淺談人防工程中框架結構體系存在的問題

徐廣鵬

（山西省人民防空綜合保障和訓練中心，山西太原 030000）

0 引言

隨著城市化進程的不斷加快，如何有效利用空間構造為人員的安全進行保障是設立人防工程的主要原因，因此在工程的建設過程中需要對各空間進行全面的規劃，在保證結構穩定性以及安全性的基礎上對框架的進行合理設計，有效運用對混凝土結構的管理，保證建設質量。

1 人防工程相關概述

隨著時代的發展，人防建設工程已經變成了一種有特殊防護要求的地下設施，通常會以醫院、倉庫、地下車庫等形式展現。人們最為熟知的防空洞便是人防工程的發展產物。在建設過程中需要增加一部分資金，且隨著現代化技術的進步，應有效加強對材料以及結構設計合理性與科學性的關注。

人民防空工程（以下簡稱人防工程），是戰時掩蔽人員、物資，保護人民生命和財產安全的重要場所，是實施人民防空最重要的物質基礎。人防工程包括為保障戰時人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫療救護等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。

人防工程通常分為以下幾種。

（1）按施工方法劃分為二類：暗挖式與掘開式。

（2）按戰時的功能劃分為五類：①指揮通信類；②醫療救護工程；③防空專業隊類；④人員掩蔽類；⑤配套工程類。

（3）按可能受到的空襲威脅，劃分為甲、乙兩類。我們在實際工程中常見的為二等人員掩蔽所與物質儲備庫[1]。

2 人防工程中的框架結構存在的問題與優化分析

2.1 施工方案制定不合理

框架結構體系是人防工程建設中常用結構體系，在工程建設中施工圖設計與施工方案是前提條件。對于技術的使用來講，需對結構細節做好方案設計以及指標確定。了解建設項目需使用混凝土強度、鋼筋的規格，有利于施工工作的實施。在工程建設過程中因施工方案制定不合理，導致框架結構不具備科學性。因參建單位對項目建設準備不充足，并沒有及時要求施工與監理單位按照規定進行詳細的數據審查與批準，使整體結構設計出現了建設隱患，最終導致事故的發生。另外鋼筋與混凝土的質量、施工工藝等因素，也會影響框架結構的質量，以下幾種現象很容易導致鋼筋混凝土出現裂紋，阻礙整體框架結構建設質量。

（1）混凝土強度與抗滲等級不滿足設計要求。

（2）混凝土澆筑過程中，覆蓋間隔時間較長，從而形成冷縫。

（3）混凝土局部振搗不夠密實，存在漏振現象。

（4）澆筑前沒有及時進行垃圾清理、混凝土性能不穩定，達不到設計強度等級，或者混凝土配合比不滿足要求，會降低結構質量，出現此類問題及時設計存有安全系數也難以達到正常使用需求。

（5）在接縫接茬處存在澆筑不均勻的問題，造成止水鋼板或止水帶提前脫落、止水材料四周產生裂縫，難以發揮止水作用。

（6）在完成混凝土澆筑后，結構趨近于整體，并完成內力的重新分配，若此時整體結構受力不均衡，會導致結構脆弱點在外力作用下發生開裂，如：在混凝土強度未達到設計要求值，局部堆載、通過重車、提前拆模等。

（7）應保證接縫的質量，若出現風險則會導致嚴重的漏漿或者滲水。

（8）采光井與通風井未做好混凝土上翻工作，或上翻高度不滿足返水高度要求。

除上述問題外，框架結構的質量還與管理因素有關。工程管理中的質量管理體系會直接影響工程質量，若體系自身不夠健全，則會導致相關工程責任人崗位職責不明確，難以在出現問題時及時找到原因并追究責任，對于工程建設產生不利影響。質量管理體系不健全，就會很難對施工過程進行監管，施工人員由于缺少監管，極易出現工作散漫、不履行責任的情況，不能對工程施工質量進行保證。此外，體系不健全難以進行責任分配，相關單位無法及時高效的制定出相關管理施工方案，同時因為沒有管理層的有效監督，不能實現專業人員對施工方案進行制定檢查的目的，施工方案便不具備科學性以及合理性，很容易在后續施工過程中出現問題[2]。

與此同時，在對混凝土澆筑施工時，應先對施工現場進行清理，減少垃圾雜物對施工的干擾，并對電線線路、照明設備、振動棒運轉等方面進行檢查，控制好澆筑頻率，同時，還要注意天氣變化，避免在雨天進行混凝土澆筑，如果遇到突發性情況，施工人員應具備預防意識，提前準備好塑料簿膜，確保施工的效果。此外，混凝土的使用可以采用輸送式的混凝土泵澆筑，可以在使用過程中利用塔吊進行配合。混凝土在澆筑完成后，必須及時對混凝土進行養護工作，并開展混凝土試驗檢測，提升混凝土質量，為后續的人防工程建設創造良好的條件。

2.2 水平、橫向框架結構體系人防工程設計要點

在進行框架結構的水平作用計算時，要根據公式得出詳細的數據，根據：y=y0+y1+y2+y3測算出框架結構中的彎點高度。當得出的結構在0≤y≤x，其中x代表剛度修正系數，這時代表彎點處在本層，如若y≥x則反彎點在上層。此外在進行框架結構的設計時，應按下述公式計算：

在人防工程建設中，會出現采用橫向的框架結構體系的情況。在框架梁間設置次梁，以此提升整體結構的質量。在進行計算假定時，可以借助一些結構軟件進行，并在此過程中考慮人防混凝土墻與剪力墻的受力形式，合理劃分頂、底板板跨大小，可以有效控制板厚與配筋量，對板跨較大的板進行構造起拱或利用軟件進行起拱分析，最終達到安全可靠的施工方法。在進行混凝土的澆筑時應該以技術施工質量管理為前提，運用混凝土施工技術，可以結合以下幾個方面分析：首先，需要結合工程建設需求，確保原材料質量與建筑質量符合設計要求，根據目標區域特點、框架結構等差異性，科學選用混凝土原材料，對顆粒大小、凝固時間、混凝土配比等進行把控，從建設源頭確保建設質量；其次，科學配置混凝土，從砂石材料、水泥、外加劑和低堿活性材料等方面考慮，原材料要按照科學配比進行材料攪拌與制作，根據水泥的特點選擇不同的配置方法。

2.3 人防墻體框架結構體系中的設計分析

與普通建筑框架結構相比人防工程框架結構增加了口部墻體、臨空墻、相鄰防護單元間隔墻及與普通地下室連接的隔墻等。這些墻體在結構建模時應同框架結構中的墻體同時建入模型中，墻體計算除滿足平時荷載與抗震計算外，還應滿足人防水平向等效靜荷載作用。以下為人防墻體受力分析：《人民防空地下室設計規范》（GB50038—2005）規定，當采用等效靜荷載法進行結構動力計算時，宜將結構體系拆成頂板、外墻、底板等結構構件，分別按單獨的等效單自由度體系進行動力分析。等效靜荷載法一般適用于單個構件。然而，防空地下室結構是個多構件體系，如有頂、底板、墻、梁、柱等構件，其中頂、底板與外墻直接受到不同峰值的外加動荷載，內墻、柱、梁等承受上部構件傳來的動荷載。由于動荷載作用的時間有先后，動荷載的變化規律也不一致，因此對結構體系進行綜合的精確分析是較為困難的，故一般均采用近似方法，將它拆成單個構件，每一個構件都按單獨的等效體系進行動力分析。各構件之間支座條件應按近于實際支承情況來選取。例如對鋼筋混凝土結構，頂板與外墻之間二者剛度相接近，可近似按固端與鉸支之間的支座情況考慮。在底板與外墻之間，由于二者剛度相差較大，在計算外墻時可視作固定端。

人防外墻、臨空墻、隔墻戰時同時受兩方向荷載作用，豎向荷載由底板反力、頂板靜荷載與人防等效靜荷載組成，水平荷載由水壓力、土壓力、人防等效靜荷載組成。在設計計算時，墻體為豎向受力構件，應按彈性理論計算。臨空墻、隔墻一般按存彎構件計算配筋量，此計算方法模型簡單、受力清晰、符合規范計算原則，缺點配筋量略大于偏壓構件；上述墻體構造要求，當選用混凝土強度等級≤C35時，墻體配筋率≥0.25%，當選用混凝土強度等級≥C35時，墻體配筋率≥0.3%。人防墻體厚度應≥250mm，受力鋼筋間距不應大于250mm。門框墻一般按懸臂構件計算，當懸臂長度大于洞口高度1/2時，上、左、右側門框墻宜設置加強梁與加強柱，這樣可以減小墻體厚度，優化墻體配筋；，防護密閉門門框墻構造要求，門框墻厚度≥300mm、密閉門門框墻厚度≥250mm，受力鋼筋間距不應大于250mm并應在雙層鋼筋網片間設置直徑不小于6mm、間距不大于500mm、梅花形布置的拉結筋。當有大型框架連續梁與面積相對較長的墻體時候，工作人員需要立足于實際情況對其配筋率進行適當提升，始終保證水平方向的配筋率比豎向的高，此舉可以強化墻體結構原本的抗剪能力。同時，工作人員應當對人防工程框架體系中最大位移的標準值展開詳細的計算，充分考慮結構本身在剪力變形以及扭曲變形的實際情況優化墻體結構設計效果，以此提升框架結構的穩定性。

2.4 頂板、頂板梁的受力設計分析

框架結構體系中人防區頂板與頂板梁除應滿足結構軟件的計算分析與配筋外，還應滿足人防構件構造配筋要求，頂板配筋須按單個構件核對計算配筋量，并應滿足最小配筋率要求，最小配筋率指標同墻體。頂板梁配筋計算時應按《人民防空地下室設計規范》（GB 50038—2005）中4.11.10條規定，連續梁與框架梁應箍筋需加密設置。頂板、頂板梁按彈塑性工作階段設計時，受拉鋼筋配筋率不宜大于1.5%，當大于1.5%時，驗算構架的允許延性比。鋼筋工程也是影響人防工程建設的基礎技術，對工程建設質量有重要的作用。因此，在確保質量的基礎上進行鋼筋施工作業，應該對鋼筋進行捆綁，并對其質量進行嚴格的檢查，只有在每一個步驟都檢查無誤之后才能夠進行下一步驟施工。這樣做不僅能夠保證工程的質量還能夠避免很多的質量安全問題，減輕對工程后續工作的影響。在具體開展鋼筋綁扎施工時，可以從兩個方面開展工作：①施工單位的采購人員需要多方比較，選擇優質的鋼筋材料，并且協同監管部門人員對鋼筋材料在運輸、審核等環節做好監管工作，如果經過檢測、審核發現有不合格的材料，可以及時做出處理，防止不合格的鋼筋進入施工現場；②在綁扎作業過程中，施工人員必須掌握鋼筋的詳細數量，并將使用的鋼筋做好記錄[3]。

在人防工程的框架體系受力分析方面，人防工程的屋蓋支座會承載很大的水平力，此水平力會使頂梁承載的力更大，工作人員應加強對具體數據的測量，并根據水平力的情況測算框架結構的受力，具體公式為：

其中：M——剪力；V——框架高度；B——反彎點高度。

2.5 加強材料選用能力，提升框架結構抗滲能力

人防工程的建設應該對相應材料的質量加以關注，例如混凝土質量、防水層、涂料防護、金屬保護層等等，由于框架結構的設計會采用特定材料加強結構的防水性能，所以必須在保證防水結構完善的前提下才能進行后續施工。這就需要建立一套完善的管理制度，對工程質量進行嚴格的審理，加強巡檢。并利用Mb=Mcb+Mcn公式計算框架結構中的邊柱梁端彎矩，檢查結構建設是否符合實際情況。此外還應提升鋼筋混凝土的防滲能力，施工期間，相關施工人員需嚴格保障混凝土的振搗、澆筑環節的開展質量，在正式進行振搗前，需制定相應的完善施工方案，保障混凝土的密度與硬度符合項目需求，并結合實際情況與設計方案執行施工，加強施工現場的監管。其中，確保每個澆筑面都配有相應的振搗器非常關鍵，它是保障混凝土均勻振搗的重要部分，同時避免漏振。還有，為達到相應的防滲功能，在實際工程中，需盡可能的避免施工縫的產生，墻體部分與底板之間需進行施工縫的設置，并將其添加相應的止水帶，并確保焊接質量達標，在止水帶埋入1/2后，則可達到相應的防滲作用。在臨空墻的設置方面，外圍鋼筋在與板底進行接觸后，需對防護區域予以錨固，其中，水平錨固長度需符合加墻厚（34d）標準。若反梁在臨空墻的上方，或板底厚度在1100mm以上，需直接將鋼筋置入梁板底部，無須進行34d彎錨加固[4]。

3 結語

綜上所述，人防工程框架結構設計的研究對結構優化與完善十分重要，需要相關部門針對人防工程建設期間所產生的不足提供針對性的優化措施，加強對結構體系的設計選擇，在滿足受力情況的同時使人防工程更加具備合理性，為我國人防工程的發展奠定良好的基礎。