佛山市顺德建筑设计院股份有限公司
摘要：随着我国城市化进程不断加快，城市地下空间开发规模日趋加大，人防地下室工程将日益扩大，对人防地下室结构设计提出了更高要求。因此需要加强对人防地下室结构设计要点及设计相关问题的把握与研究，从多角度出发进行综合考量，并严格遵循人防设施建设的相关规范要求，不断提高人防地下室结构设计的水平，保障其平时与战时功能的有效发挥，并确保平战功能转换的可靠性，从而为我国人防事业的发展以及现代建筑设计水平的提升创造有利的条件。基于此本文分析了地下室人防结构设计。
关键词：地下室；人防结构；设计
城市化进程的加快，合理利用地下空间资源促进城市可持续发展已成共识，为人防工程建设提供了良好的契机。近年来，防空地下室的数量、面积增长迅速，特别在经济发达的地区和城市，繁华的商业地段成为地下空间开发的热点和焦点。以平战结合为主的防空地下室成为人防工程体量的主要增长点，但由于设计人员对人防设计规范的理解不透彻和不重视，造成工程设计存在许多问题。以下就人防工程结构设计的要点及存在的问题进行分析与探讨。
1、地下室人防结构设计特点
人防地下室全称为人民防空地下室人防地下室，是现代人防工程中的重要组成环节，是落实人民防空系统的重要物质性基础，其主要包括以下几方面特点：
（1）由于人防地下室在人民防空系统中占有重要的作用，这就要求在对人防地下室结构设计过程中，应充分考虑战时规定武器爆炸动荷载。对于武器爆炸动荷载而言，具有荷载量偶然性、持续衰减性等特点，对于人防地下室结构冲击形式以空气冲击波为主，且人防地下室主要承载结构则以墙体、建筑物支撑柱为主。因此，人防地下室结构设计应着重考虑武器爆炸动荷载对其墙体、建筑物支撑柱影响。
（2）人防地下室另一个重要用途是作为和平时常规建筑物使用，其建筑物结构设计与战时建筑物使用要求不同。因此，在对人防地下室结构设计过程中，应兼顾考虑战时和和平时建筑物结构设计特点，做好二者差异化标准，并可以实现战时和和平时功能的转换。
（3）由于人防地下室特殊的使用特点，其在支撑墙、外墙等结构构件选择方面与常规建筑物有所不同。为应对规定武器爆炸动荷载，人防地下室外墙、支撑墙结构构件选择时，使用了诸如受弯构件替代常规的钢筋混凝土构件，对于确保其动力载荷承受能力方面具有显著意义。
（4）据试验数据统计，人防地下室结构件要求较常规标准化静载试验时，其对动荷载要求更高，其材料力学性能应更加稳定。因此，为满足人防地下室使用要求，可提高其建筑材料设计强度，降低其建筑构件的安全度、可适度。
2、人防地下室结构设计存在的主要问题
2.1外墙配筋问题
人防地下室外墙为一侧与室外岩土接触，直接承受土中压缩波作用，另一侧为防空地下室内部的墙体。顶板与外墙之间二者刚度接近时，外墙上部可近似按固定端与铰支之间的支座情况考虑；底板刚度远大于外墙时，外墙下部支座可视作固定端，各构件之间支座条件应相互协调一致，需注意配筋及构造应与实际受力状况相符。
当地下室内部横隔墙较多或上层建筑的柱子沿外墙向下直通到基础底板，外墙可按支承在内部横墙（柱子）与楼板上的双向（单向）板计算；当地下室内部横隔墙较少或无横隔墙时可考虑上下两端支承，按下端嵌固在基础底板、上端简支或嵌固在顶板的单向板计算。
2.2门框墙上挡墙加强梁的设置位置
当防护密闭门上挡墙较长时，往往需在挡墙下端设置加强梁，作为抵抗水平冲击波荷载的加强构件。需注意的是，加强梁距上挡墙下边缘应预留250～300mm高度，以便内侧的密闭门或防护密闭门有足够的水平开启空间，而且加强梁纵筋应锚入门框两侧的竖向加强暗柱（或柱）中，以形成明确的洞口加强传力体系。
2.3防倒塌措施
城市地下空间结建式人防工程的开发，多是以经济利益为主，常常忽略人防工程的出入口防倒塌问题，多数出入口设置在建筑物倒塌范围之内，有的甚至没有采取防倒塌和堵塞措施，也没有进行战时防倒塌和堵塞的转换设计。这些对战时人防工程出入口构成了安全隐患，需要设计时合理布局出入口。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
对于人防地下室抗力等级为5、6级的室外出入口，战时需设置防倒塌棚架，而平时不便设置永久性防倒塌棚架，可按照国标图集05SFG04《防空地下室室外出入口部钢结构装配式防倒塌棚架结构设计》选用临战快速组装的钢结构装配式防倒塌棚架，这些问题都需设计时给予重视。
3地下室人防结构设计中需要注意的事项
3.1人防荷载取值要负荷标准
人防荷载取值要根据当地人防部门根据国家制订的《人民防空工程战术技术要求》中的公式计算或规范查表来确定。在进行设计时可采用《理正人防工程结构设计软件》来对顶板、侧墙和无桩基底板的人防荷载进行计算。再进行计算时，对战时可能出现的核武器和常规武器爆炸的荷载作用取大值，这样既能够确定各构件人防荷载在范围之内，也能使所有构件的等效静荷载值满足结构的要求。
3.2对各构件的受力分析
人防地下室顶板承受的荷载有人防等效静载、自重、覆土重等。对于地下室的平时使用顶板要求荷载不是很大，顶板的活荷载战时不需要叠加。对于顶板配钢筋值按照战时的要求进行计算取值，因为此时要求的配筋率最大，能够满足顶板的韧度要求。顶板钢筋可按0.25%的配筋率进行贯通配筋，支座筋量少的部位可进行非贯通筋数量的增加，但要使底筋和顶板贯通筋的间距和位置协调，方便拉筋操作。另外一些小细节也不能忽视，例如口部以外的顶盖板，因为战时坡道会作为主入口，因此顶盖板的设计合理与否对下面的坡道保护起到关键作用。外墙的设计也要根据荷载和弯矩进行合理的内力计算和布筋方式后进行确定。钢筋的布置是外墙设计的关键，在钢筋的布置中，外侧竖向筋宜在外排，可以采用贯通筋与非贯通筋交错布置的方式，使钢筋在交错底板弯后按其搭接与底板下钢筋相连。外墙的选筋原则是“直径细且间距密”，这样能有效的控制外墙裂缝的产生。
3.3地下室的构造要求
设计人员在进行设计时，要充分研究体会其适用的条件和范围，同时结合工程设计的实际情况，就应该能够顺利完成各主要构件的设计任务。为便于开展工作,这里，我们结合构造和受力要求，对一些主要构件的参考尺寸作出规定：对顶板来说，6级顶板取250mm～300mm范围，5级顶板取300mm～350mm范围；对于顶板梁来说，其跨高比一般在7～12之间,由构造确定合理的截面尺寸判定标准和梁面通长筋；对于防护单元隔墙和密闭隔墙来说，通常取250mm；对于外墙和临空墙来说，经过计算后决定，一般通常不低于300mm；对于底板来说，其厚度不低于外墙厚度，当地下水位较高时，则不再由人防控制。总之，人防构件的结构厚度首先应该满足早期核辐射防护的要求,然后还要满足工程的受力要求。
3.4孔口防护的设计?
在地下人防工程结构的设计过程中，相对比较重要的一项就是关于孔口防护的设计。设计防护密闭门与消波系统；设计出入口通道内临空墙与门框墙；设计风井、开敞式通道、相邻单元间的隔墙、防倒塌棚架以及其他的孔口构件。已经知道了临空墙、相邻单元隔墙的荷载，设计人员想要计算出内力与配筋，那么关于人防设计的特点就要充分考虑到，计算模式就采用一般墙体的。按悬臂梁计算是门框墙设计时所选用的方法，拥有相对较宽的出入口通道这是民用地下人防工程的最大特征，而拥有较窄的出入口通道是战用地下人防工程的最大特征，所以说过长的悬臂梁长度、过大的水平筋就会出现在门框墙中，为了保证人防工程的基本功能，在进行设计的时候，就需要对门框墙的受力形式进行一定的改变，比如加柱、梁等等。压力计算只算土中压缩波的，这是设计常规武器爆炸动荷载作用下的风井时需注意的。常规爆炸下动荷载的作用是不需要考虑的，这是开敞式通道的设计要求。房屋倒塌而带来的垂直等效静荷载标准值以及因为空气的冲击波动压而引入的水平等效静荷载标准值是甲类的地下人防工程室外开敞式防倒塌棚架在设计中应注意的。以上这些都是孔口防护的设计。
4.工程应用?
龙江某工程由2栋高层酒店办公楼带裙楼及两层地下车库组成，主楼部分为框架剪力墙结构，地上26层、地下2层，建筑高度99.6m；层高3.55m，裙楼及地下车库部分为框架结构，地上4层、地下2层，层高5.0m。地震烈度为7度，抗震等级为二级，安全等级二级，设计使用年限为50 年，采用冲孔桩基础，地基基础设计等级为甲级。根据地方人防办公室文件，新建10层（含）以上或者基础埋深3米（含）以上的民用建筑，按照不低于地面首层建筑面积修建6级（含）以上防空地下室。该工程总建筑面积为10.37万m2，地下室面积约1.8万m2，首层建筑面积：11907.96m2。按照规定，该工程须应设置人防地下室面积为11908m2。?
人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）明确规定人防工程按可能受到的空袭威胁划分为甲、乙两类，该工程是按甲类人防工程设计的，因此在设计时不仅考虑了满足核武器爆炸的防护要求，还考虑了按常规武器和生化武器的各项防护要求。该工程防空地下室防护等级为核6级，采用全埋式现浇钢筋混凝土防空地下室，战时为四个核6级常6级甲类二等人员掩蔽所、一个核五常五级专业队装备掩蔽部、核五常五级专业队队员掩蔽部、一核五常五级人防电站。平时为小型汽车停车库。人防车库共分两个防护单元、四个抗爆单元。本工程人防区设置在负二层地下室，固人防顶板无覆土荷载，仅考虑负一层停车和超市使用。?
该工程地下室底板、外挡土墙的混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P8，地下室内没有设置沉降缝和伸缩缝，间隔35米左右设置了多条纵横交错的后浇带。人防顶、底板及临空墙等采用双层双向配筋，为保证震动环境中钢筋与受压区混凝土共同工作，在上、下层或内、外层钢筋之间设置一定数量的拉结筋。
结束语
总之，人防地下室的结构设计是一个综合性很强的问题,涉及内容繁多且复杂,既要考虑平时工况又要考虑战时工况,且目前电算软件功能都不是很完善,人防地下建筑工程无论是建设规模，还是建设水平都有较高的提升，需要更深入地研究人防结构设计的技术问题,总结设计经验,提高设计水平。进一步加强设计非常重要，需要引起我们的重视。
参考文献：
[1]赵毅.地下室人防工程结构设计探析[J].居业，2016(01)：73-74.
[2]王芳.人防地下室的结构设计[J].建筑知识，2015，35(12)：16.
[3]柏章朋.人防地下室设计要点分析[J].中国勘察设计，2015(09)：89-91.
[4] 人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）
论文作者:戴苗苗
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/20
标签：人防论文; 地下室论文; 荷载论文; 顶板论文; 结构设计论文; 工程论文; 外墙论文; 《防护工程》2019年第3期论文;