人防結構設計方面的幾個要點

摘要：本文探討了人防結構設計的特點、原則、關鍵點、體會等內容，僅供與同仁交流。

關鍵詞：人防結構設計，特點，原則，關鍵點，體會

人防工程結構設計，主要內容包括：防空地下室防護類別及抗力等級的確定、防空地下室荷載取值、組合及內力分析、防空地下室主體結構的計算設計、防空地下室口部設計、防空地下臨戰轉換設計、防空地下室構造設計等內容。其他的要點，還有：

1.人防結構設計：特點

1.1人防地下室水平荷載作用及變形特征

（1）風荷載計算均扣除地下室的高度。地下室是否約束、約束的程度與風荷載計算無關。（2）設計設定地下室部分的基本風壓為零；在地上部分的風荷載計算中，自動扣除地下室部分的高度，地下室頂板作為風壓高度變化系數的起算點。結構在地震作用下的反應受地下室外的回填土約束程度的影響。（3）由地下室質量產生的地震力，主要被室外的回填土吸收。

人防工程結構設計均按非直接命中計算，所受爆炸動荷載屬于偶然性荷載，具有量值大，作用時間短且不斷衰減等特點，這就造成了結構加速度大，引起結構不斷振動，結構構件所受力不斷從正面到反面交換變化，正是基于此，人防構件（比如人防頂板、人防墻體、人防主要出入口樓梯）強調雙層雙向配筋和設置拉結筋的構造要求。

1.2人防地下室豎向荷載作用及變形特征

對于一般結構而言，地下室外的回填土約束對豎向荷載作用幾乎沒有影響。當地下室出現懸挑結構，則地下室外的回填土約束對豎向荷載作用有一定影響。所以，地下室不應有懸挑結構。首選地下室與上部結構整體分析。因為豎向變形的協調是非常重要的。當地下室體量、面積很大時，與上部結構所占面積差異太大，如超大地下室、底盤等，此時可以根據上部結構的底面積取外伸2-3跨作為地下室，并與上部結構共同分析。

1.3平時功能和戰時功能的兼顧性

防空地下室設計必須貫徹“長期準備、重點建設、平戰結合”的方針，在平面布置、結構選型、通風防潮、給排水和供電照明等方面，應采取相應措施使其在確保戰備效益的前提下，充分發揮社會效益和經濟效益。平時功能要求各建筑分區連通、連貫，洞口較多，而戰時功能要求防護密閉性，各洞口必須密閉。這要求平時用的洞口，結構設計時必須采取相關技術措施，確保其在戰前能快捷、安全地實現平戰轉換，滿足工程戰時的防護密閉要求。

2.人防結構設計：原則

人防工程依據其對沖擊波的防御能力可分為四個抗力等級：6級、5級、B4級和4級。其中4級防御能力最強，等級最高。B4級僅次于4級。按照人防工程“長期堅持、平戰結合、全面規劃、重點建設”的建設方針，必須使結構設計做到安全可靠。設計荷載應全面考慮動荷載以及土體作用力、水壓力、結構自重靜荷載及地震荷載的作用，人防工程抗力等級是按照抗核爆炸沖擊波超壓的大小來劃分的。

3.人防結構設計：關鍵點

3.1主體結構設計

主體結構包括人防基礎、人防底板、人防墻（柱）及人防頂板等外圍結構。目前許多專業建筑結構軟件技術成熟，只要在結構模型上輸入正確的等效靜載，就能計算得出人防基礎、底板（梁）、頂板（梁）的配筋值。需要說明的是，荷載組合和內力分析是基于戰時極限承載能力狀態，規范也注明了防空地下室戰時應驗算結構承載力，對結構變形、裂縫開展不進行驗算。但是，人防地下室一般埋深較深，地下水豐富，平時使用時對變形及裂縫要求較高，戰時荷載比平時荷載大得多，戰時極限承載能力滿足平時極限承載能力要求，戰時[β]=3，而平時的正常使用極限狀態[β]≤1，基于此，筆者建議，在用戰時荷載與靜載組合驗算主體結構的極限承載力前提下，用平時荷載驗算外圍結構（對防水防潮要求高部件）的平時使用極限狀態，確保防空地下室平時的正常使用。

3.2結構構造設計

由于人防工程結構固有的振動性、塑性、防護密閉性等特性，人防工程的執行的構造要求比普遍工程要嚴格得多，只有這樣才能保證戰時功能要求。設計上主要出現的問題可以歸納為：（1）結構構件厚度達不到最小厚度要求。有些設計人員只注重于結構計算，一旦計算通過就認為萬事大吉，結構計算通過只保證結構受力的安全性，殊不知人防工程還有防早期核輻射的功能，只要同時滿足于結構計算和防早期核輻射的構件厚度，才是安全的構件厚度。 （2）結構變形縫的設置。有些設計人員只考慮到地面建筑結構規范上的要求，隨意在人防地下室中設置各種縫忽略了人防地下室內不可設縫的要求，造成人防工程的戰時防護密閉性得不到保障；（3）由于人防地下室振動性及塑性，防空地下室鋼筋混凝土結構構件，其縱向受力鋼筋的錨固長度執行比一般工程的要嚴格，Laf=1.05La ；（4）由于人防工程的振動性，雙面配筋的鋼筋混凝土板（配筋率較低的底板除外）、墻體規劃要求設置梅花形排列的拉結鋼筋，直徑大于等于6mm，間距小于等于500mm；（5）由于防空地下室的防護密閉性，結構后澆帶的設置要避開人防口部房間，人防口部房間盡量一次澆注，一次成型。

3.3人防口部結構設計

人防口部結構設計包括門框墻配筋、臨空墻、密閉墻、擴散室墻體、人防門扇（有標準圖集，只需選用），各種豎井壁、車道、人防主要出入口樓梯等的配筋。人防口部是人防結構工程的薄弱部位，所受荷載力很大是人防結構設計的重點內容，弄清楚各部件的受力狀態是關鍵。

人防門框墻按懸臂構件來考慮，其上除了作用有核爆均布荷載外，還有門扇上傳來的線集中荷載。這兩個荷載很大，為了改善其受力狀態，當門洞邊墻體懸挑長度大于1/2倍該邊邊長時，宜在門洞邊設梁或柱。應該注意到，人防門框墻主要承受水平力作用，受力筋應按是懸臂構件來設置，而在用一些專業軟件建模計算時，將門框墻體按短肢剪力墻進行計算，導致人防門框墻水平鋼筋成了約束邊緣構件筋，這是不對的。

人防墻體（包括外圍護墻體、臨空墻體、擴散室墻體、防護單元間墻體）一般按下端固結，上端鉸支，左右兩邊自由的單向板進行計算。只要截面厚度符合規范要求，荷載取值正確，一般不會出現大多問題。

在對各種豎井壁配筋計算時，許多人認為井壁側壓力與爆炸荷載同時作用，而爆炸荷載比側壓力大得多，所以井壁截面計算應以爆炸荷載考慮為主。其實經過土壓的傳播，側壓力與爆炸荷載有個時間差，計算配筋時只需考慮在側壓力作用下，豎井壁安全就行了。

車道和人防主要出入口樓梯配筋計算。作為戰時主要出入口，戰時有人員和車輛的出入，車道和出入口樓梯應按人防荷載計算和相關的構造措施。

3.4臨戰轉換結構設計

人防工程要平戰兼顧，為了滿足平時要求而大量設計洞口的臨戰轉換是不可取的。臨戰轉換有技術上及時限上的要求，所以規范規定“采用平戰轉換的防空地下室，應進行一次性的平戰轉換設計。實施平戰轉換的結構構件在設計中應滿足轉換前、后兩種不同受力狀態的各項要求，并在設計圖紙中說明轉換部位、方法及具體實施要求。”每個防護單元的臨戰轉換不宜超過兩個。再次要分受力方向各類型，臨戰轉換一般分為單元外及單元間兩種類型，對于單元外類型的，預埋構件應設在受力的外側方，而對于單元間類型的，由于相鄰兩個防護單元受到破壞的機率相同，兩外受力的機率也相同，所以預埋件一般在兩防護單元間洞口的中央設置。

4.人防結構設計：體會

人防地下室的結構設計既要考慮平時工況又要考慮戰時工況，且目前電算軟件功能都不是很完善，需要更深入地研究人防結構設計的技術問題，總結設計經驗，提高設計水平。地下室人防工程設計不是純粹功能性的解決，它包括結構、通風、電氣、給排水間專業的配合協調和建筑專業本身的設計優化，牽涉與業主和政府主管部門的協商溝通，平時使用的經濟性、合理性和舒適性，戰時轉換的便捷性和安全性，一個綜合性很強的設計。