對(duì)于人防大門(mén)門(mén)檻設(shè)計(jì)的一些思考

何東瑞

（廣東中人設(shè)計(jì)有限公司 廣東廣州 510000）

1 引言

對(duì)于人防大門(mén)門(mén)檻，是人防工程設(shè)計(jì)中重要的且常遇到的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。人防大門(mén)通常采用鋼制雙扇門(mén)，其在受到?jīng)_擊波荷載作用時(shí)荷載傳遞方式是由門(mén)扇中的肋梁將作用在門(mén)扇上的荷載傳遞到門(mén)框墻上，鋼結(jié)構(gòu)雙扇門(mén)近似于單向受力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員常常只驗(yàn)算了門(mén)檻在受到戰(zhàn)時(shí)沖擊波作用下的門(mén)檻水平方向的受力，并未就門(mén)檻地梁豎直方向上（向下、向上）受到的荷載分開(kāi)進(jìn)行驗(yàn)算后取包絡(luò)值。所以，要注意對(duì)門(mén)檻梁各工況下的設(shè)計(jì)工作引起足夠的重視。

2 人防門(mén)概述

2.1 人防的種類(lèi)

結(jié)建式人防地下室人防門(mén)的防護(hù)種類(lèi)通常有防護(hù)密閉門(mén)、密閉門(mén)、活門(mén)以及消波系統(tǒng)等。根據(jù)《人民防空工程防護(hù)設(shè)備選用圖集》可知，常用的人防門(mén)種類(lèi)共有36種。單扇人防門(mén)用于人防出入口出處，人防的出入口都是結(jié)合人防設(shè)備房間設(shè)計(jì)，房間的墻體都為鋼筋混凝土，因此單扇人防門(mén)在此處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的跨度較小，人防門(mén)的重量也較小，通常這些位置的門(mén)框墻設(shè)計(jì)計(jì)算較容易保證，故不作論述。

鋼結(jié)構(gòu)雙扇防護(hù)密閉門(mén)通常設(shè)置于車(chē)道出入口處，和地下室行車(chē)道處；連通口雙向受力雙扇防護(hù)密閉門(mén)常設(shè)置于兩個(gè)人防單元相連的人防區(qū)行車(chē)道處。本文就這兩種類(lèi)型的人防門(mén)檻設(shè)計(jì)計(jì)算展開(kāi)探究，因連通口雙向受力雙扇防護(hù)密閉門(mén)和鋼結(jié)構(gòu)雙扇防護(hù)密閉門(mén)在受力種類(lèi)上相同，只是量值上的不同，所以選取常用的鋼結(jié)構(gòu)雙扇防護(hù)密閉門(mén)（GSFM6025（6））作為本文的設(shè)計(jì)舉例，其門(mén)洞寬6000mm，門(mén)高2500mm，門(mén)厚156mm，總質(zhì)量為5794kg，則單扇門(mén)重2897kg。

2.2 人防大門(mén)在地下室的位置

人防大門(mén)在地下室內(nèi)的位置常有以下幾種情況：①兩側(cè)有框柱；②一側(cè)有框柱，一側(cè)位于底板中間；③兩側(cè)無(wú)框柱，位于底板的中間，如圖1所示。

圖1

3 人防大門(mén)門(mén)檻的受力分析

3.1 門(mén)框墻的受力分析

鋼結(jié)構(gòu)雙扇防護(hù)密閉門(mén)其在受到?jīng)_擊波荷載作用時(shí)荷載傳遞方式是由門(mén)扇中的肋梁將作用在門(mén)扇上的荷載傳遞到門(mén)框墻上，鋼結(jié)構(gòu)雙扇門(mén)近似于單向受力。因此鋼制雙扇門(mén)荷載按單向受力形式傳遞到上、下門(mén)框墻。門(mén)框墻在受到水平方向沖擊波做用時(shí)上方通常設(shè)置暗梁，由暗梁將門(mén)扇傳過(guò)來(lái)的等效荷載、暗梁自身受到的等效荷載和暗梁上方臨空墻傳來(lái)的等效荷載傳遞到門(mén)框墻兩側(cè)的暗柱上，門(mén)框墻的下方是由人防門(mén)門(mén)檻抵抗由人防門(mén)傳來(lái)的水平方向上的等效荷載及其自身受到的等效荷載；豎直方向上，鋼制人防門(mén)通過(guò)鉸頁(yè)將人防門(mén)的重量傳遞給門(mén)檻地梁。

3.2 底板結(jié)構(gòu)形式分析

門(mén)檻梁的受力情況常常和底板的結(jié)構(gòu)形式息息相關(guān)，沿海地區(qū)因地下水位通常高于基礎(chǔ)底板，所以常采用箱基、筏基、條基和獨(dú)立柱基加防水底板結(jié)構(gòu)形式。因?yàn)橄浠头せ冃文芰Σ睿y平衡高層建筑和純地下室的沉降差，在工程實(shí)踐中運(yùn)用的較少，而獨(dú)立柱基加防水底板能較好的減少差異沉降，并且具有傳力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)點(diǎn)，因此這種結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中廣泛使用。本文就以這種底板結(jié)構(gòu)形式作為研究對(duì)象，研究其在人防工程的運(yùn)用對(duì)門(mén)檻地梁的影響。

在獨(dú)基加防水板基礎(chǔ)中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想是，在防水板下設(shè)置軟墊層的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，保證防水板只用來(lái)抵抗水浮力，不承擔(dān)或承擔(dān)最少量的地基反力，地基反力由獨(dú)立柱基全部承擔(dān)。

3.3 門(mén)檻梁的受力分析

門(mén)檻地梁在平時(shí)工況下，受到的向下荷載有：門(mén)框墻兩側(cè)暗柱傳遞到，地梁的門(mén)扇的重量和暗柱自身的重量和頂板傳來(lái)的力以及底板和面層的自重等；向上的荷載只有底板傳來(lái)的水壓力。戰(zhàn)時(shí)工況下，受到的向下荷載有：門(mén)框墻兩側(cè)暗柱傳遞門(mén)扇的重量和暗柱自身的重量和頂板戰(zhàn)時(shí)工況傳來(lái)的力到門(mén)檻梁上；向上的荷載有：底板傳來(lái)的水壓力、底板的人防等效荷載等。

4 人防大門(mén)門(mén)檻的設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前結(jié)建式人防地下設(shè)計(jì)通常由兩家設(shè)計(jì)單位共同完成，地面設(shè)計(jì)院完成豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件、樁基承臺(tái)和底板結(jié)構(gòu)，人防設(shè)計(jì)院完成人防側(cè)墻、頂板和門(mén)框墻等的人防構(gòu)件設(shè)計(jì)。

往往地面設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)師在進(jìn)行底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮人防墻體人防門(mén)框墻在底板設(shè)計(jì)時(shí)的影響，設(shè)計(jì)建模時(shí)未將人防構(gòu)件畫(huà)到模型中進(jìn)行整體分析計(jì)算，存在這樣的情況有可能是，對(duì)門(mén)框墻門(mén)檻受力分析不足，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，且市面上少有相關(guān)人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和資料，所以這部分設(shè)計(jì)缺失了。而從結(jié)構(gòu)概念上來(lái)說(shuō)，不管是人防或是非人防結(jié)構(gòu)，其都符合結(jié)構(gòu)中力的平衡、變形的協(xié)調(diào)以及由此產(chǎn)生的構(gòu)件內(nèi)力都是通過(guò)構(gòu)件自身的線(xiàn)剛度以及連接構(gòu)件之間的相對(duì)剛度的大小來(lái)體現(xiàn)，而人防構(gòu)件都為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在底板建模計(jì)算中不予以考慮，從概念上來(lái)是說(shuō)不過(guò)去的。

而人防設(shè)計(jì)院在對(duì)人防大門(mén)門(mén)檻設(shè)計(jì)時(shí)僅就門(mén)檻受到的水平方向上的等效靜載進(jìn)行驗(yàn)算，未對(duì)門(mén)檻梁的綜合受力情況進(jìn)行分析設(shè)計(jì)并取包絡(luò)值。設(shè)計(jì)截面為突出底板結(jié)構(gòu)面高度加底板厚度，通常截面尺寸僅有600mm×450mm，上下各配6 25通長(zhǎng)鋼筋，導(dǎo)致人防工程的重要構(gòu)件設(shè)計(jì)存在較大的安全隱患。

4.2 整體建模及計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)3.3條的門(mén)檻地梁的受力情況，在PKPM中分別建立平時(shí)向下荷載模型、戰(zhàn)時(shí)向下荷載模型、平時(shí)向上荷載模型和戰(zhàn)時(shí)向上荷載模型計(jì)算，柱跨按8400mm×8400mm考慮，頂板覆土按1m考慮，設(shè)防水位按低于地坪面0.5考慮，地下室層高按3.8m，頂、底板按300mm厚考慮，地庫(kù)內(nèi)建筑面層按100mm考慮，如圖2所示。

根據(jù)2.2條人防大門(mén)所在位置的不同，門(mén)檻梁的結(jié)構(gòu)布置有所不同，但不同的結(jié)構(gòu)布置目的都只有一個(gè)，門(mén)檻梁的應(yīng)將荷載以最短路徑傳遞給框柱承臺(tái)，再由承臺(tái)傳給樁基。此處門(mén)檻梁應(yīng)設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)換梁，將上部暗柱的荷載和底板的荷載傳遞給基礎(chǔ)承臺(tái)，轉(zhuǎn)換梁梁高取柱跨的1/8，則截面取600mm×1100mm。

圖2 整體建模參數(shù)示意圖

對(duì)以上設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)參數(shù)在PKPM中整體建模計(jì)算，通過(guò)對(duì)整體計(jì)算結(jié)果分析可知，平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)向下荷載模型按600mm×450mm門(mén)檻梁設(shè)計(jì)配筋是能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的，因?yàn)轫敯搴秃奢d由板傳給框梁，再由框梁傳給框柱，最后由框柱傳給基礎(chǔ)了，人防大門(mén)兩側(cè)的暗柱僅傳遞人防大門(mén)的重量和其自身重量給門(mén)檻梁。

對(duì)平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)向上荷載的計(jì)算結(jié)果分析可知，模型中門(mén)檻梁按梁截面600mm×1100mm設(shè)計(jì)計(jì)算，平時(shí)荷載作用下兩端有框柱的情況，梁面鋼筋需配通長(zhǎng)筋10 25，梁底兩側(cè)支座鋼筋需配10 25；位于板跨中間的情況，梁面鋼筋需配通長(zhǎng)筋7 25，梁底兩側(cè)支座鋼筋需配6 25；一側(cè)有框柱一側(cè)位于板跨中間的情況，梁面鋼筋需配通長(zhǎng)筋7 25，梁底框柱側(cè)支座鋼筋需配10 25，通長(zhǎng)筋需配4 25；戰(zhàn)時(shí)荷載作用下兩端有框柱的情況，梁面鋼筋需配通長(zhǎng)筋11 25，梁底兩側(cè)支座鋼筋需配11 25；位于板跨中間的情況，梁面鋼筋需配通長(zhǎng)筋6 25，梁底兩側(cè)支座鋼筋需配6 25；一側(cè)有框柱一側(cè)位于板跨中間的情況，梁面鋼筋需配通長(zhǎng)筋7 25，梁底框柱側(cè)支座鋼筋需配11 25，通長(zhǎng)筋需配6 25。由上知按600mm×450mm的截面設(shè)計(jì)門(mén)檻梁，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。

4.3 設(shè)計(jì)改進(jìn)

建議在設(shè)計(jì)人防大門(mén)門(mén)檻時(shí)應(yīng)與人防上擋梁設(shè)計(jì)方法相同，采用整體建模計(jì)算。可復(fù)制一份頂板模型，底板按倒樓蓋設(shè)計(jì)，將荷載替換成底板相關(guān)荷載，門(mén)檻梁計(jì)算結(jié)果在配筋時(shí)應(yīng)該倒過(guò)來(lái)配鋼筋。人防設(shè)計(jì)院在底板設(shè)計(jì)未考慮門(mén)檻梁的作用時(shí)，應(yīng)在繪制大門(mén)門(mén)框墻時(shí)將門(mén)檻梁也一并繪出，并注意梁鋼筋應(yīng)與承臺(tái)框柱鋼筋連接。

5 人防大門(mén)門(mén)檻的施工措施

在工地施工過(guò)程中門(mén)檻與門(mén)檻的門(mén)框角鋼往往不能同時(shí)澆筑，通常是底板先澆筑，門(mén)檻處留出鋼筋，等人防墻體澆筑時(shí)再與墻體一起澆筑，這樣的施工步驟常常出現(xiàn)，門(mén)檻鋼筋預(yù)留不足，門(mén)檻梁與門(mén)檻副梁間距過(guò)大，不能很好的起到對(duì)鋼門(mén)框的固定和錨固作用，因此建議土建施工單位和人防的設(shè)備安裝單位應(yīng)該統(tǒng)籌施工步驟，保證門(mén)檻與底板整體澆筑，以確保門(mén)檻梁的澆筑質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)門(mén)檻梁的設(shè)計(jì)思想。

6 結(jié)束語(yǔ)

防空地下室是戰(zhàn)時(shí)城市在遭受空襲時(shí)保護(hù)人民生命、財(cái)產(chǎn)，保護(hù)工業(yè)經(jīng)濟(jì)資源的一種特殊工程，人防大門(mén)是抵抗沖擊波破壞的重要防護(hù)設(shè)備，為保證其戰(zhàn)時(shí)能發(fā)揮預(yù)定的防護(hù)性能，大門(mén)四周的門(mén)框墻的合理設(shè)計(jì)顯得尤為重要，門(mén)檻梁因其受力較其他構(gòu)件復(fù)雜，所以門(mén)檻梁的設(shè)計(jì)應(yīng)符合實(shí)際工況的抗力需求，施工需要保證門(mén)檻梁設(shè)計(jì)思想的實(shí)現(xiàn)。

[1]《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50038-2005）.2005.

[2]《防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]《地下結(jié)構(gòu)》.同濟(jì)大學(xué)出版社，2016.

[4]《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析》（第二版）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.