人民防空結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題與措施

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1 人民防空的概念和意義

人民防空工程是指在自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭期間的臨時掩體、儲藏室等，它是保護(hù)人民群眾生命和財產(chǎn)的構(gòu)筑物[1]。在分析其結(jié)構(gòu)構(gòu)造和抗力方面，構(gòu)造的重要性往往高于抗力。人民防空工程只有滿足《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》（GB 50038—2005）（以下簡稱《規(guī)范》）的構(gòu)造要求才能具備基本的防災(zāi)防空以及保護(hù)物資不被沾染的功能，因此具有重大的建設(shè)意義。

2 人防構(gòu)造的常見問題

（1）防護(hù)厚度。某核6的主樓區(qū)地下室頂板厚度取200mm，不滿足《規(guī)范》3.2.2條厚度不應(yīng)小于250mm的防護(hù)要求。建議處理措施為上覆50mm厚水泥砂漿作為建筑面層并配鋼絲網(wǎng)。（2）地庫底板的最小配筋率取值問題?！兑?guī)范》表4.11.7第5條提到由平時荷載起控制作用的底板最小配筋率可按0.15%，需特別注意該條文中所提的底板是指主樓的筏板基礎(chǔ)。地庫底板因跨度大，考慮經(jīng)濟(jì)合理性，很少采用剛度大的筏板基礎(chǔ)，往往采用受彎構(gòu)件的防水板，因此該類底板需嚴(yán)格執(zhí)行受彎構(gòu)件為0.25%的最小配筋率。（3）擴(kuò)散室墻體配筋應(yīng)滿足最小配筋率0.25%的規(guī)定。因?yàn)閿U(kuò)散室有余壓，其墻體應(yīng)作為受力構(gòu)件滿足最小配筋率0.25%的要求。另外要注意，人防構(gòu)件混凝土強(qiáng)度如果同主樓結(jié)構(gòu)采用C40及以上，最小配筋率應(yīng)按《規(guī)范》相應(yīng)提高。（4）人防工程的氣密性措施。驗(yàn)收要求對口部氣密性進(jìn)行檢測，如施工縫處不采取密閉措施，檢驗(yàn)不合格的風(fēng)險會很高。施工縫可設(shè)置止水鋼板，也可用遇水膨脹止水條。另外要注意沉降后澆帶穿越人防封堵門是不允許的，而溫度后澆帶穿越人防封堵門的情況，如能把控混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量則是可行的。

3 出入口爆炸荷載的常見問題

（1）正確理解出入口爆炸荷載的作用路徑和特性。核類荷載接近面荷載，單位值較小且衰減慢，會造成結(jié)構(gòu)整體性倒塌和傾覆，常類荷載接近點(diǎn)荷載，單位值較大但衰減快，會造成結(jié)構(gòu)的局部破壞。由此可見，汽車坡道作為室外直通出入口，在《規(guī)范》所提的L小于5m的情況下，常類荷載應(yīng)作為不利荷載進(jìn)行口部設(shè)計。

（2）正確理解《規(guī)范》4.7.7.1條關(guān)于室內(nèi)出入口臨空墻荷載取值。

對FQ-3進(jìn)行設(shè)計計算，人防荷載取值經(jīng)常會出現(xiàn)以下兩點(diǎn)取值錯誤。①因不是人防主要出入口，將FQ-3作為內(nèi)部墻體，按不受荷載處理。按《規(guī)范》解釋，常規(guī)武器爆炸空氣沖擊波在傳播過程中衰減較快，而室內(nèi)出入口距爆心的距離相對較遠(yuǎn)，作用到室內(nèi)出入口內(nèi)臨空墻、門框墻上的動荷載往往較小。室內(nèi)出入口距外墻的距離以5m為界?？梢?，不論作不作為主要出入口，只要是距離擋土外墻小于5m的室內(nèi)臨空墻，沖擊波都有侵入的可能，臨空墻應(yīng)按受力考慮。②因?yàn)閳D1中5850mm已經(jīng)大于5m，電梯井附近的FQ-3按不受人防荷載考慮。沖擊波的特性是一種超壓，爆炸荷載會在不足5m處的情況下進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行壓力擴(kuò)散，應(yīng)對打點(diǎn)區(qū)域周邊的臨空墻FQ-3進(jìn)行相同受力分析。室內(nèi)出入口結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。

圖1 室內(nèi)出入口結(jié)構(gòu)平面圖（單位：mm）

（3）甲類人防主要出入口在地庫范圍穿越非人防，通道底板、頂板是否需要考慮人防荷載。因《規(guī)范》未明確，往往忽視其作為人防構(gòu)件。根據(jù)《規(guī)范》2.1.27條關(guān)于主要出入口的定義，為保證生命通道使用的方便性，應(yīng)將其納入人防構(gòu)件設(shè)計，并將通道兩側(cè)可能存在的填充磚墻在戰(zhàn)時予以拆除或用砼墻替代以避免遭受爆炸沖擊后倒塌堵塞通道。

（4）甲類坡地建筑的半地下室人防擋土外墻荷載取值問題。因按《規(guī)范》3.2.15條，核6級、核6B級的甲類防空地下室，其頂板的底部高出室外地平面的高度不得大于1m，坡地半地下室不滿足《規(guī)范》要求。建議處理措施為對坡地建筑的外墻外圍進(jìn)行適當(dāng)寬度的培土防護(hù)，以保障結(jié)構(gòu)的抗傾覆。先計算出常類的等效荷載再與《規(guī)范》4.8.4條核類荷載進(jìn)行包絡(luò)，以確定擋土墻的荷載值。

4 口部、主要出入口設(shè)計的常見問題

（1）口部設(shè)計直接套用圖集《防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計（2007年合訂本）》（FG01～05）進(jìn)行設(shè)計，忽略建筑材料的更新進(jìn)步。目前建設(shè)部已提倡采用強(qiáng)度更強(qiáng)的三級鋼替代二級鋼，圖集計算中采用的二級鋼（基本淘汰），其計算結(jié)果已與設(shè)計不符，只能做參考不宜作為設(shè)計依據(jù)。由此應(yīng)按實(shí)際材料的強(qiáng)度進(jìn)行口部設(shè)計。

（2）人防門上方的上擋梁設(shè)計深度不足，造成工程竣工后發(fā)現(xiàn)錯漏百出。上擋梁擋住其他門的開啟或預(yù)埋多個設(shè)備套管打斷梁鋼筋。爆炸沖擊波從門一側(cè)沖擊，上擋梁從受力方向來看就是一道普通梁。因?yàn)槿朔篱T洞類似墻板上開設(shè)洞口，所以需要設(shè)置上擋梁來加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。為保證加強(qiáng)梁梁端的可靠錨固，應(yīng)避免梁端懸空凸出墻面。如梁端無墻體作為支座，可采用如圖2所示的側(cè)翻做法，同人防門位于一側(cè)。

圖2 人防門上擋梁做法示意圖（單位：mm）

（3）關(guān)于甲類主要出入口的構(gòu)造設(shè)計。出入口的側(cè)墻不能按磚墻設(shè)置，戰(zhàn)時爆炸會倒塌堵塞出入口。按《規(guī)范》條文解釋3.3.3和3.3.4的指導(dǎo)分析，應(yīng)采用混凝土墻替代磚墻；防倒塌棚架的基礎(chǔ)為了預(yù)埋錨栓，往往加厚基礎(chǔ)高度而影響出入口凈高，建議在保證錨栓錨固長度的前提下減小直錨長度，但不小于15d。根據(jù)《規(guī)范》3.3.12條，附壁式室外出入口中的臨空墻厚度往往出現(xiàn)不滿足《規(guī)范》要求的情況，可采用平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換措施，在臨戰(zhàn)時砌磚加厚墻體。

5 優(yōu)化設(shè)計的常見問題

在滿足建筑使用功能的前提下，盡量減小地庫的層高，合理設(shè)計地下室樓蓋體系[2]，可有效降低工程造價；墻板構(gòu)件優(yōu)化時，在滿足最小配筋率的基礎(chǔ)上，采用分離式配筋可顯著節(jié)約鋼筋用量，并能保證結(jié)構(gòu)抗力。應(yīng)注意各構(gòu)件的邊界條件，按接近實(shí)際支承情況進(jìn)行處理[3-4]，合理分析臨空墻受力狀況，能得到經(jīng)濟(jì)安全的配筋；在給柱配筋時，有意識地增大柱角筋直徑，減小柱邊筋的直徑。以上措施都可安全有效地降低結(jié)構(gòu)含鋼量。現(xiàn)將結(jié)構(gòu)優(yōu)化中容易忽視的問題介紹如下。

5.1 關(guān)于車庫樁基布置的問題

車庫布樁選用上部結(jié)構(gòu)有限元計算的恒+活，其計算結(jié)果忽略了底板剛度的貢獻(xiàn)，導(dǎo)致布樁不合理。用盈建科2.0軟件對同一個車庫模型分別進(jìn)行有底板(按樓層組裝)和無底板的計算，比對其柱底力。查看有底板模型中的有限元計算結(jié)果，選取與人防墻連接的一處柱，發(fā)現(xiàn)其恒+活總值相對無底板模型中的有限元計算結(jié)果沒有增大，反而減小，可見底板剛度對計算的影響很大；查看有底板模型中的平面導(dǎo)荷恒+活，查看同一位置的柱底力，其值相對無底板模型中平面導(dǎo)荷恒+活，其增大幅度就是底板的自重，這是符合預(yù)期的。由上述分析可知，車庫基礎(chǔ)設(shè)計不同于主樓基礎(chǔ)設(shè)計，由于主樓上部剛度大，因此有限元計算中可平衡掉底板剛度的影響，而無上部建筑的車庫，在有限元計算中不能忽略底板的剛度貢獻(xiàn)，因此車庫布樁采用平面導(dǎo)荷中的恒+活是合理的。

5.2 關(guān)于人防內(nèi)部墻體的最小配筋率計算

有大量人防工程內(nèi)部墻體配筋率按0.25%執(zhí)行，造成不經(jīng)濟(jì)，而有的工程按普通剪力墻配筋率執(zhí)行，其縱向鋼筋不滿足《規(guī)范》的最小配筋率。應(yīng)執(zhí)行《規(guī)范》4.11.7條，特別注意當(dāng)采用HRB400級、RRB400級鋼筋時,應(yīng)按表中規(guī)定減小0.1，人防區(qū)內(nèi)部墻體單側(cè)最小配筋率應(yīng)按0.15%執(zhí)行。

5.3 乙類人防地下室底板是否要設(shè)置拉結(jié)筋

按《規(guī)范》4.11.11及4.9.2條，防空地下室底板設(shè)計計算可不計入常規(guī)武器地面爆炸產(chǎn)生的等效靜荷載，已明確不需要設(shè)置底板拉結(jié)筋。

6 結(jié)束語

人民防空結(jié)構(gòu)設(shè)計的專業(yè)性很強(qiáng)，如能從構(gòu)造要求、受力特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等容易忽視的要點(diǎn)問題著手總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，就能規(guī)避工程設(shè)計中的紕漏，有效降低工程造價，使人防工程高效地為人民服務(wù)。