人防结构设计方面的几个要点

人防结构设计方面的几个要点

作者：李尧

来源：《房地产导刊》2013年第10期

摘要：本文探讨了人防结构设计的特点、原则、关键点、体会等内容，仅供与同仁交流。

关键词：人防结构设计，特点，原则，关键点，体会

人防工程结构设计，主要内容包括：防空地下室防护类别及抗力等级的确定、防空地下室荷载取值、组合及内力分析、防空地下室主体结构的计算设计、防空地下室口部设计、防空地下临战转换设计、防空地下室构造设计等内容。其他的要点，还有：

1.人防结构设计：特点

1.1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。

人防工程结构设计均按非直接命中计算，所受爆炸动荷载属于偶然性荷载，具有量值大，作用时间短且不断衰减等特点，这就造成了结构加速度大，引起结构不断振动，结构构件所受力不断从正面到反面交换变化，正是基于此，人防构件（比如人防顶板、人防墙体、人防主要出入口楼梯）强调双层双向配筋和设置拉结筋的构造要求。

1.2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。

1.3平时功能和战时功能的兼顾性

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，在平面布置、结构选型、通风防潮、给排水和供电照明等方面，应采取相应措施使其在确保战备效益的前提下，充分发挥社会效益和经济效益。平时功能要求各建筑分区连通、连贯，洞口较多，而战时功能要

求防护密闭性，各洞口必须密闭。这要求平时用的洞口，结构设计时必须采取相关技术措施，确保其在战前能快捷、安全地实现平战转换，满足工程战时的防护密闭要求。

2.人防结构设计：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。

3.人防结构设计：关键点

3.1主体结构设计

主体结构包括人防基础、人防底板、人防墙（柱）及人防顶板等外围结构。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，用平时荷载验算外围结构（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。

3.2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：（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=1.05La ；（4）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。

3.3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（包括外围护墙体、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。

3.4临战转换结构设计

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。

4.人防结构设计：体会

人防地下室的结构设计既要考虑平时工况又要考虑战时工况，且目前电算软件功能都不是很完善，需要更深入地研究人防结构设计的技术问题，总结设计经验，提高设计水平。地下室人防工程设计不是纯粹功能性的解决，它包括结构、通风、电气、给排水间专业的配合协调和建筑专业本身的设计优化，牵涉与业主和政府主管部门的协商沟通，平时使用的经济性、合理性和舒适性，战时转换的便捷性和安全性，一个综合性很强的设计。