1、防空地下室结构设计中应注意的几个问题摘要：本文从人防荷载的确定、荷载组合和内力分析、截面设计及主要构造规定等方面入手,总结了结构设计中常见的问题和注意事项。 关键词：防空地下室；结构设计；注意事项 Abstract: this article from the load of the civil air defence is sure, load combination and internal force analysis, design and main construction section of the provisions, and summarizes the structura
2、l design of the common problems and the matters needing attention. Keywords: air defense the basement; Structure design; note 中图分类号：TU92 文献标识码： A 文章编号： 防空地下室结构设计的主要内容包含两方面: 一是主体结构设计, 包括顶板、外侧墙、底板等构件的结构设计, 二是口部防护设计, 包括出入口的防护和消波系统(防护设备) , 其中出入口的防护包含防护密闭门的选用, 门框墙、临空墙的计算, 出入口通道(包括风井)的计算等几个方面, 而消波系统则包含防爆破
3、活门的选用和扩散室的设计。以下对防空地下室结构设计谈几点体会: 1 人防荷载的确定 人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当武器在空中爆炸时, 冲击波传播到地表形成反射冲击波；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；当反射波阵面终于赶上入射波阵面后, 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(即地面冲击波)。防空地下室的顶板一般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, 因空气冲击波作用于地表, 压迫
4、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。 为方便计算, 规范给出了常用结构的等效静载值供选用,主要包括: 顶板等效静载、侧墙的等效静载、底板的等效静载、出入口通道上的等效静载、封堵构件上的等效静载以及主要出入口上开敞式防塌 棚架的等效静载,这些等效静载均可按相应条件查表得出, 也可按公式计算得出。 2 荷载组合和内力分析 作用在防空地下室结构上的荷载, 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, 规范中对防
5、空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中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: 一是对于甲类防空地下室结构应分别考虑平时使用状态的结构设计荷载、战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用以及战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用这三种组合, 取最不利的组合进行设计。二是上部建筑物质自重标准值的确定, 规范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。 3 截面设计和主要构造规定 (1)防空地下室结构在满足设计抗力的前提下, 对于钢筋混凝土结构构件
6、应采用“强柱弱梁(弱板) ”和“强剪弱弯”的设计原则进行设计。 (2)结构构件按弹塑性工作阶段设计时, 受拉钢筋的配筋率不宜超过1.5% 。当必须超过时受弯构件或大偏心受压构件的允许延性比应符合相应的规定。 (3)受弯构件应采用双面配筋。双面配筋对承受核爆动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下的构件坍塌十分重要。 (4)应特别注意在梁、板、柱的节点区应有足够的抗剪、抗压能力和足够的钢筋锚固长度。 (5)双面配筋的钢筋混凝土板、墙体应设置梅花形排列的拉结钢筋, 拉结钢筋长度应能拉住最外层受力钢筋。 (6)防空地下室砌体结构部分应满足相应的构造要求。 4 设计中应注意的几个问题 (1)顶板外露
7、问题。当上部建筑为钢筋混凝土结构的甲类防空地下室时, 其顶板底面不得高出室外地平面；上部建筑为砌体结构的甲类防空地下室,其顶板底面可高出室外地平面, 但必须符合相应的规定。通常情况下, 对于上部建筑为钢筋混凝土结构的甲类防空地下室, 其顶板厚度都是250mm,而当室内外高差为 300mm 时, 就不满足规范要求。针对这个问题, 可以通过一些建筑做法予以避免。 (2)人防板或无梁楼盖的计算弯矩可以折减,由于受弯构件的横向变形受到约束时, 将产生面内力效应, 从而会提高构件的抗弯能力。为计算简便,在计算内力时不直接考虑面内力效应的有利作用,而对跨中截面的计算弯矩予以折减。 (3)混凝土外墙计算模型
8、。通常情况下, 外墙计算模型为单向板,下固端,上简支。而实际工程中计算模型的上端还是存在弯矩,所以该连接处仍应满足相应的构造要求,尤其是上端弯矩较大的情况下 。顶板大开口导致墙顶形成自由端的情况。如室外楼梯间、车道的无盖板段, 墙顶均为自由端。对于室外楼梯间处的外墙处理方法为: 加大梯板及休息平台板厚及加大配筋,这样外墙的支撑条件可以善；另外, 车道无盖板段设计时尽量减小墙高,在满足车道入口最低净高基础上, 尽量让顶板往外延伸些。因此, 对于不同的情况, 应认真分析并合理地选择计算模型。 (4)防空地下室战时非主要出入口, 除临空墙外, 其它与防空地下室无关的墙、楼梯踏步和休息平台等均不考虑核
9、武器爆炸动荷载作用。而战时主要出入口一个单元设置一个, 即为带简易洗消间或淋浴洗消的出入口。 (5)关于桩基的设计。对桩身强度计算要考虑传到桩上的人防等效静载, 但桩的混凝土及钢筋的强度要提高; 而确定单桩承载力计算不考虑人防荷载。 (6)钢筋混凝土结构中钢筋材料的选用。一般情况下 HRB335 级与HRB400 级这两种钢筋较常用, 但当人防荷载起控制作用时, 两者在动荷载作用下材料强度设计值比较接近(HRB335 级、HRB400 级钢筋的d 分别为 1.35300= 405MPa、1.2360= 432MPa), 因此选用 HRB335 级比HRB400 级钢筋较经济些。 (7)对于甲类
10、防空地下室, 设计人员有时可能习惯认为人防是由核爆动起控制作用, 但并不尽然,例如: 顶板底面高出室外地面的常 5、常6 级防空地下室, 其外墙在弹塑性工作阶段设计时, 其等效静 载标准值 qce2 均较核爆动大； 出入口临空墙的等效静载标准值、直接作用在门框墙上的等效静载标准值在室外直通式及室外单向式,当其L(L 为室外出入口至防密门的距离)5m 时, 常规武器爆动等效静载标准值均较核爆动等效静载标准值大。所以设计时应着重注意 。 (8)门框墙悬臂过长时, 可通过增加暗柱或暗梁、壁柱或壁梁, 减小悬臂长度来解决。 (9)地下室净高。防空地下室的室内地平面至梁底和管底的净高不得小于 2.00m
11、；室内地平面至顶板的结构板底面的净高不宜小 2.40 m。 5 结 语 人防地下室的结构设计相对较烦琐, 既要考虑平时工况又要考虑战时工况, 还要兼顾经济性与合理性。防空地下室设计不仅是纯粹功能性的解决,它还包括结构、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, 同时还牵涉与业主和政府主管部门的协商沟通等, 因此需要设计者不断地总结相关技术问题。但目前关于防空地下室的设计规范、参考文献和商业软件也在不断完善, 如果能灵活应用, 同样可以达到事半功倍的效果。 参考文献 1 曹继勇, 张尚根.人民防空地下室结构设计M .北京: 中国计划出版社, 2006 2 GB 50038-2005 人民防空地下室设计规范S . 3 卓毅刚.人防地下室结构设计经验总结 J .广东建材, 2009 4 李永国.板柱结构甲类防空地下室结构设计J.结构工程师,2009
