李振波
身份证号码：2201031980****4754 天津 300000
摘要：城市化建设进程的加快一方面促使着更多的农村人口涌入城市，对城市的建筑工作提出了更高的要求；另一方面，也对城市基础设施提出了更高的要求，城市只有空间足够的基础上，才能够容纳超出城市荷载量的人口数量和由此带来的生产空间需求。在这样的背景下，地下室应运而生，特别是防空地下室，不仅能够节约大量的建筑成本，而且，由于防空地下室的建筑相对于地面建筑难度要更低一些，所以防空地下室的结构设计相关问题受到社会，特别是建筑界人士的关注与重视。本文在对人防工程结构设计的主要特点进行阐述的基础上，对人防荷载的确定工作进行了说明，又对地下室的荷载组合和内力进行了分析，最后，就防空地下室结构设计相关问题提出几点对策，为防空地下室的结构设计工作提供借鉴。
关键词：防空地下室；结构设计；相关问题；讨论
引言：
防空地下室具有一定的特殊性，防空地下室的主体结构设计为了实现舒适和经济的建设目的，要对地下室的顶板和底板特殊注意，既不能选择质量过好的底板和顶板材料，因为这样的建筑材料的造价成本要高很多，为了保障地下室的安全性又不能选择质量较差的建筑材料。因为地下室一般比较潮湿，所以在材料的选择上要尽量采购质量过关且符合地下室建筑需要的材料；另外，在防空地下室的口部防护设计中，防空地下室与普通的地下室在结构上有所区别，这就要求防空地下室的设计人员对墙体进行精密的计算，包括对门框墙和临空墙进行计算，还要对风井和通道进行科学的计算，以确保地下室的设计符合国家的相关要求。
一、人防工程结构设计的主要特点
1、人防荷载的来源
人防荷载来源于常规武器或核武器爆炸冲击波。在设计时，均按一次作用（整个结构寿命期内一次）且加载与卸载都是在瞬间完成。当地上为多层或高层建筑物时，对于普通爆破航弹、核爆炸冲击波早期核辐射等破坏因素都有一定的削弱作用，设计防空地下室时可考虑这一因素。
2、人防结构强度的测算
人防结构可靠度要求比工民建结构要低，只进行强度的验算。由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比[β]来控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算。
3、人防工程结构设计的强度
材料设计强度可以提高。实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等变化不大，例如混凝土强度可提高1.4～1.5倍（抗剪计算及受压验算时，要乘上折减系数0.8），对钢材强度可提高1.2～1.5倍。
4、结构动力的计算
考虑到人防工程结构设计可以被分为包括顶板、底板和前提等不同的部分，所以一般情况下，我们会使用等效静荷载方法来计算人防工程的结构动力，但是，对于混凝土的结构动力计算工作，就要使用超静定的方法来进行，这是因为不同的因素所引起的结构非弹力变形对结构动力产生的影响程度有所区别，所以在对结构动力进行计算的时候，一定要将塑性内力重
二、人防荷载的确定
人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当武器在空中爆炸时，冲击波传播到地表形成反射冲击波；因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播，且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快；当反射波阵面终于赶上入射波阵面后，则汇合成为一单一的冲击波，即合成波。
合成波波阵面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向传播的，所受的冲击波即为这种合成波（即地面冲击波）。
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三、荷载组合和内力分析
作用在防空地下室结构上的荷载，应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等，规范中对防空地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格，结构设计时可根据各工程的结构特点结合表中确定所需进行荷载组合的项目。在进行荷载组合时，需要明确一个问题，即对于甲类防空地下室结构应分别考虑平时使用状态的结构设计荷载、战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用以及战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用这三种组合，取最不利的组合进行设计。
四、防空地下室结构设计中应注意的几个问题
1、顶板外露问题
当上部建筑为钢筋混凝土结构的甲类防空地下室时，其顶板底面不得高出室外地平面；上部建筑为砌体结构的甲类防空地下室，其顶板底面可高出室外地平面，但必须符合相应的规定。通常情况下，对于上部建筑为钢筋混凝土结构的甲类防空地下室，其顶板厚度都是≤250mm，而当室内外高差为300mm时，就不满足规范要求。
2、混凝土外墙计算模型
一方面，在通常情况下，外墙计算模型为单向板，下固端，上简支。而实际工程中计算模型的上端还是存在弯矩，所以该连接处仍应满足相应的构造要求。
另一方面，顶板大开口导致墙顶形成自由端的情况。如室外楼梯间、车道的无盖板段，墙顶均为自由端。对于室外楼梯间处的外墙处理方法为：加大梯板及休息平台板厚及加大配筋，这样外墙的支撑条件可以改善；另外，车道无盖板段设计时尽量减小墙高，尽量让顶板往外延伸些。
3、关于桩基的设计
对桩身强度计算要考虑传到桩上的人防等效静载，但桩的混凝土及钢筋的强度要提高；而确定单桩承载力计算不考虑人防荷载。
4、钢筋混凝土结构中钢筋材料的选用
一般情况下，HRB335级与HRB400级这两种钢筋较常用，但当人防荷载起控制作用时，两者在动荷载作用下材料强度设计值比较接近（HRB335级、HRB400级钢筋的fd分别为1.35×300=405MPa、1.2×360=432MPa），因此选用HRB335级比HRB400级钢筋较经济些。
5、甲类防空地下室的设计
对于甲类防空地下室，设计人员有时可能习惯认为人防是由核爆动起控制作用，但并不尽然，例如：一方面，顶板底面高出室外地面的常5、常6级防空地下室，其外墙在弹塑性工作阶段设计时，其等效静载标准值qce2均较核爆动大；另一方面，出入口临空墙的等效静载标准值、直接作用在门框墙上的等效静载标准值在室外直通式及室外单向式，当其L（L为室外出入口至防密门的距离）≤5m时，常规武器爆动等效静载标准值均较核爆动等效静载标准值大。
6、地下室净高的设计
地下室的净高也就是地面到梁底的高度，有时我们也将地下到管底的高度进行测算，作为地下室的净高度，一般情况下，地下室的净高度不高于2米，如果地下室的高度过高，就可能会加大坍塌现象的发生，反之，如果地下室的净高被设计的过低，地下室空间就会比较小，进而影响到地下室的使用，考虑到人类的身高一般不高于两米，所以地下室的地面带梁底或者是管底的高度也不会高于2.4米。
结语：
综上所述，防空地下室的结构设计受到自然环境和人为环境因素的影响，可能会出现包括顶板外露、混凝土不符合建筑需要和地下室净高过低的问题，都会影响到地下室的安全性和使用的耐久性，所以对地下室的结构设计进行研究十分必要，不仅要保障防空地下室结构的科学性，而且，要将防空地下室的成本预算控制在建筑单位能够承受的范围内，还要按时交工。
参考文献
[1]袁爱珍.基于工程实践谈防空地下室结构设计特点与施工控制[J].广东土木与建筑，2011，5：012.
[2]李永国.板柱结构甲类防空地下室结构设计[J].結構工程師，2009，25（1）：5-8.
[3]田秀水.如何加强防空地下室建设全程管理[J]. 黑龙江科技信息. 2014（20）
[4]梁敏芬.全国第一套《防空地下室设计》系列国家建筑标准设计图集简介[J]. 建筑技术. 2005（03）
论文作者:李振波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/11
标签：地下室论文; 荷载论文; 人防论文; 结构设计论文; 顶板论文; 结构论文; 组合论文; 《建筑学研究前沿》2018年第23期论文;