浅谈某地下室人防结构设计

李小玉 刘蒲云

奥意建筑工程设计有限公司南京分公司 江苏南京 210006

1 工程概况

项目用地位于江苏省无锡市，人防部分设置在地下一层，为附建式防空地下室。地下共一层，总建筑面积为16617.28㎡，平时功能为自走式汽车停车库；战时划分2个防护单元，防护区建筑面积为3983㎡，利用自行车坡道以及楼梯间为战时主要出入口，战时功能为核6级、常6级二等人员掩蔽部。本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组，场地特征周期为0.45s，场地类别为Ⅲ类，地库为混凝凝土框架结构。

2 人防结构设计

人防地下室结构设计，与普通地下室设计不同之处在于，需要考虑战时各种武器爆炸产生的动荷载作用。武器爆炸的特点为时间短、量值大、不断衰减，属于偶然荷载[1]，在进行结构计算时，采用等效静荷载法进行计算，根据《人民防空地下室设计规范》查取各个部位的等效静荷载值，即可以进行人防结构的计算。

2.1 等效荷载取值

本项目的人防地下室设计类别为甲类核（常）6级，地下室顶板覆土-1.3米，为全埋式结构，作用在地下室结构的荷载包括核爆炸荷载、土压力、水压力和地下室的自重等，根据《人民防空地下室设计规范》（以下简称人防规范），查取各个部位等效静荷载，取值分别如下：

（1）人防地下室顶板荷载：人防部位在纯地下室部位，顶板上覆土1.3米，板顶标高-1.4米，顶板设计采用大板结构，顶板板跨在5.5m-8.1m，板厚300mm，混凝土强度等级C35，查人防规范表4.8.2，顶板的等效静荷载标准值q=70kN/m2；

（2）人防地下室外墙荷载：人防部位在纯地下室部位，根据本工程地质勘查报告，人防地下室外墙主要位于饱和粘土中，查人防规范表4.8.3-2，地下室外墙等效静载荷标准值q=50kN/m2；

（3）人防地下室底板荷载：本工程基础形式采用筏板加下柱墩，筏板厚度400mm，下柱墩总厚度700mm厚，抗浮设计水位为-0.8m，地下室底板顶标高为-5.1m，采用预制方桩抗拔，均匀布置，查人防规范表4.8.5，等效静荷载值取为50kN/m2；

（4）人防隔墙：隔墙有两种类型，一种是两个防护单元之间的隔墙，查人防规范表4.8.9-1：水平等效静荷载q=50kN/m2；另一种是普通地下室与人防地下室之间的隔墙，查人防规范表4.8.9-2：在普通地下室一侧，其水平等效静荷载值q=110kN/m2。

（5）临空墙和门框墙：根据其在不同的位置荷载取值不同，本工程荷载取值详见表1，另外，根据人防规范公式4.8.7，计算由各防护门门扇传给门框墙的荷载。

表1 临空墙和门框墙等效静荷载取值

其他各人防构件的等效静荷载（如扩散室、防护密闭门等）均可以在规范的相关条文中确定，当所有构件的等效静荷载值定下后，即可开展下一步结构计算。

2.2 人防构件结构设计

在进行人防地下室的结构设计时，应当充分考虑人防地下室平时和战时两用的特点，对构件设计时应当同时满足战时与平时两种工况的载荷差异，保证人防地下室满足全部的承载需求。

人防地下室的结构设计总体上包含两方面的内容[2]：一是主体结构设计：包括外侧墙、顶板、底板以及其它构件的设计；二是孔口防护设计，包括消波系统（防护设备）和出入口的防护。其中出入口的防护包含门框墙、出入口通道（包括风井）的计算、临空墙的计算等几个方面。

人防结构设计的主要原则[3]：

（1）既要考虑平时正常使用的荷载要求，还要考虑战时爆炸的荷载需求，取两者最大控制条件。

（2）在人防结构设计时，采用等效静荷载法进行战时爆炸设计。

（3）仅进行强度验算，在战时荷载作用下，已经用允许延性比控制结构构件的变形，不必再对结构构件的裂缝和变形进行验算。

（4）在战时爆炸荷载作用下，钢筋混凝土构件可按弹塑性本构来考虑，可充分利用材料设计强度，可以提高材料构件强度，如钢材的强度可提高15%-50%，混凝土的强度可以提高50%。

本工程采用结构设计软件盈建科进行人防地下室结构整体计算，首先保证上部模型建模完整，然后在上部结构计算中，荷载输入命令栏中的人防命令下，设置人防设计新型，填入相应的人防设计等级、顶板等效荷载、外墙等效荷载等信息，可以在修改命令栏下修改不同位置的人防等效荷载，无人防部位设置为0荷载。在前处理中的计算参数中，勾选计算人防荷载，这样后续计算及基础建模计算中才有人防荷载组合，否则无人防组合。在特殊墙命令下，结构工程师可以根据各个项目的实际情况，修改人防地下室的人防外墙，临空墙的范围及荷载。软件已经自动执行了规范中相应的内力调整及强度提高，结构师可以直接进行计算。在设计结果中可以获得考虑人防荷载作用下的构件（梁、柱）配筋结果，在施工图设计命令下的板施工图中计算后，得到人防顶板的板配筋结果，计算过程中应注意指定楼板最小配筋率满足人防规范要求。在基础建模中，参数设置中设置人防荷载参数，人防底板的顶部荷载通过上部结构计算的计算结果传下来，底板的底部荷载可以在基础设计参数中根据人防等级计算，输入人防底板荷载，荷载方向向上，也可以在基础计算及结果输出命令栏下的补充定义栏中，局部修改人防等级，局部底板的人防荷载的修改可以在板面荷载-板面人防荷载中修改。对于筏板的荷载组合，根据计算结果，本工程的底板配筋由平时荷载组合控制，故底板最小配筋率可取0.15%，人防部位筏板双层双向配筋。

此外，人防的局部构件计算可以采用理正人防计算软件，操作比较简单，不再详述赘述。

2.3 人防构件构造要求

在设计人防地下室时，不仅要结合工程的实际情况进行整体分析，保证地下室结构设计的合理性，还要结合各个部位构件的实际情况，进行合理的设计。在构件计算过程中，它和非人防结构构造存在许多差别，因此应引起注意，主要包括：

（1）由于人防地下室的构件的截面面积通常情况下都比较大，因此在设计配筋的过程中，要保证构件的配筋率不小于规范规定的最小配筋率，有效防止结构构件发生脆性破坏；

（2）在防护单元内，要避免设置伸缩缝以及沉降缝，这是因为一旦人防地下室构造存在这些缝隙，在遇到冲击时就不能充分发挥其功能；对于对防毒密闭性要求严格的部位也要避免设置后浇带；临战封堵的门框墙以及防护密闭门等重要部位也应尽量避免设置后浇带。

（3）应在人防外墙、临空墙、隔墙等部位设计设置梅花形拉结筋，保证人防构件在处于震动的状态下，混凝土能够与钢筋可以有效的粘结，共同受力。

（4）人防顶板梁设计时应注意梁下高度是否能满足防护密闭门开闭范围内的净高要求，避免密闭门在正常开启范围内受到地下室顶板中混凝土梁的阻碍。封堵梁外箍筋作为受力筋，配筋应满足人防配筋率要求。

其它构造要求还包括混凝土的强度等级、混凝土的抗渗等级、混凝土的保护层厚度、人防构件的最小厚度等，人防规范均有明确要求，结构工程师在设计时一定要熟悉条文，落实到结构设计中去。

3 结语

人防地下室已经是现代城市地下建筑设计中的重要组成部分，这就需要我们的设计人员综合平时荷载和战时荷载两种因素综合考虑，合理计算，优化设计，设计出安全可靠的工程，充分发挥出人防工程的优势作用，保证人民的生命及财产安全。