人防地下室結構設計常見問題及應對分析

陳攀宇

（廣西南寧人防科研設計院有限公司，廣西南寧 530000）

0 引言

身處和平環境，也要做好戰爭準備，深刻意識到人防地下室工程的戰備價值。切實做好人防地下室工程建設、科學合理地進行人防地下室結構設計，是高效開展人防地下室工程建設的先決條件。全面細致地分析人防地下室結構設計中比較容易出現的各種問題和提出相應的解決措施，深入探索人防地下室結構設計優化策略，更有利于為構建優質人防地下室工程奠定基礎。

1 人防工程的構造特征

1.1 復雜的構造設計

相比較普通的建筑工程，人防工程無論從工程質量還是建筑結構都有著較高的要求。在常規建筑物中的結構設計工作已經具備較強的復雜性，而人防工程的結構設計工作往往更為復雜。這是由人防基礎設施的功能所決定的，這種復雜度決定了人防工程不僅要承擔一般建筑工程的功能，還要能在戰爭狀態下滿足相應的要求，保證人防工程具備一定水平的防御能力，使其能夠承受更大的沖擊來實現保護民眾生命財產安全的目的[1]。在傳統的建筑結構設計階段，只要能保證承載力超過最大負荷，就能達到普通建筑的設計要求。然而，這樣的設計思路并不適合于人防地下室結構設計。人防結構設計同時還要考慮到各種戰略武器的震動和荷載作用，因此，人防地下室的結構必須要更牢固，結構的復雜性也是顯而易見的。

1.2 結構設計的標準復雜

人防地下室的修建，是一種有備無患的預先安全防御措施。哪怕我國處于長期的和平狀態，仍然需要未雨綢繆，做好戰爭狀態下的各種準備。

在建設人防工程的過程中，其目的如果僅為對應戰爭的需要，就可能造成大量的資源浪費。我國在一段時間高速的發展過程中，特別是隨著城市化建設的不斷深入、城市空間的總體數量快速下降，城市空間相對緊張，在考慮人防工程的過程中如何提高城市的空間利用率，平衡土地的需求就顯得尤為重要。為充分發揮人防工程的重要作用，在進行人防地下室的結構設計時，必須要保證其符合多種建設標準，不僅要將人防特征凸顯出來，又要使得人防工程能夠具備普通建筑功能。為使其具備多種不同的功能，最大限度地發揮其建筑的普通功能和特殊功能，在進行人防地下室的結構設計時，必須采取重疊設計的方法，以達到目前的發展要求，提高城市的空間利用率。比如，在空間設計上，要對人防地下室的人數進行計算，要考慮到戰爭期間可以容納多少人，還要考慮到在和平年代人防地下室的功能。由于其結構的特殊性，使得設計者在設計時必須兼顧多種標準，導致設計問題的發生率顯著上升，因此必須引起設計部門的關注。

2 人防工程地下室的設計原則

針對人防地下室的特殊用途，在進行建筑結構設計時，應遵循以下4點注意事項：①對戰爭狀態以及和平狀態這兩個狀態的地下室人員容量進行合理地規劃，同時要考慮到一定數量的富余量。②戰爭狀態下人防工程在受到爆炸力影響時，在設計早期就做好科學的承載力分析，對其進行精確的荷載計算是保證其防護能力的重要基礎，可采取較為簡便的靜載荷方法，在一定程度上簡化了設計規模，更好地適應了戰時的防護要求。③在設計時，應充分考慮地下室在受到外力影響下可能出現的變形開裂問題，并對其能夠承受的最大限度破壞作用進行清晰地掌握。④戰時人防地下室的使用效益和使用損失，目前很難對其進行精確的評估，同時由于環境因素造成的破壞也很難得到科學、有效的防治。在進行人防工程結構設計時，應充分考慮到結構在變形后的各向異性的協調，防止因設計問題而影響到地下室的正常使用，從而危及到人防工程保護民眾的基本功能。

3 人防地下室結構設計中存在的問題及對策

3.1 基礎結構設計問題

在人防基礎結構的選擇中，較為常用的基礎形式有樁基礎、柱下獨立基礎、筏板基礎3種。在進行地下室頂板設計時，往往將人防工程構件視為垂直支承結構，具體的設計流程會將頂板梁以及人防構件作為人防結構的受力基礎。若地基為筏基，則一般不會有此問題，但如果地基是樁基或柱下的獨立地基，而地基下的土體是回填土，在沒有特別的處理的情況下，會造成受力基礎不明確的問題，這可能會對人防結構造成未知的安全隱患。

為了解決這些問題，在地基采用筏基時，可將筏板用作人防結構的地基，而人防豎向構件則可以用作頂板構件的垂直支承，而人防構件則需要整個結構的參與，以體現其真實受力狀況。在地基采用樁基或柱下獨立地基時，在地基下土層為原始土層且承載力高的情況下，或在人防豎向構件下設置地基時，可將人防構件用作頂板構件的垂直支承。在地基采用樁基或柱下獨立地基時，地基下土層為回填土，這種情況下，人防豎向構件不宜用作樓頂構件的垂直支承，宜在主要人防結構下部設地基梁，以保證受力能夠得到有效地傳遞，使得人防建筑獲得明確的受力結構。

3.2 人防構件設計問題

3.2.1 臨空墻

在人防墻板的設計中，通常將其簡化為采用底板和頂板作為支撐的單向板結構，其受力比較簡單。臨空墻通常會受到很大的人防荷載，特別是在層高較高的情況下，如果采用上下支承的形式，墻體的厚度和配筋結構材料用量大大增加，而且經濟效益不佳。

根據臨空墻的平面布局和受力情況，合理地確定其外圍約束條件；在有側墻支持的臨空墻中，如果側墻的橫向間隔不大，可以考慮采用側墻作為支承的水平連續構件，這種情況下，不管人防荷載的多少，臨空墻的墻體厚度和配筋都可以控制在合理的范圍之內。在側壁間距與層高差異不大的情況下，可考慮采用四邊支承的形式，既可以減小墻體厚度，也可以減小鋼筋，使其受力更接近于實際荷載。在沒有橫向支承的情況下，只能采用上下支承方式計算。

3.2.2 門框墻

傳統的門框墻設計，將整個門框分為上下左右四個不同的隔板。按各部位在人防等效荷載作用下的不同情況，計算出相應的配筋[2]。門框墻的計算原則比較簡單，設計并不困難，通常是按照懸臂構件計算，如果門框和墻體的懸挑長度太長，通常會增加門框柱和門框梁[3]。但有時由于門框柱、門框梁的位置不合理，會造成人防門無法正常打開。

（1）封閉走廊開間較大，進深較小，在門框墻上部設置門框梁時，要特別注意內部密閉門無法完全打開。

根據平面布局，合理安排門框柱、門框梁的布局，在封閉通道較深的情況下，應適當增加門框梁的深度，或調整門框梁的高度。

（2）人防區域和非人防區車輛通道的大型雙扇人防門打開區域，主次梁高與人防門頂高差不能小于300mm，否則很可能造成人防門無法正常打開，人防門一側的主梁高度太大，造成人防門上部鉸頁板被埋在結構梁中，人防門側框架梁與人防門頂部的吊鉤發生碰撞。

為防止以上問題發生，應在人防門打開區域內，將主、次梁底與門洞頂部的高差控制在300～350mm之間，如有必要，可拆除次梁或增加寬扁梁，以防止此類問題發生。

（3）防護密閉門的門框梁末端沒有牢固的支撐。

可以在門框梁端設置一個翼壁，以作為門框梁的支撐，或將其放置在人防門的外面，在這種情形中，應該注意門框橫梁下面應該留出門框的安裝高度。

3.3 結構設計不規范問題

在《人民防空地下室設計規范》中4.11.7條規定，在按常規設計荷載進行控制的前提下，針對地震作用下的核5級、核6級以及核6B級的防空地下室的結構底板，在其內力系由平時設計荷載控制的情況下，可以適當減小最小配筋率，但不能低于0.15%。在C40～C50的混凝土中，鋼筋的配筋比例不得低于0.30%。在設計中，地面單體往往會使用筏基，這種情況下，通常都是按平時荷載來進行，充分發揮以上規范的作用，有利于減少配筋數量，節約投資。此外，人防入口大多處于地面單體區域，其混凝土強度一般與主體垂直構件混凝土等級相一致，混凝土等級一般不低于C40，配筋率不低于0.30%，但也有一些設計人員仍然按照0.25%的比例進行施工，從而沒有滿足規范要求。

在拉結筋設計中，《人民防空地下室設計規范》4.11.11條規定，人防墻、板之間應設“梅花”形拉結筋[4]。但人防墻、板中拉結筋間距不匹配是常見的問題，且在相同方向上，拉結筋的兩側間距相差很大，安裝難度較大。比如某些人防工程圖紙中的臨空墻外側縱筋之間的距離為120mm，內側縱筋之間的距離為140mm，橫向鋼筋之間的間隔為150mm。不合理的鋼筋間距不僅會造成施工的不便，而且在此情形下，梅花形拉結筋安裝難度較高，無法有效地發揮其自身的作用。

在后澆帶設計中，《人民防空工程施工及驗收規范》6.4.11條對有防護密閉要求的部位，如工程口部、防護密閉段、采光井、水庫、防毒井、防爆井等，均需按照一次澆筑完成的方式進行施工。本條款旨在改善人防工程的圍護密封性能。有的人防結構圖紙上還在按照正常的地下室布局，但并沒有認真檢查后澆帶是否通過了人防入口等有密封要求的功能房間，從而違反了規范規定，同時，后澆帶布置也不能穿越人防門框[5]。

由于不規范問題主要是由于設計人員的技能水平與對規范了解程度不足造成的，因此在設計管理工作中應做好設計人員技能培訓以及設計規范的控制落實工作。

3.4 預埋設計問題

按照《人民防空工程施工及驗收規范》規定，為了滿足人防密封性的要求，所有設備的穿墻套管必須精確地預埋。但在實際工程中，由于存在設計上的問題，仍然會存在套管預留、埋管不到位、質量達不到設計要求等問題，從而造成了后期的整改。

在設備管線預留預埋或存在質量問題的情況下，可以在原有的預埋管周圍一定區域內挖出并按照設計要求再設置預埋管，在增加補強鋼筋后再進行高一級補償收縮混凝土。

4 人防地下室結構優化的對策

4.1 人防地下室柱網布局的優化

人防地下室的柱網布局，不僅影響到日常的使用，而且對其利用價值有很大的影響。為提升人防工程的合理性以及穩定性，應對人防地下室的柱網布局進行合理的優化。在地下室規劃前期，設計者應從戰時的需要出發，根據人們日常生活需要，對地下室的柱網進行優化，以適應各種環境、不同階段的需要，在大多數情況下該區域可以用作停車場的功能，戰爭狀態下人防工程的主要功能用來保護民眾的生命財產安全。某人防工程選擇了大小柱網的搭配形式，在用作停車場功能時，大柱網結構能夠提供寬大的區域，提供更多的車位和停車場的基本功能寬度，在車位長度方向則選擇小柱網，保證其符合大多數車型尺寸即可。頂板則使用沒有次梁的大板結構，保證其配筋和板厚符合相關人防工程的標準和規范即可。

4.2 選擇最佳構造形式

首先，在設計的時候，要充分考慮到平時和戰時的特殊需求，在施工的時候，要根據施工現場的地質條件、水文特征等客觀條件，進行結構類別的選擇。根據目前的建筑特征，采用鋼筋混凝土或砌體兩種形式的人防地下室。其次，根據地下室的樓板厚度及承載能力要求，對不同的結構形式如井字型梁、十字梁型、無次梁型梁等進行綜合分析，確定最安全、造價最低的方案。在滿足工程需求、基礎埋深和埋入段的要求時，應盡可能地降低地下室埋深，以降低施工和施工中墻體和樓頂對地基的壓力。最后，要充分考量地基厚度過大的問題，選用柱下獨基或筏基為宜。

5 結語

建設人防地下室的核心目的，是為了發生戰爭時，為人們提供保護民眾人身安全和物資安全的場所，因此在安全性與穩固性等方面的要求標準非常高，這就要求設計人員進行人防地下室結構設計作業時，必須以嚴格遵循人防地下室設計規范為前提，在明確了解人防地下室結構設計特點的基礎上，積極探索并落實人防地下室結構設計優化策略，以便確保設計方案的科學合理性。