淺談人防結構設計要點

胡潤芥，孫波

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室，安徽 馬鞍山 243000；3.金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心，安徽 馬鞍山 243000；4.北京華建項目管理有限公司，北京 100000）

1 概論及重要性

人民防空，是指動員和組織人民群眾防備敵人空中襲擊、消除空襲后果所采取的措施和行動。人防工程建設必須貫徹“長期準備、重點建設、平戰結合”的方針，并堅持人防建設與經濟建設協調發展、與城市建設相結合的原則。

進入21世紀以后，隨著我國國民經濟快速發展，城市建設水平的不斷提高，人民對人民防空意識也愈加重視，人防工程是戰時可以有效保護城市居民的重要設施，同時對開發和利用城市地下空間，促進城市建設和經濟發展，增強城市的綜合防護能力都具有重要作用，同時人防工程建設也是城市建設的重要組成部分。

2 結構受力和計算原理

人防工程承受的武器包括常規武器和核武器，均考慮一次爆炸產生的破壞作用，且均通過空氣沖擊波和巖土中的壓縮波對人防工程結構產生作用，常規武器在空氣中和巖土中的空氣沖擊波荷載見圖1、圖2。

核武器在空氣中和巖土中的空氣沖擊波荷載見圖3、圖4。

圖2

圖1

圖4

圖3

根據沖擊波的特性，人防工程口部設計的不同對沖擊波產生的荷載有很大的不同。這就需要建筑在設計人防口部時除滿足建筑功能要求外盡量采取安全合理的出口形式。

人防結構設計時，爆炸產生的空氣沖擊波作用到人防主體結構形成瞬間動荷載，動荷載再根據規范轉化為靜荷載，以方便進行結構計算。人防工程的結構計算除需考慮承載能力極限狀態外還應考慮局部作用的極限狀態，并考慮平時和戰時兩種不同荷載效應組合的要求，戰時受荷情況下鋼筋混凝土結構構件可按彈塑性工作階段設計允許屈服后適當的開裂，材料強度也可以適當提高，結構可只進行強度計算，不進行結構變形、裂縫開展、地基承載力和地基變形計算。

3 人防工程設計的要點

①人防工程結構設計前須先對建筑圖充分消化。在收到建筑工種圖時，不可不加以消化就開始盲目計算，應對建筑的口部設計、防護單元、抗爆單元的劃分進行校對，看其是否滿足現行規范、是否做到合理布局、安全經濟等，不合理的部分應會同建筑協商解決。

②確認建筑圖之后，最重要的就是對人防結構構件進行準確的定義，人防地下室外墻與普通地下室外墻需區分開，臨空墻、擴散室墻、擴散室前墻、防護單元隔墻、門框墻等。

③正確的定義人防結構構件是進行后續的人防荷載取值及計算的前提。確定好結構構件后荷載的取值參照規范查表即可，此處需注意的是結構計算時的荷載組合方式。

④還有一個要點就是構造設計，所有構件均須滿足構造要求，構造對混凝土厚度及等級的要求可以保證構件受力滿足要求的同時，也可以起到有效防止核輻射和熱輻射等的作用。構件鋼筋的構造要求可以保證人防結構在受到爆炸沖擊的時候有足夠的延性。

4 具體案例

馬鞍山市寶雅花園按規劃要求在地下室局部設置人防地下室，防常規武器、核武器抗力等級均為6級，地下室為框架結構，人防外圍地下室外墻及人防范圍邊墻采用混凝土墻，上部為框架結構，人防口部部分構件定義如下。根據人防規范，未計入上部建筑物對外墻荷載影響，平面簡圖如圖5。

圖 5

具體等效靜荷載取值如下：

（等靜k效載N/m構3）件入墻臨外（口空出室）墻 入臨外（口空出室）擴室墻散前 擴散墻室 防倒塌挑檐 防元護隔單墻地人下防一區層域 130 130 110 65 上50 下50 50（等靜k效載N/構m3）件 頂板 底板 外墻入墻門外（口框出室）墻 入門內（口框出室）墻門 元間（框 之）單樓梯平踏臺步及地人防下區一域層 70 25基（）樁 50 260 200 50 正6面0反3面0

在進行PKPM計算時，人防范圍頂板按人防荷載進行輸入，在特殊構件菜單欄正確輸入人防抗力等級甲6級并正確定義臨空墻的位置，人防地下室底板等效靜荷載查規范得25kN/m2，考慮到水浮力影響q=43kN/m2,可知此人防地下室底板人防等效靜荷載并不起控制作用，可以不考慮此因素影響。

須注意的是門框墻的荷載取值及M、V、As 的計算,此處門框墻計算如下所示：

圖6

室內人防門框墻1

[計算條件]

L=950.00(mm)L1=916.00(mm)L2=850.00(mm)

h=300.00(mm)

qe=120.00(kN/m^2)

qi=50.00(kN/m)

混凝土強度等級:C30

配筋計算as:20(mm)

縱筋級別:HRB400；箍筋級別:HRB335；箍筋間距(mm):200

[計算結果]

彎矩(kN-m/m)：M=89.150

剪力(kN/m)：V=152.000

*****按懸臂構件計算*****

抗彎受拉筋:As=758(mm^2/m)

抗剪箍筋:Av=0(mm^2/m)

此處應特別注意qe及a、b的取值，其余人防構件計算方法類似，此處不累述。

在施工圖繪制前，應先熟悉掌握07FG01～05等圖集的做法及技術要求，門檻是否設置，門檻放置鋼板處的配筋大樣、門口四周的構造加強措施、吊鉤的擺放位置等，保證人防設備和構件滿足使用和安全的前提下盡可能方便施工和使用。

5 人防問題常見問題

①人防設計要求考慮平戰結合，現在設計的平戰轉換時防護墻大多采用沙袋堆積，現實中一旦需要平戰轉換，城市很難再在很短的時間內生產出足夠數量的沙袋，所以筆者建議結構工程師可以考慮生產預制混凝土構件，平戰轉換時可以現場拼裝，當然預制混凝土構件重量不宜過大，滿足戰時人力組裝要求。

②人防室外出口出地面處大都采用框架結構，考慮到人防設計的原則，框架柱、梁與填充墻不能有連接，以保證填充墻提前摧毀，保證框架柱梁的結構安全及出口的通暢，且不可加強此處填充墻構造甚至于改為混凝土墻（僅限5級以下)增加對人防荷載的抵抗，且棚架頂板和柱、檐口的水平荷載分別計算和配筋。人防室內出口出地面處同樣須采用無連接填充墻，以求能量最大限度釋放，且應設置防倒塌措施，防止上部墻板及梯段坍塌封堵出口。防倒塌挑檐的設計不僅要考慮本棟樓的影響，還需考慮周圍建筑的倒塌影響。

③人防規范強條“鋼筋混凝土結構的甲類防空地下室，其頂板底面不得高出室外地平面”，實際工程設計中，建筑往往由于地形、室內外高層等原因忽視了此強條，當空氣空氣波到來時，上部砌體結構因脆性材料會隨之破壞，不會對高度地面的人防地下室外墻產生傾覆力矩，只需計算此處墻體滿足受力及輻射即可，而鋼筋混凝土結構因為自身的延性比較強，上部主體結構并不會因空氣波摧毀，因此會對人防地下室高出地面處外墻產生過大的傾覆力矩，對人防主體工程產生極不利的影響。實際設計中當遇到此種情況時，如果高差不大，可以采取增加人防地下室頂板厚度的措施來滿足此強條，如高差過大，可采用對外墻板加腋或者局部降板的措施，如此方案還滿足不了，則須調整方案，以求滿足此強條。

④人防圖紙套用時，須仔細閱讀其前提條件及適用要求，且不可忙亂套圖集，盲目增加無必要的配筋。且結構設計須考慮建筑及設備管線埋設及洞口的留置情況，填充墻及混凝土墻的布置要與建筑溝通達到一致。

⑤人防結構設計除滿足人防設計要求外，還須滿足豎向受力及抗震要求，構件設計須嚴格按人防規范及圖集的構造要求，保證結構有足夠的延性和塑性受力能力。

6 結 論

隨著人防設計資質的放開，越來越多的設計人員有機會從事人防工程設計，考慮到人防工作的復雜性和特殊性和重要性，設計滿足人防功能要求的人防工程是每個設計人員的當務之急。筆者認為只要掌握了人防工程的設計原則和理論的特殊性，再利用結構設計的基本理論進行設計并結合一定的現場工程實踐，就可以逐步掌握人防結構設計的精髓。

[1]GB50038-2005，人民防空地下室設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[2]曹繼勇，張尚根.人民防空地下室結構設計[M].北京：中國計劃出版社，2006.