人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題及應(yīng)對分析

陳攀宇

（廣西南寧人防科研設(shè)計(jì)院有限公司，廣西南寧 530000）

0 引言

身處和平環(huán)境，也要做好戰(zhàn)爭準(zhǔn)備，深刻意識(shí)到人防地下室工程的戰(zhàn)備價(jià)值。切實(shí)做好人防地下室工程建設(shè)、科學(xué)合理地進(jìn)行人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是高效開展人防地下室工程建設(shè)的先決條件。全面細(xì)致地分析人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較容易出現(xiàn)的各種問題和提出相應(yīng)的解決措施，深入探索人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略，更有利于為構(gòu)建優(yōu)質(zhì)人防地下室工程奠定基礎(chǔ)。

1 人防工程的構(gòu)造特征

1.1 復(fù)雜的構(gòu)造設(shè)計(jì)

相比較普通的建筑工程，人防工程無論從工程質(zhì)量還是建筑結(jié)構(gòu)都有著較高的要求。在常規(guī)建筑物中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作已經(jīng)具備較強(qiáng)的復(fù)雜性，而人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作往往更為復(fù)雜。這是由人防基礎(chǔ)設(shè)施的功能所決定的，這種復(fù)雜度決定了人防工程不僅要承擔(dān)一般建筑工程的功能，還要能在戰(zhàn)爭狀態(tài)下滿足相應(yīng)的要求，保證人防工程具備一定水平的防御能力，使其能夠承受更大的沖擊來實(shí)現(xiàn)保護(hù)民眾生命財(cái)產(chǎn)安全的目的[1]。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，只要能保證承載力超過最大負(fù)荷，就能達(dá)到普通建筑的設(shè)計(jì)要求。然而，這樣的設(shè)計(jì)思路并不適合于人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)還要考慮到各種戰(zhàn)略武器的震動(dòng)和荷載作用，因此，人防地下室的結(jié)構(gòu)必須要更牢固，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也是顯而易見的。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜

人防地下室的修建，是一種有備無患的預(yù)先安全防御措施。哪怕我國處于長期的和平狀態(tài)，仍然需要未雨綢繆，做好戰(zhàn)爭狀態(tài)下的各種準(zhǔn)備。

在建設(shè)人防工程的過程中，其目的如果僅為對應(yīng)戰(zhàn)爭的需要，就可能造成大量的資源浪費(fèi)。我國在一段時(shí)間高速的發(fā)展過程中，特別是隨著城市化建設(shè)的不斷深入、城市空間的總體數(shù)量快速下降，城市空間相對緊張，在考慮人防工程的過程中如何提高城市的空間利用率，平衡土地的需求就顯得尤為重要。為充分發(fā)揮人防工程的重要作用，在進(jìn)行人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要保證其符合多種建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，不僅要將人防特征凸顯出來，又要使得人防工程能夠具備普通建筑功能。為使其具備多種不同的功能，最大限度地發(fā)揮其建筑的普通功能和特殊功能，在進(jìn)行人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取重疊設(shè)計(jì)的方法，以達(dá)到目前的發(fā)展要求，提高城市的空間利用率。比如，在空間設(shè)計(jì)上，要對人防地下室的人數(shù)進(jìn)行計(jì)算，要考慮到戰(zhàn)爭期間可以容納多少人，還要考慮到在和平年代人防地下室的功能。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使得設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)必須兼顧多種標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)問題的發(fā)生率顯著上升，因此必須引起設(shè)計(jì)部門的關(guān)注。

2 人防工程地下室的設(shè)計(jì)原則

針對人防地下室的特殊用途，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下4點(diǎn)注意事項(xiàng)：①對戰(zhàn)爭狀態(tài)以及和平狀態(tài)這兩個(gè)狀態(tài)的地下室人員容量進(jìn)行合理地規(guī)劃，同時(shí)要考慮到一定數(shù)量的富余量。②戰(zhàn)爭狀態(tài)下人防工程在受到爆炸力影響時(shí)，在設(shè)計(jì)早期就做好科學(xué)的承載力分析，對其進(jìn)行精確的荷載計(jì)算是保證其防護(hù)能力的重要基礎(chǔ)，可采取較為簡便的靜載荷方法，在一定程度上簡化了設(shè)計(jì)規(guī)模，更好地適應(yīng)了戰(zhàn)時(shí)的防護(hù)要求。③在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮地下室在受到外力影響下可能出現(xiàn)的變形開裂問題，并對其能夠承受的最大限度破壞作用進(jìn)行清晰地掌握。④戰(zhàn)時(shí)人防地下室的使用效益和使用損失，目前很難對其進(jìn)行精確的評(píng)估，同時(shí)由于環(huán)境因素造成的破壞也很難得到科學(xué)、有效的防治。在進(jìn)行人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到結(jié)構(gòu)在變形后的各向異性的協(xié)調(diào)，防止因設(shè)計(jì)問題而影響到地下室的正常使用，從而危及到人防工程保護(hù)民眾的基本功能。

3 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題及對策

3.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

在人防基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇中，較為常用的基礎(chǔ)形式有樁基礎(chǔ)、柱下獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)3種。在進(jìn)行地下室頂板設(shè)計(jì)時(shí)，往往將人防工程構(gòu)件視為垂直支承結(jié)構(gòu)，具體的設(shè)計(jì)流程會(huì)將頂板梁以及人防構(gòu)件作為人防結(jié)構(gòu)的受力基礎(chǔ)。若地基為筏基，則一般不會(huì)有此問題，但如果地基是樁基或柱下的獨(dú)立地基，而地基下的土體是回填土，在沒有特別的處理的情況下，會(huì)造成受力基礎(chǔ)不明確的問題，這可能會(huì)對人防結(jié)構(gòu)造成未知的安全隱患。

為了解決這些問題，在地基采用筏基時(shí)，可將筏板用作人防結(jié)構(gòu)的地基，而人防豎向構(gòu)件則可以用作頂板構(gòu)件的垂直支承，而人防構(gòu)件則需要整個(gè)結(jié)構(gòu)的參與，以體現(xiàn)其真實(shí)受力狀況。在地基采用樁基或柱下獨(dú)立地基時(shí)，在地基下土層為原始土層且承載力高的情況下，或在人防豎向構(gòu)件下設(shè)置地基時(shí)，可將人防構(gòu)件用作頂板構(gòu)件的垂直支承。在地基采用樁基或柱下獨(dú)立地基時(shí)，地基下土層為回填土，這種情況下，人防豎向構(gòu)件不宜用作樓頂構(gòu)件的垂直支承，宜在主要人防結(jié)構(gòu)下部設(shè)地基梁，以保證受力能夠得到有效地傳遞，使得人防建筑獲得明確的受力結(jié)構(gòu)。

3.2 人防構(gòu)件設(shè)計(jì)問題

3.2.1 臨空墻

在人防墻板的設(shè)計(jì)中，通常將其簡化為采用底板和頂板作為支撐的單向板結(jié)構(gòu)，其受力比較簡單。臨空墻通常會(huì)受到很大的人防荷載，特別是在層高較高的情況下，如果采用上下支承的形式，墻體的厚度和配筋結(jié)構(gòu)材料用量大大增加，而且經(jīng)濟(jì)效益不佳。

根據(jù)臨空墻的平面布局和受力情況，合理地確定其外圍約束條件；在有側(cè)墻支持的臨空墻中，如果側(cè)墻的橫向間隔不大，可以考慮采用側(cè)墻作為支承的水平連續(xù)構(gòu)件，這種情況下，不管人防荷載的多少，臨空墻的墻體厚度和配筋都可以控制在合理的范圍之內(nèi)。在側(cè)壁間距與層高差異不大的情況下，可考慮采用四邊支承的形式，既可以減小墻體厚度，也可以減小鋼筋，使其受力更接近于實(shí)際荷載。在沒有橫向支承的情況下，只能采用上下支承方式計(jì)算。

3.2.2 門框墻

傳統(tǒng)的門框墻設(shè)計(jì)，將整個(gè)門框分為上下左右四個(gè)不同的隔板。按各部位在人防等效荷載作用下的不同情況，計(jì)算出相應(yīng)的配筋[2]。門框墻的計(jì)算原則比較簡單，設(shè)計(jì)并不困難，通常是按照懸臂構(gòu)件計(jì)算，如果門框和墻體的懸挑長度太長，通常會(huì)增加門框柱和門框梁[3]。但有時(shí)由于門框柱、門框梁的位置不合理，會(huì)造成人防門無法正常打開。

（1）封閉走廊開間較大，進(jìn)深較小，在門框墻上部設(shè)置門框梁時(shí)，要特別注意內(nèi)部密閉門無法完全打開。

根據(jù)平面布局，合理安排門框柱、門框梁的布局，在封閉通道較深的情況下，應(yīng)適當(dāng)增加門框梁的深度，或調(diào)整門框梁的高度。

（2）人防區(qū)域和非人防區(qū)車輛通道的大型雙扇人防門打開區(qū)域，主次梁高與人防門頂高差不能小于300mm，否則很可能造成人防門無法正常打開，人防門一側(cè)的主梁高度太大，造成人防門上部鉸頁板被埋在結(jié)構(gòu)梁中，人防門側(cè)框架梁與人防門頂部的吊鉤發(fā)生碰撞。

為防止以上問題發(fā)生，應(yīng)在人防門打開區(qū)域內(nèi)，將主、次梁底與門洞頂部的高差控制在300～350mm之間，如有必要，可拆除次梁或增加寬扁梁，以防止此類問題發(fā)生。

（3）防護(hù)密閉門的門框梁末端沒有牢固的支撐。

可以在門框梁端設(shè)置一個(gè)翼壁，以作為門框梁的支撐，或?qū)⑵浞胖迷谌朔篱T的外面，在這種情形中，應(yīng)該注意門框橫梁下面應(yīng)該留出門框的安裝高度。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)范問題

在《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》中4.11.7條規(guī)定，在按常規(guī)設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行控制的前提下，針對地震作用下的核5級(jí)、核6級(jí)以及核6B級(jí)的防空地下室的結(jié)構(gòu)底板，在其內(nèi)力系由平時(shí)設(shè)計(jì)荷載控制的情況下，可以適當(dāng)減小最小配筋率，但不能低于0.15%。在C40～C50的混凝土中，鋼筋的配筋比例不得低于0.30%。在設(shè)計(jì)中，地面單體往往會(huì)使用筏基，這種情況下，通常都是按平時(shí)荷載來進(jìn)行，充分發(fā)揮以上規(guī)范的作用，有利于減少配筋數(shù)量，節(jié)約投資。此外，人防入口大多處于地面單體區(qū)域，其混凝土強(qiáng)度一般與主體垂直構(gòu)件混凝土等級(jí)相一致，混凝土等級(jí)一般不低于C40，配筋率不低于0.30%，但也有一些設(shè)計(jì)人員仍然按照0.25%的比例進(jìn)行施工，從而沒有滿足規(guī)范要求。

在拉結(jié)筋設(shè)計(jì)中，《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.11.11條規(guī)定，人防墻、板之間應(yīng)設(shè)“梅花”形拉結(jié)筋[4]。但人防墻、板中拉結(jié)筋間距不匹配是常見的問題，且在相同方向上，拉結(jié)筋的兩側(cè)間距相差很大，安裝難度較大。比如某些人防工程圖紙中的臨空墻外側(cè)縱筋之間的距離為120mm，內(nèi)側(cè)縱筋之間的距離為140mm，橫向鋼筋之間的間隔為150mm。不合理的鋼筋間距不僅會(huì)造成施工的不便，而且在此情形下，梅花形拉結(jié)筋安裝難度較高，無法有效地發(fā)揮其自身的作用。

在后澆帶設(shè)計(jì)中，《人民防空工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》6.4.11條對有防護(hù)密閉要求的部位，如工程口部、防護(hù)密閉段、采光井、水庫、防毒井、防爆井等，均需按照一次澆筑完成的方式進(jìn)行施工。本條款旨在改善人防工程的圍護(hù)密封性能。有的人防結(jié)構(gòu)圖紙上還在按照正常的地下室布局，但并沒有認(rèn)真檢查后澆帶是否通過了人防入口等有密封要求的功能房間，從而違反了規(guī)范規(guī)定，同時(shí)，后澆帶布置也不能穿越人防門框[5]。

由于不規(guī)范問題主要是由于設(shè)計(jì)人員的技能水平與對規(guī)范了解程度不足造成的，因此在設(shè)計(jì)管理工作中應(yīng)做好設(shè)計(jì)人員技能培訓(xùn)以及設(shè)計(jì)規(guī)范的控制落實(shí)工作。

3.4 預(yù)埋設(shè)計(jì)問題

按照《人民防空工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定，為了滿足人防密封性的要求，所有設(shè)備的穿墻套管必須精確地預(yù)埋。但在實(shí)際工程中，由于存在設(shè)計(jì)上的問題，仍然會(huì)存在套管預(yù)留、埋管不到位、質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等問題，從而造成了后期的整改。

在設(shè)備管線預(yù)留預(yù)埋或存在質(zhì)量問題的情況下，可以在原有的預(yù)埋管周圍一定區(qū)域內(nèi)挖出并按照設(shè)計(jì)要求再設(shè)置預(yù)埋管，在增加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋后再進(jìn)行高一級(jí)補(bǔ)償收縮混凝土。

4 人防地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化的對策

4.1 人防地下室柱網(wǎng)布局的優(yōu)化

人防地下室的柱網(wǎng)布局，不僅影響到日常的使用，而且對其利用價(jià)值有很大的影響。為提升人防工程的合理性以及穩(wěn)定性，應(yīng)對人防地下室的柱網(wǎng)布局進(jìn)行合理的優(yōu)化。在地下室規(guī)劃前期，設(shè)計(jì)者應(yīng)從戰(zhàn)時(shí)的需要出發(fā)，根據(jù)人們?nèi)粘Ｉ钚枰?，對地下室的柱網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)各種環(huán)境、不同階段的需要，在大多數(shù)情況下該區(qū)域可以用作停車場的功能，戰(zhàn)爭狀態(tài)下人防工程的主要功能用來保護(hù)民眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。某人防工程選擇了大小柱網(wǎng)的搭配形式，在用作停車場功能時(shí)，大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)能夠提供寬大的區(qū)域，提供更多的車位和停車場的基本功能寬度，在車位長度方向則選擇小柱網(wǎng)，保證其符合大多數(shù)車型尺寸即可。頂板則使用沒有次梁的大板結(jié)構(gòu)，保證其配筋和板厚符合相關(guān)人防工程的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范即可。

4.2 選擇最佳構(gòu)造形式

首先，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分考慮到平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的特殊需求，在施工的時(shí)候，要根據(jù)施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、水文特征等客觀條件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)類別的選擇。根據(jù)目前的建筑特征，采用鋼筋混凝土或砌體兩種形式的人防地下室。其次，根據(jù)地下室的樓板厚度及承載能力要求，對不同的結(jié)構(gòu)形式如井字型梁、十字梁型、無次梁型梁等進(jìn)行綜合分析，確定最安全、造價(jià)最低的方案。在滿足工程需求、基礎(chǔ)埋深和埋入段的要求時(shí)，應(yīng)盡可能地降低地下室埋深，以降低施工和施工中墻體和樓頂對地基的壓力。最后，要充分考量地基厚度過大的問題，選用柱下獨(dú)基或筏基為宜。

5 結(jié)語

建設(shè)人防地下室的核心目的，是為了發(fā)生戰(zhàn)爭時(shí)，為人們提供保護(hù)民眾人身安全和物資安全的場所，因此在安全性與穩(wěn)固性等方面的要求標(biāo)準(zhǔn)非常高，這就要求設(shè)計(jì)人員進(jìn)行人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)，必須以嚴(yán)格遵循人防地下室設(shè)計(jì)規(guī)范為前提，在明確了解人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，積極探索并落實(shí)人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略，以便確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理性。