人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容及常見問題之對策研究

林 勇

（廈門佰地建筑設(shè)計有限公司，福建 廈門 361004）

0 引言

人民防空（以下簡稱“人防”）地下室是人防工事的一種，包括外墻、緩沖墻、防爆門、封閉墻以及防護墻等組成部分。人防地下室工程是建筑工程中不可或缺的組成部分，它不僅可以作為人防臨時掩體、戰(zhàn)時防空指揮中心、通訊中心、隱蔽所等；還能夠滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨?，是城市抗?zāi)減災(zāi)不可或缺的生命線工程。人防地下室的設(shè)計對整個工程建設(shè)質(zhì)量的好壞起著非常重要的作用；如果設(shè)計不合格，人防地下室建設(shè)質(zhì)量就無從談起。因此，本文針對人防地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容以及設(shè)計過程中常見問題及其解決措施展開研究，對加強人防地下室工程結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要意義。

1 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容

與普通地下室相比，人防地下室結(jié)構(gòu)最重要的特征就是具有承受爆炸動荷載的功能，其設(shè)計過程中需要注意材料強度，比如HRB400鋼筋綜合調(diào)整系數(shù)、C55及以下混凝土調(diào)整系數(shù)以及在戰(zhàn)時荷載組合作用下，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0等等。設(shè)計中，一定要重視地下室頂板的設(shè)計、外墻和門框墻的設(shè)計以及底板的設(shè)計等三方面的內(nèi)容。

1.1 人防地下室頂板設(shè)計

1.1.1 梁系的布置

人防地下室頂板盡量采用大板，不布置次梁，充分發(fā)揮頂板厚度的優(yōu)勢，這樣也比較經(jīng)濟。因為地下室頂板較厚，局部覆土較厚或者承受消防車荷載處的頂板可采取拉次梁的方式。

1.1.2 頂板板厚

人防地下室頂板厚度的取值應(yīng)考慮以下幾個因素：

（1）最小厚度要求：《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定頂板及中間樓板厚度不小于200mm。

（2）防早期核輻射的厚度要求：建筑人防規(guī)范規(guī)定有無上部建筑頂板最小防護厚度為250mm，不滿足最小防護厚度要求的頂板，應(yīng)在其上面覆土，覆土的厚度不應(yīng)小于防護厚度與頂板防護厚度之差的1.4倍[1]。當(dāng)頂板結(jié)構(gòu)板厚取200mm時候，其頂板上覆土最少為70mm，否則應(yīng)取250mm。

（3）結(jié)構(gòu)承載力的厚度要求：一般根據(jù)上部人防荷載、覆土荷載、是否有消防車荷載以及板跨度來綜合決定。

（4）地方規(guī)定要求：若是福建省內(nèi)項目，還應(yīng)該根據(jù)《福建省住宅工程設(shè)計若干技術(shù)規(guī)定執(zhí)行方法》室內(nèi)地下室頂板厚度不應(yīng)小于180mm，室外不應(yīng)小于250mm，采用雙層雙向配筋，鋼筋間距不大于150mm[2]。

1.1.3 頂板荷載

確定頂板荷載時，首先要明確是否考慮上部建筑的影響問題。需要考慮上部建筑影響的情況為：

（1）當(dāng)上部建筑層數(shù)不少于兩層，其底層外墻為鋼筋混凝土或砌體承重墻，且任何一面外墻墻面開孔面積不大于該墻面面積50%的時候。

（2）上部為單層建筑，其承重外墻使用的材料和開孔比例符合相關(guān)規(guī)定，且屋頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。除此之外可不考慮上部建筑的影響。比如，頂板覆土厚度≤0.5m時，考慮上部建筑影響的頂板荷載取55kN/m2，不考慮上部建筑影響的頂板荷載取60kN/m2；覆土厚度大于0.5m小于等于1.0m時，考慮上部建筑影響的頂板荷載取65kN/m2，不考慮上部建筑影響的頂板荷載取70kN/m2；覆土厚度大于1.0m小于等于1.5m時，考慮上部建筑影響的頂板荷載取70kN/m2，不考慮上部建筑影響的頂板荷載取75kN/m2；室外活荷載執(zhí)行通用規(guī)范一般按5kN/m2考慮。在主要車道出入口區(qū)域，在非人防區(qū)還應(yīng)考慮人防防倒塌荷載。

1.1.4 頂板梁

框架梁主要承受豎向荷載，人防地下室結(jié)構(gòu)中常采用矩形截面，考慮到人防地下室主梁配筋量大，梁寬可由柱尺寸確定，一般取稍小于柱尺寸為宜，梁高可根據(jù)荷載和跨度估算。一般經(jīng)濟的梁配筋率控制在1.5%左右，當(dāng)人防頂板存在較大高差時，梁在兩側(cè)高低差范圍內(nèi)截面和配筋應(yīng)滿足人防墻的設(shè)計及構(gòu)造要求，一般梁寬不小于300mm，梁腰筋及箍筋應(yīng)滿足人防墻單側(cè)配筋率的要求，混凝土等級一般取C30或C35，受力情況與埋置土中的人防外墻類似。

1.2 人防地下室外墻和門框墻設(shè)計

1.2.1 人防外墻設(shè)計

（1）地下室外墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，一般情況下，外墻按單向板設(shè)計，上端簡支，下端固定，但當(dāng)頂板開大洞導(dǎo)致墻頂形成自由端時就應(yīng)特別注意，比如車道的無蓋板段、室外樓梯間等，應(yīng)按上端自由，下端固定進行設(shè)計。外墻計算軟件可以采用MSTEEL軟件，不論地面是否停放消防車,地面堆載取5.0kN/m2。土的浮容重取11kN/m3；靜止土壓力系數(shù)Ko取0.5；鋼筋中心至墻邊距：外側(cè)取50mm，內(nèi)側(cè)取30mm；裂縫計算用保護層厚：外側(cè)40mm，內(nèi)側(cè)20mm；應(yīng)采用水土分算的方法，裂縫組合可按穩(wěn)定水位計算（穩(wěn)定水位一般地質(zhì)報告都會體現(xiàn)）。外墻厚度（6級人防）:當(dāng)h≤3.4m時，D=250mm；當(dāng)3.4＜h＜4.2m時，D=300mm；當(dāng)h≥4.2m時，D=350mm（注：h為墻體高度，D為墻厚度）。若是福建省住宅項目，還應(yīng)執(zhí)行福建省住宅設(shè)計若干技術(shù)規(guī)定，第一層地下室側(cè)壁厚度不應(yīng)小于350mm，第二層地下室側(cè)壁厚度不應(yīng)小于400mm，第三層地下室側(cè)壁厚度不應(yīng)小于550mm。

（2）外墻水平分布筋應(yīng)細(xì)而密，間距一般取100~150mm，配筋率不宜小于0.3%，外墻頂部，中間樓層處可不設(shè)暗梁；水平分布筋放置在外側(cè)，垂直鋼筋在內(nèi)側(cè)地下室外墻計算裂縫寬度取0.2mm。水平鋼筋設(shè)置在豎向鋼筋外側(cè)，墻柱平面布置圖中應(yīng)示意設(shè)備穿墻套管位置。

（3）主樓落下來的（一般小于6m）墻兩側(cè)有垂直墻時應(yīng)按雙向板計算比較合理。

1.2.2 門框墻設(shè)計

門框墻是由于開門洞尺寸較大，所以正常將它分成上擋墻、側(cè)墻、門檻等幾部分單獨計算。一般門洞兩邊的側(cè)墻體寬度與其高度相比較小，所以側(cè)墻采用一端固定一端自由的懸臂構(gòu)件計算。人防門的上擋墻通常分兩種情況，上擋墻高寬比小于1/2時，可按上端嵌固的懸臂構(gòu)件計算；當(dāng)上擋墻高寬比大于1/2時，人防門上擋墻可在門洞的上方設(shè)置橫向加強梁，按四邊支承的雙向板進行計算。遇到墻面較寬的側(cè)墻（通常大于1m時）不宜按懸臂構(gòu)件計算，可在人防門邊增加柱的方式，將側(cè)墻轉(zhuǎn)換為四邊支承的板進行計算。

1.3 人防地下室底板設(shè)計

承受水浮力的地下室底板厚度一般需要考慮底板的沖切承載力和抗?jié)B能力。

1.3.1 底板的沖切承載力

底板的沖切承載力一般指底板在水壓或水壓與人防荷載作用下，抵抗沖切破壞的能力，通常由承臺或獨立基礎(chǔ)的沖切控制。沖切錐體的延伸通常為從底板與承臺的交接處沿向墻柱方向的45度線交于底板面。當(dāng)沖切不滿足時，在考慮提高底板厚度前可先考慮適當(dāng)提高承臺（基礎(chǔ)）的尺寸，可獲得較優(yōu)的經(jīng)濟指標(biāo)。

1.3.2 底板的抗?jié)B能力

一層地下室的底板厚度不應(yīng)小于350mm，底板的設(shè)計要計算兩次，一次正向荷載，一次反向荷載，正向荷載主要是地下室底板上的設(shè)備重和墻荷載，反向荷載一般采用倒樓蓋方法，取混凝土容重為0，活荷載取0.1kN/m2。根據(jù)地勘，計算水浮力，水浮力荷載的計算要扣掉底板的自重，反向荷載的計算還要考慮人防荷載，底板不考慮常規(guī)武器等效靜荷載值，在核武器作用下底板的人防荷載是反向的，荷載取25kN/㎡。地下室人防工程不宜在防護單元內(nèi)設(shè)置伸縮縫、沉降縫。因為這些縫無法抵抗巨大的沖擊力而又保證自身的功能，應(yīng)該在室外出入口和主體結(jié)構(gòu)連接位置設(shè)置沉降縫。

2 設(shè)計中常見問題及解決措施

2.1 只在防護密閉門上設(shè)置加強梁

為了從根本上抵御戰(zhàn)爭時由于爆炸對防護密閉門所形成的沖擊，對其結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，需要在上檔墻的下段設(shè)置加強梁，使其當(dāng)作抵抗爆炸荷載的基本構(gòu)件；加強梁的縱向受力鋼筋，需要從門框的兩側(cè)墻內(nèi)或者柱子中進行受力，使其在洞口形成特殊的傳力體系。除此之外，在對加強梁進行設(shè)置時，應(yīng)該使其凸向防護區(qū)之內(nèi)，值得注意的是密閉通道的長度是否夠長、防護密閉門上的門框是否會對密閉門的開啟產(chǎn)生影響等。如果不受到特定條件的限制，一般會將加強梁凸向防護區(qū)的外面，由于防護密閉門比較大，要從根本上保證防護密閉門能順利安裝，那么需要將上擋墻的下邊緣預(yù)留250~300mm的高度。而且加強梁縱筋應(yīng)錨入門框兩側(cè)剪力墻內(nèi)，以形成明確的洞口加強傳力體系。另外，出入口處要考慮防倒塌措施。

2.2 外墻水平施工縫留置高度不滿足要求

通常普通地下室外墻水平施工縫留置在底板面上300mm，但根據(jù)《人防工程施工及驗收規(guī)范》6.4.16條明確規(guī)定：側(cè)墻水平施工縫應(yīng)設(shè)置在高度不應(yīng)小于500mm的墻體上，當(dāng)側(cè)墻上有孔洞，施工縫距孔洞邊緣不宜小于300mm[3]。這條規(guī)定容易忽略，而導(dǎo)致不滿足人防驗收要求，一般情況下，在結(jié)構(gòu)施工過程中，不設(shè)施工縫基本是不可能的。然而，施工縫極易成為結(jié)構(gòu)上抗剪的弱點。因此，施工縫應(yīng)設(shè)在結(jié)構(gòu)受剪力較小且便于施工的部位。

2.3 后澆帶穿越人防口部

《人防工程施工及驗收規(guī)范》明確規(guī)定：工程口部、防護密閉段、采光井、防爆井等有防護密閉要求的部位，應(yīng)一次整體澆筑混凝土[3]。主要原因：人防口部、采光井、防爆井等處鋼筋搭接多，施工工藝復(fù)雜，有門檻凹槽處預(yù)埋鋼材及門框預(yù)埋件，防毒通道、濾毒室等部位對防毒密閉性要求非常嚴(yán)格。所以后澆帶嚴(yán)禁穿越人防口部，另外后澆帶應(yīng)盡量避開臨戰(zhàn)封堵門框墻以及防護密閉門等受力重要部位。

2.4 人防頂板沒有采用抗?jié)B混凝土

人防地下室是戰(zhàn)時出入口的獨立密閉空間，必須保證它的封閉性。戰(zhàn)時狀態(tài)，人防地下室具有防備核武器、空襲及生化武器的作用，人防頂板直接承受上部強大沖擊波，屬于相對薄弱部位，人防地下室還應(yīng)滿足抗?jié)B要求，以防化學(xué)武器的毒素和細(xì)菌的滲透。其混凝土密實性越好，就能更有效阻止毒氣滲入，一般與水接觸部位，例如：底板、外墻、基礎(chǔ)、地下室頂板（室外部分）也是要求用抗?jié)B混凝土，主樓內(nèi)的地下室頂板可不使用抗?jié)B混凝土，但是應(yīng)特別注意人防頂板，不管室外還是室內(nèi)，負(fù)一層還是首層，均應(yīng)采用抗?jié)B混凝土。

2.5 人防外墻外側(cè)縱筋伸入底板厚度不足

《防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計》07FG01外墻與底板的連接大樣圖見圖1[4]。

圖1 人防外墻與底板連接大樣圖

墻外側(cè)縱筋伸入底板內(nèi)的長度≥1.5Laf，在地下水位較深，底板厚度比外墻薄的情況，無法滿足底板作為外墻嵌固的要求；當(dāng)?shù)装搴穸却笥谕鈮穸葧r，圖集做法沒有問題，墻底彎矩底板能夠平衡；當(dāng)?shù)装搴穸鹊扔谕鈮穸葧r，通常計算外墻時采用單向板設(shè)計，上端簡支，下端固接，外墻鋼筋在底板內(nèi)錨入長度應(yīng)取1.5Laf與層高的1/3取大值。因為根據(jù)彎矩平衡原理，如果底板配筋較小時，外墻底鋼筋錨固長度達(dá)不到要求，彎矩?zé)o法得到平衡，達(dá)不到完全固接，會使墻內(nèi)側(cè)縱筋配筋不足，存在安全隱患。

2.6 人防頂板有高差，高差處梁側(cè)缺少人防荷載

通常主樓室內(nèi)外高差或地下室頂板因功能需要存在高差，梁側(cè)邊會受到?jīng)_擊波荷載，梁寬不應(yīng)小于人防樓板厚度的要求。梁側(cè)腰筋及外箍筋應(yīng)按上下兩端簡支、側(cè)邊荷載結(jié)合人防頂板荷載計算結(jié)果來配置腰筋及箍筋。

2.7 主樓墻體最小配筋率不滿足要求

通常，在設(shè)計人防墻體時，配筋率按0.25%考慮；主樓墻體兼做人防墻，主樓墻體的混凝土等級采用C40~C55時，配筋率應(yīng)滿足《人民防空設(shè)計規(guī)范》4.11.7條的要求，配筋率不小于0.3%；混凝土等級采用采用C60及以上時，配筋率不小于0.35%。

2.8 采用PVC穿墻套管

施工時，采用PVC作為穿墻螺桿套管，人防墻體就會留下很多細(xì)小的孔洞，這樣無形當(dāng)中就破壞了人防工程的密閉性，無法阻擋沖擊波的作用，也無法對生物、化學(xué)武器起到有效的防護作用。人防穿墻套管穿越人防墻時，穿墻短管必須帶有密閉翼環(huán)和防護抗力片。且擋板和固定法蘭應(yīng)在填充料施工完畢后安裝，并需做好防腐。應(yīng)采用壁厚大于3mm的鋼管和3mm做翼環(huán)的鋼板焊接，鋼板應(yīng)平整，其翼高宜為30~50mm，密閉穿墻短管與密閉翼環(huán)的結(jié)合部位應(yīng)滿焊。套管的密閉翼環(huán)應(yīng)位于人防墻體厚度的中間位置，并應(yīng)與鋼筋焊牢。穿墻短管應(yīng)與所在人防墻面垂直，管端面應(yīng)平整。

3 結(jié)束語

人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計不是純粹功能性的解決問題，而是一項綜合性很強，涉及內(nèi)容較廣的設(shè)計工作。人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計要想做好，設(shè)計人員必須要有清晰的概念，對圖集、相關(guān)規(guī)范及計算公式等非常熟悉，并具有系統(tǒng)設(shè)計的專業(yè)知識和相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗，才能為人防工程發(fā)揮預(yù)期作用奠定良好的基礎(chǔ)。設(shè)計過程中應(yīng)時刻總結(jié)設(shè)計中的常見問題，并在實踐當(dāng)中不斷改進完善，從而保證人防地下工程的質(zhì)量。