的确定方法很复杂。采用的方法可归纳为两类：一是首先确定作用于结构周边上的荷载，将荷载和结构脱离开来，如同地上结构那样去作动力分析；一是将结构视为岩土中孔洞的加固镶边，将土体和结构作为一个整体统一考虑，然后应用波动理论或动力理论的解析方法或应用有限元分析的数值方法，按无限(或半无限)平面(或空间)问题求解。

土中结构所受到的荷载和许多因素有关：（1）地面空气冲击波压力参数，它引起岩土压缩波向下传播；（2）压缩波在自由场中传播时的参数变化；（3）压缩波遇到结构时产生反射，这个反射压力取决于波与结构的相互作用。

1地下室结构荷载分析

1.1影响土中压缩波荷载的因素

1.1.1结构埋深

（1）随传播距离的增加，土中压缩波峰值压力近似按指数规律衰减，升压时间近似按线性比例增长，其效果是随深度的增加结构的动力作用逐渐降低。

（2）当压缩波遇到结构顶板时，将会产生反射压缩波并朝反向传播，当它达到自由表面时，因地表无阻挡面使土体趋向疏松，形成向下传播的拉伸波。拉伸波所到之处压力将迅速降低，当拉伸波传到顶板时，顶板压力也将随之减小。如果顶板埋置较深，拉伸波到达时间较晚，在此之前结构顶板可能已，达到最大变形，因而拉伸波不能起到卸载作用；如果埋深很浅，由于拉伸波产生的卸载作用，将会抵消大部分入射波在顶板上形成的反射作用。根据以上多种影响因素综合考虑，承受压缩波作用的土中浅埋构件，会有一个顶板不利覆土厚度。

1.1.2顶盖尺寸

顶盖的横向尺寸对荷载也有影响。顶盖的大小是有限的，它的二侧是上下连续的土壤介质。压缩波遇到顶盖反射，但通过二侧的土壤时不存在反射。因此在顶盖的边缘上将产生压力差。顶盖上方的土壤因受较大的反射压力，有向二侧挤压的趋势，逐次向中间疏松，致使顶盖上的反射压力降低。顶盖尺寸较小时，反射压力很快疏散，结构受到压缩波荷载的动力作用减弱。此外，由于顶盖上面的土壤受阻不能与二侧土壤一起向下运动，并由于土壤内部的摩擦力和粘结力，使结构顶盖二侧边缘上的压力又有所增加。由此可见，顶盖上的反射压力并非均匀分布，就其平均值来说，顶盖的横向尺寸越大，受到的平均反射压力也越大。

1.1.3介质与结构的相互作用

当压缩波作用于结构顶盖上时，结构将发生整移和变形，这些又会反过来影响原来的压缩波荷载。这种力学现象称为介质与结构之间的动态相互作用。对平顶结构而言，压缩波作用下顶盖的变形是顺着波的传播方向的，所以结构变形使得压缩波荷载减小。同理，柔性地基有较大沉降，使结构获得较大的整移，所以柔性地基结构的顶盖荷载比刚性地基时小。

1.1.4土含水量

压缩波荷载与土壤含水量关系极大。当结构处于地下水位较高的地区，更要考虑地下水的影响。压缩波在饱和土层中传播时很少衰减，同时因为饱和土的压缩性极小，使得结构所受的荷载大幅度增加。

1.1.5土体力学特性

压缩波荷载与土体力学特性密切有关。如具有抗剪强度的非饱和土壤，当结构埋深较大时，一般使结构的荷载减小，而饱和土则不能。

1.2土中结构荷载的分析方法

1.2.1综合反射系数法(三系数法)

综合反射系数法是一种半经验性实用方法。它考虑了压缩波在传播过程中的衰减，引入衰减系数α；在确定顶盖上的荷载时，综合考虑波与结构以及自由地表之间的相互作用影响，引入综合反射系数Kf；并在最后采用等效静载法，引入动力系数Kd或荷载系数Kh，给出作用于结构上的等效静载。

1.2.2不考虑压缩波反射作用的简化方法

这种方法的观点是，如果结构的刚度不是很强、不处于饱和土中，则波的反射作用不明显，因而不必考虑压缩波的反射作用；如果结构埋深不大，也不必考虑波的衰减。于是作用于顶盖上的动载就是地面冲击波超压，即作用于侧墙上的动载峰值取为地面冲击波超压峰值乘侧压系数，即作用于底板上的动载认为与顶盖上完全一致。

1.2.3一维波理论分析

按一维波理论分析土中结构顶盖的荷载时，假定结构上方的土体为互不联系的土柱。为了简化，在考虑界面的反射时，认为土壤的弹性极限应力非常低，土壤的应力应变曲线在加载时可以看成为一条斜率等于E1的直线。

1.2.4关于土中结构荷载确定方法的几点讨论

（1）综合反射系数方法是一种半经验性的实用方法，是《人民防空地下室设计规范》GB50038―2005和《人民防空工程设计规范》GB50225―2003计算核爆炸时地下结构荷载的方法。

（2）不考虑压缩波反射作用来确定结构荷载的方法最为简单。由于不考虑反射，可能低估了加于结构的压力荷载峰值。但另一方面，它不考虑压缩波在传播中的衰减以及升压时间增长，这却高估了压缩波对结构的动力作用。最后的结果同别的方法得出的相比有时可能相差不多。

（3）按一维波理论考虑介质与结构相互作用的方法，用于定性的阐明土中结构荷载的规律是很有价值的，但用于定量分析还有不少问题，主要是计算公式中的许多参数很难准确给定。

2等效静荷载的确定

2.1等效静载法

工程实际中为了便于解决问题，常把核爆动荷载变换为等效静荷载，所采用的方法称为等效静载法，是一种近似的动力分析方法。等效静载法的优点在于计算简单，并能沿用静力计算的公式和图表，因此为广大人防工程设计人员所采用。但它有一定的局限性，一般对于掘开式浅埋结构是适用的，对于大跨度和复杂的结构，宜采用有限自由度法求其动力解。按等效静载法计算的误差为以下情况：

2.1.1挠度的计算误差最小，弯矩次之，剪力及轴向力最大；

2.1.2梁、板体系的计算误差较拱结构小；

2.1.3受分布荷载作用的结构计算误差较受集中荷载作用的结构要小。采用等效静载法的基本假定和原则为：

2.1.3.1假定荷载同时作用在整个结构上；

2.1.3.2假定结构或构件为单自由度体系，并按照某一假定的振型振动，不论在弹性或弹塑性阶段，认为振型的形状不变；

2.1.3.3结构或构件在动载作用下的最大内力和反力是等效静载作用下的内力和反力。等效静载的数值按结构的工作状态可分为弹性阶段和弹塑性阶段两种动力计算方法。通常确定等效静载时宜采用弹塑性阶段，即等效静载的数值是动载最大值与动力系数或荷载系数的乘积。

2.1.3.4结构或构件的动力系数与荷载系数认为与同样自振频率的简单弹簧质点体系完全相同。

为了确定动力系数和荷载系数，需要计算结构或构件的自振频率。首先选择合适的振型，然后用能量法求得自振频率，最后考虑覆土附加质量和附加刚度对自振频率的影响。

2.2自振频率的计算方法

在强迫振动下哪一种主振型占主要成分与动载的分布形式有很大关系。一般来说与以动载作为静力作用时的挠曲线相接近的主振型起着主导作用，因此宜取将动载视为静力所产生的静挠曲线形状作为基本振型。

2.3动力系数

计算等效静载所涉及的动力系数，需要根据构件的延性比来确定。结构构件的延性比是构件出现最大变位与弹性极限变位的比值。

3结束词

结构在弹性工作阶段，在荷载作用下构件产生的变形和位移随作用力增大而增大。力和位移的比值为常数，并且当作用力消失由作用力所产生的变位也随之消失，构件恢复到原来的位置，没有任何残余变形存在；而构件在弹塑性工作阶段所产生的变位，在荷载停止作用和并不完全消除掉时，有残余变形存在，然而正是这种变位使得构件在弹塑性阶段比弹性工作阶段吸收更多的核爆炸的能量，这对结构抵抗核爆动荷载是十分有利的。

参考文献：

第5篇：人防结构设计范文

论文摘要：文章针对人防设计的平战结合问题，从人防荷载的确定、荷载组合和内力分析及构造要求等方面介绍了人防结构的设计要点。在防空地下室结构设计中也经常会遇到防空地下室的平战转换设计问题，协调好防空地下室在平战两种状态下的不同使用要求，已成为结构设计中的一个重要课题。

中图分类号：TU927文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）18-0029-02

人防工程是战时防空、保障人民生命安全的重要措施，随着城市的发展，人防工程的建设越来越引起人们的重视。防空地下室是人防工程的重要组成部分。与其它类型人防工程一样，它具有国家规定的防护能力和各项战时防空功能，是实施人民防空最重要的物质基础。如何设计好人防工程，使人防工程在战时能真正起到防空及保障人民生命安全的功能，这就要求我们设计人员深刻理解并严格执行《人民防空地下室设计规范》（GB50038-94），并以此为依据进行人防工程的设计工作，而且要求建筑结构设计人员对于结构物在核爆动荷载作用下的作用机理及对结构的反应比较了解。根据《人民防空工程设计规范》（GB50225-95）及《人民防空地下室设计规范》（GB50038-94），结合已设计建成的大量人防工程，现将防空地下室设计中常见的问题进行分析和探讨。

一、人防结构设计的特点及原则

（一）人防结构设计的特点

1．人防地下室水平荷载作用及变形特征。（1）风荷载计算均扣除地下室的高度。地下室是否约束、约束的程度与风荷载计算无关。（2）设计设定地下室部分的基本风压为零；在地上部分的风荷载计算中，自动扣除地下室部分的高度，地下室顶板作为风压高度变化系数的起算点。结构在地震作用下的反应受地下室外的回填土约束程度的影响。（3）由地下室质量产生的地震力，主要被室外的回填土吸收。

2．人防地下室竖向荷载作用及变形特征。对于一般结构而言，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用几乎没有影响。当地下室出现悬挑结构，则地下室外的回填土约束对竖向荷载作用有一定影响。所以，地下室不应有悬挑结构。首选地下室与上部结构整体分析。因为竖向变形的协调是非常重要的。当地下室体量、面积很大时，与上部结构所占面积差异太大，如超大地下室、底盘等，此时可以根据上部结构的底面积取外伸2～3跨作为地下室，并与上部结构共同分析。

（二）人防结构设计的原则

人防工程依据其对冲击波的防御能力可分为四个抗力等级：6级、5级、B4级和4级。其中4级防御能力最强，等级最高。B4级仅次于4级。按照人防工程“长期坚持、平战结合、全面规划、重点建设”的建设方针，必须使结构设计做到安全可靠。设计荷载应全面考虑动荷载以及土体作用力、水压力、结构自重静荷载及地震荷载的作用，人防工程抗力等级是按照抗核爆炸冲击波超压的大小来划分的。人防工程除战时受到核爆炸和常规武器爆炸荷载作用外，在平时使用时，还会受到地震作用。随着人防工程建设规模的日益扩大，人防工程结构安全性评价已成为亟待解决的重要问题。

二、人防结构工程设计内容与方法

（一）人防工程结构设计概况

某甲类防空地下室总建筑面积7350m2，局部配电房、水泵房、消防水池为非人防区，其余大部分为人防区。地下室人防区分设A、B、C、D共4个六级人防单元，人防单元A为912m2，人防单元B为1580m2，人防单元C为1450m2，人防单元D为1973m2，共计5915m2。本工程抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.1g，采用框架剪力墙结构，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。地下室不考虑风荷载作用。地下室梁、板混凝土强度等级均为C30，柱混凝土强度等级按上部结构整体计算所得，采用C40混凝土。

（二）人防地下室底板设计

1．地下室底板人防荷载确定。本工程采用先张法高强预应力管桩，属有桩基钢筋混凝土底板，且为饱和土，底板人防荷载取值为25kNm2。

2．地下室底板反向荷载确定。依据建筑总平面布置图及室外道路标高系统，本工程设计抗浮水位标高9.2米，即相对标高为-1.05米。底板标高-4.550，底板厚度为0.3米，计算水深3.8米。底板疏水层为100～200mm，以均厚150mm计算，底板自重0.3×25+0.15×20=10.5kNm2，计算反向荷载扣除底板自重为（1.35×38-10.5）1.35=30.5kNm2。

3．底板截面设计。按人防要求，底板最小厚度250mm，因板跨、荷载较大，本工程取底板厚度为300mm，保护层厚度50mm，可满足底板承载力及裂缝宽度0.2mm的要求。最大水头H为3.8米，底板厚h为0.3米，依据《高规》表12.1.9基础防水混凝土的抗渗等级确定办法，Hh=3.80.3=12.7，地下室底板设计抗渗等级为0.8MPa。底板设计采用PKPM结构设计软件进行计算，考虑人防荷载、水浮力的反向荷载并扣除底板自重的倒楼盖模型进行设计，反向荷载以恒载计算，底板自重为对结构有利恒载，取分项系数1.0，人防荷载为等效静荷载，分项系数为1.0。

（三）人防地下室顶板设计

1．地下室顶板概况。顶板为小区花园，覆土700mm厚，设计恒载为14kNm2。小区内设有消防车道，消防车荷载按荷载规范取值，顶板人防等效静荷载标准值为70KNm2。地下室车库为6×8米，经与设备专业配合后，地下室净高应不小于2.8米，即梁高最大为800mm。

2．顶板截面设计。顶板设计采用PKPM结构设计软件进行计算，考虑人防荷载、覆土荷载，消防车荷载，活载等的单层楼盖模型进行设计。有限制的梁高，按通常的做法无法满足大跨度下的大荷载。采用降低底板标高以增加地下室层高为增大梁高拓展空间，这势必增加地下室的开挖深度，增加工程造价。加大梁宽可以解决配筋率过大的问题，但又造成梁截面过大，形成典型的肥梁胖柱型结构，这也是结构经济性要求所不容许的。最后经过研究采用框架梁端加掖的构造措施，梁中间高度为800，支座处高度为1100，这既解决了配筋率超限的问题，又满足地下室净高的要求，既节约了工程造价，又为各设备专业提供了足够的空间，实现了工程的可行性。

3．嵌固及后浇带设计。主楼部分地下室顶板作为上部结构的嵌固端，即要满足人防荷载，覆土荷载及本层活荷载的要求，又要满足本层结构的侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍的要求，所以在地下室顶板主楼部分的设计中，按主楼整体计算的结果进行截面设计。本工程总长度达到136.8米，总宽度为70.4米，如何解决温度应力引起的收缩裂缝则是不容忽视的问题。传统的做法，地下室顶板底板以30～40米的间距设置800宽的后浇带，同时注意后浇带避开坡道及人防口部，后浇带在顶板覆土之前封闭，并加以养护。传统的做法也是最有效的做法，经验证明这种做法是防止超长结构温度应力导致裂缝的最经济的措施。

4．人防口部、人防隔墙及外墙的结构设计。地下室层高3.8米，口部大样均可套用国标07FG04图集，人防隔墙及外墙采用单向板模型计算，上部支座为简支端，下部支座为固定端，人防隔墙按弹塑性模型计算.外墙按弹性模型计算，控制裂缝宽度0.2mm。在外墙施工中施工方反映出一个问题，主楼外侧的柱与外墙整浇在一起，且主楼为小柱网，多为3米多的柱距，柱混凝土强度等级为C40，外墙混凝土强度等级为C30，施工中必然会造成外墙大部分都是C40的混凝土，大面积的高强度混凝土是必然造成大量的水化热，容易产生大量的收缩裂缝。为解决这一问题，有两种做法：一是外墙及柱都采用C30混凝土，通过柱轴压比的等效换算加大主楼柱截面；二是外墙及柱都采用C30混凝土，柱截面不变。以柱两侧的250厚外墙作为柱截面的翼缘，可以看做是增大了柱截面。以500×500柱为例计算，C40混凝土强度设计值为18.91Nmm2，C30混凝土强度设计值为15.4Nmm2，500×500柱的两侧可增加翼缘面积为400×250，理论上这种做法是可行且安全的。最终决定施工中采用第二种做法，即不改变柱截面直接降低混凝土强度等级至C30。但由于剪力墙所增加的翼缘面积相对比例较小，无法达到等效轴压比的要求，故剪力墙部分还是按C40混凝土施工。这种做法亦有其局限性，混凝土强度等级不宜相差大于10，柱截面面积不宜大于500×500。

第6篇：人防结构设计范文

关键词：人防地下室；结构设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引 言：目前的人防工程主要是地下室工程 ,可以充分利用现有的地下车库作为防护体 ,提供掩蔽条件 ,达到有效的防护目的。地下室人防改造设计涉及到一个平战结合的问题 ,即既要考虑平常使用时荷载较小 ,满足建筑使用上大空间的问题 ;又要考虑人防时荷载较大 ,结构上很难满足大空间的问题。

1 地下室人防结构设计的特点

地下室人防结构设计的主要内容包含两方面 :一是主体结构设计 ,包括顶板、外侧墙、底板等其他构件的结构设计 ;二是孔口防护设计 ,包括出入口的防护和消波系统 (防护设备 ) ,其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙及临空墙的计算、出入口通道 (包括风井 )的计算等几个方面 ,而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室 (箱 )的设计。因此地下室人防结构设计具有以下特点 :

1.1结构设计的可靠性可以降低 ,一般建筑结构pf≈ 10,而人防结构 pf≈ 6% 。

1.2考虑结构的动力响应。

1.3结构构件可考虑进入塑性工作状态。

1.4 材料设计强度可以提高。实验表明 ,在快速加载的情况下 ,这时材料力学性能发生比较明显的变化 ,主要表现为强度提高 ,但变形性能包括塑性性能等基本不变 ,这对结构工作起到有利作用 ,例如钢材强度可提高 1. 15～1. 5倍 ,对砼强度可提高1. 5倍 ,这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的。

1.5 重视构造要求。人防设计的许多构造要求与一般的建筑设计不同 ,要求更为严格 ,故仅仅只考虑受力计算、不考虑构造措施是不合理的。

2 地下室人防结构设计的原则

2.1 平战结合 。在民用建筑的人防地下室的结构设计中 ,一般只涉及 5级或 6级人防设计 ,结构的顶板基本上都由战时控制 ,而侧墙和底板则因地下室的结构型式的不同而由实际情况确定。

2.2 只进行强度的验算。由于在核爆动荷载作用下 ,结构构件变形极限已用允许延性比的控制 ,且在确定各种构件允许延性比时 ,已考虑了对变形的限制 ,因而在地下室人防结构设计中 ,不必再单独对结构构件的变形与裂缝展开进行验算。

2.3 只考虑一次核袭击。

2.4 注意各部件的协调 ,以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏 ,失去整个防护建筑的作用。

2.5 地面与地下承重结构体系要协调 ,不能出现两者强弱相差较大的情况。

了解结构人防设计的特点及原则之后 ,必须确定计算所需的荷载值。

3 地下室人防改造设计的具体技术

3.1 人防荷载的确定

地下室人防改造结构设计的主要内容包含两方面 :一是主体结构设计 ,包括顶板、外侧墙、底板等其他构件的结构设计 ;二是孔口防护设计 ,包括出入口的防护和消波系统 (防护设备 ) ,其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道 (包括风井 )的计算等几个方面 ,而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室(箱 )的设计。人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当核武器在空中爆炸 ,冲击波传播到地表时 ,形成反射冲击波。因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播 ,且压力又高 ,所以反射波的传播速度要比入射波快 ,当反射波波阵面终于赶上入射波波阵面后 ,则汇合成为单一的冲击波 ,即合成波。合成波波阵面靠近地面部分是垂直于地面的 ,即合成波是水平方向传播的 ,对抗力等级较低的防空地下室来说 ,所受的冲击波即为这种合成波 (即地面冲击波 ) 。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用 ;而对于侧壁和底板 ,因空气冲作用于地表 ,压迫土体并使其产生运动 ,上层土体受压后连续向下传递压力(这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播 ) ,当遇到侧壁或底板的阻挡后 ,则会产生超压、动压和负压作用 ,这就是侧壁和底板需考虑的问题。以防护等级为 6级、全埋式现浇钢筋混凝土人防地下室的工程为例 ,其各部位等效静荷载取值分别参考如下 :

3.1.1 顶板 :首层外墙为 180 mm 实心砖填充墙 ,且墙面开孔面积大于50% ,故不计上部建筑物对地面空气冲击波超压作用的影响 ,等效静荷载标准值q = 60KN /m2 。

3.1.2 侧墙 :上部建筑物为抗震设防的框架 ―剪力墙结构 ,故应放入上部建筑物对地面空气冲击波超压值的影响。根据本工程地质条件 ,人防地下室侧壁范围内分别有非饱和土和饱和土 ,取其加权平均值 ,并考虑周围基坑支护的阻隔作用 ,故地下室侧壁等效静载荷标准值 q = 40KN /m2 。

3.1.3 底板 :本工程采用桩基础 ,当核爆荷载 q作用于顶板时 ,荷载随板、梁、柱传至桩上 ,因人防设计时不考虑地基承载力和地基变形 ,由 q产生的 q由桩与底 板共同承受 ,故小于规范中按箱形地下室底板的等效静荷载值 40 ～50KN /m2,与平时荷载作用下因桩不均匀沉降而产生的底板受力相比 ,不起控制作用 ,故不予考虑。

3.1.4 门框墙 :所受荷载由两部分组成 ,一是直接作用在墙上的荷载 q e = 200KN /m2;二是由门扇传来的等效静载标准值 ,分别按门扇的型号、大小计算确定。

3.1.5 临空墙 :依工程实际情况和规范表 4. 5. 7取其等效静荷载标准值为 130KN /m2 。

3.1.6 隔墙 :隔墙分两种 ,一是相邻防护单元间隔墙的设计压力值为 50KN /m2;二是 6级人防地下室与普通地下室相邻间的隔墙 ,其普通地下室一侧的设计压力选用值为 90KN /m2 。

其他各种防护密闭门、防爆波活门、扩散室的设计压力均从规范中有关规定选用 ,当所有构件的等效静荷载值确定后 ,即可进行结构计算。

3.2 荷载组合和内力分析

作用在防空地下室结构上的荷载 ,应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等 ,规范中对防空地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格 ,进行结构设计时可根据各工程的结构特点结合表格确定所需进行荷载组合的项目。本工程实例的各个部位参与组合的荷载分别为 :

3.2.1. 顶板 :顶板核爆动荷载标准值 ,顶板静荷载标准值。

3.2.2 侧墙 :竖向 :顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值 ,上部建筑物自重标准值 (仅有局部剪力墙部位 ) ,外墙自重标准值。横向 :核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。

3.2.3 内承重墙 (柱 ) :将平时和战时的荷载值进行对比不难发现 ,战时所增加的顶板核爆动荷载标准值小于平时各楼层的荷载标准值之和 ,故此部位构件不由战时条件控制。在进行荷载组合时 ,需要明确两个问题 :一是上部建筑物自重标准值的确定 ,规范的条文说明中第 4. 3. 14条已详细说明了各种不同的上部结构型式 ,在进行荷载组合时可分为全部考虑、考虑一半和不考虑三种情况 ,设计时应认真分析确定。二是顶板的组合中是否考虑上部建筑物的倒塌荷载值。因为倒塌荷载的作用时间滞后于冲击波峰值作用时间 ,且规范规定的倒塌荷载产生的静荷载值为50KN /m2,小于冲击波对顶板的等效静荷载值 ,因此在顶板荷载组合中不必计入倒塌荷载值。在防空地下室结构的设计中 ,其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式 :γ0 (γGS +γQS) ≤R ( f, f,α k,) (见规范第 4. 6. 2条 ) 。需要指出的是几个系数的定义 :γ0―结构重要性系数 , 取1.0;γQ―等效静荷载分项系数 ,取 1. 0; f―混凝土动力强度设计值 (参规范表 4. 6. 3) ; f―钢筋动力强度设计值 (参规范表 4. 6. 3) 。

由上式可明显看出人防设计的特点。这样与平时状态下的内力情况进行比较 ,本工程中 ,顶板、侧壁及人防区域内构件的水平受力由战时控制 ,底板、基础由平时控制。求出构件的内力和配筋后 ,剩下需注意的问题就只有一些构造要求了。《规范 》第 4. 7节中已作了很详细的规定 ,结构设计人员只需认真研究体会规范条文的条件和适用范围 ,结合工程实际情况就可顺利地完成人防地下室各主要构件的设计。

4结束语

总之 ,在城市地下空间开发利用进程中 ,结合城市建设积极推进人防工程建设进程 ,大力提高战备效益、社会效益、经济效益和环境效益 ,适应市场经济发展要求 ,实现高技术局部战争对现代人防的要求。合理利用地下空间 ,可以在旧城改造方面拓展思维 ,打破旧的拆、迁模式及拆迁与文物保护方面矛盾 ,能合理解决新老建筑结合和功能拓展 ,并为地面创造了开敞空间 ,符合现代城市建设紧凑化及人文关怀的新理念。同时发展地下工程技术和各项保障技术 ,提高建设、规划改造和管理的科技含量 ,提高城市地下空间开发利用的现代化水平。加强地下工程的改造设计和施工技术的研究 ,加强防水、防火、防护等防灾技术的研究 ,并创造条件 ,加以改造 ,提高地下空间的生活质量。

参考文献：

第7篇：人防结构设计范文

1主要特点

很多人由于对人防地下室的不了解而将人防地下室与普通地下室混为一谈，认为二者没有什么区别，实则不然。一般而言，普通的地下室大多是充当储物及应对一般险情的作用，而人防地下室则是更多的考虑到应对战时的情况，尤其是武器爆炸的动荷载问题。这种动荷载能够在瞬间产生巨大的数量，但是存在时间不长而且是不断的减弱的，属于偶然性荷载，这是武器爆炸所特有的荷载类型，而人防地下室的建造能够很好的应对这一类荷载。因此，相对于一般的地下室而言，人防地下室具有其自己的特点：首先，根据其应用的主要环境，人防地下室的结构设计的可靠度要低于一般的地下室，其钢筋混泥土延性构建的失效率高达6.1%，远要高于一般地下室的0.069%；其次，相对于一般地下室的结构构件而言，人防地下室的钢筋混泥土结构构件能够按照弹塑性工作状态来进行设计，这样一来不仅能够使得人防地下室能够在爆炸后承受更高爆炸动荷载保障人民生命财产安全，还能够在相关材料上有较大的选择空间，具有非常高的社会经济价值。此外，由于人防地下室关系到广大人民群众的生命财产安全，因此人防地下室的结构设计相对于一般地下室而言具有更高的要求，建造的过程也更为严格，在相关建造材料的选择上的要求都比一般地下室要高。另外，人防地下室主要是考虑应对武器爆炸的动荷载作用，因此要对其结构动力进行分析，这一分析能够用静力计算方法进行分析，并对其结构的承载力进行分析判断。最后，在进行高层建筑人防地下室结构设计时还应该充分考虑到期战时和平时的荷载转换问题，要根据人防地下室地面上的建筑高度制定相应的荷载量，来应对紧急状况。

2实例工程概况

通过相关资料的查阅及分析，笔者选取了一栋12层的高层建筑进行相关分析。该建筑位于较为繁华的市区，人口居住较为密集，建筑只有一层地下室，而且地下室的面积大概为2300m2，其中有效的人防面积大约为1800m2，是为战时准备的一个人防地下室。该地下室平时主要的作用是作为车库使用，而在特殊情况时则能够作为二等人员庇护中心，最大的庇护人数大约为1000人，这一人防地下室属于甲类核6级、常6级，在该工程中，忽略上层建筑对防空地下室顶板的影响，本工程主楼内的顶板区隔最大短边净跨小于9m，覆土的厚度大约为0.3m，主楼外单层地下室的附图厚度约为1.0m，最大短边净跨小于4.5m。

3结构设计

3.1主体结构设计建立电算模型：采用PK-PM软件设计本工程梁、板等部分构件，建立电算模型是以建筑专业提供材料后为前提，主要分为两个步骤：第一点，因为本工程属于附件式人防工程，所以需要与主楼的设计相适应，在以足人防为前提之下，人防地下室的竖向承重构件应该与主楼一致。在主楼结构电算模型的基础上添加如口部、车道布置等的人防结构构件，然后再在荷载输入菜单中布置各房间的人防等效荷载和恒活荷载。第二点，先确定电算参数，首先在PMCAD的“本层信息”中填入钢筋强度和板厚、混凝土等相关信息，然后在“设计参数”中逐个填写结构体系、地下室层数、梁柱保护层厚度和地震信息等，最后应用SATWE进行结构内力分析计算后就可以得到相关的梁配筋结果。再来分析计算结果，若结果显示梁超配筋。则可通过增加梁的宽度和高度来调整，也可以提高钢筋混凝土的等级来修正，最后是外墙、临空墙、人防底板等构件的设计，外墙除了要承受水平压力外，还有武器爆炸所产生的动荷载，所以需要根据最不利的荷载工况来决定是否施加人防荷载并设计，如果不考虑人防荷载，则按照弹性板设计，并验算挠度和裂缝，如果考虑人防荷载，则按照塑性板设计，不验算挠度和裂缝。

3.2人防口部设计人防口部设计包括防护密闭门与消波系统的设计、出入口通道内临空墙与门框墙的设计、孔口构件设计。开敞式通道只考虑静土侧压力，防倒塌棚架的设计分竖向和横向两项，竖向力和横向力存在时间间隔，所以不用考虑两者同时作用的情况。消波系统主要由扩散室和防爆波活门组成，其各部分尺寸由《规范》确定，扩散室前墙为临空墙活门传来的荷载和墙面的荷载一般按照临空墙等效静荷载标准取值，其他可按土中压缩波压力决定；临空墙可按照一般墙体进行计算，门框墙按悬臂梁计算。由于人防工程在战时承受较为复杂的爆炸荷载，再来人防工程的特殊性，所以容易出现设计误差。

4总结

第8篇：人防结构设计范文

关键词：人防地下室；结构设计方法；工程应用

一、人防地下室结构设计方法

（一）人防工程结构的设计特点

与普通地下室相比，防空地下室结构设计的主要特点是要考虑战时规定武器爆炸动荷载的作用。武器爆炸动荷载属于偶然性荷载，荷载具有量值大、作用时间短且不断衰减等特点。暴露于空气中的防空地下室结构构件，如高出地面不覆土的外墙、不覆土的顶板、口部防护密闭门及门框墙、临空墙等部位直接受空气冲击波的作用。其它埋入土中的围护结构构件，如有覆土的顶板、土中外墙及底板等，则直接受土中压缩波的作用。此外防空地下室内部的墙、柱等构件则间接承受围护结构及上部结构爆炸动荷载作用。

防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计，二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备），其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计，那么，这些内容的结构设计与一般的结构设计有何不同呢?

（l）防空地下室在核爆动荷载作用下，其动力分析一般采用等效静荷载法，将整个结构拆开为单个构件进行计算。

（2）人防荷载来源于核爆炸冲击波，核爆动荷载属于偶然性荷载，荷载有量值大、作用时间短且不断衰减等特点，人防荷载的作用次数在整个结构寿命期内只按一次考虑。

（3）作用在全埋式防空地下室结构上的核爆动荷载，可按同时均匀作用在结构四周进行计算，由于左右两侧其荷载大小相等、方向相反，因此，不需考虑结构的侧移。

（4）钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段设计。对防空地下室中钢筋混凝土结构构件（如顶板、外墙、临空墙）来说，处于屈服后开裂状态仍属正常的工作状态，这样可充分利用材料潜力，如受弯构件，在屈服后还要经历很大变形才会完全坍塌，因此考虑塑性阶段工作，可承受更大动力荷载，有较大经济意义。

（5）材料设计强度可以提高，试验表明，加载速率直接影响材料的力学性能。在武器爆炸动荷载作用下，结构构件所经受的是毫秒级快速变形过程，与标准静载试验速度相比要快千百倍，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，例如钢材强度可提高1.15-1.5倍，砼强度可提高1.5倍，这些有利作用在实际设计中是通过考虑材料强度综合调整系数来完成的。

（6）防空地下室只需进行强度的验算。由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比进行控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算。

（7）防空地下室结构构件除钢筋混凝土防护密闭门和门框墙以及砖砌体墙和防水要求高的结构采用按弹性工作阶段设计外，对于一般超静定的钢筋混凝土结构，可按非弹性变形产生的塑性内力重分布计算内力。

（8）地面建筑的防空地下室结构，是整个建筑结构体系的一部分，不仅要满足战时的抗力要求，而且应满足平时使用的结构要求，即防空地下室结构设计应同时满足平时和战时两种不同荷载效应组合的要求。为有利于平战结合，方便防空地下室平时使用，可采取平战兼顾的设计方法，通过临战加固达到战时防护要求。当平时使用要求与战时防护要求不一致时，应采取平战功能转换措施。所采取的转换措施应能在规定的时限内完成防空地下室的功能转换。

（二）人防工程结构设计的原则

防空地下室设计必须贯彻“长期准备、重点建设、平战结合”的方针，并应坚持人防建设与经济建设协调发展、与城市建设相结合的原则。对于防空地下室的位置选择、战时及平时用途的确定，必须符合城市人防工程规划的要求。同时也应考虑平时为城市生产、生活服务的需要以及上部地面建筑的特点及其环境条件、地区特点、建筑标准、平战转换等问题，地下、地上综合考虑确定。对于人防工程的结构设计，其原则主要有：

（1）防空地下室的主体结构、出入口部、孔口和防护设备等应根据防护要求和受力情况做到各个部位抗力相协调，防止出现由于局部破坏而影响主体结构的防护密闭性。

（2）防空地下室结构在满足设计抗力的前提下，对钢筋混凝土结构构件应采用“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的设计原则进行设计。

（3）防空地下室应充分利用受弯构件和大偏心受压构件的变形来吸收核爆冲击波的能量，以减轻支座截面的抗剪与柱子抗压的负担，确保结构在屈服前不出现剪切破坏和屈服后有足够的延性，最终形成塑性破坏，而不是脆性破坏，从而提高结构的整体承载能力。

（4）受弯构件应双面配筋。双面配筋对承受核爆动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下的构件坍塌十分重要。

二、应用分析

合肥水泥研究院职工住宅楼由3栋高层住宅和两个地下车库组成，主楼部分为短肢剪力墙结构，地上11层跃12层、地下1层，建筑高度33.3m;地下车库部分为框架结构，地下1层，层高3.6m。地震烈度为7度，抗震等级为 三级，安全等级二级，耐火等级为地上二级、地下一级，设计使用年限为50 年，基础采用平板筏基，地基基础设计等级为乙级。根据合肥市人防办公室文件，城市的生命线工程和面积超过1万米的高层建筑，均须设置防空地下室。本工程总建筑面积为4.12万m2，地下室面积约1万m2，按照规定，本工程须应设置防空地下室面积为3226m2。

人民防空地下室设计规范（GB50038一2005）明确规定人防工程按可能受到的空袭威胁划分为甲、乙两类，该工程是按甲类防空工程设计的，因此在设计时不仅考虑了满足核武器爆炸的防护要求，还考虑了按常规武器和生化武器的各项防护要求。本工程防空地下室防护等级为核6级，采用全埋式现浇钢筋混凝土防空地下室，战时为二等人员掩蔽所，平时为小型汽车停车库。人防车库共分两个防护单元、四个抗爆单元，考虑到小区内部的环境绿化问题，在地下室顶板上设置了0.45m厚的覆土，以满足绿化的需要。

本工程人防地下室主要结构截面尺寸如下：顶板200mm，底板550mm，外墙300mm，临空墙250mm、300mm，防护单元之间隔墙250mm，内墙200mm、250mm，门框墙30omm。混凝土标号采用C30，钢筋采用HPB235级、HRB335级。

本工程硅墙的抗渗等级为56，硅强度等级为C30，地下室内没有设置沉降缝和伸缩缝，是设置了多条纵横交错的后浇带。对双面配筋的钢筋硅顶、底板及墙板，为保证震动环境中钢筋与受压区混凝同工作，在上、下层或内、外层钢筋之间设置一定数量的拉结筋。

参考文献：

【1】李建，防空地下室设计中的几个问题探讨，山西建筑学报，Vol.31，No.16，Aug.2005

第9篇：人防结构设计范文

关键词：人防工程；荷载效应；平战兼顾

1.工程简介

某集团有限公司科技综合楼是1栋19层（地下2层）的框架一剪力墙结构的高层办公建筑。建筑面积38508 m2，建筑高度67.1m，抗展设防烈度为6度，地震分组为第二组，本工程的抗震设防类别为重点设防类。框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为三级。地下室面积9470 m2时，其中含人防面积4735 m2，分两个人防掩蔽单元，层高4.5m，桩基采用钻孔灌注桩，人防设于地下二层 ，地下一层为设备用房层。

2.人防结构设计的特点

人防即人民防空.人民防空的任务是根据国防的需要，动员和组织群众采取防护措施，防范和减轻空袭危害。除采取人员疏散的措施之外，也是战时防空的最重要措施之一。防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计，二是孔口防护设计，包括出人口的防护和消波系统（防护设备），其中出人口的防护包含防密闭门的选用、门框墙、临空墙的设计、出人口通道（包括风井）的设计等几个方面，而消波系统则包含爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计，那么，这些内容的结构设计与一般的结构设计有何不同呢？

第一、结构设计的可靠安全度水准可以降低；第二、考虑结构的动力响应，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，这对结构工作起到有利作用，例如钢材强度可提高1.15一1.5倍，对砼强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的，第三、重视构造要求，人防设计的许多构造要求是与一般的建筑设计不同的，故仅仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。

根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则，①平战结合，取控制条件，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板、侧板基本上都由战时控制，而底板则因地质条件和基础型式的不同而不同；②只进行强度的验算，由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性的控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算；③只考虑一次核袭击；

3.人防荷载的确定

当核武器在空中爆炸冲击波传播到地表时，形成反射冲击波，因反射波是在被人射波压密和加热过的空气中传播，且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快，当反射波波阵面终于赶上人射波波阵面后，则汇合成为一单一的冲击波，即合成波，合成波波阵面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成是水平方向传播的，对抗力等级较低的防空地下室来说，所受的冲击波即为这种合成波（即地面冲击波）。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用，而对于侧壁和底板，因空气冲作用于地表，压近土体并使其产生运动上层土体受压后连续向下传递压力，这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播，当遇到侧壁或底板的阻挡后，则会产生超压、动压和负压作用，这就是侧壁和底板需考虑的问题。

本工程人防地下室防护等级为6级（级别的确定是根据国家制订的（人民防空工程战术技术要求》确定的，是由人防部门确定后发文予设计单位），采用全埋式现浇钢筋混凝土人防地下室，各部位等静荷载取值分别为：

3.1顶板

地下一层外墙为350厚钢筋砼挡土墙，故应计人上部建筑物对地面空气冲击波超压作用的影响，等效静荷载标准值q=55KN/ m2。

3.2侧墙

上部建筑物为抗震设防的框架一剪力墙结构，故应放人上部建筑物对地面空气冲击波超压值的影响，根据本工程地质条件，人防地下室侧壁范围内分别有非饱和土及饱和土，取其加权平均值，并考虑周围基坑支护的阻隔作用，故地下室侧壁等效静载荷标准值q=45KN/m2。

3.3底板

本工程采用桩基础，当核爆荷载q作用于顶板时，荷载随板、梁、柱传至桩上，因人防设计时不考虑地基承载力和地基变形，由q产生的荷载由桩承受，上部荷载不经底板传递；地下室底板的等效静荷载值25KN/ m2，且应考虑水浮力对底板的荷载效应。底板的强度验算应以q等效静荷载与常年地下水浮力组合值进行设计，在这点上笔者认为：有别于筏板基础或箱基础底板。

3.4门框墙

所受荷载由两部分组成，一是直接作用在墙上的荷载qe= 200KN/ m2，；二是由门扇传来的等效静载标准值，分别按门扇的型号、大小计算确定。

3.5临空墙

依工程实际情况和规范表4.5.7取其等效静荷载标准值为110KN/ m2。

3.6隔墙

隔墙分两种，一是相邻防护单元间隔墙的设计压力值为50KN/ m2；二是6级人防地下室与普通地下室相邻间的隔墙，其普通地下室一侧的设计压力选用值为90KN/ m2。

其它各种防护密闭门、防爆波活门、扩散室的设计压力均由规范中有关规定选用，当所有构件的等效静荷值确定后，即可进行结构计算。

4.荷载组合和内力分析

作用在防空地下室结构上的荷载，应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等，规范中对防空地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格，结构设计时可根据各工程的结构特点结合表格确定所需进行荷载组合的项目，本工程各个部位参与组合的荷载分别为：

4.1顶板

顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值。

4.2侧墙

竖向考虑顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重标准值（仅有局部剪力墙部位），外墙自重标准值。横向考虑核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。

5.孔口防护和平战兼顾

孔口防护包含三部分的设计内容：一是防护密闭门与消波系统的设计，二是出人口通道内临空墙、门框墙的设计，三是孔口其它构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等的设计，其中第二、三条中的临空墙、相邻单元之间的隔墙已在上节中谈到了荷载的确定，设计人员可按一般墙体的计算模式，考虑人防设计的特点计算出内力和钢筋，而门框墙的设计一般是按悬臂梁计算，但需注意的就是因平时使用时需要的出人口通道均较宽，而战时又相应较窄，这样有可能会使门框墙的悬臂长度过长，而使水平筋过大，这种情况下，可考虑在不影响功能使用的前提下，加设柱、梁改变门框墙的受力型式，得到较为经济的设计效果.风井的设计中只计算土中压缩波的压力，对空气冲击波则不予考虑，因两者不会同时作用。开敞式通道更不考虑核爆动荷载，只考虑静土侧压力，而防倒塌栩架的设计分竖向和横向两项，竖向力即为倒塌荷载50KN/ m2，属静载，横向力即动压设计值q由《规范》第4.5.10条确定，这两项受力作用时间存在间隔，故不考虑同时作用，下面主要谈谈第一条的设计内容。当空气冲击波到达出口通道时，虽然有通道出人口的扩散作用，但遇墙体和门的反射作用使作用在门上的总效应大于空气冲击波的压力，约为2.0一3.5倍。为方便工程设计人员，国家将防密门进行系列化处理，依据设计压力和门洞尺寸就可选择定型的防密门。

而消波系统的产生是因为滤毒通风设备所能承受的允许压力远小于空气冲击波，若其防护措施不能与主体抗力相适应，将直接影响整体工程防护能力。消波系统的基本思想是以堵为主，堵消结合，堵就是采用防爆波活门将冲击的大部分阻挡在室外，消就是使从活门孔进人的少量冲击波通过扩散室的膨胀作用削弱其压力，使其进人内部的压力不超过设备的允许压力，规范表4.9.1给出了消波系统选择表，可按抗力等级与允许余压值予以确定，一般由防爆活门及扩散室组成，防爆波活门的选用和扩散室各部分尺寸的确定均可能在《规范》中找到相应的表格和公式得到落实。这项工作在设计过程中既可由结构专业完成，也可由建筑、通风专业完成。

扩散室前墙即安装悬板活门的墙面为临空墙，墙面本身受的荷载及活门传来荷载均按临空墙荷载取值，扩散室与土相邻的顶底板及外墙按土中压缩波压力确定荷载。

平战兼顾设计是深人贯彻“平战结合”建设方针一个重要环节，由于人防工程是战时遭受敌袭击时作为保障城市居民生命安全和坚持工作的一种具有特殊功能要求的建筑物，因此它需要承受的荷载较一般结构大几十倍至数百倍，而且密闭要求很高，所以在设计中应尽量减小结构跨度，减少并缩小直通大气的各种孔口，而这种处理原则，恰为平时使用造成诸多困难，（规范》第4.8条中对此点作了指导性的规定，所以具体做法应根据平时和战时的具体要求和工程本身的实际条件综合研究确定。