人防結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

李建宇

（山西省人防建筑設(shè)計研究院，山西太原 030013）

0 引言

在建筑行業(yè)的發(fā)展過程中，人防工程一直是人們重點關(guān)注的工程項目，而人防結(jié)構(gòu)設(shè)計會對人防工程戰(zhàn)時功能的實現(xiàn)造成直接的影響，一旦人防結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致人防工程建設(shè)無法正常進行。在建筑工程的建設(shè)過程中，為了滿足戰(zhàn)時需要，必須按照人防工程建設(shè)管理條例的規(guī)定修建人防工程，與其他工程項目相比，人防工程對施工單位、設(shè)計單位及監(jiān)理單位提出了更高的要求，尤其是在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)顯著提高，只有準(zhǔn)確把握人防結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)，才能更好地滿足人防結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。因此，為了保證人防工程建設(shè)順利進行，必須充分重視人防結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，全面掌握人防工程的各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確把握人防結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)，妥善解決人防結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題，才能有效提高人防結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，更好地滿足人防工程建設(shè)要求。

1 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

在人防工程建設(shè)過程中，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)揮著十分重要的作用，如果存在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的情況，就可能導(dǎo)致后續(xù)施工無法順利進行。對于社會發(fā)展而言，人防工程的施工質(zhì)量會帶來深遠(yuǎn)的影響，只有不斷提高人防結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，才能保證人防工程的施工質(zhì)量滿足相關(guān)要求，更好發(fā)揮自身作用。因此，施工單位必須充分認(rèn)識到人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性，了解人防工程各個構(gòu)件的特殊構(gòu)造要求，再將更多的精力投入這部分工作中，不斷提高人防工程的整體水平。

2 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

在人防工程建設(shè)中，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計具有以下兩個方面的特點。

2.1 復(fù)雜性

與一般建筑工程相比，人防工程的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，因此，人防工程對于結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求，在一定程度上增加了設(shè)計工作的難度。這是由于人防工程不但需要承擔(dān)上部建筑傳來的靜荷載，而且還需要承擔(dān)常規(guī)武器、核武器爆炸動荷載的兩個作用。在一般建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，關(guān)于構(gòu)件承載力的設(shè)計，只需要滿足建筑結(jié)構(gòu)帶來的最大荷載，但是在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要建筑結(jié)構(gòu)可以承受常規(guī)武器或者核武器產(chǎn)生的振動以及爆炸動荷載作用，因此具備復(fù)雜性的特點。

2.2 多重性

在和平年代，人防工程需要發(fā)揮其防患于未然的作用，在和平的形勢下做到未雨綢繆，時刻做好戰(zhàn)時準(zhǔn)備。然而，只將人防工程作為戰(zhàn)時準(zhǔn)備，將會造成一定的資源浪費，尤其是目前城市地下空間緊缺，有效地提高城市地下空間利用率才能滿足城市發(fā)展的需求。為了充分發(fā)揮人防工程的重要作用，在進行人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，需要保證其能夠滿足多重標(biāo)準(zhǔn)，不但要具備人防設(shè)施的屬性，而且能夠作為正常建筑使用。因此，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計通常需要進行疊加設(shè)計，在滿足戰(zhàn)時需求的基礎(chǔ)上還需滿足建筑的平時功能，有利于提高城市空間利用率，滿足城市發(fā)展的需求。例如，在進行空間設(shè)計時，需要重點分析人防工程的人數(shù)承載能力，保證戰(zhàn)時容納人員數(shù)量，并且還要分析和平時期人防建筑的功能性。由于人防工程具有多重性的特點，因此大幅度增加了人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，設(shè)計工作中需要滿足不同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，需要引起足夠的重視。

3 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要求

對于人防工程而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足以下5 個方面的要求。

3.1 材料性能設(shè)計要求

甲類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載的作用，乙類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載的作用。對常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，設(shè)計時均按一次作用。人防爆炸動荷載最突出的特點是持續(xù)時間短，一般發(fā)生在幾毫秒的時間內(nèi)，隨后會隨著時間的推移而減弱，為了保證人防工程可以承受爆炸動荷載，需要選擇合適的材料。與靜載荷相比，材料在承受動載荷時會發(fā)生力學(xué)變化，因此，在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要分析構(gòu)件材料中承載能力及可靠性等指標(biāo)，并進行相關(guān)驗證，確定材料的性能要求以及強度綜合調(diào)整系數(shù)，才能選擇合適的構(gòu)件材料。

3.2 構(gòu)件延性設(shè)計要求

人防工程在承受爆炸動載荷作用時，人防結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)屈服狀態(tài)，進而產(chǎn)生一定程度的形變，在動載荷逐漸消失后，變形也會逐漸變小，最后恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)。一般情況下，人防工程可以出現(xiàn)一定程度的塑型變形，但需要保證其整體結(jié)構(gòu)不會受到破壞，只有這樣，才能保證其能夠承受動載荷。經(jīng)過大量的實踐驗證，延性破壞的安全性要高于脆性破壞，因此，在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要充分參考這一特點，制定針對性的設(shè)計方案，一般采用墻柱、弱彎的設(shè)計方案，并且要對延性比進行嚴(yán)格控制，保證延性比為1，在這種情況下，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，如果延性比超過1，需要將鋼筋配筋率控制在1.5%以上，采用調(diào)整鋼筋配筋率的方法來滿足以上要求，與此同時，還要適當(dāng)?shù)奶岣呋炷恋膹姸纫约跋嚓P(guān)數(shù)據(jù)，以便保證構(gòu)件的延性滿足設(shè)計要求[1]。

3.3 出入口設(shè)計要求

在人防工程中，出入口的設(shè)計同樣要求滿足特定的要求，其中最重要的是出入口需要有明確指示。在戰(zhàn)爭發(fā)生時，為了保證人防工程可以正常使用，主要出入口位置需要避免因受到?jīng)_擊波的影響而摧毀或堵塞，因此，人防工程的出入口需要承受更大的等效靜荷載，不但要滿足最小防護厚度的要求，而且充分考慮早期核輻射因素。在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計中，出入口設(shè)計通常是最關(guān)鍵的部分，需要保證其強度高于其他部位，這樣才能夠具有更高的安全性。在進行人防結(jié)構(gòu)出入口設(shè)計時，需要綜合考慮防護密閉門的設(shè)計、消波系統(tǒng)的設(shè)計、出入口通道內(nèi)臨空墻的設(shè)計以及出入口通道門框墻的設(shè)計等。在門框墻的設(shè)計中，通常需要根據(jù)懸臂梁進行相關(guān)計算，但是計算時需要區(qū)分平時使用和戰(zhàn)時使用的不同狀態(tài)。對于人防工程而言，平時使用時對于出入口寬度的要求不高，而在戰(zhàn)爭時則對出入口的寬度提出了更高的要求，為了滿足這樣的要求，如果設(shè)計較長的門框墻的懸臂梁，會造成水平筋長度增加。在這種情況下，為了改善門框墻的受力效果，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時增設(shè)一定的附加邊柱和上擋墻加強梁，但這樣的設(shè)計應(yīng)保證不會影響門框墻的實際使用。此外，在人防工程孔口設(shè)計中，同樣要深入貫徹平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換的思想，確保人防工程可以在發(fā)生戰(zhàn)爭時快速切換成為戰(zhàn)時狀態(tài)，以便為人們提供安全的避難空間。

3.4 構(gòu)造設(shè)計要求

在人防工程構(gòu)造設(shè)計中，需要滿足的要求主要包括以下3 個方面：①在人防工程中，對于防毒通道、密閉通道及濾毒室的密閉性提出了極高的要求，為了更好的滿足這方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要在施工中采取一次性澆筑的施工方法。②對于梅花形拉結(jié)筋，可以將其作為受力筋，并且對其直徑以及間距進行嚴(yán)格的控制，符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。③人防工程墻體以及樓板的設(shè)計必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)要求，一般情況下，墻體以及樓板的厚度應(yīng)超過250mm。但是，如果人防結(jié)構(gòu)設(shè)計中無法滿足這項要求，將會使人防工程的安全性受到嚴(yán)重的影響。

3.5 平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換要求

為了貫徹“長期準(zhǔn)備、重點建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合”的人民防空建設(shè)方針，適應(yīng)人民防空工程平戰(zhàn)結(jié)合設(shè)計的需要，使人防工程平時為城市人民的生產(chǎn)、生活服務(wù)。戰(zhàn)時只需經(jīng)過適量的恢復(fù)、加固和補充，達到預(yù)定的防護等級，充分發(fā)揮其戰(zhàn)備效益、社會效益和經(jīng)濟效益[2]。

人防工程防護功能平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設(shè)計應(yīng)做到安全可靠、就地取材、加工和安裝快速簡便的原則，并應(yīng)采取切實可靠的技術(shù)措施，保證平時使用功能向戰(zhàn)時使用功能轉(zhuǎn)換。

4 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析

在人防工程的建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是影響工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此，為了有效提高人防工程施工質(zhì)量，在進行人防結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要對工程中的區(qū)域形式進行優(yōu)化，妥善處理建筑空間，并為內(nèi)部設(shè)計制定科學(xué)的方案，確定合理的區(qū)域劃分。因此，在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，需要把握的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下3 個方面。

4.1 人防結(jié)構(gòu)主體設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

在人防結(jié)構(gòu)主體設(shè)計工作中，為了保證設(shè)計方案的合理性，需要事先對施工現(xiàn)場進行全面的勘察，根據(jù)防護類別、抗力等級及戰(zhàn)時功能制定設(shè)計方案。一般情況下，人防工程都要劃分為染毒區(qū)域和清潔區(qū)域等不同區(qū)域。在防護單元的設(shè)計中，需要對防護單元進行合理的調(diào)整，并且要在不同的防護單元之間設(shè)置相應(yīng)的防護單元隔墻。在大部分人防工程中，防護單元隔墻采用鋼筋混凝土澆筑，形成密封防護墻，發(fā)揮良好的阻隔作用，還要對防護單元隔墻的厚度進行嚴(yán)格的控制，保證其滿足相關(guān)規(guī)范的要求[3]。

4.2 人防結(jié)構(gòu)配筋計算關(guān)鍵技術(shù)

對于人防結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，配筋計算結(jié)果的合理性是影響結(jié)構(gòu)安全性與穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。因此，在進行配筋計算時，需要全面的掌握人防工程的類別以及要求達到的等級，根據(jù)實際承載能力進行計算，保證計算方法的合理性。對于不同構(gòu)件的各項參數(shù)，需要分別進行推算，并且要做到施工圖紙盡量詳盡，避免在施工過程中因施工圖紙存在問題而出現(xiàn)不必要的失誤。此外，還要在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行施工方案，保證結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確性，才能保證配筋計算數(shù)值的合理性。

4.3 人防結(jié)構(gòu)口部設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

防空地下室的每個防護單元不應(yīng)少于兩個出入口（不包括豎井式出入口、防護單元之間的連通口），其中至少有一個室外出入口（豎井式除外）。戰(zhàn)時主要出入口應(yīng)設(shè)在室外出入口。甲類防空地下室中，其戰(zhàn)時作為主要出入口的室外出入口通道的出地面段（即無防護頂蓋段），宜布置在地面建筑的倒塌范圍以外，以便有效的防治因地面建筑發(fā)生坍塌而造成的堵塞[4]。

5 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及處理措施

由于人防結(jié)構(gòu)設(shè)計具有較強的復(fù)雜性和多重性特點，因此設(shè)計難度較高。在具體的設(shè)計工作中，設(shè)計人員需要綜合考慮各方面的因素，一旦在工作中出現(xiàn)疏忽，就會對設(shè)計方案的合理性造成不利影響，導(dǎo)致人防工程的功能無法正常發(fā)揮。為了妥善的解決這些問題，必須明確問題產(chǎn)生的原因，制定科學(xué)合理的處理措施，將這些問題帶來的影響降至最低。

5.1 出入口位置防倒塌棚架梁箍筋設(shè)計問題

一旦爆發(fā)戰(zhàn)爭，人防地下室能夠庇護人們的生命安全，在很大程度上降低各種殺傷性武器造成的危害。對于人防地下室來說，出入口位置的設(shè)計工作是十分關(guān)鍵的，科學(xué)合理地設(shè)計與安裝防倒塌棚架，能夠使得出入口更加安全穩(wěn)固，進而有效防止震動導(dǎo)致的倒塌問題，為人防地下室的安全性提供保證。以設(shè)計角度為出發(fā)點來分析，完工之后的防倒塌棚架頂板需要負(fù)擔(dān)極重的荷載，在一般情況下，荷載的來源主要有兩種：①在房屋倒塌的過程中，建筑結(jié)構(gòu)可以給防倒塌棚架頂板帶來很大的垂直角度的荷載；②爆炸物的燃爆過程會形成很大的沖擊波，通常是水平方向的。而部分工作人員在設(shè)計人防地下室防倒塌棚架時，沒有全面研究各種可能遇見的問題，其中以箍筋設(shè)計問題為最，具體體現(xiàn)在箍筋間距的設(shè)計方面，出現(xiàn)的問題主要包括棚架梁箍筋的間距超過150mm、箍筋加密區(qū)間距比縱筋直徑大5 倍等，這些問題會造成防倒塌棚架的荷載承受能力大幅度下降，繼而無法充分發(fā)揮出人防地下室應(yīng)有的作用。所以，設(shè)計人員在進行防倒塌棚架的設(shè)計工作時，應(yīng)該科學(xué)地研判箍筋間距，同時根據(jù)相關(guān)的設(shè)計規(guī)定，并結(jié)合工程項目的實際需求開展設(shè)計，合理縮短箍筋的間距，以此促進防倒塌棚架的承載能力的顯著增強，進一步提高人防工程的施工質(zhì)量，確保在戰(zhàn)爭期間可以為人們提供更加安全的庇護[5]。

5.2 合理設(shè)計門框墻

人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)具有多重性的特點，不僅要求能夠在戰(zhàn)爭時期，為人們提供安全的場所，還需要在此基礎(chǔ)上，不斷提升前期實用性能，在平戰(zhàn)結(jié)合原則的框架內(nèi)，以此類的方式促進人防地下室功能性作用的進一步強化。其中，以常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，一般來說，在設(shè)計門框墻時應(yīng)當(dāng)設(shè)置位于上下左右不同位置的四道擋墻，并且以此為基礎(chǔ)，精密的計算擋墻的抗應(yīng)力能力，之后再依此開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，完成擋墻配筋。然而，從戰(zhàn)時情況為立足點來分析，擋墻的功能就上升為極其關(guān)鍵的戰(zhàn)時防御構(gòu)件，不僅需要負(fù)擔(dān)建筑物自身的荷載，還要求可以抵抗外來的荷載，具體涉及了爆炸物在爆炸瞬間形成的震動和沖擊。可是對于很多設(shè)計人員而言，在實際設(shè)計擋墻時，往往不重視甚至忽略了墻體的合力，結(jié)果導(dǎo)致側(cè)墻對左右擋墻傳來彎矩的承載力大幅度降低。不僅如此，還會嚴(yán)重削弱頂?shù)装鍖ι舷聯(lián)鯄鱽韽澗氐某休d力，從而形成抗力無法協(xié)調(diào)的不利局面，如果使用了此種設(shè)計模式，會在很大程度上減少擋墻的功能性，因而無法全面有效地發(fā)揮出擋墻的防御功能[6]。因此，設(shè)計人員應(yīng)該嚴(yán)格遵循平戰(zhàn)結(jié)合的原則，全面分析整體角度上的各種因素，差異性地設(shè)計各個位置上的擋墻，進而提高抗力的協(xié)調(diào)性，讓擋墻設(shè)計更加科學(xué)合理，有效促進擋墻防御能力的顯著增強。

5.3 合理設(shè)計人防地下室擴散室

在人防地下室的整體結(jié)構(gòu)中，擴散室是其中非常關(guān)鍵的一部分內(nèi)容，合理設(shè)計擴散室，能夠很好地削弱爆炸物帶來的極強的沖擊波，有效降低沖擊波對人防地下室內(nèi)的人們的危害，從而為人們的安全提供堅實的保障。所以，工作人員在設(shè)計人防地下室結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該重視擴散室的設(shè)計環(huán)節(jié)，不斷強化擴散室的設(shè)計質(zhì)量，從而確保在戰(zhàn)爭期間，擴散室的功能性作用得以全面發(fā)揮出來。然而，在實際設(shè)計擴散式結(jié)構(gòu)的過程中，往往會發(fā)生諸多的問題，擴散室的取值缺乏合理性，同時余壓設(shè)計也并不科學(xué)，和對余壓的實際要求不符，沒有充分考慮擴散室各種構(gòu)件的等效靜負(fù)荷問題，從而在很大程度上弱化了擴散室的功能性作用，對人防地下室的安全造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，將無法有效的保護人們的生命安全。基于擴散室的重要作用，設(shè)計人員在實際設(shè)計環(huán)節(jié)中，應(yīng)該全面分析豎井和擴散室之間的墻體結(jié)構(gòu)部件的強度，并進行科學(xué)的設(shè)計，不僅如此，還必須要全面考慮擴散室和土體接觸的頂板、底板以及外墻等結(jié)構(gòu)部件的強度，同時展開合理設(shè)計，以此確保分析問題的全面性。不僅如此，設(shè)計人員還應(yīng)該準(zhǔn)確計算擴散室的抗動荷載能力，并且根據(jù)戰(zhàn)時建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對鋼筋進行科學(xué)的配置，從而大幅度提高擴散室的質(zhì)量，進一步削弱爆炸沖擊波的威脅，從而確保人防地下室中人員的安全[7]。

6 嚴(yán)格控制人防結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量

6.1 制定并不斷完善人防結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制機制

一般而言，人們都會選擇專業(yè)的、經(jīng)驗豐富的人防工程設(shè)計單位，并逐步淘汰專業(yè)性差、后期服務(wù)無法保障的人防工程設(shè)計單位。因此，應(yīng)該建立健全人防結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制體系，加大力度監(jiān)督控制好人防工程設(shè)計質(zhì)量，為其長遠(yuǎn)發(fā)展發(fā)揮積極的影響。與此同時，還可以獲取更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，繼而推動人防工程設(shè)計市場化的可持續(xù)發(fā)展。

6.2 構(gòu)建并優(yōu)化人防工程設(shè)計單位內(nèi)部質(zhì)量控制體系

積極建立并優(yōu)化人防工程設(shè)計單位內(nèi)部質(zhì)量控制體系，能夠確保人防工程設(shè)計的質(zhì)量。首先，嚴(yán)格遵循規(guī)范性、準(zhǔn)確性等原則，人防工程的施工圖質(zhì)量符合規(guī)范、圖集的相關(guān)規(guī)定；其次，建立質(zhì)量控制機制并不斷進行優(yōu)化升級，進一步提高人防工程設(shè)計的科學(xué)性。

6.3 不斷提高人防工程設(shè)計人員的整體水平

為了促進人防工程設(shè)計質(zhì)量的進一步提升，應(yīng)該大幅度提高人防工程設(shè)計人員的培訓(xùn)時間，促進設(shè)計人員設(shè)計質(zhì)量的全面增強[8]。

7 結(jié)語

總而言之，人防地下室具有極其重要的作用，設(shè)計人員在設(shè)計人防地下室結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該嚴(yán)格遵循平戰(zhàn)結(jié)合的原則，不斷提高人防地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，從而全面發(fā)揮出人防地下室應(yīng)有的功能性作用。