人防地下室結構設計探討

趙玉潔 隋承煥

摘要：隨著城市化規模的推進，越來越多的高層建筑、大型建筑群、綜合體成了城市建筑的主角，而城市高層建筑的設計不可避免的涉及到人防設計的問題。以下就人防地下室結構設計涉及的原則及設計要點進行了探討。

關鍵詞：人防地下室；結構設計；問題；對策

人防地下室是為戰時服務，具有預定戰時防空功能的特殊地下建筑，與普通地下建筑相比較，其使用對象、條件、要求均有明顯差別，從而在設計原則、設計標準和處理方法上，均與普通地下建筑不同。本文對人防地下室的結構設計進行了探討，并給出了解決方案。

1人防工程概述

人防工程即人民防空工程，是根據國防的需要，動員和組織群眾采取防護措施。它具有預防和減少空襲危害的作用，除了采取人員疏散措施外，也是戰時防空中最重要的措施之一。防空地下室結構設計的主要內容包含兩方面：一是主體結構設計，包括頂板、外側墻、底板等其它構件的結構設計；二是孔口防護設計，包括出入口的防護和消波系統的防護設備，其中出入口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道包括風井的計算等幾個方面，而消波系統則包含防爆破活門的選用和擴散室的設計。

2人防結構設計的原則

（1）平戰結合，取控制條件，一般按5級或6級人防設計標準進行民用建筑人防地下室的結構設計，按戰時的標準來設計結構的頂板，并根據地下室的結構型式來進行墻板和底板的設計。若平時使用要求與戰時防護要求不同，則需采取措施實現平戰功能轉換。（2）可用等效靜載法簡化考慮人防荷載作用，并將其拆開為單個構件進行計算。（3）只進行強度的驗算，因在人防荷載作用下，已用允許延性比來控制結構構件變形極限，并且確定允許延性比時已考慮了對變形的限制，故人防結構設計中無須對結構構件的變形與裂縫進行單獨驗算。（4）人防地下室墻、柱等承重結構，應同地面上部的承重結構相協調，二者強弱相差不能過大，以使地面建筑物的荷載能夠順利傳遞到地基上。（5）做好各部件的協調，防止設計控制標準不一致而導致結構的局部破壞，使得建筑的整體防護作用降低。

3人防工程的設計要點

3.1基礎設計

進行人防工程設計的過程中，我們要對其結構的可靠性和承載力進行具體的分析和計算，保證計算的準確性，同時要對建筑建設的經濟性進行考慮，這樣可以對人防的基礎結構進行確定。進行設計的過程中，為了保證結構的安全性，要對出現核彈爆炸情況下人防結構的承載力進行計算分析，但是由于核彈爆炸的時間比較短，因此對地基的變形、裂縫、承載力等情況無法進行實際的驗算。雖然人防結構的靜荷載比較大，但是作為控制質量的結構條件，要根據具體的設計條件進行分析，保證其存在的各項系數的準確性。人防工程的具體設計要根據實際的情況而定，和平年代的人防工程的功能無法得到最大程度的發揮，但跟普通的建筑并不相同，進行設計的過程中，要根據相應的荷載承受力進行具體設計，保證工程設計的質量和投入使用功能的發揮。

3.2構造設計

人防工程的建設中，需要的荷載比較大，其結構要承受核彈爆炸等產生的巨大的沖擊，因此進行構造設計的過程中，要根據具體的防御系數，對結構的材料、構件質量的最小要求進行具體的規定，保證其在普通功能發揮的基礎上，能夠發揮人防工程自身的功能。地下人防工程結構構件的截面尺寸往往比較大，因此，在進行配筋設汁時，應該注意避免出現配筋率小于最小配筋率的情況，以防止結構物在荷載的作用下產生脆性破壞，出現突然壓潰現象。地下人防工程的板、墻等都應該采用雙面配筋，并且按照規范要求設置梅花形拉筋，確保構件在震動狀態下鋼筋與混凝土結合良好，共同受力。地下人防工程不宜在防護單元內設置沉降縫、伸縮縫。因為，要想讓這些縫又能夠陽止抵抗巨大的沖擊力又能起到其自身的功能幾乎是不可能的。應該在室外出入口和主體結構想連接的位置設置沉降縫。

3.3平站轉換設計

人防地下室結構的設計要堅持“平站轉換”的原則，戰時可作為掩護和疏散群眾的場所，這要求人防地下室結構要具有很強的荷載能力，很高的密閉性，因而在人防地下室結構設計中要縮小結構跨度、減少各種孔口。但和平時期人防地下室也要具有交通、商業等服務功能，上述設計原則不利于人防工程的平時使用。對此，應參考《人防工程防護功能平戰轉換設計圖集》，本著轉換簡便、迅速、靈活，平展用途相近，一次設計兩步社工，保證兼容性的原則進行結構設計。

4地下室人防結構設計中的問題

關于人防地下室凈高的問題。地下室平時的功能大多是車庫、地下商場、地下游樂設施等，平常使用時荷載較小且大多具有大空間的要求。但是人防作戰時遭受敵襲擊時應作為保障人民生命安全的一種具有特殊功能要求的建筑物，需要承受的荷載較一般結構大幾十倍至數百倍，并且具有較高的密閉要求，減少并縮小直通外部的各種孔口，這些不同功能空間的層高及凈空要求可能給平時使用造成諸多困難。在設計實踐中，曾經采用反梁的做法，但是這種做法會造成地下室頂板上排水方式的復雜性，可能造成專業間無法解決的矛盾。如何協調兩種狀態下不同的使用要求，成為在人防設計中的重點和難點。在經過很多結構類型的嘗試后，考慮到人防的抗力要求高，最終選定了采用無梁樓蓋這種形式作為人防地下室的首選的樓板形式。

防荷載的確定。地下室人防改造結構設計的主要內容包含兩方面：一是主體結構設計，包括頂板、外側墻、底板等其他構件的結構設計。二是孔口防護設計，包括出入口的防護和消波系統（防護設備），其中出入口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道（包括風井）的計算等幾個方面。人防地下室結構設計主要考慮抗空氣沖擊波。當核武器在空中爆炸，沖擊波傳播到地表時，形成反射沖擊波。因反射波是在被入射波壓密和加熱過的空氣中傳播、且壓力又高，所以反射波的傳播速度要比入射波快，當反射波波陣面終于趕上入射波波陣面后，則匯合成為單一的沖擊波，即合成波。合成波波陣面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向傳播的，對抗力等級較低的防空地下室來說，所受的沖擊波即為這種合成波（即地面沖擊波）。防空地下室的頂板一般就直接承受地面沖擊波的超壓和負壓作用，而對于側壁和底板，因空氣沖擊波作用于地表，壓迫土體并使其產生運動，上層土體受壓后連續向下傳遞壓力（這種土體的壓縮狀態由上向下逐層傳播過程稱為土中壓縮波的傳播），當遇到側壁或底板的阻擋后，則會產生超壓、動壓和負壓作用，這就是側壁和底板需考慮的問題。

結語

總之，在城市地下空間開發利用進程中，應結合城市建設，積極推進人防工程建設進程，實現高技術局部戰爭對現代人防的要求。作為工程技術人員要不斷加強對城市地下工程的改造設計和施工技術的研究，加強防水、防火、防護等防災技術的研究，并創造條件，加以改造，提高地下空間的生活質量。

參考文獻

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（作者單位：1大連鴻華設計有限公司；

2大連新日設計發展有限公司）