有关地下室人防结构设计中重点问题分析与研究

有关地下室人防结构设计中的重点问题分析与研究
摘要：人防地下室是为战时服务，具有预定战时防空功能的特殊地下建筑，与普通地下建筑相比较，其使用对象、条件、要求均有明显差别，从而在设计原则、设计标准和处理方法上，均与普通地下建筑不同。

本文首先概述了地下室人防结构设计的特点和设计原则，然后重点就地下室人防结构设计中的主要构件及孔口防护两方面进行了分析和探讨，希望同行业设计人员参考。

关键词：地下室；人防；结构设计；探讨；
中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：
一、地下室人防结构设计的特点分析
地下室人防结构结构设计具有以下特点：第一，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%。

第二，考虑结构的动力响应。

第三，结构构件可考虑进入塑性工作状态。

第四、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。

第五，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，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。

二、地下室人防结构设计的原则分析
根据以上所述的结构设计的特点，可以确定地下室人防结构设计相应的原则：
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、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开展进行验算；
3、只考虑一次核袭击；
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；
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。

6、了解了结构人防设计的特点及原则之后，我们首先就必须确定计算所需的荷载值。

三、地下室主要构件人防结构设计分析
1、人防荷载的确定。

如前所述，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时，当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。

人防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。

2、荷载组合和内力分析。

作用在地下室人防结构上的荷载，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，规范中对人防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。

在进行荷载组合时，需要明确两个问题：一是上部建筑物质自重标准值的确定，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。

在地下室人防结构设计中，其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：γ0(γ gs+ γ qs)≤ r(f，f，α k，......)(见规范第 4.6.2 条) 。

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了。

四、地下室孔口防护人防结构设计分析
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，二是出入口通道内临空墙、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根据上述荷载的确定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入口通道均较宽，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，而防倒塌棚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。

下面主要讨论防护密闭门与消波系统的设计内容。

1、当空气冲击波到达出入口通道时，虽然有通道出入口的扩散
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2.0～3.5 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轻松地选择定型的防密门。

2、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。

3、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。

4、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。

五、结语
地下室的设计中考虑人防的问题，有一个平战结合的问题，即既要考虑平常使用时荷载较小，需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，如何协调两种状态下不同的使用要求，本文介绍了地下室人防结构设计的特点和设计原则，并重点就地下室人防结构设计中的主要构件及孔口
防护两方面进行了分析和探讨。

参考文献
[1]人民防空地下室设计规范(gb50038-2005)[s].内部发
行,2005
[2]人民防空工程施工及验收规范(gb50134-2004)[s].北京:中国计划出版社,2004。