淺談人防結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

胡潤芥，孫波

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室，安徽 馬鞍山 243000；3.金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心，安徽 馬鞍山 243000；4.北京華建項目管理有限公司，北京 100000）

1 概論及重要性

人民防空，是指動員和組織人民群眾防備敵人空中襲擊、消除空襲后果所采取的措施和行動。人防工程建設(shè)必須貫徹“長期準備、重點建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合”的方針，并堅持人防建設(shè)與經(jīng)濟建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展、與城市建設(shè)相結(jié)合的原則。

進入21世紀以后，隨著我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展，城市建設(shè)水平的不斷提高，人民對人民防空意識也愈加重視，人防工程是戰(zhàn)時可以有效保護城市居民的重要設(shè)施，同時對開發(fā)和利用城市地下空間，促進城市建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展，增強城市的綜合防護能力都具有重要作用，同時人防工程建設(shè)也是城市建設(shè)的重要組成部分。

2 結(jié)構(gòu)受力和計算原理

人防工程承受的武器包括常規(guī)武器和核武器，均考慮一次爆炸產(chǎn)生的破壞作用，且均通過空氣沖擊波和巖土中的壓縮波對人防工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用，常規(guī)武器在空氣中和巖土中的空氣沖擊波荷載見圖1、圖2。

核武器在空氣中和巖土中的空氣沖擊波荷載見圖3、圖4。

圖2

圖1

圖4

圖3

根據(jù)沖擊波的特性，人防工程口部設(shè)計的不同對沖擊波產(chǎn)生的荷載有很大的不同。這就需要建筑在設(shè)計人防口部時除滿足建筑功能要求外盡量采取安全合理的出口形式。

人防結(jié)構(gòu)設(shè)計時，爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波作用到人防主體結(jié)構(gòu)形成瞬間動荷載，動荷載再根據(jù)規(guī)范轉(zhuǎn)化為靜荷載，以方便進行結(jié)構(gòu)計算。人防工程的結(jié)構(gòu)計算除需考慮承載能力極限狀態(tài)外還應(yīng)考慮局部作用的極限狀態(tài)，并考慮平時和戰(zhàn)時兩種不同荷載效應(yīng)組合的要求，戰(zhàn)時受荷情況下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性工作階段設(shè)計允許屈服后適當?shù)拈_裂，材料強度也可以適當提高，結(jié)構(gòu)可只進行強度計算，不進行結(jié)構(gòu)變形、裂縫開展、地基承載力和地基變形計算。

3 人防工程設(shè)計的要點

①人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計前須先對建筑圖充分消化。在收到建筑工種圖時，不可不加以消化就開始盲目計算，應(yīng)對建筑的口部設(shè)計、防護單元、抗爆單元的劃分進行校對，看其是否滿足現(xiàn)行規(guī)范、是否做到合理布局、安全經(jīng)濟等，不合理的部分應(yīng)會同建筑協(xié)商解決。

②確認建筑圖之后，最重要的就是對人防結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行準確的定義，人防地下室外墻與普通地下室外墻需區(qū)分開，臨空墻、擴散室墻、擴散室前墻、防護單元隔墻、門框墻等。

③正確的定義人防結(jié)構(gòu)構(gòu)件是進行后續(xù)的人防荷載取值及計算的前提。確定好結(jié)構(gòu)構(gòu)件后荷載的取值參照規(guī)范查表即可，此處需注意的是結(jié)構(gòu)計算時的荷載組合方式。

④還有一個要點就是構(gòu)造設(shè)計，所有構(gòu)件均須滿足構(gòu)造要求，構(gòu)造對混凝土厚度及等級的要求可以保證構(gòu)件受力滿足要求的同時，也可以起到有效防止核輻射和熱輻射等的作用。構(gòu)件鋼筋的構(gòu)造要求可以保證人防結(jié)構(gòu)在受到爆炸沖擊的時候有足夠的延性。

4 具體案例

馬鞍山市寶雅花園按規(guī)劃要求在地下室局部設(shè)置人防地下室，防常規(guī)武器、核武器抗力等級均為6級，地下室為框架結(jié)構(gòu)，人防外圍地下室外墻及人防范圍邊墻采用混凝土墻，上部為框架結(jié)構(gòu)，人防口部部分構(gòu)件定義如下。根據(jù)人防規(guī)范，未計入上部建筑物對外墻荷載影響，平面簡圖如圖5。

圖 5

具體等效靜荷載取值如下：

（等靜k效載N/m構(gòu)3）件入墻臨外（口空出室）墻 入臨外（口空出室）擴室墻散前 擴散墻室 防倒塌挑檐 防元護隔單墻地人下防一區(qū)層域 130 130 110 65 上50 下50 50（等靜k效載N/構(gòu)m3）件 頂板 底板 外墻入墻門外（口框出室）墻 入門內(nèi)（口框出室）墻門 元間（框 之）單樓梯平踏臺步及地人防下區(qū)一域?qū)?70 25基（）樁 50 260 200 50 正6面0反3面0

在進行PKPM計算時，人防范圍頂板按人防荷載進行輸入，在特殊構(gòu)件菜單欄正確輸入人防抗力等級甲6級并正確定義臨空墻的位置，人防地下室底板等效靜荷載查規(guī)范得25kN/m2，考慮到水浮力影響q=43kN/m2,可知此人防地下室底板人防等效靜荷載并不起控制作用，可以不考慮此因素影響。

須注意的是門框墻的荷載取值及M、V、As 的計算,此處門框墻計算如下所示：

圖6

室內(nèi)人防門框墻1

[計算條件]

L=950.00(mm)L1=916.00(mm)L2=850.00(mm)

h=300.00(mm)

qe=120.00(kN/m^2)

qi=50.00(kN/m)

混凝土強度等級:C30

配筋計算as:20(mm)

縱筋級別:HRB400；箍筋級別:HRB335；箍筋間距(mm):200

[計算結(jié)果]

彎矩(kN-m/m)：M=89.150

剪力(kN/m)：V=152.000

*****按懸臂構(gòu)件計算*****

抗彎受拉筋:As=758(mm^2/m)

抗剪箍筋:Av=0(mm^2/m)

此處應(yīng)特別注意qe及a、b的取值，其余人防構(gòu)件計算方法類似，此處不累述。

在施工圖繪制前，應(yīng)先熟悉掌握07FG01～05等圖集的做法及技術(shù)要求，門檻是否設(shè)置，門檻放置鋼板處的配筋大樣、門口四周的構(gòu)造加強措施、吊鉤的擺放位置等，保證人防設(shè)備和構(gòu)件滿足使用和安全的前提下盡可能方便施工和使用。

5 人防問題常見問題

①人防設(shè)計要求考慮平戰(zhàn)結(jié)合，現(xiàn)在設(shè)計的平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換時防護墻大多采用沙袋堆積，現(xiàn)實中一旦需要平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換，城市很難再在很短的時間內(nèi)生產(chǎn)出足夠數(shù)量的沙袋，所以筆者建議結(jié)構(gòu)工程師可以考慮生產(chǎn)預(yù)制混凝土構(gòu)件，平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換時可以現(xiàn)場拼裝，當然預(yù)制混凝土構(gòu)件重量不宜過大，滿足戰(zhàn)時人力組裝要求。

②人防室外出口出地面處大都采用框架結(jié)構(gòu)，考慮到人防設(shè)計的原則，框架柱、梁與填充墻不能有連接，以保證填充墻提前摧毀，保證框架柱梁的結(jié)構(gòu)安全及出口的通暢，且不可加強此處填充墻構(gòu)造甚至于改為混凝土墻（僅限5級以下)增加對人防荷載的抵抗，且棚架頂板和柱、檐口的水平荷載分別計算和配筋。人防室內(nèi)出口出地面處同樣須采用無連接填充墻，以求能量最大限度釋放，且應(yīng)設(shè)置防倒塌措施，防止上部墻板及梯段坍塌封堵出口。防倒塌挑檐的設(shè)計不僅要考慮本棟樓的影響，還需考慮周圍建筑的倒塌影響。

③人防規(guī)范強條“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的甲類防空地下室，其頂板底面不得高出室外地平面”，實際工程設(shè)計中，建筑往往由于地形、室內(nèi)外高層等原因忽視了此強條，當空氣空氣波到來時，上部砌體結(jié)構(gòu)因脆性材料會隨之破壞，不會對高度地面的人防地下室外墻產(chǎn)生傾覆力矩，只需計算此處墻體滿足受力及輻射即可，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因為自身的延性比較強，上部主體結(jié)構(gòu)并不會因空氣波摧毀，因此會對人防地下室高出地面處外墻產(chǎn)生過大的傾覆力矩，對人防主體工程產(chǎn)生極不利的影響。實際設(shè)計中當遇到此種情況時，如果高差不大，可以采取增加人防地下室頂板厚度的措施來滿足此強條，如高差過大，可采用對外墻板加腋或者局部降板的措施，如此方案還滿足不了，則須調(diào)整方案，以求滿足此強條。

④人防圖紙?zhí)子脮r，須仔細閱讀其前提條件及適用要求，且不可忙亂套圖集，盲目增加無必要的配筋。且結(jié)構(gòu)設(shè)計須考慮建筑及設(shè)備管線埋設(shè)及洞口的留置情況，填充墻及混凝土墻的布置要與建筑溝通達到一致。

⑤人防結(jié)構(gòu)設(shè)計除滿足人防設(shè)計要求外，還須滿足豎向受力及抗震要求，構(gòu)件設(shè)計須嚴格按人防規(guī)范及圖集的構(gòu)造要求，保證結(jié)構(gòu)有足夠的延性和塑性受力能力。

6 結(jié) 論

隨著人防設(shè)計資質(zhì)的放開，越來越多的設(shè)計人員有機會從事人防工程設(shè)計，考慮到人防工作的復(fù)雜性和特殊性和重要性，設(shè)計滿足人防功能要求的人防工程是每個設(shè)計人員的當務(wù)之急。筆者認為只要掌握了人防工程的設(shè)計原則和理論的特殊性，再利用結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本理論進行設(shè)計并結(jié)合一定的現(xiàn)場工程實踐，就可以逐步掌握人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的精髓。

[1]GB50038-2005，人民防空地下室設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]曹繼勇，張尚根.人民防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國計劃出版社，2006.