人民防空工程結構設計實例分析

崔平

摘? ? 要：當今世界政治局勢風云突變，各國軍事力量不斷發展，武器裝備愈加先進，在這樣的形勢下，人民防空工程尤為重要。人民防空工程也叫人防工事，是指為保障戰時人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫療救護而單獨修建的地下防護建筑，以及結合地面建筑修建的戰時可用于防空的地下室，在平時也作為防災、減災指揮所及避難所。本文對人防地下室結構設計的特點、原則及設計內容等問題進行了總結，與普通地下室相比，防空地下室結構設計的主要特點是要考慮戰時規定武器爆炸動荷載的作用。

本文通過介紹大興區榆垡組團二期安置房項目11號樓配套服務設施項目中地下人防設計的實例，系統的展示人防設計過程中的一些關鍵要點， 首先應根據建筑基本條件確定結構布置體系，如本工程人防地下室頂板及底板均采用梁板結構體系;其次應確定人防抗力等級進而確定人防荷載，人防荷載需要根據《人民防空地下室設計規范》及《（北京市）平戰結合人民防空工程設計規范》確定頂板、外墻、底板、門框墻、臨空墻及隔墻的人防荷載，其中部分荷載還要考慮上部建筑影響分別考慮荷載;再將荷載輸入模型并正確選取設計參數進行計算，根據計算結果有必要再調整構件尺寸重新計算，重復此過程以得到合理的配筋結果并滿足最低構造要求。本人防工程結構設計實例分析可作為此類人民防空工程結構設計的參考。

關鍵詞： 人防設計，結構選型，人防荷載

1? 引言

近年來，世界政治局勢風云突變，國際關系雖出現了緩和，但是戰爭的根源依然存在，各國軍事力量及武器裝備不斷發展，在這樣的形勢下，人民防空工程尤為重要。人防工程對核武器、化學武器、生物武器的各種殺傷因素和對常規武器的襲擊都有較好的防護作用。人民防空工程也叫人防工事，是指為保障戰時人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫療救護而單獨修建的地下防護建筑，以及結合地面建筑修建的戰時可用于防空的地下室，在平時也作為防災、減災指揮所及避難所。人防工程結構設計是整個人防工程設計中至關重要的組成部分，與普通地下室相比，防空地下室結構設計的主要特點是要考慮戰時規定武器爆炸動荷載的作用。本文通過介紹一個人防工程結構設計的實例，系統的介紹人防結構設計的流程及要點。

2? 人防工程結構設計的特點

人民防空工程也叫人防工事，是指為保障戰時人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫療救護而單獨修建的地下防護建筑，以及結合地面建筑修建的戰時可用于防空的地下室，在平時也作為防災、減災指揮所及避難所。防常規武器抗力級別分為5、6級，簡稱為常5級和常6級;防核武器抗力級別分為4、4B、5、6、6B級，簡稱為核4級、核4B級、核5級、核6級、核6B級。

GB 50038—2005《人民防空地下室設計規范》條文說明4.1.1規定：與普通地下室相比，防空地下室結構設計的主要特點是要考慮戰時規定武器爆炸動荷載的作用。常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載均屬于偶然性荷載，具有量值大、作用時間短且不斷衰減等特點。暴露于空氣中的防空地下室結構構件，如高出地面不覆土的外墻、不覆土的頂板、口部防護密閉門及門框墻、臨空墻等部位直接承受空氣沖擊波的作用。其它埋入土中的圍護結構構件，如有覆土頂板、土中外墻及底板等，則直接承受土中壓縮波的作用。此外，防空地下室內部的墻、柱等構件則間接承受圍護結構及上部結構動荷載作用。

防空地下室的結構布置，必須考慮地面建筑結構體系。墻、柱等承重結構，應盡量與地面建筑物的承重結構相互對應，以使地面建筑物的荷載通過防空地下室的承重結構直接傳遞到地基上。

防空地下室的結構選型包括結構類別和結構體系的選擇。結構類別一般可分為砌體結構和鋼筋混凝土結構兩種。當上部建筑為砌體結構，防空地下室抗力級別較低且地下水位也較低時，防空地下室可采用砌體結構。防空地下室鋼筋混凝土結構體系常采用梁板結構、板柱結構以及箱型結構等，當柱網尺寸較大時，也可采用雙向密肋樓蓋結構、現澆空心樓蓋結構。

目前在防空地下室中采用的預制裝配整體式構件有疊合板、鋼管混凝土柱及螺旋筋套管混凝土柱等。其它預制裝配式構件，如有充分試驗依據，也可逐步用于防空地下室。

另外，GB 50038—2005《人民防空地下室設計規范》4.2.3條規定：在動荷載和靜荷載同時作用或動荷載單獨作用下，材料強度設計值可按下列公式計算確定：

fd=γd×f

式中fd為動荷載作用下材料強度設計值;f為靜荷載作用下材料強度設計值;γd為動荷載作用下材料強度綜合調整系數。

試驗表明，加載速率直接影響材料的力學性能。在武器爆炸動荷載作用下，結構構件所經受的是毫秒級快速變形過程，與標準靜載試驗速度相比要快千百倍，這時材料力學性能發生比較明顯的變化，主要表現為強度提高。

3? 人防工程結構設計的原則

人防地下室設計必須貫徹“長期準備、重點建設、平戰結合”的方針，并應堅持人防建筑與經濟建設協調發展、與城市建設相結合的原則。

《人民防空工程戰術技術要求》將人民防空工程按可能受到的空襲威脅劃分為甲、乙兩類：甲類工程防核武器、常規武器、化學武器、生物武器襲擊;乙類工程防常規武器、化學武器、生物武器的襲擊。

GB 50038—2005《人民防空地下室設計規范》4.1.3條規定：甲類防空地下室結構應能承受常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載的分別作用，乙類防空地下室結構應能承受常規武器爆炸動荷載的作用。對常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，設計時均按一次作用。4.1.4條至4.1.6條規定：防空地下室的結構設計，應根據防護要求和受力情況做到結構各個部位抗力相協調;在常規武器爆炸動荷載或核武器爆炸動荷載作用下，其動力分析均可采用等效靜荷載法;應驗算結構承載力;對結構變形、裂縫開展以及地基承載力與地基變形可不進行驗算。

另外，4.1.7條規定對乙類防空地下室和核5級、核6級、核6B級甲類防空地下室結構，當采用平戰轉換設計時，應通過臨戰時實施平戰轉換達到戰時防護要求;以及4.1.8條規定防空地下室結構除按本規范設計外，尚應根據其上部建筑在平時使用條件下對防空地下室結構的要求進行設計，并應取其中控制條件作為防空地下室結構設計的依據。

4? 工程實例

北京市大興區榆垡組團二期安置房項目11號樓配套服務設施，地上兩層，地下兩層。建筑高度8.1m，地下一及地下二層高3.9m。建筑面積2836m2，地下室建筑面積1655m2，其中人防建筑面積1002m2。其中地下二層為人防區，人防單元戰時為專業隊掩蔽所，平時功能為社區活動，人防抗力等級為甲5級，防化等級為二等人員掩蔽所防化等級為丙級。

本工程結構形式為鋼筋混凝土框架結構，結構設計使用年限為50年，安全等級為二級，抗震設防類別為標準設防類（丙類），抗震設防烈度為8度，設計基本加速度峰值為0.2g，建筑場地類別為Ⅲ類，設計地震分組為第二組。基礎采用梁板式筏基。

本工程人防地下室結構設計依據GB 50038—2005《人民防空地下室設計規范》，DB11/994—2013《（北京市）平戰結合人民防空工程設計規范》以及防空地下室結構設計（國家建筑標準設計圖集FG01～05）（2007年合訂本）等現行國家標準規范、圖集等進行設計。以下將通過本工程對人防地下室的結構設計進行實例分析。

4.1? 結構選型及構件尺寸

依據相關規范、圖集及工程實際情況，采用鋼筋混凝土結構，基礎為梁板式筏形基礎。

基礎底板厚度為400mm，基礎梁截面尺寸均為700mm[×]800mm;框架柱均為600mm[×]600mm;人防頂板厚度為300mm，C軸線以北及6軸線以東區域為無上部結構的純地下室，頂板覆土厚度為3.9m，此范圍人防頂板厚度為400mm。人防地下室的框架梁截面尺寸為600mm[×]900mm、700mm[×]1000mm等;人防外墻，人防臨空墻，人防隔墻厚度均為300mm;人防內墻厚度為200mm，門框墻厚度為300mm、500mm，防爆破活門門框墻厚度為600mm及700mm。混凝土強度為C40，鋼筋強度為HRB400。

4.2? 人防荷載的取值

本工程是按甲類防空工程設計的 ，因此應能承受常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載的分別作用，對常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，設計時均按一次作用。依據相關規范，各部位的等效靜荷載取值分別如下：

頂板： 根據頂板短邊凈跨，板上覆土的厚度及是否考慮上部建筑的影響，按核5級取值。C軸線以北及6軸線以東區域的等效靜荷載標準值為： 130kN/m2及145kN/m2;其他區域的等效靜荷載標準值為： 100kN/m2。

外墻： 本工程基礎底板位于地下水位以上，因此按照非飽和土中外墻等效靜荷載標準值取值，地基土為粉土，按核5級取值為： 50 kN/m2。

底板： 本工程基礎底板位于地下水位以上，根據頂板短邊凈跨，板上覆土的厚度及是否考慮上部建筑的影響，按核5級取值，核5級防空地下室底板的等效靜荷載標準值按考慮上部建筑影響計算，當按不考慮上部建筑影響計算時，可將表中數值除以0.95后采用。底板上的等效靜荷載標準值取值為： 75kN/m2。

門框墻： 均按核5級取值 ，因它所受的荷載由兩部分組成 ，一是直接作用在墻上的荷載 380kN/m2，二是由門扇傳來的等效靜載標準值 ，分別按門扇的型號及大小計算確定。

臨空墻： 按允許延性比[β]等于2.0計算時，按核5級設計取值為： 270kN/m2。

隔墻： 按核5級取值 ，按照人防單元與普通地下室間的隔墻 ，取值為： 180kN/m2。

樓梯：按核5級取值 ，正面荷載120kN/m2，反面荷載60kN/m2，中間有支撐墻的封閉式樓梯間或中間無支撐墻的開敞式樓梯間，在樓梯休息平臺或踏步板正面受沖擊波荷載后， 經過幾毫秒時間沖擊波就繞射到反面，因此對樓梯休息平臺和踏步板應按正面與反面不同時受荷分別計算。

4.3? 荷載組合和內力分析

人防地下室結構上的負載主要包括爆炸荷載、上部建筑自重、土壓力、水壓力和防空地下室自重。在進行結構設計的過程中，需要結合工程結構的特點選擇合適的荷載組合，保證工程的質量。在進行荷載組合時，應當確定好上部建筑物自重標準值，并對上部結構進行詳細說明，在設計的過程中需要進行仔細分析。本工程為甲類防空地下室結構應分別按平時使用狀態的結構設計荷載;戰時常規武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用;戰時核武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用的荷載（效應）組合進行設計，并應取各自的最不利的效應組合作為設計依據。本工程各個部位參與組合的荷載如表1所示。

GB 50038—2005《人民防空地下室設計規范》，DB11/994—2013《（北京市）平戰結合人民防空工程設計規范》中對人防工程結構內力分析有詳細的規定，防空地下室結構在確定等效靜荷載和靜荷載后，可按靜力計算方法進行結構內力分析。對于超靜定的鋼筋混凝土結構，可按由非彈性變形產生的塑性內力重分布計算內力。本工程具體設計時，人防頂板采用盈建科建筑結構計算軟件YJK-A進行內力分析，人防底板采用盈建科基礎設計軟件YJK-F進行內力分析;人防外墻、臨空墻、隔墻、門框墻及人防樓梯均采用理正人防電算軟件進行內力分析。地下二層梁、柱配筋計算結果簡圖，地下二層板配筋計算結果簡圖，配筋均滿足配筋率要求，且構件尺寸合理。

4.4? 構造要求

本工程人防構件均采用C40 混凝土，設計抗滲等級為P6，人防構件截面尺寸均滿足相關規范的要求。最外層鋼筋的保護層厚度如表2所示。

其他需注意的構造要求還有以下幾點：鋼筋混凝土結構構件縱向受力鋼筋的錨固長度laF=1.05lad;地下室基礎底板上層筋必須從地基反梁上層主筋下部穿過，頂板下層筋必須從頂板反梁下層主筋上部穿過;人防圍護結構和密閉墻體門洞四角必須設置加強筋：長度1000mm，斜45[°]綁扎，墻厚≦400mm，每角2φ16;墻厚>400mm，每角3φ16;被止水鋼板割斷的附墻柱箍筋應搭接焊在止水鋼板上;人防圍護結構和密閉墻體（均為鋼筋混凝土內墻）模板對拉螺桿不允許穿PVC套管，且螺桿中部應設止水片;管割斷的墻筋應點焊在穿墻管上;人防區頂、底板、臨空墻必須設拉結筋，形式S型，≧φ6，間距≦500mm，梅花形布置。

梁與邊柱交接處，外墻與頂、底板交接處鋼筋構造要求為：邊柱外側縱向鋼筋伸入地、頂梁內的錨固長度應≧1.5lad;當頂板厚度<外墻厚度時，頂板上排筋伸入外墻內錨固長度應≧1.5lad;當頂板厚度≧外墻厚度時，外墻外側縱向鋼筋伸入頂板內錨固長度應≧1.5lad;外墻外側縱向鋼筋伸入底板內錨固長度應≧1.5lad。

5? 結論

本項目系統的展示人防設計過程中的一些關鍵要點， 首先應根據建筑基本條件確定結構布置體系，如本工程人防地下室頂板及底板均采用梁板結構體系;其次應確定人防抗力等級進而確定人防荷載，人防荷載需要根據《人民防空地下室設計規范及《（北京市）平戰結合人民防空工程設計規范》確定頂板、外墻、底板、門框墻、臨空墻及隔墻的人防荷載，其中部分荷載還要考慮上部建筑影響分別考慮荷載;再將荷載輸入模型并正確選取設計參數進行計算，根據計算結果有必要再調整構件尺寸重新計算，重復此過程以得到合理的配筋結果并滿足最低構造要求。

本人防工程結構設計實例分析可作為此類人民防空工程結構設計的參考。

參考文獻：

[1] GB 500038—2005.人防地下室設計規范[S].

[2] DB11/994—2013.（北京市）平戰結合人民防空工程設計規范[S].

[3] 防空地下室結構設計（國家建筑標準設計圖集FG01～05）（2007年合訂本） [S].