浅谈人防工程的结构设计

收稿日期：２００８－０１－１７作者简介：相武（１９７０－），男，安徽来安人，毕业于同济大学，工程师。

１合理确定结构方案

人防工程设计是建筑设计领域的一个分支，随着我国建筑

业的迅猛发展，人防工程的设计越来越多地出现在广大建筑设计人员面前。对于人防工程这个词，许多人的概念是人防工程有“三大”

，即：设计荷载大、构件尺寸大、建设费用大。实际上，只要我们能灵活运用所学的专业知识，对工程的设计方案进行比较与优化，那么人防工程设计也能做到既安全适用，又相对经济合理。

１．１合理确定基础设计方案

当拿到人防工程建筑方案时，结构设计人员首先要根据工程周边场地的实际环境、景观、绿化要求和地勘报告所提供的内容确定本工程是否打桩，并粗略估算有桩、无桩两者的经济性，若采用桩基，还要合理确定桩型，初步确定桩长。这一点若做好了，就为结构的优化设计打下了基础。下面以上海某６级人防车库为例，简单介绍一下基础方案的确定过程。

本工程为单建式全埋地下车库，建筑面积为４０００ｍ２。根据环境、绿化的要求，顶板考虑１．２ｍ厚覆土，车库顶板距室外场地地坪０．８ｍ，结构层高为３．８ｍ，则底板面标高距室外场地地坪４．６ｍ。

按常规思路，本工程设计抗拔桩最为经济合理，但地勘报告显示，拟建场地下密布大面积的一些多年前原有长３０ｍ的

４５０混凝土预制方桩，而且间距较密。如果忽略这些原有工程

桩按常规布新桩必然造成以后无法施工或施工困难；如果考虑施工方便，按压重法设计计算，则顶板需厚０．５ｍ，基础底板需厚

１．３ｍ，这样车库才能满足抗浮要求。

后对旧桩进行小应变检测，桩身质量基本完好。经计算比较，有选择地选用１０５根原有旧

桩，再补设２３ｍ长３００混凝土预制方桩９６根，以保证荷载重心、底板形心、桩形心三心基本重合，这时顶板只需０．２５ｍ厚、基础底板只需０．７ｍ厚（平板式）就可满足抗浮、

框架柱及桩对底板的冲切。本工程仅混凝土一项就节省约２６００ｍ３，为开发商节约了大笔资金。

１．２合理确定人防工程楼盖的设计方案

人防工程梁板的布置方案概括来讲有３种，即单向受力梁板体系（包括横向梁为受力主梁和纵向梁为受力主梁）、

双向受力梁板体系、无梁楼盖体系。通常，双向梁板、无梁楼盖结构型

式相对可降低层高，工程造价也较小。但这也仅是对常规情况下来讲，我们要根据每个工程的实际要求灵活确定采用单向梁板、双向梁板、无梁楼盖，这样才能做到相对经济合理。以上海某６级人防车库为例简单介绍一下顶梁布置方案的确定过程。

本工程为６级半埋式地下车库（见图１、２），横向柱网为

６．０ｍ、６．１ｍ、６．０ｍ，纵向柱网为８．０ｍ，因环境及绿化要求顶板考

虑０．５ｍ￣１．２ｍ厚覆土，车库顶板高出室外场地地坪０．９ｍ，在外墙上开有１５００×２５０的平时用采光窗（临战进行封堵）。考虑到场地条件限制，本工程不能埋置过深，本车库既已高出室外地坪，如果能采用较低层高，应该既可以满足建筑场地的要求，又可以不设或少设抗拔桩，比较经济。首先，考虑采用无梁楼盖肯定层高较低，但顶板需做到４５０￣５００厚，且配筋率较大；若采用双向梁板，则由于横向与纵向柱网间距相差较大，也不太经济；若采用横向梁为受力主梁，则由于纵向柱网较大，要想降低层高，需将双向梁上反，但容易造成后期绿化成活率问题。综合以上各种利弊，最终我采用了纵向梁为受力主梁的结构方案，这样顶板取２５０厚，底板取４５０厚（梁板式），纵向梁截面高度为

１２００，上反４００，纵向梁上每跨预留３个２００×１５０的排水孔，再

根据停车位的情况，每跨布３根横向次梁，次梁截面高度为５５０，全部下反

（主、次梁梁底平齐）。同时，给排水专业的喷淋头可以采用全上喷形式，解决了风、水管道交叉的问题，梁底净高

浅谈人防工程的结构设计

ＯｎｔｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＣｉｖｉｌＡｉｒＤｅｆｅｎｓｅＷｏｒｋ

相

武

（上海华东建设发展设计有限公司，上海２０００７０）

摘

要：文章对人防工程的结构设计做了简要的阐述，提出了人防工程结构设计中需注意的几个问题。

关键词：人防工程；配筋；延性比；材料强度中图分类号：ＴＵ９２７

文献标识码：Ａ

文章编号：１００７－７３５９（２００８）０２－０１１０－０３

ＸｉａｎｇＷｕ（ＳｈａｎｇｈａｉＥａｓｔＣｈｉｎａＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＤｅｓｉｇｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｉｖｉｌａｉｒｄｅｆｅｎｓｅｗｏｒｋ，ｔｙｐｉｃａｌｌｙｒａｉｓｉｎｇｓｅｖｅｒａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｓｈｏｕｌｄｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌａｉｒｄｅｆｅｎｓｅｗｏｒｋ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｄｕｃｔｉｌｉｔｙｒａｔｉｏ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ

图１地下车库剖面简图

顶板覆土

±０．０００

５００

２５０

５５０

顶板

通风采光窗

（临战封堵）

车库外墙

３２５０

２７００

建筑面层

１００

４５０

底板混凝土垫层

－３．２５０

－０．９００室外地坪２５０

安徽建筑２００８年第２期

（总第１５９期）１１０

只需２．６ｍ（一般需梁底净高２．８ｍ）即可满足各专业的要求，结构专业则减少了车库埋深而不需设抗拔桩，节约了工程造价。又因只有单向梁上反，可有效解决绿化的成活率问题。

１．３合理布置人防工程结构的伸缩缝及后浇带

一般认为，人防工程位于地下，温度相差不大，伸缩缝间距可适当放大。实际上，工程裂缝的出现除了与温差、混凝土的水灰比、施工养护等有关外，还与混凝土硬化过程本身产生的大量水化热有关。人防工程一般混凝土浇注立方量较大，产生的水化热也较多，因此《人民防空地下室设计规范》（ＧＢ５００３８－２００５）第４．１１．４条规定：人防工程设置伸缩缝间距应按国家现行有关标准执行（ＧＢ５００１０－２００２第９．１．１条规定：不应超过３０ｍ）。但人防工程设置伸缩缝受到防护单元的限制（防护单元内不宜设置沉降缝、伸缩缝），同时，若设过多的伸缩缝必然给防护单元间的临战封堵带来较大麻烦且增加工程造价，所以人防结构应根据工程的实际情况适当设置伸缩缝。若工期允许且建筑物较长时，可设施工后浇带（施工后浇带要避开人防口部）以解决混凝土产生的水化热和收缩产生的裂缝问题。若工期不允许且建筑物超长不多时，可设膨胀加强带，既可缩短施工周期和减少降水费用，又可有效解决混凝土本身收缩产生的裂缝问题。

２平时荷载作用下的裂缝及变形验算

笔者所设计的人防工程中，有的工程在施工或使用过程中出现了一些裂缝，这与商品混凝土的水灰比高、施工养护不周、野蛮堆载等多种因素有关，但有时也与结构设计人员的设计有一定关系。

一方面，说到人防工程，许多结构设计人员的首先反应是：人防工程荷载取值大，安全系数大得很，平时使用不会出问题，所以往往只进行战时承载能力极限状态下的验算，不注意平时承载能力极限状态下的验算。而实际情况是有时为平时状态的计算结果控制配筋。笔者经多个人防设计工程的总结与比较发现，有些情况下是平时状态控制的。如高层附建式六级人防工程，若连梁的跨高比小于等于４时，平时因考虑地震力的水平作用和连梁刚度折减，连梁为拉弯构件，所以配筋较大；而在战时荷载下，仅考虑竖向荷载作用，而梁的跨高比又较小，所以这种情况下一般是平时计算配筋大于战时计算配筋。又如六级单

建式地下车库，当车库顶板上有消防登高场地时，这时车库顶板平时活荷载要取２０ｋＮ／ｍ２或３５ｋＮ／ｍ２，这种情况下往往平时计算配筋大于等于战时计算配筋，而这时有些设计人员往往又忽略了平时工况的裂缝宽度验算，仅满足了承载能力极限状态的要求，故实际使用过程中很可能不满足正常使用极限状态的要求而出现裂缝，影响了车库平时的正常使用，并带来额外的费用开支。

另一方面，即使战时状态的计算结果大于平时承载能力极限状态的计算结果，也不能忽视对正常使用极限状态（如裂缝宽度）的验算。如六级单建式地下车库（基础底板较薄时），当我们进行基础底板验算时，往往战时计算配筋大于平时承载能力极限状态计算配筋，此时校核平时计算配筋进行平时裂缝宽度（正常使用极限状态）验算，则往往不满足《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５００１０－２００２）的要求。这说明，在这种情况下，基础底板应按正常使用极限状态的要求进行配筋。

３战时荷载作用下的受弯构件的延性比验算根据《人民防空地下室设计规范》（ＧＢ５００３８－２００５）第４．１０．３条的规定，结构构件按弹塑性工作阶段设计时，受拉钢筋配筋率不宜大于１．５％，当大于１．５％时，受弯构件或大偏心受压构件的允许延性比［β］值应满足以下公式：

［β］≤０．５／（ｘ／ｈ０），其中ｘ／ｈ０＝（ρ－ρ’）ｆｙｄ／（αｃｆｃｄ）

其中，ρ、ρ＇指纵向受拉钢筋及纵向受压钢筋配筋率。

由以上公式可做如下推算：假定我们采用ＧＢ５００３８－２００５中Ｃ３０混凝土和ＨＲＢ３３５级钢筋的强度，可以推算出当梁的受拉钢筋配筋率大于１．５％时，须加大受压钢筋配筋率，而不能按受压钢筋为受拉钢筋１／３的构造要求（ＧＢ５００３８－２００５第４．１１．９条），必须使梁的纵向受拉钢筋和纵向受压钢筋配筋率差大约小于１．０％时才能满足延性比的要求。这样就导致整个梁断面的配筋率很高，很不经济。所以要求我们设计人员在结构方案阶段就应合理确定结构构件的截面尺寸，保证大部分受拉构件的受拉钢筋配筋率不大于１．５％，避免出现为了使构件的延性比满足要求而必须加大受压区的钢筋配筋率的情况。但实际工程设计中，由于多方面因素的限制，许多受拉构件的截面尺寸受到限制，导致受拉构件的受拉钢筋配筋率大于１．５％。如忽略了结构延性比的验算，违背了规范“强柱弱梁与强剪弱弯”的设计原则，使结构构件不能在最终破坏前较好地发挥延性。

４战时荷载作用下材料强度的提高

人防工程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。人防结构的极限状态承载力计算中，混凝土、钢筋的强度设计值分别采用动力强度设计值ｆ

ｃｄ

、ｆｙｄ。

ｆｄ＝γｄｆ（ＧＢ５００３８－２００５第４．２．３条）

其中：ｆ

ｄ

——

—动荷载作用下材料强度设计值

ｆ——

—静荷载作用下材料强度设计值

γｄ——

—动荷载作用下材料强度综合调整系数（均≥１．２０）

按ＧＢ５００３８－２００５表４．２．３采用

以Ｃ３０混凝土和ＨＲＢ３３５级钢筋为例，γ

ｄ

分别等于１．５０和１．３５，可见材料强度分别提高５０％和３５％。

但在实际的人防工程结构设计时，如只重视材料强度的提高而忽视了某些情况下材料强度提高后的折减，为建成的人防工程留下了安全隐患。《人民防空地下室设计规范》（ＧＢ５００３８－２００５）

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相武浅谈人防工程的结构设计

第１５卷第２

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