浅析人防地下室结构设计

浅析人防地下室结构设计李罗大连建筑设计研究所有限公司辽宁大连116011【摘要】人防地下室的结构设计，应根据防护要求和受力情况，做到结构各部位抗力协调。在外界冲击波荷载作用下，采用分离式等效静荷载法，验算结构承载力。人防地下室结构除应根据《人民防空地下室设计规范》设计外，尚应考虑上部建筑对地下室的要求，取其中控制工况作为设计依据。【关键词】人防荷载，人防构件，人防结构设计1综论人民防空工程，是指单独修建或结合地面建筑修建的战时可用于防空的地下室，功能在保障战时人员与物资掩蔽、防空指挥、医疗救护。建国以来多年的发展，人防工程已不再仅仅是人们想象中防空洞。更多的新型人防工程既考虑到战时防空的需要，又可作为平时大型商场、公建来满足人民生活的需要，具有平战结合双重功能。本文主要对人防地下室结构构件做简单分析。2人防工程设计理念对工程的结构设计而言，结构构件的安全性数值分析是通过公式R≥S来表达，其中S是外力（即荷载的作用效应），R是自身的抗力(即通过结构自身构件性能产生的抵抗力)。人防荷载为偶然荷载，动荷载，设计时均按一次作用考虑，作用时间也很短，大约1秒左右。人防荷载与地震作用不同：人防荷载对结构构件外表面的是直接作用，其动荷载直接作用于构件，其作用为外力，结构构件如果暴露于空气中则直接承受空气冲击波的作用，如果埋于土中直接承受土中压缩波的作用。而地震动荷载则是由于地震时地面运动引起的动态作用，其实质是惯性力，是间接的作用。建筑物的所有构件（只要有质量）均会由于地震动而存在惯性力。人防动荷载一般是直接作用于人防地下室外表面的构件，一般可按同时作用于围护结构考虑，而内部的墙柱等构件只间接承受围护构件及上部结构传来的动荷载。人防工程钢筋混凝土结构可按弹塑性工作阶段设计，因为在偶然荷载下，钢筋混凝土又容许开裂，强度设计强度也可提高，地基承载力也有较大提高，因此在常规武器荷载和核武器爆炸动荷载作用下，只验算构件承载力，对结构变形、裂缝开展以及地基承载力可不进行验算。3人防构件设计：实际的防空地下室结构由柱、梁、顶板、底板、外墙多种构件组成，这些构件承受不同外力荷载，动载作用有先后，各自延性也不同，对此做综合精确的动力分析是较困难的，所以采用分离式等效静荷载法设计。将结构分解成独立的构件，如由梁柱分割后的单块板，柱和内墙分割成的单块外墙，取各自的等效静荷载，验算承载力。具体各部位的等效静荷载取值及计算可按《规范》查询，计算方式也不再赘述。下面介绍人防结构的基本构件：临空墙：介于室外与防护区内之间的结构受力构件，在整个人防区域的最外侧构件，如人防与非人防之间，竖井侧墙，通往室外的出入口楼梯间侧墙。厚度一般不小于250mm。门框墙：门框墙一定是临空墙，一般是临空墙上需要开设防护密闭门，供建筑功能上出入防护区使用，门框墙最小厚度为300mm。门框墙门垛一般我以300mm长度为界限，超过300的，用14或以上的钢筋，150间距，小于300可按构造配筋。大于700的门框墙则要做侧档加强，同时还要设计上档。在画施工图时，还要注上预埋件的位置，方便施工。防护单元隔墙：一般人防面积较大，从建筑功能上需要在整个防护区内设置数个防护单元，各防护单元间隔墙也相应承受冲击荷载。厚度不小于200mm。墙体最终厚度取决于:1，最小厚度要求（构造及安装需要）；2，防早期核辐射的厚度要求（非力学因素）；3，结构承载力的厚度要求（力学因素）。悬板活门：一般为人防竖井或通往室外的出入口楼梯与人防扩散室之间的悬板门，平时正常使用，战时在冲击荷载作用下，活门被关死，阻挡有害气体进入。防护密闭门：防护密闭门设置在出入口最外侧，具有阻挡冲击波和隔绝毒剂两种功能。防护密闭门应能阻挡冲击波，满足相应的抗力要求。选用时，不仅应满足洞口尺寸的需要，还应满足设计压力要求。防护密闭门用于人防墙，且开有防护密闭门的人防墙称之为门框墙。人防出入口（楼梯、坡道）：首先要区分是战时主要出入口还是次要出入口，主要出入口指的是战时保证人员安全进出的口部，楼梯承受双面荷载。而次要出入口规范认为是可以被破坏的，则可以按普通楼梯设计。楼梯和坡道还要根据周边建筑物的距离远近，按需要设计防倒塌棚架。战时封堵也是人防设计中的一项重要内容，对外的封堵一般采用混凝土预制梁或防护密闭钢门，外加堆土和沙包；单元间采用钢板封堵。在顶底板和墙体设计时要考虑战时封堵的位置，顶板梁最好做到封堵的高度，配筋要适当加强，底板要设计封堵沟。同时还要标注好各种预埋件的位置。此外还有风井、防爆波电缆井等，这些在相应的图集中都可以查到具体做法。人防地下室结构构件内力计算与截面设计建议采用高层结构计算软件（人防荷载可做近似处理）结合“理正”人防结构设计软件，内容包括结构的整体计算和相关构件计算（外墙、临空墙，门框墙等）。核武器与常规武器爆炸均属于偶然性荷载，具有量值大，作用时间短特点，结构构件承受动荷载时已经处于弹塑性工作阶段，因此，结构构件具有较大的延性，对吸收动能，抵抗动荷载是十分有利的。人防结构设计时，应提高延性的设计构造措施，应采取“强剪弱弯”“强柱弱梁”“强节点弱杆件”的设计原则。在确保结构在屈服前不出现剪切破坏和屈服后有足够的延性，最终形成塑性破坏，提高结构的整体承载能力；又如受弯构件应双面配筋，对承受动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下构件坍塌十分重要，另外在节点区应有足够的抗剪、抗压能力和足够的钢筋锚固长度。4讨论在未来地上空间紧迫的情况下，地下空间开发在城市可持续发展中的作用越来越重要。人防地下室不仅在战时作为安全避难所，平时也可以发挥公共场所大空间的优势，平战结合的人防工程必然会大量涌现。以上只是自己的设计对人防地下室结构一些拙见和个人观点，如有不当之处，恳请大家指正。参考文献：[1]GB50038-2005《人民防空地下室设计规范》.北京：中国计划出版社,2005[2]FG01~05《防空地下室结构设计》（合订本）.北京：中国计划出版社,2007