人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

崔平

摘? ? 要：當(dāng)今世界政治局勢風(fēng)云突變，各國軍事力量不斷發(fā)展，武器裝備愈加先進(jìn)，在這樣的形勢下，人民防空工程尤為重要。人民防空工程也叫人防工事，是指為保障戰(zhàn)時(shí)人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫(yī)療救護(hù)而單獨(dú)修建的地下防護(hù)建筑，以及結(jié)合地面建筑修建的戰(zhàn)時(shí)可用于防空的地下室，在平時(shí)也作為防災(zāi)、減災(zāi)指揮所及避難所。本文對人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、原則及設(shè)計(jì)內(nèi)容等問題進(jìn)行了總結(jié)，與普通地下室相比，防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是要考慮戰(zhàn)時(shí)規(guī)定武器爆炸動荷載的作用。

本文通過介紹大興區(qū)榆垡組團(tuán)二期安置房項(xiàng)目11號樓配套服務(wù)設(shè)施項(xiàng)目中地下人防設(shè)計(jì)的實(shí)例，系統(tǒng)的展示人防設(shè)計(jì)過程中的一些關(guān)鍵要點(diǎn)， 首先應(yīng)根據(jù)建筑基本條件確定結(jié)構(gòu)布置體系，如本工程人防地下室頂板及底板均采用梁板結(jié)構(gòu)體系;其次應(yīng)確定人防抗力等級進(jìn)而確定人防荷載，人防荷載需要根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》及《（北京市）平戰(zhàn)結(jié)合人民防空工程設(shè)計(jì)規(guī)范》確定頂板、外墻、底板、門框墻、臨空墻及隔墻的人防荷載，其中部分荷載還要考慮上部建筑影響分別考慮荷載;再將荷載輸入模型并正確選取設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果有必要再調(diào)整構(gòu)件尺寸重新計(jì)算，重復(fù)此過程以得到合理的配筋結(jié)果并滿足最低構(gòu)造要求。本人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析可作為此類人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考。

關(guān)鍵詞： 人防設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)選型，人防荷載

1? 引言

近年來，世界政治局勢風(fēng)云突變，國際關(guān)系雖出現(xiàn)了緩和，但是戰(zhàn)爭的根源依然存在，各國軍事力量及武器裝備不斷發(fā)展，在這樣的形勢下，人民防空工程尤為重要。人防工程對核武器、化學(xué)武器、生物武器的各種殺傷因素和對常規(guī)武器的襲擊都有較好的防護(hù)作用。人民防空工程也叫人防工事，是指為保障戰(zhàn)時(shí)人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫(yī)療救護(hù)而單獨(dú)修建的地下防護(hù)建筑，以及結(jié)合地面建筑修建的戰(zhàn)時(shí)可用于防空的地下室，在平時(shí)也作為防災(zāi)、減災(zāi)指揮所及避難所。人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)人防工程設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的組成部分，與普通地下室相比，防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是要考慮戰(zhàn)時(shí)規(guī)定武器爆炸動荷載的作用。本文通過介紹一個(gè)人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)例，系統(tǒng)的介紹人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程及要點(diǎn)。

2? 人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

人民防空工程也叫人防工事，是指為保障戰(zhàn)時(shí)人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫(yī)療救護(hù)而單獨(dú)修建的地下防護(hù)建筑，以及結(jié)合地面建筑修建的戰(zhàn)時(shí)可用于防空的地下室，在平時(shí)也作為防災(zāi)、減災(zāi)指揮所及避難所。防常規(guī)武器抗力級別分為5、6級，簡稱為常5級和常6級;防核武器抗力級別分為4、4B、5、6、6B級，簡稱為核4級、核4B級、核5級、核6級、核6B級。

GB 50038—2005《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說明4.1.1規(guī)定：與普通地下室相比，防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是要考慮戰(zhàn)時(shí)規(guī)定武器爆炸動荷載的作用。常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載均屬于偶然性荷載，具有量值大、作用時(shí)間短且不斷衰減等特點(diǎn)。暴露于空氣中的防空地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如高出地面不覆土的外墻、不覆土的頂板、口部防護(hù)密閉門及門框墻、臨空墻等部位直接承受空氣沖擊波的作用。其它埋入土中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如有覆土頂板、土中外墻及底板等，則直接承受土中壓縮波的作用。此外，防空地下室內(nèi)部的墻、柱等構(gòu)件則間接承受圍護(hù)結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)動荷載作用。

防空地下室的結(jié)構(gòu)布置，必須考慮地面建筑結(jié)構(gòu)體系。墻、柱等承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量與地面建筑物的承重結(jié)構(gòu)相互對應(yīng)，以使地面建筑物的荷載通過防空地下室的承重結(jié)構(gòu)直接傳遞到地基上。

防空地下室的結(jié)構(gòu)選型包括結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系的選擇。結(jié)構(gòu)類別一般可分為砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種。當(dāng)上部建筑為砌體結(jié)構(gòu)，防空地下室抗力級別較低且地下水位也較低時(shí)，防空地下室可采用砌體結(jié)構(gòu)。防空地下室鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系常采用梁板結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)以及箱型結(jié)構(gòu)等，當(dāng)柱網(wǎng)尺寸較大時(shí)，也可采用雙向密肋樓蓋結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆空心樓蓋結(jié)構(gòu)。

目前在防空地下室中采用的預(yù)制裝配整體式構(gòu)件有疊合板、鋼管混凝土柱及螺旋筋套管混凝土柱等。其它預(yù)制裝配式構(gòu)件，如有充分試驗(yàn)依據(jù)，也可逐步用于防空地下室。

另外，GB 50038—2005《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.2.3條規(guī)定：在動荷載和靜荷載同時(shí)作用或動荷載單獨(dú)作用下，材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可按下列公式計(jì)算確定：

fd=γd×f

式中fd為動荷載作用下材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;f為靜荷載作用下材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;γd為動荷載作用下材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)。

試驗(yàn)表明，加載速率直接影響材料的力學(xué)性能。在武器爆炸動荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所經(jīng)受的是毫秒級快速變形過程，與標(biāo)準(zhǔn)靜載試驗(yàn)速度相比要快千百倍，這時(shí)材料力學(xué)性能發(fā)生比較明顯的變化，主要表現(xiàn)為強(qiáng)度提高。

3? 人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

人防地下室設(shè)計(jì)必須貫徹“長期準(zhǔn)備、重點(diǎn)建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合”的方針，并應(yīng)堅(jiān)持人防建筑與經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展、與城市建設(shè)相結(jié)合的原則。

《人民防空工程戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求》將人民防空工程按可能受到的空襲威脅劃分為甲、乙兩類：甲類工程防核武器、常規(guī)武器、化學(xué)武器、生物武器襲擊;乙類工程防常規(guī)武器、化學(xué)武器、生物武器的襲擊。

GB 50038—2005《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.1.3條規(guī)定：甲類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載的分別作用，乙類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載的作用。對常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，設(shè)計(jì)時(shí)均按一次作用。4.1.4條至4.1.6條規(guī)定：防空地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)防護(hù)要求和受力情況做到結(jié)構(gòu)各個(gè)部位抗力相協(xié)調(diào);在常規(guī)武器爆炸動荷載或核武器爆炸動荷載作用下，其動力分析均可采用等效靜荷載法;應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)承載力;對結(jié)構(gòu)變形、裂縫開展以及地基承載力與地基變形可不進(jìn)行驗(yàn)算。

另外，4.1.7條規(guī)定對乙類防空地下室和核5級、核6級、核6B級甲類防空地下室結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過臨戰(zhàn)時(shí)實(shí)施平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換達(dá)到戰(zhàn)時(shí)防護(hù)要求;以及4.1.8條規(guī)定防空地下室結(jié)構(gòu)除按本規(guī)范設(shè)計(jì)外，尚應(yīng)根據(jù)其上部建筑在平時(shí)使用條件下對防空地下室結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)取其中控制條件作為防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

4? 工程實(shí)例

北京市大興區(qū)榆垡組團(tuán)二期安置房項(xiàng)目11號樓配套服務(wù)設(shè)施，地上兩層，地下兩層。建筑高度8.1m，地下一及地下二層高3.9m。建筑面積2836m2，地下室建筑面積1655m2，其中人防建筑面積1002m2。其中地下二層為人防區(qū)，人防單元戰(zhàn)時(shí)為專業(yè)隊(duì)掩蔽所，平時(shí)功能為社區(qū)活動，人防抗力等級為甲5級，防化等級為二等人員掩蔽所防化等級為丙級。

本工程結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，安全等級為二級，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類），抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本加速度峰值為0.2g，建筑場地類別為Ⅲ類，設(shè)計(jì)地震分組為第二組?；A(chǔ)采用梁板式筏基。

本工程人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)GB 50038—2005《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》，DB11/994—2013《（北京市）平戰(zhàn)結(jié)合人民防空工程設(shè)計(jì)規(guī)范》以及防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集FG01～05）（2007年合訂本）等現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、圖集等進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下將通過本工程對人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)例分析。

4.1? 結(jié)構(gòu)選型及構(gòu)件尺寸

依據(jù)相關(guān)規(guī)范、圖集及工程實(shí)際情況，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為梁板式筏形基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)底板厚度為400mm，基礎(chǔ)梁截面尺寸均為700mm[×]800mm;框架柱均為600mm[×]600mm;人防頂板厚度為300mm，C軸線以北及6軸線以東區(qū)域?yàn)闊o上部結(jié)構(gòu)的純地下室，頂板覆土厚度為3.9m，此范圍人防頂板厚度為400mm。人防地下室的框架梁截面尺寸為600mm[×]900mm、700mm[×]1000mm等;人防外墻，人防臨空墻，人防隔墻厚度均為300mm;人防內(nèi)墻厚度為200mm，門框墻厚度為300mm、500mm，防爆破活門門框墻厚度為600mm及700mm?；炷翉?qiáng)度為C40，鋼筋強(qiáng)度為HRB400。

4.2? 人防荷載的取值

本工程是按甲類防空工程設(shè)計(jì)的 ，因此應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載的分別作用，對常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，設(shè)計(jì)時(shí)均按一次作用。依據(jù)相關(guān)規(guī)范，各部位的等效靜荷載取值分別如下：

頂板： 根據(jù)頂板短邊凈跨，板上覆土的厚度及是否考慮上部建筑的影響，按核5級取值。C軸線以北及6軸線以東區(qū)域的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： 130kN/m2及145kN/m2;其他區(qū)域的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： 100kN/m2。

外墻： 本工程基礎(chǔ)底板位于地下水位以上，因此按照非飽和土中外墻等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值，地基土為粉土，按核5級取值為： 50 kN/m2。

底板： 本工程基礎(chǔ)底板位于地下水位以上，根據(jù)頂板短邊凈跨，板上覆土的厚度及是否考慮上部建筑的影響，按核5級取值，核5級防空地下室底板的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值按考慮上部建筑影響計(jì)算，當(dāng)按不考慮上部建筑影響計(jì)算時(shí)，可將表中數(shù)值除以0.95后采用。底板上的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值為： 75kN/m2。

門框墻： 均按核5級取值 ，因它所受的荷載由兩部分組成 ，一是直接作用在墻上的荷載 380kN/m2，二是由門扇傳來的等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值 ，分別按門扇的型號及大小計(jì)算確定。

臨空墻： 按允許延性比[β]等于2.0計(jì)算時(shí)，按核5級設(shè)計(jì)取值為： 270kN/m2。

隔墻： 按核5級取值 ，按照人防單元與普通地下室間的隔墻 ，取值為： 180kN/m2。

樓梯：按核5級取值 ，正面荷載120kN/m2，反面荷載60kN/m2，中間有支撐墻的封閉式樓梯間或中間無支撐墻的開敞式樓梯間，在樓梯休息平臺或踏步板正面受沖擊波荷載后， 經(jīng)過幾毫秒時(shí)間沖擊波就繞射到反面，因此對樓梯休息平臺和踏步板應(yīng)按正面與反面不同時(shí)受荷分別計(jì)算。

4.3? 荷載組合和內(nèi)力分析

人防地下室結(jié)構(gòu)上的負(fù)載主要包括爆炸荷載、上部建筑自重、土壓力、水壓力和防空地下室自重。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，需要結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇合適的荷載組合，保證工程的質(zhì)量。在進(jìn)行荷載組合時(shí)，應(yīng)當(dāng)確定好上部建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)值，并對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明，在設(shè)計(jì)的過程中需要進(jìn)行仔細(xì)分析。本工程為甲類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)分別按平時(shí)使用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載;戰(zhàn)時(shí)常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用;戰(zhàn)時(shí)核武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用的荷載（效應(yīng)）組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)取各自的最不利的效應(yīng)組合作為設(shè)計(jì)依據(jù)。本工程各個(gè)部位參與組合的荷載如表1所示。

GB 50038—2005《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》，DB11/994—2013《（北京市）平戰(zhàn)結(jié)合人民防空工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中對人防工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析有詳細(xì)的規(guī)定，防空地下室結(jié)構(gòu)在確定等效靜荷載和靜荷載后，可按靜力計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。對于超靜定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可按由非彈性變形產(chǎn)生的塑性內(nèi)力重分布計(jì)算內(nèi)力。本工程具體設(shè)計(jì)時(shí)，人防頂板采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件YJK-A進(jìn)行內(nèi)力分析，人防底板采用盈建科基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件YJK-F進(jìn)行內(nèi)力分析;人防外墻、臨空墻、隔墻、門框墻及人防樓梯均采用理正人防電算軟件進(jìn)行內(nèi)力分析。地下二層梁、柱配筋計(jì)算結(jié)果簡圖，地下二層板配筋計(jì)算結(jié)果簡圖，配筋均滿足配筋率要求，且構(gòu)件尺寸合理。

4.4? 構(gòu)造要求

本工程人防構(gòu)件均采用C40 混凝土，設(shè)計(jì)抗?jié)B等級為P6，人防構(gòu)件截面尺寸均滿足相關(guān)規(guī)范的要求。最外層鋼筋的保護(hù)層厚度如表2所示。

其他需注意的構(gòu)造要求還有以下幾點(diǎn)：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件縱向受力鋼筋的錨固長度laF=1.05lad;地下室基礎(chǔ)底板上層筋必須從地基反梁上層主筋下部穿過，頂板下層筋必須從頂板反梁下層主筋上部穿過;人防圍護(hù)結(jié)構(gòu)和密閉墻體門洞四角必須設(shè)置加強(qiáng)筋：長度1000mm，斜45[°]綁扎，墻厚≦400mm，每角2φ16;墻厚>400mm，每角3φ16;被止水鋼板割斷的附墻柱箍筋應(yīng)搭接焊在止水鋼板上;人防圍護(hù)結(jié)構(gòu)和密閉墻體（均為鋼筋混凝土內(nèi)墻）模板對拉螺桿不允許穿PVC套管，且螺桿中部應(yīng)設(shè)止水片;管割斷的墻筋應(yīng)點(diǎn)焊在穿墻管上;人防區(qū)頂、底板、臨空墻必須設(shè)拉結(jié)筋，形式S型，≧φ6，間距≦500mm，梅花形布置。

梁與邊柱交接處，外墻與頂、底板交接處鋼筋構(gòu)造要求為：邊柱外側(cè)縱向鋼筋伸入地、頂梁內(nèi)的錨固長度應(yīng)≧1.5lad;當(dāng)頂板厚度<外墻厚度時(shí)，頂板上排筋伸入外墻內(nèi)錨固長度應(yīng)≧1.5lad;當(dāng)頂板厚度≧外墻厚度時(shí)，外墻外側(cè)縱向鋼筋伸入頂板內(nèi)錨固長度應(yīng)≧1.5lad;外墻外側(cè)縱向鋼筋伸入底板內(nèi)錨固長度應(yīng)≧1.5lad。

5? 結(jié)論

本項(xiàng)目系統(tǒng)的展示人防設(shè)計(jì)過程中的一些關(guān)鍵要點(diǎn)， 首先應(yīng)根據(jù)建筑基本條件確定結(jié)構(gòu)布置體系，如本工程人防地下室頂板及底板均采用梁板結(jié)構(gòu)體系;其次應(yīng)確定人防抗力等級進(jìn)而確定人防荷載，人防荷載需要根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范及《（北京市）平戰(zhàn)結(jié)合人民防空工程設(shè)計(jì)規(guī)范》確定頂板、外墻、底板、門框墻、臨空墻及隔墻的人防荷載，其中部分荷載還要考慮上部建筑影響分別考慮荷載;再將荷載輸入模型并正確選取設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果有必要再調(diào)整構(gòu)件尺寸重新計(jì)算，重復(fù)此過程以得到合理的配筋結(jié)果并滿足最低構(gòu)造要求。

本人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析可作為此類人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考。

參考文獻(xiàn)：

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