淺談某地下室人防結構設計

李小玉 劉蒲云

奧意建筑工程設計有限公司南京分公司 江蘇南京 210006

1 工程概況

項目用地位于江蘇省無錫市，人防部分設置在地下一層，為附建式防空地下室。地下共一層，總建筑面積為16617.28㎡，平時功能為自走式汽車停車庫；戰(zhàn)時劃分2個防護單元，防護區(qū)建筑面積為3983㎡，利用自行車坡道以及樓梯間為戰(zhàn)時主要出入口，戰(zhàn)時功能為核6級、常6級二等人員掩蔽部。本工程抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.1g，設計地震分組為第一組，場地特征周期為0.45s，場地類別為Ⅲ類，地庫為混凝凝土框架結構。

2 人防結構設計

人防地下室結構設計，與普通地下室設計不同之處在于，需要考慮戰(zhàn)時各種武器爆炸產生的動荷載作用。武器爆炸的特點為時間短、量值大、不斷衰減，屬于偶然荷載[1]，在進行結構計算時，采用等效靜荷載法進行計算，根據《人民防空地下室設計規(guī)范》查取各個部位的等效靜荷載值，即可以進行人防結構的計算。

2.1 等效荷載取值

本項目的人防地下室設計類別為甲類核（常）6級，地下室頂板覆土-1.3米，為全埋式結構，作用在地下室結構的荷載包括核爆炸荷載、土壓力、水壓力和地下室的自重等，根據《人民防空地下室設計規(guī)范》（以下簡稱人防規(guī)范），查取各個部位等效靜荷載，取值分別如下：

（1）人防地下室頂板荷載：人防部位在純地下室部位，頂板上覆土1.3米，板頂標高-1.4米，頂板設計采用大板結構，頂板板跨在5.5m-8.1m，板厚300mm，混凝土強度等級C35，查人防規(guī)范表4.8.2，頂板的等效靜荷載標準值q=70kN/m2；

（2）人防地下室外墻荷載：人防部位在純地下室部位，根據本工程地質勘查報告，人防地下室外墻主要位于飽和粘土中，查人防規(guī)范表4.8.3-2，地下室外墻等效靜載荷標準值q=50kN/m2；

（3）人防地下室底板荷載：本工程基礎形式采用筏板加下柱墩，筏板厚度400mm，下柱墩總厚度700mm厚，抗浮設計水位為-0.8m，地下室底板頂標高為-5.1m，采用預制方樁抗拔，均勻布置，查人防規(guī)范表4.8.5，等效靜荷載值取為50kN/m2；

（4）人防隔墻：隔墻有兩種類型，一種是兩個防護單元之間的隔墻，查人防規(guī)范表4.8.9-1：水平等效靜荷載q=50kN/m2；另一種是普通地下室與人防地下室之間的隔墻，查人防規(guī)范表4.8.9-2：在普通地下室一側，其水平等效靜荷載值q=110kN/m2。

（5）臨空墻和門框墻：根據其在不同的位置荷載取值不同，本工程荷載取值詳見表1，另外，根據人防規(guī)范公式4.8.7，計算由各防護門門扇傳給門框墻的荷載。

表1 臨空墻和門框墻等效靜荷載取值

其他各人防構件的等效靜荷載（如擴散室、防護密閉門等）均可以在規(guī)范的相關條文中確定，當所有構件的等效靜荷載值定下后，即可開展下一步結構計算。

2.2 人防構件結構設計

在進行人防地下室的結構設計時，應當充分考慮人防地下室平時和戰(zhàn)時兩用的特點，對構件設計時應當同時滿足戰(zhàn)時與平時兩種工況的載荷差異，保證人防地下室滿足全部的承載需求。

人防地下室的結構設計總體上包含兩方面的內容[2]：一是主體結構設計：包括外側墻、頂板、底板以及其它構件的設計；二是孔口防護設計，包括消波系統(tǒng)（防護設備）和出入口的防護。其中出入口的防護包含門框墻、出入口通道（包括風井）的計算、臨空墻的計算等幾個方面。

人防結構設計的主要原則[3]：

（1）既要考慮平時正常使用的荷載要求，還要考慮戰(zhàn)時爆炸的荷載需求，取兩者最大控制條件。

（2）在人防結構設計時，采用等效靜荷載法進行戰(zhàn)時爆炸設計。

（3）僅進行強度驗算，在戰(zhàn)時荷載作用下，已經用允許延性比控制結構構件的變形，不必再對結構構件的裂縫和變形進行驗算。

（4）在戰(zhàn)時爆炸荷載作用下，鋼筋混凝土構件可按彈塑性本構來考慮，可充分利用材料設計強度，可以提高材料構件強度，如鋼材的強度可提高15%-50%，混凝土的強度可以提高50%。

本工程采用結構設計軟件盈建科進行人防地下室結構整體計算，首先保證上部模型建模完整，然后在上部結構計算中，荷載輸入命令欄中的人防命令下，設置人防設計新型，填入相應的人防設計等級、頂板等效荷載、外墻等效荷載等信息，可以在修改命令欄下修改不同位置的人防等效荷載，無人防部位設置為0荷載。在前處理中的計算參數中，勾選計算人防荷載，這樣后續(xù)計算及基礎建模計算中才有人防荷載組合，否則無人防組合。在特殊墻命令下，結構工程師可以根據各個項目的實際情況，修改人防地下室的人防外墻，臨空墻的范圍及荷載。軟件已經自動執(zhí)行了規(guī)范中相應的內力調整及強度提高，結構師可以直接進行計算。在設計結果中可以獲得考慮人防荷載作用下的構件（梁、柱）配筋結果，在施工圖設計命令下的板施工圖中計算后，得到人防頂板的板配筋結果，計算過程中應注意指定樓板最小配筋率滿足人防規(guī)范要求。在基礎建模中，參數設置中設置人防荷載參數，人防底板的頂部荷載通過上部結構計算的計算結果傳下來，底板的底部荷載可以在基礎設計參數中根據人防等級計算，輸入人防底板荷載，荷載方向向上，也可以在基礎計算及結果輸出命令欄下的補充定義欄中，局部修改人防等級，局部底板的人防荷載的修改可以在板面荷載-板面人防荷載中修改。對于筏板的荷載組合，根據計算結果，本工程的底板配筋由平時荷載組合控制，故底板最小配筋率可取0.15%，人防部位筏板雙層雙向配筋。

此外，人防的局部構件計算可以采用理正人防計算軟件，操作比較簡單，不再詳述贅述。

2.3 人防構件構造要求

在設計人防地下室時，不僅要結合工程的實際情況進行整體分析，保證地下室結構設計的合理性，還要結合各個部位構件的實際情況，進行合理的設計。在構件計算過程中，它和非人防結構構造存在許多差別，因此應引起注意，主要包括：

（1）由于人防地下室的構件的截面面積通常情況下都比較大，因此在設計配筋的過程中，要保證構件的配筋率不小于規(guī)范規(guī)定的最小配筋率，有效防止結構構件發(fā)生脆性破壞；

（2）在防護單元內，要避免設置伸縮縫以及沉降縫，這是因為一旦人防地下室構造存在這些縫隙，在遇到沖擊時就不能充分發(fā)揮其功能；對于對防毒密閉性要求嚴格的部位也要避免設置后澆帶；臨戰(zhàn)封堵的門框墻以及防護密閉門等重要部位也應盡量避免設置后澆帶。

（3）應在人防外墻、臨空墻、隔墻等部位設計設置梅花形拉結筋，保證人防構件在處于震動的狀態(tài)下，混凝土能夠與鋼筋可以有效的粘結，共同受力。

（4）人防頂板梁設計時應注意梁下高度是否能滿足防護密閉門開閉范圍內的凈高要求，避免密閉門在正常開啟范圍內受到地下室頂板中混凝土梁的阻礙。封堵梁外箍筋作為受力筋，配筋應滿足人防配筋率要求。

其它構造要求還包括混凝土的強度等級、混凝土的抗?jié)B等級、混凝土的保護層厚度、人防構件的最小厚度等，人防規(guī)范均有明確要求，結構工程師在設計時一定要熟悉條文，落實到結構設計中去。

3 結語

人防地下室已經是現(xiàn)代城市地下建筑設計中的重要組成部分，這就需要我們的設計人員綜合平時荷載和戰(zhàn)時荷載兩種因素綜合考慮，合理計算，優(yōu)化設計，設計出安全可靠的工程，充分發(fā)揮出人防工程的優(yōu)勢作用，保證人民的生命及財產安全。