人防地下室結構設計內容及常見問題之對策研究

林 勇

（廈門佰地建筑設計有限公司，福建 廈門 361004）

0 引言

人民防空（以下簡稱“人防”）地下室是人防工事的一種，包括外墻、緩沖墻、防爆門、封閉墻以及防護墻等組成部分。人防地下室工程是建筑工程中不可或缺的組成部分，它不僅可以作為人防臨時掩體、戰時防空指揮中心、通訊中心、隱蔽所等；還能夠滿足人們日常生活需求，是城市抗災減災不可或缺的生命線工程。人防地下室的設計對整個工程建設質量的好壞起著非常重要的作用；如果設計不合格，人防地下室建設質量就無從談起。因此，本文針對人防地下室結構的設計內容以及設計過程中常見問題及其解決措施展開研究，對加強人防地下室工程結構設計具有重要意義。

1 人防地下室結構設計內容

與普通地下室相比，人防地下室結構最重要的特征就是具有承受爆炸動荷載的功能，其設計過程中需要注意材料強度，比如HRB400鋼筋綜合調整系數、C55及以下混凝土調整系數以及在戰時荷載組合作用下，結構重要性系數γ0等等。設計中，一定要重視地下室頂板的設計、外墻和門框墻的設計以及底板的設計等三方面的內容。

1.1 人防地下室頂板設計

1.1.1 梁系的布置

人防地下室頂板盡量采用大板，不布置次梁，充分發揮頂板厚度的優勢，這樣也比較經濟。因為地下室頂板較厚，局部覆土較厚或者承受消防車荷載處的頂板可采取拉次梁的方式。

1.1.2 頂板板厚

人防地下室頂板厚度的取值應考慮以下幾個因素：

（1）最小厚度要求：《人民防空地下室設計規范》中規定頂板及中間樓板厚度不小于200mm。

（2）防早期核輻射的厚度要求：建筑人防規范規定有無上部建筑頂板最小防護厚度為250mm，不滿足最小防護厚度要求的頂板，應在其上面覆土，覆土的厚度不應小于防護厚度與頂板防護厚度之差的1.4倍[1]。當頂板結構板厚取200mm時候，其頂板上覆土最少為70mm，否則應取250mm。

（3）結構承載力的厚度要求：一般根據上部人防荷載、覆土荷載、是否有消防車荷載以及板跨度來綜合決定。

（4）地方規定要求：若是福建省內項目，還應該根據《福建省住宅工程設計若干技術規定執行方法》室內地下室頂板厚度不應小于180mm，室外不應小于250mm，采用雙層雙向配筋，鋼筋間距不大于150mm[2]。

1.1.3 頂板荷載

確定頂板荷載時，首先要明確是否考慮上部建筑的影響問題。需要考慮上部建筑影響的情況為：

（1）當上部建筑層數不少于兩層，其底層外墻為鋼筋混凝土或砌體承重墻，且任何一面外墻墻面開孔面積不大于該墻面面積50%的時候。

（2）上部為單層建筑，其承重外墻使用的材料和開孔比例符合相關規定，且屋頂為鋼筋混凝土結構。除此之外可不考慮上部建筑的影響。比如，頂板覆土厚度≤0.5m時，考慮上部建筑影響的頂板荷載取55kN/m2，不考慮上部建筑影響的頂板荷載取60kN/m2；覆土厚度大于0.5m小于等于1.0m時，考慮上部建筑影響的頂板荷載取65kN/m2，不考慮上部建筑影響的頂板荷載取70kN/m2；覆土厚度大于1.0m小于等于1.5m時，考慮上部建筑影響的頂板荷載取70kN/m2，不考慮上部建筑影響的頂板荷載取75kN/m2；室外活荷載執行通用規范一般按5kN/m2考慮。在主要車道出入口區域，在非人防區還應考慮人防防倒塌荷載。

1.1.4 頂板梁

框架梁主要承受豎向荷載，人防地下室結構中常采用矩形截面，考慮到人防地下室主梁配筋量大，梁寬可由柱尺寸確定，一般取稍小于柱尺寸為宜，梁高可根據荷載和跨度估算。一般經濟的梁配筋率控制在1.5%左右，當人防頂板存在較大高差時，梁在兩側高低差范圍內截面和配筋應滿足人防墻的設計及構造要求，一般梁寬不小于300mm，梁腰筋及箍筋應滿足人防墻單側配筋率的要求，混凝土等級一般取C30或C35，受力情況與埋置土中的人防外墻類似。

1.2 人防地下室外墻和門框墻設計

1.2.1 人防外墻設計

（1）地下室外墻是結構設計的重點，一般情況下，外墻按單向板設計，上端簡支，下端固定，但當頂板開大洞導致墻頂形成自由端時就應特別注意，比如車道的無蓋板段、室外樓梯間等，應按上端自由，下端固定進行設計。外墻計算軟件可以采用MSTEEL軟件，不論地面是否停放消防車,地面堆載取5.0kN/m2。土的浮容重取11kN/m3；靜止土壓力系數Ko取0.5；鋼筋中心至墻邊距：外側取50mm，內側取30mm；裂縫計算用保護層厚：外側40mm，內側20mm；應采用水土分算的方法，裂縫組合可按穩定水位計算（穩定水位一般地質報告都會體現）。外墻厚度（6級人防）:當h≤3.4m時，D=250mm；當3.4＜h＜4.2m時，D=300mm；當h≥4.2m時，D=350mm（注：h為墻體高度，D為墻厚度）。若是福建省住宅項目，還應執行福建省住宅設計若干技術規定，第一層地下室側壁厚度不應小于350mm，第二層地下室側壁厚度不應小于400mm，第三層地下室側壁厚度不應小于550mm。

（2）外墻水平分布筋應細而密，間距一般取100~150mm，配筋率不宜小于0.3%，外墻頂部，中間樓層處可不設暗梁；水平分布筋放置在外側，垂直鋼筋在內側地下室外墻計算裂縫寬度取0.2mm。水平鋼筋設置在豎向鋼筋外側，墻柱平面布置圖中應示意設備穿墻套管位置。

（3）主樓落下來的（一般小于6m）墻兩側有垂直墻時應按雙向板計算比較合理。

1.2.2 門框墻設計

門框墻是由于開門洞尺寸較大，所以正常將它分成上擋墻、側墻、門檻等幾部分單獨計算。一般門洞兩邊的側墻體寬度與其高度相比較小，所以側墻采用一端固定一端自由的懸臂構件計算。人防門的上擋墻通常分兩種情況，上擋墻高寬比小于1/2時，可按上端嵌固的懸臂構件計算；當上擋墻高寬比大于1/2時，人防門上擋墻可在門洞的上方設置橫向加強梁，按四邊支承的雙向板進行計算。遇到墻面較寬的側墻（通常大于1m時）不宜按懸臂構件計算，可在人防門邊增加柱的方式，將側墻轉換為四邊支承的板進行計算。

1.3 人防地下室底板設計

承受水浮力的地下室底板厚度一般需要考慮底板的沖切承載力和抗滲能力。

1.3.1 底板的沖切承載力

底板的沖切承載力一般指底板在水壓或水壓與人防荷載作用下，抵抗沖切破壞的能力，通常由承臺或獨立基礎的沖切控制。沖切錐體的延伸通常為從底板與承臺的交接處沿向墻柱方向的45度線交于底板面。當沖切不滿足時，在考慮提高底板厚度前可先考慮適當提高承臺（基礎）的尺寸，可獲得較優的經濟指標。

1.3.2 底板的抗滲能力

一層地下室的底板厚度不應小于350mm，底板的設計要計算兩次，一次正向荷載，一次反向荷載，正向荷載主要是地下室底板上的設備重和墻荷載，反向荷載一般采用倒樓蓋方法，取混凝土容重為0，活荷載取0.1kN/m2。根據地勘，計算水浮力，水浮力荷載的計算要扣掉底板的自重，反向荷載的計算還要考慮人防荷載，底板不考慮常規武器等效靜荷載值，在核武器作用下底板的人防荷載是反向的，荷載取25kN/㎡。地下室人防工程不宜在防護單元內設置伸縮縫、沉降縫。因為這些縫無法抵抗巨大的沖擊力而又保證自身的功能，應該在室外出入口和主體結構連接位置設置沉降縫。

2 設計中常見問題及解決措施

2.1 只在防護密閉門上設置加強梁

為了從根本上抵御戰爭時由于爆炸對防護密閉門所形成的沖擊，對其結構進行設計的過程中，需要在上檔墻的下段設置加強梁，使其當作抵抗爆炸荷載的基本構件；加強梁的縱向受力鋼筋，需要從門框的兩側墻內或者柱子中進行受力，使其在洞口形成特殊的傳力體系。除此之外，在對加強梁進行設置時，應該使其凸向防護區之內，值得注意的是密閉通道的長度是否夠長、防護密閉門上的門框是否會對密閉門的開啟產生影響等。如果不受到特定條件的限制，一般會將加強梁凸向防護區的外面，由于防護密閉門比較大，要從根本上保證防護密閉門能順利安裝，那么需要將上擋墻的下邊緣預留250~300mm的高度。而且加強梁縱筋應錨入門框兩側剪力墻內，以形成明確的洞口加強傳力體系。另外，出入口處要考慮防倒塌措施。

2.2 外墻水平施工縫留置高度不滿足要求

通常普通地下室外墻水平施工縫留置在底板面上300mm，但根據《人防工程施工及驗收規范》6.4.16條明確規定：側墻水平施工縫應設置在高度不應小于500mm的墻體上，當側墻上有孔洞，施工縫距孔洞邊緣不宜小于300mm[3]。這條規定容易忽略，而導致不滿足人防驗收要求，一般情況下，在結構施工過程中，不設施工縫基本是不可能的。然而，施工縫極易成為結構上抗剪的弱點。因此，施工縫應設在結構受剪力較小且便于施工的部位。

2.3 后澆帶穿越人防口部

《人防工程施工及驗收規范》明確規定：工程口部、防護密閉段、采光井、防爆井等有防護密閉要求的部位，應一次整體澆筑混凝土[3]。主要原因：人防口部、采光井、防爆井等處鋼筋搭接多，施工工藝復雜，有門檻凹槽處預埋鋼材及門框預埋件，防毒通道、濾毒室等部位對防毒密閉性要求非常嚴格。所以后澆帶嚴禁穿越人防口部，另外后澆帶應盡量避開臨戰封堵門框墻以及防護密閉門等受力重要部位。

2.4 人防頂板沒有采用抗滲混凝土

人防地下室是戰時出入口的獨立密閉空間，必須保證它的封閉性。戰時狀態，人防地下室具有防備核武器、空襲及生化武器的作用，人防頂板直接承受上部強大沖擊波，屬于相對薄弱部位，人防地下室還應滿足抗滲要求，以防化學武器的毒素和細菌的滲透。其混凝土密實性越好，就能更有效阻止毒氣滲入，一般與水接觸部位，例如：底板、外墻、基礎、地下室頂板（室外部分）也是要求用抗滲混凝土，主樓內的地下室頂板可不使用抗滲混凝土，但是應特別注意人防頂板，不管室外還是室內，負一層還是首層，均應采用抗滲混凝土。

2.5 人防外墻外側縱筋伸入底板厚度不足

《防空地下室結構設計》07FG01外墻與底板的連接大樣圖見圖1[4]。

圖1 人防外墻與底板連接大樣圖

墻外側縱筋伸入底板內的長度≥1.5Laf，在地下水位較深，底板厚度比外墻薄的情況，無法滿足底板作為外墻嵌固的要求；當底板厚度大于外墻厚度時，圖集做法沒有問題，墻底彎矩底板能夠平衡；當底板厚度等于外墻厚度時，通常計算外墻時采用單向板設計，上端簡支，下端固接，外墻鋼筋在底板內錨入長度應取1.5Laf與層高的1/3取大值。因為根據彎矩平衡原理，如果底板配筋較小時，外墻底鋼筋錨固長度達不到要求，彎矩無法得到平衡，達不到完全固接，會使墻內側縱筋配筋不足，存在安全隱患。

2.6 人防頂板有高差，高差處梁側缺少人防荷載

通常主樓室內外高差或地下室頂板因功能需要存在高差，梁側邊會受到沖擊波荷載，梁寬不應小于人防樓板厚度的要求。梁側腰筋及外箍筋應按上下兩端簡支、側邊荷載結合人防頂板荷載計算結果來配置腰筋及箍筋。

2.7 主樓墻體最小配筋率不滿足要求

通常，在設計人防墻體時，配筋率按0.25%考慮；主樓墻體兼做人防墻，主樓墻體的混凝土等級采用C40~C55時，配筋率應滿足《人民防空設計規范》4.11.7條的要求，配筋率不小于0.3%；混凝土等級采用采用C60及以上時，配筋率不小于0.35%。

2.8 采用PVC穿墻套管

施工時，采用PVC作為穿墻螺桿套管，人防墻體就會留下很多細小的孔洞，這樣無形當中就破壞了人防工程的密閉性，無法阻擋沖擊波的作用，也無法對生物、化學武器起到有效的防護作用。人防穿墻套管穿越人防墻時，穿墻短管必須帶有密閉翼環和防護抗力片。且擋板和固定法蘭應在填充料施工完畢后安裝，并需做好防腐。應采用壁厚大于3mm的鋼管和3mm做翼環的鋼板焊接，鋼板應平整，其翼高宜為30~50mm，密閉穿墻短管與密閉翼環的結合部位應滿焊。套管的密閉翼環應位于人防墻體厚度的中間位置，并應與鋼筋焊牢。穿墻短管應與所在人防墻面垂直，管端面應平整。

3 結束語

人防地下室結構設計不是純粹功能性的解決問題，而是一項綜合性很強，涉及內容較廣的設計工作。人防地下室結構設計要想做好，設計人員必須要有清晰的概念，對圖集、相關規范及計算公式等非常熟悉，并具有系統設計的專業知識和相關設計經驗，才能為人防工程發揮預期作用奠定良好的基礎。設計過程中應時刻總結設計中的常見問題，并在實踐當中不斷改進完善，從而保證人防地下工程的質量。