人防结构设计浅谈

人防结构设计浅谈

张龙

中外建华诚工程技术集团有限公司新疆分公司 

摘要：平战结合的人防地下室设计不仅应满足战时的防护要求和使用要求，还要满足平时使用的各项要求，使其做到安全、适用、经济、合理。

关键词：人防地下室、人防荷载、人防结构计算

人防地下室设计必须贯彻“长期准备、重点建设、平战结合”的方针，并应坚持人防建设与经济建设协调发展、与城市建设相结合的原则。

人防地下室的分类

按预定防御的武器：甲类（核武器、常规武器、化学武器、生物武器 ）；乙 类（常规武器、化学武器、生物武器）。

按抗力级别划分：防常规武器抗力级别5级和6级；防核武器抗力级别4级、4B级、5级、6级和6B级。

按防化等级分：甲、乙、丙、丁四个等级。

按战时功能划分：指挥工程、医疗救护工程、人防专业队工程、专业队队员掩蔽部、专业队装备掩蔽部和人员掩蔽工程（一等人员掩蔽所：政府机关、保障部门(供水、供电等)；二等人员掩蔽所：战时留城的普通市民）。

人防荷载特点

人防地下室设计时须满足其战时对核武器、常规武器和生化武器的各项防护要求，人防地下室设计中均不考虑核武器和常规武器的直接命中。

人防荷载属于动荷载，作用的时间很短，由于在人防荷载作用下，结构构件振型与相应静荷载作用下挠曲线很相近，且动荷载作用下结构构件的破坏规律与相应静荷载作用下破坏规律基本一致，所以规范将动力系数乘以动荷载峰值作为等效静荷载，并以等效静荷载作用来计算人防构件的各项内力。

人防结构计算的特点

一般的工业与民用建筑在使用时的静荷载是其永久作用的主要荷载，一旦造成破坏，造成的后果非常严重，因此要求在民用工程设计中对结构构件承载能力极限状态的可靠指标要求很高，而对人防工程而言，由于炮航弹的冲击爆炸荷载或核爆炸冲击波荷载作用时间很短，而且是只分别考虑一次瞬时作用，所以可以允许人防地下室防护结构有相对较低的安全度，承载能力极限状态的可靠指标要低很多。考虑人防荷载是偶然性荷载，故分项系数取1。

在动力荷载作用下，材料的力学性能与在静载作用下相比，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。人防结构承受的是瞬间作用的动荷载，在快速加载时，由于材料达到破坏的变形来不及展开，加载的数值已经达到最大并开始卸载，反映在材料试验加载的数值上，就表现为材料的强度的提高，对于地基的承载力，人防动荷载作用时，其承载力也是要提高的，能提高几倍到十几倍，甚至更高。

对于人防工程钢筋混凝土结构构件，处于屈服后开裂状态仍属正常的工作状态，这点与静力作用下结构构件所处的状态有很大不同。由于在确定各种结构构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制和防护密闭要求，因而在结构计算中不必再单独进行结构变形和裂缝开展的验算。考虑冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋等经冷加工处理的钢筋伸长率低，塑性变形能力差，延性不好，因此人防工程钢筋混凝土结构构件不得采用。

人防各构件的计算

人防防护结构由于动载作用的时间有先后，动载的变化规律也不一致，因此对结构体系进行综合的精确分析是较为困难的，故一般均采用近似方法，将它拆成单个构件，每一个构件都按单独的等效体系进行动力分析。各构件之间支座条件应按近于实际支承情况来选取。例如:对钢筋混凝土结构，顶板与外墙之间二者刚度相接近，可近似按固端或铰支之间的支座情况考虑。在底板与外墙之间，由于二者刚度相差较大，在计算外墙时可视作固定端。

人防地下室底板设计

底板设计时，首先要区分单建和附建两种情况。附建式地下室直接考虑具体的人防底板荷载，对底板进行计算分析。单建式地下室在地下水位比较浅时要考虑抗浮，适当增加覆土或底板厚度、打抗浮桩或锚杆都可行。底板板厚不小于400mm，钢筋间距也要控制在150mm以内。

人防地下室墙体设计

墙体设计中，人防最主要的是口部设计，建筑上有密闭通道、简易洗消间、扩散室等，对于结构则主要是区分外墙、临空墙、单元隔墙和内墙等，在区分的基础上作相应配筋。规范要求人防墙体厚度不小于250mm，一般为平时控制，为节省钢筋可以分离式配筋。临空墙和隔墙可以根据人防级别作相应计算，要注意区分人防区和非人防区，内墙一般都为构造配筋。门框墙配筋时，首先要区分是否为第一道门，即直接承受冲击波荷载的防护密闭门，配筋要适当增加。第一道门以后通常是密闭门或仅为普通门，门框都按构造配筋，不需加强。对于口部的门框墙，临空墙由人防荷载控制，其尺寸如果符合FG01～05的规定则可以套用图集，否则要重新计算;在门框墙和有封堵的临空墙计算中，我们常常会遇到门洞口有一边或两边的门垛尺寸较长，超过了800mm时，或当门洞上边墙悬臂较长时，需要在门边加竖向柱和在门洞上边加水平梁，这时如何选择受力模型很关键，如果选择不当则会造成截面和配筋过大，浪费经济，根据我自己的设计经验，看层高和门洞两侧的墙那个距离小，选距离小的为主梁，距离大的那边加的梁或(柱)搭接在这道主粱上，这样的计算模型为最合理的模型，也是最节约，最经济的。

人防地下室框架柱 

空地下室框架柱主要由平时荷载控制，对于高层建筑下的防空地下室可以不考虑人防荷载的作用。。墙、柱等承重结构，应尽量与地面建筑物的承重结构相互对应，以使地面建筑物的荷载通过防空地下室的承重结构直接传递到地基上。

人防地下室出入口

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有人员进出的口部，楼梯要适当加强，包括梯板，休息平台的厚度和梯梁的尺寸，梯板也要双层双向配筋。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。楼梯和坡道还要考虑周边建筑物的距离远近设计防倒塌棚架。

人防地下室顶板设计

地下室人防荷载可参考《人民人防地下室设计规范》中相应款项，对于低级别的人防地下室，应先根据人防口部距外墙的距离来判断是否考虑常规武器的作用，然后再与核武器作用下的荷载作比较，看顶板动荷载是由常规武器控制还是由核武器控制。

人防顶板的厚度规范要求不小于250mm，如果柱距小、覆土浅可以采用大板（顶板300mm厚）；柱距大、覆土厚可以做主次梁（顶板一般可取250mm），钢筋双层双向拉通，可以大大节省板钢筋。板钢筋的直径一般取12mm～18mm之间，间距尽量不大150mm。

人防地下室临战转换措施设计

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。

人防地下室结构变形缝的设置

在防护单元内不宜设置沉降缝、伸缩缝，施工后浇带不宜穿越人防门门框墙设置；上部地面建筑需设置伸缩缝、防震缝时，人防工

程可不设置；室外出入口与主体结构连接处，宜设置沉降缝，且沉降缝应位于防护密闭门开启范围以外。

结语：以上是个人对人防地下室结构设计的一些看法，当然遇到具体的设计时，设计思路和处理的办法是可以灵活变通的。但有一条原则，平战结合的人防地下室设计不仅应满足战时的防护要求和使用要求，还要满足平时使用的各项要求，使其做到安全、适用、经济、合理。

参考文献：

《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005

《防空地下室结构设计》07FG01～05