探析人防地下室结构设计赵光标

探析人防地下室结构设计赵光标

赵光标

安徽新时代建筑设计有限公司安徽合肥230000

摘要：新时期，我国人防建筑工程发展规模和速度急剧增长，工程质量引起了社会和公众的广泛关注。作为人防建筑工程的主要结构，人防地下室工程结构设计的质量，对于人防建筑工程整体质量具有决定性影响。笔者在介绍人防地下室结构设计特点及原则基础上，着重就其存在的问题进行了分析。

关键词：人防地下室；结构设计

在我国当前建筑行业的发展历程中，人防地下室工程设计有着较强的复杂性和困难性，其中不但需要关注工程材料的选择，从材料选择上进行控制，同时还需要针对人防地下室中比较突出的特性和功能进行分析、处理，从而保证地下室拥有较强的安全性与稳定性。特别是针对墙体结构方面的设计来讲，这方面的工作就更加的重要。

1人防地下室结构的设计特点

1.1考虑规定武器爆炸动荷载

和普通地下室相较而言，人民防空地下室的结构设计需要将战时规定武器爆炸动荷载的作用考虑进来。这是因为武器爆炸动荷载在本质上是偶然性荷载，其荷载的量值较大，作用的时间较短，处于持续性衰减的状态。而人防地下室结构中暴露在空气里的构件，比如临空墙、未覆土的顶板等位置，都会受到空气波的直接性冲击。而被埋入土里的构件，则会受到土内压缩波的冲击，并且人防地下室内部的柱子、墙体等构件都需要间接性的承担上部和围护结构的爆炸荷载作用。

1.2满足战时和平日的结构需求

人防地下室结构是整个建设项目的一大组成部分，它不仅仅需要满足战争时期的抗力需求，同时还需要满足平日里使用的结构需求，使得人民防空地下室能够同时的达到战时和平日的两种不用荷载效应组合标准。当平日的结构需求和战时存在差异化标准的时候，需要及时的实现平战功能的转换，来完成人防地下室角色的转变。

1.3考虑建筑构件的弹塑性工作阶段

对于人防地下室中外墙、临空墙以及其他部位所使用的钢筋混凝土结构构件，在屈服之后的开裂状态仍然属于正常使用的范畴，通过这样的方式能够更大化的开发建筑材料的潜能，比如受弯构件，即便在屈服之后，还能够承受很大程度的变形状态才会彻底坍塌。在人防地下室结构设计中，考虑钢筋混凝土的塑性阶段工作，能够承担更深程度的动力荷载，有利于提升工程的经济效益。

1.4材料设计强度可提升，构件安全度可适度降低

通过大量试验表明，加载速率会对建筑材料的力学性能带来直接的影响。在战时武器爆炸所造成的动荷载环境下，人防地下室的结构构件需要直接经历毫秒级快速变形影响，这相较于标准化的静载试验来说，加载速率提升了上百倍，会对材料的力学性能造成明显的影响，比如材料的强度会明显提升。同时，由于战事武器爆炸动荷载是一种偶然性荷载，再加上钢筋混凝土构件的开裂现象是正常的，相对于静荷载作用，人防地下室结构构件的安全度能够适度的降低。

1.5可不计算建筑地基承载力和变形现象

当建筑处于武器爆炸动荷载作用的情况下，建筑的地基承载能力会有着一定的提升，再加上建筑的安全系数能够适当降低，通常来说，建筑受到武器爆炸的瞬间荷载作用，不会导致由于地基失效的出现的结构性损害现象，因此人防地下室结构设计中能够不对地基承载力和地形变形现象进行检验计算。

2人防地下室结构设计的问题分析

2.1人防荷载的确定

人民防空地下室结构设计所需要考虑的最主要问题就是对空气冲击波的抵抗。通常来说，人防地下室的顶板需要直接面对地上冲击波所带来的负压和超压作用，至于侧壁和地板，由于空气冲击波对地标产生的压力，会对土地进行压迫从而使得土地运动，建筑的上层土地在压迫下会持续性的向下方传递压力。这个土体从上到下的压力传递过程被称作是土中压缩波的传播。当压缩波受到建筑结构地板或者是侧壁阻拦的时候，便会出现东亚、超压以及负压作用，这需要设计师充分考虑侧壁和底板的荷载能力。人防荷载需要结合《人民防空工程战术技术要求》，来确定人民防空地下室的抗力级别，通过公式计划或者是规范查表，在具体的设计中可以根据《理正人防工程结构设计软件》来确定顶板、测量和无桩基底板的人防荷载，在这个过程中对于各个构建的人防荷载需要就核武器和常规性武器的暴动荷载作用使用大值来进行控制。在受到动荷载作用的时候，人防地下室结构的构件振型和在静荷载作用条件下的挠曲线是相似的，并且动荷载和静荷载条件下结构构件的破坏规律也是十分相近的，设计人员能够在设计过程中采取等效静荷载的方法。在明确了人防地下室结构的各个构建的等效静荷载值后，能够开展结构计算。

2.2荷载组合和内力分析

顶板。对于顶板荷载的取值同行有两种方式，第一种情况下，是采用顶板静荷载和活荷载，在这种情况下顶板和顶板梁需要根据平日里的标准要求进行计算，比如结构的整体建模，对结构最大裂缝的验算等等。第二种是采用静荷载加爆炸等效静荷载。在这种情况下，主要对顶板和顶板梁主要承受的竖向荷载进行控制，在计算的时候只需要取一层来计算内力，再通过塑性极限法展开分析计算，并不需要验算裂缝，不需要考虑活荷载不利布置计算。在计算出两种结果之后进行比较，选取其中的最大值。一般情况下，人民防空地下室的顶板是实行梁板式和无梁楼盖的结构模式。梁板式结构相较于后者来说，具有良好的抗震性能，是当前应用最为广泛的结构形式，而无梁楼盖的结构相对来说抗震性交叉，如果人民防空地下室的顶板是建筑上部结构的嵌固部分时，或者当建筑的柱网区格中的长短跨比例超过1.5时，或者顶板标高存在有较多变化时，都不适合采用无梁楼盖的结构模式。但是无梁楼盖也有自身的优势，其施工难度较低，整体结构较为方面，工期持续时间短。尤其是人民防空地下室的荷载取值较大，采用的梁面钢筋数量多，布置密集，往往会在施工的时候带来很多方面的不便，比如难以浇筑混凝土，也可能造成潜在的安全隐患。无梁楼盖结构和梁板式结构的顶板造价相差不大，但是在无梁楼盖结构中，所需要的地下室埋深以及层高要求都有着明显的降低，在工程成本投入上有着一定的经济优势。

墙体。人防地下室结构设计中，墙体包含有外墙、临空墙、密闭隔墙和单元隔墙。而密闭隔墙并不需要进行受力计算。人防墙体受到的爆炸荷载作用主要是水平方向的，其计算模型是单向板，墙体下端固定，而上端则需要根据顶板的刚度来进行固端或者是简支。通常来说，为了方便设计，建设单位往往把顶板厚度大于等于墙体厚度作为一个上端固端条件，来进行墙体计算，相反则被称作为简支。门框墙作为一种开孔口的临空墙，在模型计算过程中需要将孔口的四周当成是悬臂梁来进行独立计算，每当悬臂梁的长度要大于孔口边长一般的时候，需要在孔口边进行横梁或者立柱的设计。在人防地下室结构设计中，墙体基本都被当成是单独构件来展开计算的，建设单位在结构设计的时候，需要仔细的协调墙体和周边构件间的弯矩协调状态，并加强节点构造钢筋，更好的保证建筑防护的质量。

柱子、地板和基础。人防地下室结构设计中，在静荷载作用条件下，柱子的承载能力会随着所使用材料（主要凭借混凝土抗压）强度的提升而相应的提升，最终大约为1.5倍。在战争时期则不需要对柱子的活荷载进行考虑，在平时，上部建筑每层所累积起来的活荷载要大于人防等效静荷载。至于独立基础地板，当其处在非饱和土的时候，需要先根据一般要求来展开设计，在此基础上结合人防等效静荷载作用，以及建筑材料强度的提升，在《人民防空地下室设计规范》的指导下，来对结构构件的承载力进行强度验算。

结束语

人防地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，既要考虑平时工况又要考虑战时工况，且目前电算软件功能都不是很完善，需要更深入地研究人防结构设计的技术问题，总结设计经验，提高设计水平。