《防护建筑物设计》课件

防护建筑物设计本课程是建筑工程专业的精品课程，旨在培养学生掌握防护建筑物设计的核心理论与实践技能课程内容基于最新的防护设计规范，结合国内外先进案例，为学生提供系统性的专业知识体系课程导入与学习目标1掌握基本原理深入理解防护建筑物设计的基本原理，包括荷载分析、结构选型、材料应用等核心知识点2熟悉防护类型全面了解抗爆、防火、抗震、防水等常见防护类型的特点、应用范围和设计要求3独立设计能力培养学生独立分析问题、制定设计方案的能力，能够完成典型防护建筑的初步设计工程实践素养防护建筑物设计概述基本定义应用领域防护建筑物是指专门设计用于抵御各种外部有害因素的建筑防护建筑广泛应用于军事设施、政府机关、金融机构、化工结构，通过特殊的设计手法和材料选择，确保建筑物在面临企业、核电站、地铁车站等重要场所近年来，随着安全意威胁时仍能保持结构完整性和使用功能识的提升，民用建筑的防护设计也越来越受到重视这类建筑需要考虑多种防护需求，包括但不限于爆炸冲击、国内外研究现状显示，发达国家在防护建筑技术方面起步较火灾蔓延、地震破坏、化学腐蚀等多重威胁因素早，我国正在加快追赶步伐，形成了具有中国特色的防护设计理论体系防护建筑分类防火建筑防空建筑具备高耐火等级的建筑结构抵御空中打击的地下或半地下结构防水建筑抵御水害侵蚀的密闭结构防爆建筑抗震建筑抵御爆炸冲击的加固结构具备优异抗震性能的结构体系防护建筑按照防护对象不同，可分为防空、防爆、防火、防水、抗震等多种类型每种类型都有其特定的设计要求和技术标准，需要根据具体威胁等级确定防护措施同时，军事与民用防护建筑在标准要求上存在差异，需要分别遵循相应的设计规范防护设计的基本原则安全性优先确保人员生命安全是首要考虑综合平衡兼顾经济性与美观性要求以人为本注重使用者的实际需求和体验风险管理建立科学的风险评估体系防护建筑设计必须遵循安全性优先，兼顾经济、美观的基本原则在确保防护功能的前提下，应当合理控制工程造价，并注重建筑的美学效果同时，坚持以人为本的设计理念，将使用者的安全和舒适度放在重要位置，建立完善的风险管理机制法规与技术规范国家法律法规建筑法、消防法等基础法律框架国家标准GB系列建筑防护设计规范行业标准各部委颁布的专业技术标准地方规范各省市制定的补充技术要求防护建筑设计必须严格遵循相关法律法规和技术规范主要包括《建筑法》、《消防法》等基础法律，以及GB50038《人民防空地下室设计规范》、GB50016《建筑设计防火规范》等国家标准此外，还需要参考行业标准和地方规范的补充要求，确保设计方案的合规性和可操作性防护建筑主要性能指标承载力结构承受各种荷载的能力防护力抵御外部威胁的有效性耐久性长期保持性能的稳定性经济性投入产出比的合理性防护建筑的性能评价主要从承载力、防护力、耐久性三个维度进行考量承载力涉及结构在各种荷载作用下的安全性，防护力关注抵御特定威胁的有效程度，耐久性则考虑建筑长期使用的可靠性这些指标相互关联，需要在设计过程中进行综合优化，确保关键结构性能达到预期目标抗爆防护设计基础爆炸荷载分析计算爆炸产生的超压和冲击波参数，确定设计荷载大小冲击波传播分析冲击波在空气中的传播规律和衰减特性结构响应评估建筑构件在爆炸荷载作用下的动力响应抗爆验算进行构件抗爆承载力验算，确保结构安全抗爆防护设计的核心是准确计算爆炸荷载和分析结构响应需要深入理解爆炸压力的形成机理、冲击波的传播规律，以及建筑构件在动力荷载作用下的力学行为关键在于掌握构件抗爆验算的方法，包括材料动力强度的确定、构件变形限值的控制等技术要点典型抗爆结构做法钢筋混凝土壳体叠层防护结构采用高强度钢筋混凝土形成连采用多层不同材料组合的防护续壳体结构，通过整体刚度抵体系，包括外层吸能材料、中御爆炸冲击壳体厚度根据防间隔离层、内层承重结构，实护等级确定，通常在现逐级卸载和能量吸收500-之间1500mm吸能缓冲设计在关键部位设置专门的吸能装置，如蜂窝铝板、泡沫混凝土等，通过材料的塑性变形消耗爆炸能量，减少对主体结构的冲击防火防护设计原则材料阻燃等级控制严格选择级不燃材料或级难燃材料，避免使用易燃材料对于装修装饰A B1材料，需要通过国家标准的燃烧性能测试，确保符合相应等级要求耐火极限设计根据建筑使用功能和火灾危险性，确定各构件的耐火极限要求主要承重构件应具备足够的耐火时间，确保人员安全疏散和消防救援防火分区划分合理划分防火分区，控制每个分区的建筑面积，设置有效的防火分隔措施通过防火墙、防火门等构件阻止火势蔓延安全疏散设计确保疏散距离、疏散宽度、疏散出口数量等指标符合规范要求，设置明确的疏散指示系统和应急照明设施民用建筑防火规范解读构件类型燃烧性能等级耐火极限要求适用范围承重墙级不燃高层建筑主体A≥

3.00h结构楼板级不燃所有楼层分隔A≥

1.50h梁柱级不燃框架结构主要A≥

2.50h构件疏散楼梯级不燃封闭楼梯间A≥

1.50h民用建筑防火规范明确规定了不同建筑构件的燃烧性能要求建筑构件按燃烧性能分为级不燃材料、级难燃材料、级可燃材料和级易燃材料承重A B1B2B3结构必须采用级材料，装修材料应优先选用级或级材料同时，需要根A AB1据建筑高度、使用功能合理确定耐火等级关键防火构配件设计防火门设计防火窗要求疏散楼梯防火门按耐火极限分防火窗应采用钢框架疏散楼梯间应采用不为甲级（

1.5h）、乙结构，玻璃使用防火燃材料建造，梯段宽级（

1.0h）、丙级玻璃，窗框与墙体连度不少于

1.1米，踏步（

0.5h）三类门扇接处需要防火密封高度不大于175mm，材料应采用钢质或木固定式防火窗耐火极踏面宽度不小于质防火材料，配备自限不低于

1.0小时260mm动闭门器和防火锁具防火隔断防火隔断采用轻质防火材料，厚度根据耐火极限要求确定连接节点应采用防火胶泥或防火包进行密封处理建筑耐火等级分析温度失效判定耐火极限测试承重构件背火面温度超过初始温度通过标准火灾试验确定构件耐火时间220°C承载力失效完整性失效构件丧失承载能力发生坍塌破坏构件出现裂缝导致火焰或烟气穿透建筑耐火等级是衡量建筑防火性能的重要指标，分为

一、

二、

三、四级非燃材料包括钢材、混凝土、砖石等，难燃材料如经过阻燃处理的木材，可燃材料包括一般木材、塑料等耐火极限失效表现为承载能力丧失、完整性破坏或隔热性失效三种情况防护材料性能比较混凝土材料钢结构材料特殊防护层普通混凝土抗压强度高，耐火性能优钢材具有强度高、韧性好的特点，但包括铅板、硼聚乙烯板等辐射防护材异，是防护建筑的主要材料高性能耐火性能较差，需要采取防火保护措料，以及耐酸砖、防腐涂料等化学防混凝土通过掺入纤维、添加剂等方式施不锈钢具有优异的抗腐蚀性能，护材料这些材料针对特定威胁具有提升抗冲击性能钢纤维混凝土具有适用于化学防护场所专业防护能力良好的抗爆性能•屈服强度235-420MPa•防护效率针对性强•抗压强度C30-C80•耐火极限

0.25小时•使用寿命10-50年•耐火极限≥3小时•抗腐蚀性一般•维护要求定期检测•抗冲击性能优防水防护体系防水等级确定根据地下水位、土质条件和使用要求确定防水等级，分为一级（不允许渗水）、二级（不允许漏水）、三级（有少量湿渍）、四级（有湿渍但不影响使用）防水构造设计采用多道防水设防，包括结构自防水、柔性防水层、刚性防水层等关键节点如变形缝、施工缝、穿墙管道等需要特殊处理排水系统配置设置完善的排水系统，包括盲沟、排水管道、集水坑等确保地下水能够及时排出，降低防水层的长期水压施工质量控制严格控制防水材料质量和施工工艺，做好基层处理、接缝密封、保护层施工等关键环节，确保防水效果地下防护建筑设计要点

1.8侧向土压力系数静止土压力系数，用于计算地下结构侧壁荷载10kPa地下水压力每米水深产生的静水压力值50mm最小保护层厚度地下结构钢筋混凝土保护层要求

0.2‰裂缝宽度限值地下防水结构裂缝控制标准地下防护建筑设计需要重点考虑土压力、水压力等特殊荷载条件侧向土压力根据土质参数和埋深计算，地下水压力按静水压力原理确定防护层设计应采用高密实度混凝土，严格控制裂缝发展，采用抗渗等级不低于P8的防水混凝土，并配合柔性防水层形成复合防水体系抗震防护设计总则地震烈度分区我国按地震基本烈度分为、、、度区，不同烈度区采用不同的抗6789震设防标准设防类别划分建筑分为特殊设防、重点设防、标准设防、适度设防四类，防护建筑多属于重点设防类别抗震目标设定小震不坏、中震可修、大震不倒的三水准抗震设防目标，确保结构安全性和适用性验算要求进行多遇地震承载力验算、设防地震变形验算和罕遇地震弹塑性分析影响抗震设计的地质因素地质构造地形条件断层、岩层结构影响地震响应山区、河谷地形对地震波有放大效应土壤类型软土、液化土层增加震害风险建筑体型地下水位不规则体型增加扭转效应高水位增加土壤液化可能性地震对建筑的破坏程度与多种因素相关地形地貌会影响地震波的传播和放大，软弱土层容易产生液化和不均匀沉降建筑体型的规则性直接影响结构的抗震性能，应避免平面和立面的严重不规则结构体系的选择需要考虑延性、冗余度和整体性，确保具备良好的抗震适应性地震动参数与结构响应设计地震分组地面加速度根据震源机制和传播路径，将设计基本地震加速度是抗震设设计地震分为第一组（远计的基本参数，度区为6震）、第二组（近震）、第三，度区为和，

0.05g

70.10g

0.15g组（特近震）三类，不同分组度区为和，度区

80.20g

0.30g9对应不同的反应谱特征周期为

0.40g结构自振周期结构自振周期影响地震作用大小，需要合理控制框架结构周期计算公式，其中为层数，剪力墙结构周期相对较小T1=

0.1n n抗震设防关键技术墙体加固柱子设计节点连接基础处理砌体墙设置构造柱和圈框架柱采用强柱弱梁设梁柱节点是抗震薄弱环采用整体性好的筏板基梁，钢筋混凝土墙增加计原则，柱端弯矩设计节，需要加强配筋节础或桩基础，避免使用边缘构件，提高墙体的值应大于梁端配筋率点核心区箍筋间距不大条形基础软土地基需延性和整体性构造柱不小于，箍筋加密于，锚固长度要进行加固处理，防止

0.6%100mm截面不小于区长度不小于柱截面长按抗震要求增加不均匀沉降25%边尺寸240×180mm隔震与消能新技术橡胶隔震垫在建筑基础与上部结构之间设置橡胶隔震支座，通过延长结构周期和增加阻尼来减少地震作用隔震支座由多层橡胶板和钢板硫化而成，具有竖向承载和水平变形能力粘滞阻尼器在结构关键部位安装粘滞阻尼器，通过阻尼介质的粘滞效应消耗地震能量阻尼器与结构采用铰接连接，不承担重力荷载，仅在地震时发挥作用金属屈服阻尼器利用软钢或铅等材料的屈服变形消耗地震能量屈服阻尼器构造简单，维护方便，但存在累积损伤问题，需要定期更换应用效果评估隔震技术可将结构地震响应降低70%-90%，消能技术可降低30%-50%需要进行专门的隔震分析和风荷载验算，确保隔震系统的可靠性机械冲击与防护设计冲击荷载计算考虑冲击时间和动力放大系数结构吸能设计利用材料塑性变形耗散冲击能量变形控制限制结构过大变形保证使用功能防护层设置设置专门的防冲击保护层机械冲击荷载具有作用时间短、峰值大的特点，需要采用动力分析方法进行计算冲击荷载的动力放大系数与结构自振周期和冲击持续时间的比值相关结构吸能设计通过合理配置塑性铰位置，形成良好的耗能机制同时需要严格控制结构变形，确保在冲击作用后仍能保持正常使用功能人防工程防护结构结构布置原则防护密闭设计人防地下室应采用钢筋混凝土整体浇筑结构，平面布置力求人防工程必须具备三防功能防核武器、防化学武器、防生规整，避免复杂的几何形状主体结构包括顶板、底板、外物武器防护密闭通过设置防护门、密闭门、活门等实现，墙和内墙，形成箱型结构体系确保内部空间与外界完全隔离结构高度一般控制在米之间，过高会增加工程造价，密闭墙厚度不小于，防护门采用钢板焊接制作，门框

3.0-

4.5200mm过低影响使用功能柱网布置应与防护要求相协调，大柱网与墙体连接处设置止水带所有穿墙管道均需设置密闭措有利于平时使用施人防工程抗爆门设计门体结构防护门采用钢板焊接结构，门扇厚度根据防护等级确定，一般为8-钢板门扇内部设置加强筋，提高整体刚度和稳定性16mm开启机构采用铰链式或滑动式开启方式，铰链材料使用高强度钢材制作门扇重量较大，需要设置平衡装置减轻开启力闭锁系统设置多点闭锁机构，确保门扇与门框紧密贴合闭锁装置应具备快速关闭功能，在紧急情况下能够迅速封闭密封措施门框周边设置橡胶密封条，防止有害气体渗入密封条材料应具备耐老化、耐腐蚀性能，定期更换维护人防工程防毒通风系统通风设备过滤系统配置防爆轴流风机和离心风机，风量设置粗效、中效、高效三级过滤器，按人员数量和空间体积计算去除空气中的有害物质应急设备正压控制配备应急电源、备用风机等设备，确维持室内正压，防止外界污染空气渗保系统可靠运行入密闭空间人防工程通风系统包括平时通风和战时通风两套独立系统战时通风采用防毒过滤通风方式，空气经过滤毒罐净化后送入室内设备选型需要考虑防爆、防腐、低噪音等要求，风管采用镀锌钢板制作，接缝处严密密封辐射与化学防护措施辐射源识别识别射线、射线、射线、中子等不同类型辐射，确定相应的防护αβγ要求和屏蔽厚度屏蔽材料选择铅板用于射线屏蔽，硼聚乙烯板用于中子屏蔽，混凝土可用于综合γ屏蔽，厚度根据辐射强度计算化学防护根据化学物质性质选择耐酸砖、不锈钢板、防腐涂料等材料，设置防渗透层和排风系统监测系统安装辐射监测仪和气体检测仪，实时监控防护效果，发现问题及时采取应急措施污染源防护建筑案例化工仓库防护化工仓库采用钢筋混凝土结构，墙体厚度不小于200mm地面铺设耐酸瓷砖，墙面采用环氧树脂防腐涂料设置防爆通风系统和泄爆屋顶，配备自动喷淋和气体检测装置射线实验室射线实验室墙体内敷设铅板，厚度根据射线种类和强度确定设置迷宫式入口，避免射线直射配备辐射监测系统和应急洗消设施，确保人员安全危废处理设施危废处理建筑采用多重屏障防护体系，包括主体结构、防渗层、监测系统底板下设置防渗膜和导排层，防止污染物进入地下水设置负压通风系统防止有害气体扩散城市重要基础设施防护水处理厂防护电力设施防护水厂建筑采用地下或半地下布变电站控制楼采用抗爆结构设置，主要构筑物设置钢筋混凝计，外墙厚度不小于300mm土防护罩关键设备如水泵、主控室设置电磁屏蔽层，防止控制系统设置在防护等级最高电磁脉冲干扰配电设备采用的区域，配备独立的供电和通地下布置，设置多重备用系信系统统通信枢纽防护通信建筑采用无窗设计，外墙为钢筋混凝土结构机房设置防静电地板和恒温恒湿系统配备不间断电源和柴油发电机组，确保通信不中断边坡及挡土墙防护土体稳定分析采用极限平衡法和有限元法分析边坡稳定性挡土结构选型重力式、悬臂式、锚杆式挡土墙适用不同条件锚固加固措施预应力锚杆、土钉墙等主动支护技术排水防护系统设置完善的地表和地下排水设施边坡防护需要根据地质条件、坡高、荷载等因素进行综合分析重力式挡土墙适用于较低挡土墙，悬臂式挡土墙经济性好，锚杆挡土墙适用于高边坡土体稳定分析通常采用圆弧滑动面法，安全系数不小于

1.25排水系统对边坡稳定至关重要，需要防止地下水对土体的软化作用防护建筑模数与尺寸设计100mm基本模数建筑模数协调的基础单位300mm扩大模数墙体厚度和构件尺寸的常用模数10mm分模数门窗等细部构件的尺寸模数±5mm允许偏差施工安装的尺寸容差范围建筑模数统一标准是实现建筑工业化的基础，有利于构件标准化生产和装配式施工防护建筑由于结构厚重，更需要严格按照模数进行设计基本模数M=100mm是所有尺寸的基础，扩大模数便于大型构件的标准化公称尺寸与实际尺寸之间的模数协调，能够提高施工精度和工程质量扩大模数与分模数应用模数模数300mm600mm标准砖墙、小型构件的基础模数梁、板跨度和层高的常用模数分模数应用模数1200mm用于缝隙，用于小构件，10mm20mm大型预制构件和柱网的标准模数用于门窗洞口50mm扩大模数（）、（）、（）等广泛应用于防护建筑设计模数适用于墙体厚度、小梁3M300mm6M600mm12M1200mm300mm截面等；模数常用于楼板厚度、门窗高度；模数适用于大跨度构件和标准柱网分模数主要用于变形缝600mm1200mm10mm宽度，用于预埋件尺寸，用于门窗框架尺寸，确保各构件之间的协调配合20mm50mm平面功能分区与流线组织功能分区流线设计出入口设置灵活性考虑按使用性质划分办公、操作、设人流、物流、应急疏散流线互不主入口、辅助入口、应急出口合预留改造空间，适应功能变化需备、辅助等区域交叉干扰理布置求防护建筑平面设计需要统筹考虑防护要求和使用功能主要房间应布置在防护等级最高的核心区域，辅助用房可设置在防护要求较低的周边区域流线组织要简洁明确，避免迂回曲折应急疏散路径应独立设置，确保在紧急情况下人员能够快速安全撤离同时考虑平时使用的便利性和空间的灵活性交通空间及疏散设计门厅设计走廊宽度楼梯配置入口门厅面积按人主要疏散走廊宽度疏散楼梯数量不少员数量确定，每人不小于

1.8米，次要于2部，楼梯间为封不少于

0.3㎡设置走廊不小于

1.2米闭式或防烟式楼安检设备和人员控走廊长度超过20米梯宽度按疏散人数制闸机，配备应急时应设置自然采计算，每100人不少照明和疏散指示标光，超过40米时需于1米宽度志要机械排烟出口设置安全出口数量不少于2个，出口宽度不小于

1.4米出口之间距离不小于5米，避免同时受到威胁而失效楼梯设计与防护细节位置选择原则楼梯间应设置在建筑端部或核心筒内，避免在建筑中部占用过多有效面积楼梯间与主要使用房间之间应设置前室或缓冲空间，提高防火安全性几何尺寸要求梯段宽度不小于米，踏步高度不大于，踏面宽度不小于

1.1175mm260mm楼梯平台宽度不小于梯段宽度，中间平台长度不小于米

1.2结构防护措施楼梯间墙体采用钢筋混凝土结构，厚度不小于楼梯梁、板、柱180mm耐火极限不小于小时，楼梯间门采用乙级防火门

2.0疏散出口配置防护建筑应设置双向疏散楼梯，当单向疏散距离超过规范限值时，必须增设疏散楼梯楼梯间底层应直接对外开门，不得通过其他房间地下避难层与逃生措施避难空间设计通风照明系统避难间面积按每人

1.5㎡计算，净高不低于

2.4米墙体采用设置独立的新风系统，新风量不小于30㎥/h·人配备应急电钢筋混凝土结构，厚度不小于设置独立的供电、通源，确保小时连续供电照明采用灯具，应急照明不250mm72LED风、给排水系统小于10lx避难间内设置应急物资储备，包括食品、饮用水、医疗用品通风竖井采用钢筋混凝土结构，内径不小于设置多600mm等按小时避难时间配置，每人每天需要升饮用水和个独立的进风和排风系统，避免单点故障影响整体通风效723卡路里食物果3000重要节点防护设计墙体连接节点外墙与内墙交接处采用整体浇筑，设置附加钢筋加强连接墙体转角处增设暗柱，提高整体性和抗震性能屋面防护节点屋面板与墙体连接采用现浇钢筋混凝土圈梁屋面防水层采用多道设防，关键部位设置金属收边和密封胶3基础连接处理基础与上部结构连接处设置水平施工缝，采用企口缝或凹凸缝形式设置止水带和防水涂料双重防水变形缝设计变形缝宽度，采用双道密封胶嵌缝金属盖板可拆卸，便于20-30mm维护检查缝内填充柔性材料。