人防工程施工图审查结构专业的几个常见问题

人防工程施工图审查结构专业的几个常见问题

王俊杰

浙江天尚迪通建设工程施工图审查中心   浙江省杭州市  310009

人防工程设计是人防工程建设的关键环节之一，是人防工程建设程序中必不可少的程序。设计质量的优劣，直接关系到建设项目的社会效益，战备效益和经济效益，对项目的整体质量起着决定的作用。要保证工程质量，首先要保证设计质量，而人防工程设计中结构设计又是整个人防工程设计中的重要组成部分。

人防工程施工图审查是根据国家法律﹑法规﹑技术标准与规范,对施工图设计文件的结构安全﹑公众利益和国家强制性标准﹑规范的执行情况及设计深度进行全面审查。该制度执行一段时间以来消除了大量结构安全隐患,并促使设计单位提高设计质量。由于目前的人防工程设计越来越复杂,且设计周期普遍偏短,必然导致施工图设计文件中存在某些质量问题。通过对近段时间以来施工图审查经验的总结,并结合同行的讨论,把一些经常出现的问题整理列举出来,供人防工程结构专业设计和审查人员参考。

（一）材料性能变化

与普通地下室相比，防空地下室结构设计的主要特点是要考虑战时规定武器爆炸动荷载的作用。武器爆炸动荷载属于偶然性荷载，荷载具有量值大，作用时间短且不断衰减等特点。在动荷载作用下，材料的力学性能与在静荷载作用下相比，有较明显的变化，主要表现为强度有所提高，而变形性能包括塑性等却基本不变。在快速变形时，由于材料达到破坏的变形还来不及展开，加载数值已经减小或已卸载，这一情况反映在材料加载试验中，表现为材料强度的提高。大量快速试验结果表明，材料强度值的提高，除了与加载时应变速率有关外，还与荷载作用持续时间长短有关。随着材料应变速率的增加，其强度提高值也随之增大；荷载作用愈短，材料强度提高值愈大。

通过大量试验，在综合考虑了加载速率直接影响材料的动力性能的情况下，《人民防空地下室设计规范》GB50038—2005（以下提到的规范均为此规范）中4.2.3规定在动荷载和静荷载同时作用或动荷载单独作用下，材料动力强度设计值可取静荷载作用下材料强度设计值乘以材料强度综合调整系数rd；4.2.9条规定了在动荷载与静荷载同时作用或动荷载单独作用下，混凝土和砌体的弹性模量可取静荷载的1.2倍；钢材的弹性模量可取静荷载作用时的数值；4.2.5条规定在动荷载与静荷载同时作用或动荷载单独作用下各种材料的泊松比均可取静荷载作用的数值。

以上这些材料性能的变化。都有利于减少结构断面，降低工程造价。

（二）截面设计中保证构件延性的问题

在人防动荷载作用下，可以考虑利用结构的塑性变形来吸收更多的荷载能量，因而允许构件进入弹塑性工作阶段。在静荷载作用下，如果结构构件超过最大弹性抗力时，构件会产生变形。若荷载持续不变其变形就会持续发展，最后会因变形过大产生破坏。

在人防动荷载作用下，防护结构主要承受的是冲击波瞬时荷载，其特点是作用十分短促，且往往随时间衰减，因此即使结构进入塑性阶段工作，但只要荷载作用所引起的构件最大变形不超过结构破坏的极限变形，那么在荷载作用消失后，构件作带阻尼的自由振动，其最大变形不仅不在增加，相反由于阻尼将不断衰减，最后恢复到静止状态。当然构件不会完全恢复到初始的平衡位置，而将保留有一定的残余变形，只要残余变形合理控制在允许范围内，就可以保证结构的安全，使其仍有一定的承载力和密闭性，结构进入塑性阶段工作，可承受更大动力荷载，因此有较大的经济意义。

在防空地下室结构设计中，对于既考虑弹性阶段工作，又考虑塑性阶段工作的结构构件称为按弹塑性工作阶段设计。由于人防工程各部分的受力情况不同，因此它们最后破坏的安全储备相差很远。实验表明，脆性破坏的安全储备小，延性破坏的安全储备大。为了使结构构件在最终破坏前有较好的延性，所以在设计中必须采用强柱弱梁，强剪弱弯的设计原则。

结构构件的工作状态是用延性比来表示的。结构构件的允许延性比[β]，系指构件允许出现的最大变位与弹性极限变位的比值。显然，当[β]小于等于1时，结构处于弹性工作阶段；当[β]大于1时，构件处于弹塑性工作阶段。因此允许延性比虽然不完全反映结构构件的强度，饶度及裂缝等情况，但与这三者有密切关系，且能直接表明结构构件所处极限状态。

1.《规范》4.10.3条规定：结构构件按弹塑性工作阶段设计时，受拉钢筋配筋率不宜大于1.5%。当大于1.5%时，受弯构件或大偏心受压构件的允许延性比[β]值应满足以下公式，且变拉钢筋最大配筋率不宜大于本规范表4.11.8的规定。

［β］≤0.5／(x／h0)
x／ho＝（ρ－ρ’）fyd／（ac fcd）

为了满足上述《规范》条文要求，当结构构件按弹塑性工作阶段设计，受拉钢筋配筋率大于1.5%时，在符合表4.11.8规定下，可在受压区调整受压钢筋的配筋率来满足上式要求，其受压区钢筋面积可按下式计算

As=[ρ-a(ac fcd/ fyd)] bh

当结构构件为：受弯构件时

a=0.17

      大偏心受压构件时a=0.25

2.《规范》4.10.5条规定：当按等效静荷载法分析得出的内力，进行墙、柱受压构件正截面承载力验算时，混凝土及砌体的轴心抗压动力强度设计值应乘以折减系数0.8。《规范》4.10.6条规定：当按等效静荷载法分析得出的内力，进行梁、柱斜截面承载力验算时，混凝土及砌体的动力强度设计值应乘以折减系数0.8。以上两条规定主要是为了体现构件按强柱弱梁，强剪弱弯的设计原则，以使构件在破坏前具有较好的延性。

由以上分析可知，对比地上普通工业与民用建筑中的构件，人防工程中的构件特点是较低的配筋率，较小的跨高比，较高的混凝土强度等级以及较大的截面尺寸，其主要目的是保证结构构件的延性。可知延性对于一个人防工程的结构设计上相当重要的，但很多地上院常忽略构件延性问题。

（三）  进出口要求

3.1人防工程的室外主要出入口

人防工程的室外主要出入口是指通道的出地面段（无防护顶盖段）位于防空地下室上部建筑投影范围以外，并且要求战时空袭前，空袭后，人员或车辆进出较有保障，且使用较为方便的出入口。战时必须保证能正常使用，不允许被冲击波摧毁，所以在设计时必须考虑战时等效静荷载（防倒塌荷载），将等效静荷载与静荷载进行荷载组合。当战时主要出入口采用室外楼梯出入口时，作用在出入口内楼梯踏步与休息平台上的核武器爆炸动荷载应按构件正面和反面不同时受力分别计算。

3.2人防工程的室内出入口

人防工程的室内出入口是指通道的出地面段（无防护顶盖段）位于防空地下室上部建筑投影范围以内，一般仅作为次要出入口，战时主要供空袭前使用，当空袭使地面建筑遭受破坏后可不使用,战时空袭后允许被堵塞,所以在设计室内出入口除临空墙外，其它与人防地下室无关的墙体和楼梯均不计入人防动荷载的作用，仅按平时荷载计算即可。

对于低抗力的甲类防空地下室，各地反映由于有的地下室已经占满了红线，确实没有设置室外出入口的条件，鉴于此种特殊情况，对于核6级，核6B级及甲类防空地下室，规范允许用室内出入口代替室外出入口，但必须满足规范3.3.2条规定的各项要求，对于甲类防空地下室而言，并非是十分合理的做法，因此各地的人防主管部门和设计人员对此需从严掌握。

但无论是室内、室外出入口还是主要、次要出入口，临空墙在满足结构计算的前提下，还必须满足防早期辐射的最小厚度的要求。

(四)   构造要求

 4.1 梁箍筋构造

      规范4.11.10条规定:连续梁及框架梁在距支座边缘1.5倍梁的截面高度范围内,箍筋配筋百分率应不低于0.15%，箍筋间距不宜大于ho/4(ho为梁截面有效高度),且不宜大于主筋直径的5倍。在受拉钢筋搭接处,宜采用封闭箍筋,箍筋间距不应大于主筋直径的5倍,且不应大于100mm。

      人防结构通常都允许进入塑性阶段工作,为了使钢筋混凝土连续梁支座及框架﹑刚架节点部位在动荷载作用下具有较好的延性,避免因箍筋配置不够而在这些部位过早的产生脆性破坏,对箍筋最小体积配筋率及其构造要求作较严格的限制,是十分有必要的,这也符合结构“强剪弱弯”的设计原则。

 4.2 拉结钢筋

      规范4.11.11条规定:除截面内力由平时设计荷载控制,且受拉主筋配筋率小于表4.11.7规定的卧置于地基上的核5级﹑核6级﹑核6B级甲类防空地下室和乙类防空地下室结构底板外,双面配筋的钢筋混凝土板﹑墙体应设置梅花型排列的拉结钢筋,拉结钢筋的长度应能拉住最外层受力钢筋。当拉结钢筋兼作受力钢筋时,其直径及间距应符合箍筋的计算和构造要求(图一)。

   图一:  拉结钢筋配置形式

   大量试验资料表明,由于在核爆炸地面空气冲击波作用下,结构瞬间承受冲击波正,负荷载两个方向的作用,为了保证在复杂的受力和塑性铰开展的情况下,不会造成混凝土粉碎性剥落,降低承载能力,以保证振动环境中钢筋与受压区混凝土共同工作,使构件的整体强度不受坡坏,提高抗塌毁的性能,在上下层或内外层钢筋之间设置一定数量的拉结筋是必要的。

 4.3 后浇带位置设置

      人防工程的防毒通道﹑除尘滤毒室等口部用房,以及临战封堵是人防工程的重要部位,对密闭性能要求相当高,这些部位的混凝土应该一次性浇筑完成。但是不少设计人员由于对此缺乏了解,工程中常常在这些部位设置后浇带,人为形成混凝土二次浇筑,这种做法是不合理的，应该尽量避免。

4.4混凝土板厚应满足早期核辐射要求

人防工程中的顶板，临空墙，设计时必须满足防早期核辐射的要求。现在有些设计人员设计的地下室顶板，大多数都无填土，但其混凝土板厚仅为200MM，其理由是满足结构最小厚度要求，且抗弯，抗剪均符合设计要求，但都不知其防早期核辐射最小厚度却不满足规范要求。《规范》3.2.2条对防空地下室顶板防早期核辐射的最小厚度，已有明确规定，对于6级人防顶板为250MM厚。人防顶板其上面有覆土或没有管道层（或者普通地下室）时规范3.2.2~3.2.3条也作了明确规定。所以设计者在设计顶板，临空墙时，除满足结构计算和构造要求外，还必须满足防早期核辐射的要求。