人防地下室结构设计的优化方法研究刘秀峰

人防地下室结构设计的优化方法研究刘秀峰
发布时间：2021-09-21T07:54:37.159Z 来源：《防护工程》2021年15期作者：刘秀峰[导读] 本文以“人防地下室结构设计的优化”为主要研究对象，分析了人防结构设计的特点及主要原则，论述了防空地下室人防结构设计的内容与方法，笔者通过本文的研究和论述，提炼出人防工程结构设计的优化要点，以期为结构设计人员予以一定的参考和启示。

刘秀峰
黑龙江省人防设计研究院
摘要：本文以“人防地下室结构设计的优化”为主要研究对象，分析了人防结构设计的特点及主要原则，论述了防空地下室人防结构设计的内容与方法，笔者通过本文的研究和论述，提炼出人防工程结构设计的优化要点，以期为结构设计人员予以一定的参考和启示。

关键词：人防工程；结构设计；方案优化
随着科学技术的不断发展，人防工程已经从曾经古老的地道形式，转变为更加美观和坚固的钢筋混凝土防护工程。

其可以实现对地下空间更加合理地使用，成为广大群众战时可以依靠的掩蔽场所，也完全适应现代化的城市建设理念和各项基本要求。

人防结构设计要做到和城市建设相协调、和经济发展相协调，让其本身的经济效益、社会效益以及战备效益都能够得到充分的发挥。

一、人防工程结构设计的特点及原则（一）人防结构设计的特点
1.设计目标可以适当降低
通常情况下，工业和民用建筑会使用静荷载，而且是永久性的荷载，所以一旦被破坏，将会产生非常严重的后果。

因此，建筑工程结构设计过程中，对于结构构件承载能力的极限指标设置的都会比较高，所以对于人防工程而言，战时的爆炸性冲击所造成的荷载作用耗时相对来说都比较短，而且往往只是考虑到了一次性的武器效能，因此，条件允许的情况下，可以让地下防空室的结构设计表现出较低的安全度，在承载能力的极限状态下，适当降低指标。

2.结构可采用弹塑性体系进行设计
在静荷载作用下，钢筋混凝土构件的变形如果进入了塑性的阶段，构件就有可能在静载的持续作用下因为失去承载能力而遭到破坏。

但是防空地下室具有短暂作用以及瞬息作用的特性，属于动荷载，而且随着时间的推移会慢慢减弱，如此就导致结构构件进入到塑性屈服的状态。

只要动荷载作用引起的构件最大变形没有超过结构破坏所导致的极限变形，这样等到荷载作用消失以后，构件就能够实现有阻尼的自由振动，最后慢慢恢复到一切都回归平衡的状态。

如此虽然会出现一定的残余变形，但是对人防工程结构而言，仍然可以达到预期的密闭性以及承载能力诉求。

3.设计所采用的材料强度值有所提高
因为人防结构所承受的瞬间作用较为突出，在出现快速加载的情况时，材料因为破坏还来不及展开，加载的数值就已经达到最大化并且进入到卸载的状态，那么具体反映在材料加载的数值上，也就表现为材料强度的明显提高。

针对地基的承载力问题，人防动荷载作用时，其具体的承载能力也需要有所提高，甚至需要达到更高的水平。

（二）人防工程结构设计的基本原则
首先，设计荷载需要考虑土体作用力、水压力以及动荷载、武器爆炸动荷载作用等一系列因素，同时需要验算结构受力构件本身的强度；
其次，高层建筑的底下防空室是整个建筑系统的重要组成部分，所以其结构设计必须同时满足战时荷载效应组合以及平时荷载效应组合的各项要求，并且要取其中的控制条件作为人防工程结构设计的重要依据。

二、人防工程结构设计的内容与方法（一）防空地下室底板及基础设计
如果是乙类工程，那么在底板设计的过程中，可以不考虑常规性武器的爆炸作用，只需要按照平时的荷载作用进行相应的组合设计即可；
如果是甲类工程，需要按照工程基础形式以及底板位置来确定底板核武器等效荷载，然后根据战时荷载效应以及平时荷载效应的组合展开控制设计；
作用在筏板基础上的等效荷载具体可以按照《人民防空地下室设计规范》中等效荷载取值表，对按板的跨度与顶板覆土厚度进行选择和确定；
作用在条、柱、桩基上的等效荷载属于能够为墙柱传来的武器爆炸等效荷载，其基础性的设计可以按照由非弹性变形产生的塑性内力重分布继续进行内力的合理计算。

（二）防空地下室梁、板设计
地下室顶板人防荷载的设计可以参考《人民防空地下室设计规范》当中的相应要求进行取值。

一般情况下，防空地下室的抗力等级并不会很高，需要根据工程类别对战时有可能出现的爆炸等效荷载情况进行确认。

如果是甲类工程，需要对核武器作用等效荷载、常规武器作用等效荷载进行确认，并且通过对等效荷载的大小进行比较的方式，确定战时等效荷载取值。

借助计算机软件进行内力分析、辅助设计时，需要尽可能在输入参数时勾选“战时荷载组合计算按塑性”的选项，在进行顶板梁布置时要尽可能强调其规整，以免因为斜交梁的出现导致楼板出现变形的情况。

（三）地下室框架柱以及口部墙体的设计
很多高层建筑的地下室墙壁、梁柱大多使用平时的载荷效应进行组合管理和控制。

但是对于单层人防地下室而言，内部墙、柱在进行承载力的设计时，满足战时荷载效应以及平时荷载效应组合的要求，并将其作为控制设计的重要依据。

在口部的门框墙进行的设计方面，临空墙需要由人防荷载效应组合进行管理和控制，在尺寸的规划和合理控制方面，如果符合《钢筋混凝土门框墙》07FG04的规定，那么就可以直接套用图集当中的尺寸规定，否则就需要重新进行规划和计算；
在计算门框墙和有封堵的临空墙的过程中，经常会遇到门洞口的上挡墙尺寸或门垛比较长度情况，需要在门边加竖向挡梁、在门洞上方加水平挡梁。

在此过程中，如何选择受力模型是关键。

倘若选择失误，就有可能出现截面以及配筋比较大的情况，影响结构的经济效益。

而且根据笔者多年的工作经验，只有按照构件的跨度进行主粮的确定，才能保证口部的挡梁设计是经济的和合理的。

（四）防空地下室临战转换措施设计
对于防空地下室而言，其只有充分发挥应有的功能和价值，才能呈现出足够的经济以及经济效益，进而满足战时的各项需要。

这就意味着防空地下室必须能够快速实现平战转换。

1.孔口以及土建转换
其主要是指封堵板封堵、门式封堵、防护单元隔墙以及战时砌筑房间之间的转换。

2.防护设备的转换
其主要是指战时所用设备的调试安装工作。

按照规范要求，在进行转换时需要在结构构件设计过程中完全满足转换前后受力不同的需要，在图纸当中明确标注转换位置、方法以及具体的转换要求。

针对具体需要预制的构件需要在工程施工初期就制作完成并做好标记，因为过往许多经验证明，平战转换所需部分材料的运输以及采购过程都比较困难，而且工作量巨大，在战时很难得到保障和实现，所以为了更好地实现平时和战时的深度结合，在前期进行人防工程结构设计的过程中，就需要考虑结合方面的诉求问题。

总而言之，人防结构设计工作因为其专业性、综合性的特点和要求，需要设计人员对相关规范有着全面且清晰的了解，并且要求设计人员必须具备较强的人防理论基础知识和计算能力。

人防工程结构设计人员需要不断加强学习，不断提高自身的使命感以及责任感，加强对人防结构设计的要求研究，做好设计规划，切实保障人民的生命财产安全，为其提供合理且有效的庇护。

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