人防地下室结构设计中存在的问题及应对策略

徐飞元

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南郑州 450000）

随着我国民用建筑数量的提升，人们愈发注重地下空间利用，再加上国家相关部门加大了人防工程的建设力度，使人防配建面积越来越多，规模逐步扩大。因此，在人防工程设计过程中，相关工作人员需要对设计科学性提高重视度。但由于人防工程自身具备较强的特殊性和复杂性等特点，容易在实际结构设计过程中出现一系列问题，这也是人防地下室结构设计中需要重点关注的内容。

1 人防地下室结构的设计特点

1.1 爆炸动载荷

与普通地下室对比，人防地下室结构设计需要将爆炸动载荷作用考虑其中。爆炸所产生的动载荷属于偶然载荷，实际荷载量值高，持续时间短，且处于持续衰减状态。进行人防地下室结构设计时，会存在一些暴露在空气中的构件结构，如临空墙、没有覆土的顶板等，这些结构均容易受到空气波的影响。被埋进土中的构件，会受到土内压缩波影响，人防地下室内部的柱子和墙体等构件，需要承担上部和围护结构在爆炸中遭遇的荷载压力。

1.2 建筑构件的弹塑性工作阶段

基于人防地下室外墙、临空墙等设计角度，会应用到钢筋混凝土结构构件，如果屈服后出现开裂现象，且仍处于正常使用范畴，在上述方式的作用下，能够更好地激发建筑材料。例如，在受弯构件应用中，即使是在屈服后，依旧能够承受较大程度的变形状态，才会出现完全坍塌现象。在实际人防地下室结构设计中，相关工作人员同样需要对塑性阶段工作进行考虑，保证工程能够承担更多的动力荷载数量，维护工程主体的经济效益[1]。

1.3 材料设计强度可提升

加载速率后，建筑材料力学性能会出现明显变化，爆炸会带来很大的动载荷，人防地下室结构需要承受秒级的变形压力，比标准化静载荷试验速率提升百倍，影响材料的力学性能。爆炸动载荷具备偶然性特点，再加上钢筋混凝土构件的正常开裂，相较于静载荷作用，人防地下室结构构件安全度可以适当下调。

2 人防地下室结构设计中存在的问题

2.1 结构选型科学性不足

实际人防地下室结构选型操作应以防护需求为出发点，其中涉及突然情况和日常情况的需求，相关工作人员还应对周围环境的地质情况和水文等进行全面考虑，明确上部建筑使用结构状态，将各种因素综合在一起考虑人防地下室结构选型。从实际工作中可以了解到，由于诸多因素影响，实际人防地下室结构选型难以与实际需求保持同步，引发严重的浪费现象，主体结构构件设计比较复杂，导致主体工程无法与特殊情况、常规情况的需求相符。

2.2 漏荷载和取值较小

研究载荷情况时，如漏底板上水池自重载荷情况，以及设备房火灾与隔墙自重荷载等，容易出现荷载取值较少等问题。满足抗浮标准后，顶板覆土厚度有所提升，此时，覆土内应增加轻质材料设计数量，如硬质泡沫、混凝土砌块等，不可统一用土开展覆盖处理。基于外墙设计角度分析，工作人员还需要对上部建筑所产生的影响进行考虑，明确核武器作用下外墙需要承受的静荷载取值，根据不同情况进行最具的经济性选择。针对漏出入口的人防通道底板和顶板荷载，实际结构构件等效荷载标准取值能够得到明确，此时工作人员需要对适合各种条件状态的取值提高关注度，如果与查表条件不相符，专业人员需要提供更严谨的论证，保证按照板跨数据明确取值的差异性选择。针对底板等效静载荷取值，还需要对地质状态进行考虑，明确桩的受力类型。除此之外，在使用PKPM依照按倒楼盖法计算，实际底板水反力在应对突发情况时和平时状态之间的输入值应展示出差异性，PM之中输入的水反力是恒载状态下的标准值，在取值过程中，如果与人防荷载建立组合关系，软件会将对应系数自动显示出来，因此需要对相关系数进行综合考虑，避免出现浪费的情况[2]。

2.3 计算缺漏与错误

在部分工程外墙配筋计算和操作中，外墙设置有扶壁柱，但没有开闸有效的扶壁柱尺寸差异分析，均按照单向板或者是双向板执行配筋计算。针对扶壁柱，应按照地下室结构整体电算分析情况，保证配筋的合理性，但无法按照外墙双向板载荷传递情况对配筋进行验算。根据外墙和扶壁柱变形协调原理，大多数情况下与外墙保持垂直，为计算工作带来了较大挑战。在实际底板计算模型中，同样存在问题，如缺乏人防工况下的计算以及整箱荷载情况计算问题等，相关计算控制条件状况也不具备参考依据，引发更多人防地下室结构设计缺陷。

2.4 地下室柱网问题

人防地下室在使用过程中，具备十分明显的特点，不仅要满足人防结构防护要求，还应保证地下室车库应用的合理性，因此需要保证人防地下室柱网布置与规定内容相符。如果人防地下室柱网布置存在问题，容易影响平时和突发情况时的有效衔接和转换，此时，人防地下室也无法保护人们的生命和财产安全，自身价值无法展示出来。现阶段人防地下室建设过程中，地下室柱网布置问题比较明显，实际人防设计人员在前期设计时，没有对平时和突发情况间的衔接进行充分考虑，导致人防地下室始终处于不合理使用状态，建筑结构受到严重的负面影响。

3 人防地下室结构设计问题解决措施

3.1 优化人防地下室柱网布置

在结构设计过程中，各个设计工作者们需要根据当前需求，对柱网结构进行全面优化。例如，在无梁楼盖结构设计过程中，需要保证对柱网结构的整体性优化，并根据实际情况设计顶板厚度。一般情况下，顶板厚度不宜过大，尽可能选择最小配筋率，实现顶板配筋管理。为了更好地将预期成效体现出来，设计人员在顶板厚度选择上应尽可能缩小，柱帽尺寸应尽可能大一。还需要对柱帽钢筋进行控制，每次截断面积应保持在1/3以内，提前考虑可能出现的多次截断问题，保证主体操作与国家相关部门设计规范要求同步。分析实际设计规范和工程状况，柱距范围通常为7.8～8 m。如果地下室跨度超过12 m，还需要设计临战加柱的预埋件，具体加柱数量应保持在4根左右。

3.2 结构优化

设计人员在工作开展前，需要对平时阶段和突发状况时的应用要求进行考虑，并对工程所在地周围地质情况、水文特征等因素进行深入分析，明确工程建筑选型条件。基于当前建筑特点角度，人防地下室在建设过程中，可以选择以下两种类型，即钢筋混凝土结构和砌体结构。

工作人员还要根据地下室顶板厚度以及承载力需求，确定具体的设计理论，其中还涉及井字梁、十字梁等结构，选择最具安全性且成本投入较低的结构开展设计。工程需求和基础埋深等得到满足后，工作人员应尽可能保持浅埋特点，降低地下室建设和使用过程中对外墙和建筑顶部的压力。与此同时，还应对地下室中底板厚度进行全面考虑，以无梁楼盖底板等应用为主[3]。

3.3 做好人防地下室出入口设计工作

做好出入口通道中的临空墙和门框墙等设计工作，设工作人员还可以将普通墙体计算模型应用其中，实现对钢筋和内力的充分考虑，在实际门框墙设计中，还应按照悬臂梁形式开展设计操作。

保证消波系统和防护密闭门的充分设计，设计人员还应将地下室人防结构设计门洞尺寸大小和压力作为基本依据，确定最佳的密闭门型号[4]。

做好孔口和其他构件设计工作，如风井、开敞式通道等，加强对出入口结构战时设计力度。实际防护单元中需要设立一个具备洗消功能的出入口，该类出入口的平台板和踏步板厚度应控制在200 mm左右。采用双面对称配筋模式，引入合适的拉结筋。

3.4 人防荷载设计

在顶板设计的过程中，如果地下室人防位置处于地下一层，具体的顶板等效静载荷标准取值可以直接从规定中获取。如果是5级或6级的地下室人防结构，实际顶板覆土厚度应超过2.5 m和1.5 m，顶板也可以不在地面爆炸所产生的等效静载荷中计入[5]。由于受到特殊因素影响，如果地下室人防位置设置在地下一层或一层以下的位置，爆炸所产生的等效静载荷有限，此时不需要对顶板等效静载荷进行考虑。

在外墙设计方面，涉及的建造工艺内容较多，最常见的是钢筋混凝土和砌体外墙。如果是爆炸，外墙会承受较高作用力，此时外墙等效静载荷容易受到多种因素影响。例如，在饱和土式外墙设计方面，等效静载荷标准值选择需要根据顶板顶面埋深情况确定。防常规武器5级和6级地下室人防结构中的顶板板面，应比室外地面高出一部分，容易受到爆炸的直接冲击。

4 结语

综上所述，地下室人防结构设计具有十分重要的作用，不仅能够带来新的商业往来空间，还能够在突发状况下维护人们的生命安全，如果该项目的设计工作开展不合理，人防地下室结构作用也无法得到有效发挥。人们应根据具体设计方案创新，使地下室人防结构设计变得更高效，最终实现稳定发展。