人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

趙玉潔 隋承煥

摘要：隨著城市化規(guī)模的推進(jìn)，越來(lái)越多的高層建筑、大型建筑群、綜合體成了城市建筑的主角，而城市高層建筑的設(shè)計(jì)不可避免的涉及到人防設(shè)計(jì)的問(wèn)題。以下就人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及的原則及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：人防地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題；對(duì)策

人防地下室是為戰(zhàn)時(shí)服務(wù)，具有預(yù)定戰(zhàn)時(shí)防空功能的特殊地下建筑，與普通地下建筑相比較，其使用對(duì)象、條件、要求均有明顯差別，從而在設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和處理方法上，均與普通地下建筑不同。本文對(duì)人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并給出了解決方案。

1人防工程概述

人防工程即人民防空工程，是根據(jù)國(guó)防的需要，動(dòng)員和組織群眾采取防護(hù)措施。它具有預(yù)防和減少空襲危害的作用，除了采取人員疏散措施外，也是戰(zhàn)時(shí)防空中最重要的措施之一。防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括頂板、外側(cè)墻、底板等其它構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；二是孔口防護(hù)設(shè)計(jì)，包括出入口的防護(hù)和消波系統(tǒng)的防護(hù)設(shè)備，其中出入口的防護(hù)包含防護(hù)密閉門(mén)的選用、門(mén)框墻、臨空墻的計(jì)算、出入口通道包括風(fēng)井的計(jì)算等幾個(gè)方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門(mén)的選用和擴(kuò)散室的設(shè)計(jì)。

2人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

（1）平戰(zhàn)結(jié)合，取控制條件，一般按5級(jí)或6級(jí)人防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行民用建筑人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按戰(zhàn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的頂板，并根據(jù)地下室的結(jié)構(gòu)型式來(lái)進(jìn)行墻板和底板的設(shè)計(jì)。若平時(shí)使用要求與戰(zhàn)時(shí)防護(hù)要求不同，則需采取措施實(shí)現(xiàn)平戰(zhàn)功能轉(zhuǎn)換。（2）可用等效靜載法簡(jiǎn)化考慮人防荷載作用，并將其拆開(kāi)為單個(gè)構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。（3）只進(jìn)行強(qiáng)度的驗(yàn)算，因在人防荷載作用下，已用允許延性比來(lái)控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限，并且確定允許延性比時(shí)已考慮了對(duì)變形的限制，故人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中無(wú)須對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)算。（4）人防地下室墻、柱等承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)同地面上部的承重結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，二者強(qiáng)弱相差不能過(guò)大，以使地面建筑物的荷載能夠順利傳遞到地基上。（5）做好各部件的協(xié)調(diào)，防止設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)不一致而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部破壞，使得建筑的整體防護(hù)作用降低。

3人防工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

進(jìn)行人防工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們要對(duì)其結(jié)構(gòu)的可靠性和承載力進(jìn)行具體的分析和計(jì)算，保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，同時(shí)要對(duì)建筑建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮，這樣可以對(duì)人防的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性，要對(duì)出現(xiàn)核彈爆炸情況下人防結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行計(jì)算分析，但是由于核彈爆炸的時(shí)間比較短，因此對(duì)地基的變形、裂縫、承載力等情況無(wú)法進(jìn)行實(shí)際的驗(yàn)算。雖然人防結(jié)構(gòu)的靜荷載比較大，但是作為控制質(zhì)量的結(jié)構(gòu)條件，要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)條件進(jìn)行分析，保證其存在的各項(xiàng)系數(shù)的準(zhǔn)確性。人防工程的具體設(shè)計(jì)要根據(jù)實(shí)際的情況而定，和平年代的人防工程的功能無(wú)法得到最大程度的發(fā)揮，但跟普通的建筑并不相同，進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要根據(jù)相應(yīng)的荷載承受力進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，保證工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量和投入使用功能的發(fā)揮。

3.2構(gòu)造設(shè)計(jì)

人防工程的建設(shè)中，需要的荷載比較大，其結(jié)構(gòu)要承受核彈爆炸等產(chǎn)生的巨大的沖擊，因此進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要根據(jù)具體的防御系數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)的材料、構(gòu)件質(zhì)量的最小要求進(jìn)行具體的規(guī)定，保證其在普通功能發(fā)揮的基礎(chǔ)上，能夠發(fā)揮人防工程自身的功能。地下人防工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸往往比較大，因此，在進(jìn)行配筋設(shè)汁時(shí)，應(yīng)該注意避免出現(xiàn)配筋率小于最小配筋率的情況，以防止結(jié)構(gòu)物在荷載的作用下產(chǎn)生脆性破壞，出現(xiàn)突然壓潰現(xiàn)象。地下人防工程的板、墻等都應(yīng)該采用雙面配筋，并且按照規(guī)范要求設(shè)置梅花形拉筋，確保構(gòu)件在震動(dòng)狀態(tài)下鋼筋與混凝土結(jié)合良好，共同受力。地下人防工程不宜在防護(hù)單元內(nèi)設(shè)置沉降縫、伸縮縫。因?yàn)?，要想讓這些縫又能夠陽(yáng)止抵抗巨大的沖擊力又能起到其自身的功能幾乎是不可能的。應(yīng)該在室外出入口和主體結(jié)構(gòu)想連接的位置設(shè)置沉降縫。

3.3平站轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

人防地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要堅(jiān)持“平站轉(zhuǎn)換”的原則，戰(zhàn)時(shí)可作為掩護(hù)和疏散群眾的場(chǎng)所，這要求人防地下室結(jié)構(gòu)要具有很強(qiáng)的荷載能力，很高的密閉性，因而在人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要縮小結(jié)構(gòu)跨度、減少各種孔口。但和平時(shí)期人防地下室也要具有交通、商業(yè)等服務(wù)功能，上述設(shè)計(jì)原則不利于人防工程的平時(shí)使用。對(duì)此，應(yīng)參考《人防工程防護(hù)功能平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)圖集》，本著轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)便、迅速、靈活，平展用途相近，一次設(shè)計(jì)兩步社工，保證兼容性的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4地下室人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

關(guān)于人防地下室凈高的問(wèn)題。地下室平時(shí)的功能大多是車(chē)庫(kù)、地下商場(chǎng)、地下游樂(lè)設(shè)施等，平常使用時(shí)荷載較小且大多具有大空間的要求。但是人防作戰(zhàn)時(shí)遭受敵襲擊時(shí)應(yīng)作為保障人民生命安全的一種具有特殊功能要求的建筑物，需要承受的荷載較一般結(jié)構(gòu)大幾十倍至數(shù)百倍，并且具有較高的密閉要求，減少并縮小直通外部的各種孔口，這些不同功能空間的層高及凈空要求可能給平時(shí)使用造成諸多困難。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，曾經(jīng)采用反梁的做法，但是這種做法會(huì)造成地下室頂板上排水方式的復(fù)雜性，可能造成專業(yè)間無(wú)法解決的矛盾。如何協(xié)調(diào)兩種狀態(tài)下不同的使用要求，成為在人防設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在經(jīng)過(guò)很多結(jié)構(gòu)類(lèi)型的嘗試后，考慮到人防的抗力要求高，最終選定了采用無(wú)梁樓蓋這種形式作為人防地下室的首選的樓板形式。

防荷載的確定。地下室人防改造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括頂板、外側(cè)墻、底板等其他構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。二是孔口防護(hù)設(shè)計(jì)，包括出入口的防護(hù)和消波系統(tǒng)（防護(hù)設(shè)備），其中出入口的防護(hù)包含防護(hù)密閉門(mén)的選用、門(mén)框墻、臨空墻的計(jì)算、出入口通道（包括風(fēng)井）的計(jì)算等幾個(gè)方面。人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮抗空氣沖擊波。當(dāng)核武器在空中爆炸，沖擊波傳播到地表時(shí)，形成反射沖擊波。因反射波是在被入射波壓密和加熱過(guò)的空氣中傳播、且壓力又高，所以反射波的傳播速度要比入射波快，當(dāng)反射波波陣面終于趕上入射波波陣面后，則匯合成為單一的沖擊波，即合成波。合成波波陣面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向傳播的，對(duì)抗力等級(jí)較低的防空地下室來(lái)說(shuō)，所受的沖擊波即為這種合成波（即地面沖擊波）。防空地下室的頂板一般就直接承受地面沖擊波的超壓和負(fù)壓作用，而對(duì)于側(cè)壁和底板，因空氣沖擊波作用于地表，壓迫土體并使其產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，上層土體受壓后連續(xù)向下傳遞壓力（這種土體的壓縮狀態(tài)由上向下逐層傳播過(guò)程稱為土中壓縮波的傳播），當(dāng)遇到側(cè)壁或底板的阻擋后，則會(huì)產(chǎn)生超壓、動(dòng)壓和負(fù)壓作用，這就是側(cè)壁和底板需考慮的問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

總之，在城市地下空間開(kāi)發(fā)利用進(jìn)程中，應(yīng)結(jié)合城市建設(shè)，積極推進(jìn)人防工程建設(shè)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)現(xiàn)代人防的要求。作為工程技術(shù)人員要不斷加強(qiáng)對(duì)城市地下工程的改造設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的研究，加強(qiáng)防水、防火、防護(hù)等防災(zāi)技術(shù)的研究，并創(chuàng)造條件，加以改造，提高地下空間的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：1大連鴻華設(shè)計(jì)有限公司；

2大連新日設(shè)計(jì)發(fā)展有限公司）