人防地下室结构设计探讨

赵玉洁 隋承焕

摘要：随着城市化规模的推进，越来越多的高层建筑、大型建筑群、综合体成了城市建筑的主角，而城市高层建筑的设计不可避免的涉及到人防设计的问题。以下就人防地下室结构设计涉及的原则及设计要点进行了探讨。

关键词：人防地下室；结构设计；问题；对策

人防地下室是为战时服务，具有预定战时防空功能的特殊地下建筑，与普通地下建筑相比较，其使用对象、条件、要求均有明显差别，从而在设计原则、设计标准和处理方法上，均与普通地下建筑不同。本文对人防地下室的结构设计进行了探讨，并给出了解决方案。

1人防工程概述

人防工程即人民防空工程，是根据国防的需要，动员和组织群众采取防护措施。它具有预防和减少空袭危害的作用，除了采取人员疏散措施外，也是战时防空中最重要的措施之一。防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统的防护设备，其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道包括风井的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室的设计。

2人防结构设计的原则

（1）平战结合，取控制条件，一般按5级或6级人防设计标准进行民用建筑人防地下室的结构设计，按战时的标准来设计结构的顶板，并根据地下室的结构型式来进行墙板和底板的设计。若平时使用要求与战时防护要求不同，则需采取措施实现平战功能转换。（2）可用等效静载法简化考虑人防荷载作用，并将其拆开为单个构件进行计算。（3）只进行强度的验算，因在人防荷载作用下，已用允许延性比来控制结构构件变形极限，并且确定允许延性比时已考虑了对变形的限制，故人防结构设计中无须对结构构件的变形与裂缝进行单独验算。（4）人防地下室墙、柱等承重结构，应同地面上部的承重结构相协调，二者強弱相差不能过大，以使地面建筑物的荷载能够顺利传递到地基上。（5）做好各部件的协调，防止设计控制标准不一致而导致结构的局部破坏，使得建筑的整体防护作用降低。

3人防工程的设计要点

3.1基础设计

进行人防工程设计的过程中，我们要对其结构的可靠性和承载力进行具体的分析和计算，保证计算的准确性，同时要对建筑建设的经济性进行考虑，这样可以对人防的基础结构进行确定。进行设计的过程中，为了保证结构的安全性，要对出现核弹爆炸情况下人防结构的承载力进行计算分析，但是由于核弹爆炸的时间比较短，因此对地基的变形、裂缝、承载力等情况无法进行实际的验算。虽然人防结构的静荷载比较大，但是作为控制质量的结构条件，要根据具体的设计条件进行分析，保证其存在的各项系数的准确性。人防工程的具体设计要根据实际的情况而定，和平年代的人防工程的功能无法得到最大程度的发挥，但跟普通的建筑并不相同，进行设计的过程中，要根据相应的荷载承受力进行具体设计，保证工程设计的质量和投入使用功能的发挥。

3.2构造设计

人防工程的建设中，需要的荷载比较大，其结构要承受核弹爆炸等产生的巨大的冲击，因此进行构造设计的过程中，要根据具体的防御系数，对结构的材料、构件质量的最小要求进行具体的规定，保证其在普通功能发挥的基础上，能够发挥人防工程自身的功能。地下人防工程结构构件的截面尺寸往往比较大，因此，在进行配筋设汁时，应该注意避免出现配筋率小于最小配筋率的情况，以防止结构物在荷载的作用下产生脆性破坏，出现突然压溃现象。地下人防工程的板、墙等都应该采用双面配筋，并且按照规范要求设置梅花形拉筋，确保构件在震动状态下钢筋与混凝土结合良好，共同受力。地下人防工程不宜在防护单元内设置沉降缝、伸缩缝。因为，要想让这些缝又能够阳止抵抗巨大的冲击力又能起到其自身的功能几乎是不可能的。应该在室外出入口和主体结构想连接的位置设置沉降缝。

3.3平站转换设计

人防地下室结构的设计要坚持“平站转换”的原则，战时可作为掩护和疏散群众的场所，这要求人防地下室结构要具有很强的荷载能力，很高的密闭性，因而在人防地下室结构设计中要缩小结构跨度、减少各种孔口。但和平时期人防地下室也要具有交通、商业等服务功能，上述设计原则不利于人防工程的平时使用。对此，应参考《人防工程防护功能平战转换设计图集》，本着转换简便、迅速、灵活，平展用途相近，一次设计两步社工，保证兼容性的原则进行结构设计。

4地下室人防结构设计中的问题

关于人防地下室净高的问题。地下室平时的功能大多是车库、地下商场、地下游乐设施等，平常使用时荷载较小且大多具有大空间的要求。但是人防作战时遭受敌袭击时应作为保障人民生命安全的一种具有特殊功能要求的建筑物，需要承受的荷载较一般结构大几十倍至数百倍，并且具有较高的密闭要求，减少并缩小直通外部的各种孔口，这些不同功能空间的层高及净空要求可能给平时使用造成诸多困难。在设计实践中，曾经采用反梁的做法，但是这种做法会造成地下室顶板上排水方式的复杂性，可能造成专业间无法解决的矛盾。如何协调两种状态下不同的使用要求，成为在人防设计中的重点和难点。在经过很多结构类型的尝试后，考虑到人防的抗力要求高，最终选定了采用无梁楼盖这种形式作为人防地下室的首选的楼板形式。

防荷载的确定。地下室人防改造结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其他构件的结构设计。二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备），其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道（包括风井）的计算等几个方面。人防地下室结构设计主要考虑抗空气冲击波。当核武器在空中爆炸，冲击波传播到地表时，形成反射冲击波。因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播、且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快，当反射波波阵面终于赶上入射波波阵面后，则汇合成为单一的冲击波，即合成波。合成波波阵面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向传播的，对抗力等级较低的防空地下室来说，所受的冲击波即为这种合成波（即地面冲击波）。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用，而对于侧壁和底板，因空气冲击波作用于地表，压迫土体并使其产生运动，上层土体受压后连续向下传递压力（这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播），当遇到侧壁或底板的阻挡后，则会产生超压、动压和负压作用，这就是侧壁和底板需考虑的问题。

结语

总之，在城市地下空间开发利用进程中，应结合城市建设，积极推进人防工程建设进程，实现高技术局部战争对现代人防的要求。作为工程技术人员要不断加强对城市地下工程的改造设计和施工技术的研究，加强防水、防火、防护等防灾技术的研究，并创造条件，加以改造，提高地下空间的生活质量。

参考文献

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（作者单位：1大连鸿华设计有限公司；

2大连新日设计发展有限公司）