1、人防地下室建筑设计浅析摘要：文章从主体结构与孔口防护设计的角度对人防地下室建筑设计的相关特征与设计基本原则进行了阐述，且就人防荷载的确定、荷载组合和内力的分析、孔口防护和平战转换方面提出了一些建议与思想。 关键词：人防地下室建筑；设计孔口；防护人防荷载 中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号： 根据我国防空法规定，人民防空就是在某些特定时期，通过对广大人民群众进行组织及动员，防范敌人的空中袭击，尽最大程度的降低危害。一般习惯上简称人民防空工程为“人防工程” ，即在战时根据战争指挥、物资存储及医疗救助的需要进行修建的防护建筑。其中人防地下室是与地面建筑相结合且具有较好的防护能力的地下建
2、筑。地下室在进行人防设计时需要注意平战结合，解决建筑功能的大空间要求与结构设计有限之间的内在冲突，就如何平衡两者之间存在的矛盾，本文结合实际工程中的施工经验进行简单的介绍。 1 人防建筑设计的特点 1.1 对于核武器及常规武器的爆炸荷载，这些荷载具有一次性、快速性、偶然性的特点，且衰减现象很严重，在进行结构设计时针对该荷载的作用效果只需考虑一次即可，钢筋混凝土构件通常在一定范围内是允许开裂的，所以构件的安全性不高，在加权时期分布系数则取 1.0 左右比较合适。 1.2 核弹及常规炸弹的破坏力随着与爆破点距离的增加而逐渐减弱，其能量在传递时遇到高层建筑或多层建筑都有着一定的衰减，在进行设计时需要
3、考虑到这种特性。 1.3 荷载的组合应满足战时和非战时的工作要求。 1.4 钢筋混凝土结构构件设计时需要考虑其产生的一定塑性变形，特别是超静定的钢筋混凝土结构，需要注意在构建产生塑性变形时其内部的应力分布也会随之变化。 1.5 材料在人防荷载作用下其强度会增强，但是诸如塑性性能等变形性能则变化不大，这提高了结构的稳定性，在设计时可通过调整材料强度系数体现。 1.6 在暴动荷载瞬时作用下，地基一般情况是不会失稳造成结构破坏的，所以在进行结构设计时无需对地基承载力以及变形情况进行验算。需要注意的是对于甲类防空地下室的桩基则需要对上部承重墙、柱所传来的爆炸动荷载效应进行构件强度的验算。 2 人防荷载
4、及荷载组合的确定 人防地下室建筑设计一般包括主体结构设计和孔口防护设计。主体结构设计是由顶板设计、外侧墙设计及地板设计等组成，孔口防护设计是由譬如门框墙设计、防密闭门的选取等出入口防护和消波系统组成的。人防地下室建筑设计考虑的首要因素就是如何对空气冲击波进行有效的抵抗。在核武器在半空中发生爆炸时，其带来的冲击波首先迅速压向地表，进而形成反射冲击波。由于反射波在形成后空气的密度、温度都已经发生变化，其传输的速度较之入射波更快，反射波面波峰遭遇到后续入射波的波峰后则会形成合成波，合成波能力很大，其传播方向或平行与地面形成横波，或垂直于地面形成竖波。抵抗能力较弱的防空地下室所受到的冲击波就是合成波。
5、地下室的顶板通常受到地面冲击波负压或超压影响；而当空气冲作用于地表时，压迫土体并使其产生运动，上层土体受压后连续向下以及四周传递，遇到压侧壁和地板受阻，也会产生动压、负压效应，这是侧壁、地板的受力模式。就防护等级为六级的、全埋式现浇钢筋混凝土人防地下室的工程为参考，其各部位等效静荷载取值如下。 顶板:第一层的外墙为厚度 180 毫米的实心砖墙，开孔面积达到一半以上，所以忽略了地面空气冲击波超压影响。取等效静荷载标准值q=60kN/ 侧墙:作为剪力墙结构应计入上部建筑物对地面空气冲击波超压值作用效果。一般地下室侧壁等效静载荷标准值 q=40kN/。 底板:由于本案例工程所采用的基础是桩基础，爆炸
6、荷载作用于顶板时，应力随板、梁、柱传至桩上，但是最初设计时忽略了产生的地基承载力和地基变形是由桩与底板共同分担的。所以与平时荷载作用下因桩不均匀沉降而产生的底板受力相比不起控制作用，可以忽略。 门框墙:通常是由直接作用于墙上的荷载以及门窗的等效静荷载组成。 临空墙:根据工程实际应用情况以及相关规范取等效静荷载标准值为 130kN/。 隔墙:隔墙种类不同其设计压力也不同，对于相邻防护单元间隔墙，其设计压力值一般为 50kN/；对于六级人防地下室和普通地下室相邻时，其普通地下室隔墙压力值选取为 90kN/，其它的防护设备如防爆波活门、防护密闭门压力值则根据相关规范进行选取。所有荷载确定后可以进行结
7、构计算工作。 人防地下室根据防护等级的需要可以分为甲类和乙类，甲类可以承受核武器与常规武器的爆炸荷载作用，其受力组合模式可以按照、条规定的荷载组合的最不利情况进行设计；乙类则只能承受常规武器爆炸荷载作用，对于核爆炸防护作用无效，其受力组合模式可以按照、条规定的荷载组合的最不利情况进行设计；作用在人防地下室建筑上的荷载是由上部建筑物自重、地下室自重、水压力、土压力以及爆炸荷载等组成的，结构设计需要根据实际情况进行荷载组合的选取。荷载组合时上部建筑物自重标准值的确定是首要任务。人防地下室在等效静载荷和静载荷确定后即可按照静力学对其结构进行计算分析。 3 孔口防护和平战兼顾 孔口防护是地下室人防工程
8、的重要组成部分，总共有三部分设计，首先是防护密闭门的设计和消波系统的设计，其次是门框墙、临空墙的设计，最好是一些其它构件的设计。包括开敞式通道、风井、防倒塌棚架以及相邻单元之间的隔墙设计。需要注意的是后两条的相邻单元之间的隔墙的计算模式可以看作普通墙体处理，计算其内力和配筋。门框墙的设计模式则与悬臂梁相似，但是不同的是平时出入的通道可能比较宽，但是在战时则比较窄，这种特点造成了悬臂长度过长，水平受力过大。则可以在不影响使用功能的情况下增加受力柱，改变门框墙的受力模式。风井设计时的荷载主要是土压力，由于空气冲击波和土压力不会同时对风井进行作用，所以设计时空气冲击波荷载不作主要考虑。开敞式通道设计
9、荷载主要是土测压力，由于核爆动荷载和其之间也存在时间间隔，所以不考虑同时作用的情况。关于防护密闭门与消波系统的设计情况一般式是，空气冲击波临近入口通道时，及时通道出入口具有一定的缓冲作用，但是在墙体和门的反射下，冲击波在通道的总作用效果还是远远大于空气中普通冲击波压力的，一般是后者的 3 倍左右。为了便于工程相关设计人员进行操作，我国对防密门进行了行业规范标准化，工作人员只需按照压力及门洞的情况就可以很方便的选取合适的防密门 由于为空气冲击远远大于波滤毒通风设备所能承受的允许压力，然而若防护措施与主体抗力适应性不足则会很大的削弱工程整体上的防护能力，这就促使了消波系统的产生。消波系统一般情况下
10、是由防爆波活门和扩散室组成，防爆波活门的选用和扩散室各部分尺寸可以根据相关规范进行选取。消波系统设计的主体思想就是“以堵为主，堵消结合” 。首先通过防爆波活门阻挡大部分冲击波，其次那些通过活门孔进入的少量冲击波则在扩散室的扩散膨胀作用下压力逐渐降低，最终保证冲击波进入内部时的压力符合预先规定的要求。 扩散室前墙是临空墙，安装的是悬板活门墙面，墙面所承受的荷载及活门传递的荷载可依照临空墙荷载标准进行取值，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。所谓的“平战结合”就是指在和平时期和发生战争时都可以满足一定的需求，实现平战兼顾。人防工程作为战时在遭受敌袭击时保障人民群众生命安全以及其它
11、功能的建筑物，与其他建筑物存在很大的差异性，其承受的荷载远远大于一般建筑结构。这也决定了设计时跨度必须尽量减小，各种通道的宽度也尽量缩小，具体的定量数据则需参照规范和实际应用条件进行综合确定。 4 结语 结合多年的实际工程施工经验，人防地下室的设计的主要目标就是防空地下室在规定的设计使用年限内可以满足平时所需的一些基本功能。人防地下室设计作为一项协调性、综合性及技术性要求很高的工作，它包括结构、电气、通风、暖通、给排水专业的相互配合以及建筑专业本身的设计自我完善，牵涉到与政府主管部门及业主的沟通协调，平时使用的合理性、经济性和舒适性，战时转换的实时性和安全性等一系列问题。地下室人防设计人员必须对社会实际需求和项目的具体情况做到统筹兼顾，对人防地下室的技术进行创新，这样才能创造出同时满足社会需求和战备功能的高效益的地下室人防工程。 参考文献 1 GB 50038-2005 人民防空地下室设计规范S 2 FJ 01-03 防空地下室建筑设计S 3 张剑芳,王中泽.某工程人防地下室结构设计的若干问题的探讨M.国外建材科技, 2006,27(3):7577. 4黄晓霞.下室人防结构设计探讨J.沿海企业与科技,2006,9:147149.
