淺議人防地下室的設計與分析

摘要：人防地下室，是為了保障人民通信、防空指揮、遮蔽等需要，設置的具有預定防護功能的地下室，在緊急時刻還有儲存淡水糧食的作用。因此，對人防地下室的設計非常重要。在本文中，筆者針對人防地下室的結構設計特點，從人防荷載組合和內力分析、人防荷載的確定及荷載的構造要求等方面對人防地下室設計問題提出了探討性意見。

關鍵詞：人防地下室；設計；分析

人防地下室的設計問題，需要著重考慮的就是平戰(zhàn)結合的問題，也就是既要考慮人防時荷載較大，結構上難以滿足大空間的問題，又要考慮平時使用時荷載較小，要滿足建筑使用上大空間的問題。人防地下室設計的關鍵，就是協(xié)調兩種狀態(tài)下不同的使用要求，以下將對人防地下室設計做具體的分析探討。

一、人防地下室結構設計

1、人防即人民防空，其任務是根據國防需要，組織動員群眾采取防護措施，減輕或防范空襲危害。和普通地下室相比，人防地下室設計時要重點考慮戰(zhàn)時武器爆炸荷載的作用。人防地下室結構設計主要包括兩方面的內容：一是主體結構設計，包括底板、外側墻、頂板及其它構件的結構設計；二是孔口防護設計，包括出入口的消波系統(tǒng)和防護系統(tǒng)設計，其中出入口的消波系統(tǒng)有擴散室的設計和防爆破活門的選用，防護系統(tǒng)有防護密封門的選擇、臨空墻、門框墻的計算等。

2、人防地下室結構設計和一般結構設計的不同點有以下幾個方面：①考慮設計結構的動力效應，對結構構件可以考慮進入塑性工作狀態(tài)；②可以降低結構設計的可靠性；③更重視構造要求，人防設計的很多構造要求和一般的建筑設計是不同的，要求上更為嚴格，因此要考慮受力計算和構造措施；④可以提高材料設計的強度。提高強度，變形性能、塑性性能基本不變，有利于結構工作。

3、根據人防地下室結構設計的特點，確定防空地下室結構設計的原則有以下幾種：①只考慮一次核襲擊；②只進行強度的核算，因為在核爆動荷載作用下，允許延性比控制了結構構件變形極限，而且在對各種構件的允許延性比進行確定時，已經考慮了變形的極限，因此，在防空地下室結構設計中，不必對結構構件的裂縫和變形單獨進行核算；③平戰(zhàn)結合，兩種情況均要計算，取控制條件，在民用建筑的人防地下室結構設計中，一般涉及的是6級或5級的人防設計，結構的頂板一般是由戰(zhàn)時控制，底板和外側墻一般是根據地下室結構的不同依實際情況確定。④注意地面和地下承重結構體系的協(xié)調，兩者強弱相差不能太大；⑤注意各部件的協(xié)調，設計控制標準要一致，以免導致結構局部先行破壞，進而失去整個防護建筑的作用。

二、人防荷載的確定

1、人防地下室結構設計主要考慮的是如何抵抗空氣沖擊波。當核武器在空中爆炸產生的沖擊波傳播到地表時，會形成反射沖擊波，反射波在被入射波加熱和壓密國的空氣中傳播，比入射波傳播速度快。在反射波波陣面和入射波波陣面匯合后，就會形成合成波。合成波波陣面在靠近地面的部分是垂直于地面的，也就是說合成波是在水平方向上傳播的，防空地下室所受的沖擊就是這種地面沖擊波，而防空地下室的頂板就會直接承受地面沖擊波的負壓和超壓作用。對于底板和外側壁，因空氣沖擊在地表作用后使土體運動，上層土體在受壓后向下逐層傳播，在底板或側壁的阻擋下，會產生動壓、超壓和負壓作用。

2、根據我國《人民防空工程戰(zhàn)術技術要求》規(guī)定，我國防空地下室防護等級一般為6級，采用全埋式現澆鋼筋混凝土人防地下室。本文就以6級為例分析各部位等效靜荷載取值:

（1）頂板：首層外墻墻面開孔面積小于1/2的部分，計量上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓作用的影響，確定的等效靜荷載標準值為55kN/m2；首層外墻墻面開孔面積大于1/2的部分，不必計量上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓作用的影響，確定的等效靜荷載標準值為60kN/m2.

（2）底板：底板可以不考慮常規(guī)武器地面的爆炸作用，本工程采用樁基礎，當核爆荷載作用于頂板時，荷載傳至樁上，人防設計中不考慮地基變形和地基承載力，核爆荷載一般由底板和樁共同承受，小于規(guī)范中按箱型地下室底板等效靜荷載值40kN/m2。與平時荷載作用下因為樁不均勻沉降產生的受力相比，起不到控制作用，不考慮。

（3）側墻：一般來說，上部建筑物是設防抗震的框架結構，因此，要考慮上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓值的影響。人防地下室側壁范圍有飽和土及非飽和土，取加權平均值，地下室側壁等效靜載荷標準值為40kN/m2。

（4）隔墻：隔墻有6級人防地下室和普通地下室相鄰的隔墻，還有相鄰防護單元間隔墻。一般來說，6級人防地下室和普通地下室相鄰的隔墻普通地下室一側設計壓力值為90 kN/m2，相鄰防護單元間隔墻設計壓力值為50 kN/m2.

（5）隔空墻：隔空墻一般依據規(guī)范表4.7.6和工程的實際情況確定等效靜荷載標準值130 kN/m2.

（6）門框墻：所受荷載包括①由門扇傳來的等效靜載標準值，按門扇的大小、型號計算確定；②直接作用在墻上的荷載：核武器爆炸動荷載作用下為200 kN/m2，普通武器爆炸動荷載作用下為190kN/m2.

其它的各種防爆破活門、防護密閉門、擴散室的設計壓力都由規(guī)范中相關規(guī)定選用。在確定好所有構件的等效靜荷載值后，進行結構的計算。

三、荷載組合和內力分析

作用在人防地下室結構上的荷載，有上部建筑物自重、水壓力、土壓力、核爆動荷載、防空地下室的自重幾個方面，結構設計時根據工程實際結構特點和設計規(guī)范進行設計，各個部位參與組合的荷載為：

（1）頂板：頂板靜荷載和頂板核爆炸等效靜荷載。

（2）內承重墻：通過對平時和戰(zhàn)時荷載值的對比發(fā)現，戰(zhàn)時增加的頂板核爆動荷載標準值要小于平時的活荷載標準值之和，因此，部位構件不是由戰(zhàn)時條件控制的。在進行荷載組合時，要明確頂板的組合中是否考慮了上部建筑物的倒塌荷載值和確定的上部建筑物自重標準值，在頂板荷載組合中不必考慮倒塌荷載值。

(3)側墻：橫向方面，考慮核爆炸產生的水壓力、土壓力、水平等效靜荷載；豎向方面，考慮頂板傳來的核爆炸靜荷載、等效靜荷載，外墻自重，上部建筑物自重。

根據《人民防空工程戰(zhàn)術技術要求》相關規(guī)定，結合工程實際情況，完成對人防地下室各主要構件的設計。

四、孔口防護和平戰(zhàn)兼顧

1、孔口防護包括的設計有①出入口通道內門框墻、臨空墻的設計；②防護密閉門和消波系統(tǒng)的設計；③孔口內其它構件，如防倒塌棚架、風井、相鄰單元之間的隔墻等的設計。對各方面的設計應該根據工程本身的實際條件及平時和戰(zhàn)時的基本要求確定。

2、平戰(zhàn)轉換設計的基本原則是：①一次設計，分兩步施工；②轉換工作要小；③工程平戰(zhàn)用途相近；④轉換措施要考慮經濟、可靠、快速、簡便；⑤考慮通用性和兼容性。根據平戰(zhàn)設計的原則，在設計戰(zhàn)時封堵時，可考慮使用預制砼塊，實行豎向封堵。

結語：

人防地下室設計的意義重大。通過介紹人防設計中的主要問題，對人防地下室的設計提出探討性意見，說明了對人防地下室的設計不但要滿足戰(zhàn)時防護功能的要求，還要滿足經濟合理設計條件，盡可能降低人防地下室的造價，提高人防地下室的質量，真正實現人防地下室的價值。

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