人防地下室結構設計中存在的問題及應對策略

徐飛元

（河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南鄭州 450000）

隨著我國民用建筑數量的提升，人們愈發注重地下空間利用，再加上國家相關部門加大了人防工程的建設力度，使人防配建面積越來越多，規模逐步擴大。因此，在人防工程設計過程中，相關工作人員需要對設計科學性提高重視度。但由于人防工程自身具備較強的特殊性和復雜性等特點，容易在實際結構設計過程中出現一系列問題，這也是人防地下室結構設計中需要重點關注的內容。

1 人防地下室結構的設計特點

1.1 爆炸動載荷

與普通地下室對比，人防地下室結構設計需要將爆炸動載荷作用考慮其中。爆炸所產生的動載荷屬于偶然載荷，實際荷載量值高，持續時間短，且處于持續衰減狀態。進行人防地下室結構設計時，會存在一些暴露在空氣中的構件結構，如臨空墻、沒有覆土的頂板等，這些結構均容易受到空氣波的影響。被埋進土中的構件，會受到土內壓縮波影響，人防地下室內部的柱子和墻體等構件，需要承擔上部和圍護結構在爆炸中遭遇的荷載壓力。

1.2 建筑構件的彈塑性工作階段

基于人防地下室外墻、臨空墻等設計角度，會應用到鋼筋混凝土結構構件，如果屈服后出現開裂現象，且仍處于正常使用范疇，在上述方式的作用下，能夠更好地激發建筑材料。例如，在受彎構件應用中，即使是在屈服后，依舊能夠承受較大程度的變形狀態，才會出現完全坍塌現象。在實際人防地下室結構設計中，相關工作人員同樣需要對塑性階段工作進行考慮，保證工程能夠承擔更多的動力荷載數量，維護工程主體的經濟效益[1]。

1.3 材料設計強度可提升

加載速率后，建筑材料力學性能會出現明顯變化，爆炸會帶來很大的動載荷，人防地下室結構需要承受秒級的變形壓力，比標準化靜載荷試驗速率提升百倍，影響材料的力學性能。爆炸動載荷具備偶然性特點，再加上鋼筋混凝土構件的正常開裂，相較于靜載荷作用，人防地下室結構構件安全度可以適當下調。

2 人防地下室結構設計中存在的問題

2.1 結構選型科學性不足

實際人防地下室結構選型操作應以防護需求為出發點，其中涉及突然情況和日常情況的需求，相關工作人員還應對周圍環境的地質情況和水文等進行全面考慮，明確上部建筑使用結構狀態，將各種因素綜合在一起考慮人防地下室結構選型。從實際工作中可以了解到，由于諸多因素影響，實際人防地下室結構選型難以與實際需求保持同步，引發嚴重的浪費現象，主體結構構件設計比較復雜，導致主體工程無法與特殊情況、常規情況的需求相符。

2.2 漏荷載和取值較小

研究載荷情況時，如漏底板上水池自重載荷情況，以及設備房火災與隔墻自重荷載等，容易出現荷載取值較少等問題。滿足抗浮標準后，頂板覆土厚度有所提升，此時，覆土內應增加輕質材料設計數量，如硬質泡沫、混凝土砌塊等，不可統一用土開展覆蓋處理。基于外墻設計角度分析，工作人員還需要對上部建筑所產生的影響進行考慮，明確核武器作用下外墻需要承受的靜荷載取值，根據不同情況進行最具的經濟性選擇。針對漏出入口的人防通道底板和頂板荷載，實際結構構件等效荷載標準取值能夠得到明確，此時工作人員需要對適合各種條件狀態的取值提高關注度，如果與查表條件不相符，專業人員需要提供更嚴謹的論證，保證按照板跨數據明確取值的差異性選擇。針對底板等效靜載荷取值，還需要對地質狀態進行考慮，明確樁的受力類型。除此之外，在使用PKPM依照按倒樓蓋法計算，實際底板水反力在應對突發情況時和平時狀態之間的輸入值應展示出差異性，PM之中輸入的水反力是恒載狀態下的標準值，在取值過程中，如果與人防荷載建立組合關系，軟件會將對應系數自動顯示出來，因此需要對相關系數進行綜合考慮，避免出現浪費的情況[2]。

2.3 計算缺漏與錯誤

在部分工程外墻配筋計算和操作中，外墻設置有扶壁柱，但沒有開閘有效的扶壁柱尺寸差異分析，均按照單向板或者是雙向板執行配筋計算。針對扶壁柱，應按照地下室結構整體電算分析情況，保證配筋的合理性，但無法按照外墻雙向板載荷傳遞情況對配筋進行驗算。根據外墻和扶壁柱變形協調原理，大多數情況下與外墻保持垂直，為計算工作帶來了較大挑戰。在實際底板計算模型中，同樣存在問題，如缺乏人防工況下的計算以及整箱荷載情況計算問題等，相關計算控制條件狀況也不具備參考依據，引發更多人防地下室結構設計缺陷。

2.4 地下室柱網問題

人防地下室在使用過程中，具備十分明顯的特點，不僅要滿足人防結構防護要求，還應保證地下室車庫應用的合理性，因此需要保證人防地下室柱網布置與規定內容相符。如果人防地下室柱網布置存在問題，容易影響平時和突發情況時的有效銜接和轉換，此時，人防地下室也無法保護人們的生命和財產安全，自身價值無法展示出來?，F階段人防地下室建設過程中，地下室柱網布置問題比較明顯，實際人防設計人員在前期設計時，沒有對平時和突發情況間的銜接進行充分考慮，導致人防地下室始終處于不合理使用狀態，建筑結構受到嚴重的負面影響。

3 人防地下室結構設計問題解決措施

3.1 優化人防地下室柱網布置

在結構設計過程中，各個設計工作者們需要根據當前需求，對柱網結構進行全面優化。例如，在無梁樓蓋結構設計過程中，需要保證對柱網結構的整體性優化，并根據實際情況設計頂板厚度。一般情況下，頂板厚度不宜過大，盡可能選擇最小配筋率，實現頂板配筋管理。為了更好地將預期成效體現出來，設計人員在頂板厚度選擇上應盡可能縮小，柱帽尺寸應盡可能大一。還需要對柱帽鋼筋進行控制，每次截斷面積應保持在1/3以內，提前考慮可能出現的多次截斷問題，保證主體操作與國家相關部門設計規范要求同步。分析實際設計規范和工程狀況，柱距范圍通常為7.8～8 m。如果地下室跨度超過12 m，還需要設計臨戰加柱的預埋件，具體加柱數量應保持在4根左右。

3.2 結構優化

設計人員在工作開展前，需要對平時階段和突發狀況時的應用要求進行考慮，并對工程所在地周圍地質情況、水文特征等因素進行深入分析，明確工程建筑選型條件。基于當前建筑特點角度，人防地下室在建設過程中，可以選擇以下兩種類型，即鋼筋混凝土結構和砌體結構。

工作人員還要根據地下室頂板厚度以及承載力需求，確定具體的設計理論，其中還涉及井字梁、十字梁等結構，選擇最具安全性且成本投入較低的結構開展設計。工程需求和基礎埋深等得到滿足后，工作人員應盡可能保持淺埋特點，降低地下室建設和使用過程中對外墻和建筑頂部的壓力。與此同時，還應對地下室中底板厚度進行全面考慮，以無梁樓蓋底板等應用為主[3]。

3.3 做好人防地下室出入口設計工作

做好出入口通道中的臨空墻和門框墻等設計工作，設工作人員還可以將普通墻體計算模型應用其中，實現對鋼筋和內力的充分考慮，在實際門框墻設計中，還應按照懸臂梁形式開展設計操作。

保證消波系統和防護密閉門的充分設計，設計人員還應將地下室人防結構設計門洞尺寸大小和壓力作為基本依據，確定最佳的密閉門型號[4]。

做好孔口和其他構件設計工作，如風井、開敞式通道等，加強對出入口結構戰時設計力度。實際防護單元中需要設立一個具備洗消功能的出入口，該類出入口的平臺板和踏步板厚度應控制在200 mm左右。采用雙面對稱配筋模式，引入合適的拉結筋。

3.4 人防荷載設計

在頂板設計的過程中，如果地下室人防位置處于地下一層，具體的頂板等效靜載荷標準取值可以直接從規定中獲取。如果是5級或6級的地下室人防結構，實際頂板覆土厚度應超過2.5 m和1.5 m，頂板也可以不在地面爆炸所產生的等效靜載荷中計入[5]。由于受到特殊因素影響，如果地下室人防位置設置在地下一層或一層以下的位置，爆炸所產生的等效靜載荷有限，此時不需要對頂板等效靜載荷進行考慮。

在外墻設計方面，涉及的建造工藝內容較多，最常見的是鋼筋混凝土和砌體外墻。如果是爆炸，外墻會承受較高作用力，此時外墻等效靜載荷容易受到多種因素影響。例如，在飽和土式外墻設計方面，等效靜載荷標準值選擇需要根據頂板頂面埋深情況確定。防常規武器5級和6級地下室人防結構中的頂板板面，應比室外地面高出一部分，容易受到爆炸的直接沖擊。

4 結語

綜上所述，地下室人防結構設計具有十分重要的作用，不僅能夠帶來新的商業往來空間，還能夠在突發狀況下維護人們的生命安全，如果該項目的設計工作開展不合理，人防地下室結構作用也無法得到有效發揮。人們應根據具體設計方案創新，使地下室人防結構設計變得更高效，最終實現穩定發展。