人防地下室结构设计常见问题及应对分析

陈攀宇

（广西南宁人防科研设计院有限公司，广西南宁 530000）

0 引言

身处和平环境，也要做好战争准备，深刻意识到人防地下室工程的战备价值。切实做好人防地下室工程建设、科学合理地进行人防地下室结构设计，是高效开展人防地下室工程建设的先决条件。全面细致地分析人防地下室结构设计中比较容易出现的各种问题和提出相应的解决措施，深入探索人防地下室结构设计优化策略，更有利于为构建优质人防地下室工程奠定基础。

1 人防工程的构造特征

1.1 复杂的构造设计

相比较普通的建筑工程，人防工程无论从工程质量还是建筑结构都有着较高的要求。在常规建筑物中的结构设计工作已经具备较强的复杂性，而人防工程的结构设计工作往往更为复杂。这是由人防基础设施的功能所决定的，这种复杂度决定了人防工程不仅要承担一般建筑工程的功能，还要能在战争状态下满足相应的要求，保证人防工程具备一定水平的防御能力，使其能够承受更大的冲击来实现保护民众生命财产安全的目的[1]。在传统的建筑结构设计阶段，只要能保证承载力超过最大负荷，就能达到普通建筑的设计要求。然而，这样的设计思路并不适合于人防地下室结构设计。人防结构设计同时还要考虑到各种战略武器的震动和荷载作用，因此，人防地下室的结构必须要更牢固，结构的复杂性也是显而易见的。

1.2 结构设计的标准复杂

人防地下室的修建，是一种有备无患的预先安全防御措施。哪怕我国处于长期的和平状态，仍然需要未雨绸缪，做好战争状态下的各种准备。

在建设人防工程的过程中，其目的如果仅为对应战争的需要，就可能造成大量的资源浪费。我国在一段时间高速的发展过程中，特别是随着城市化建设的不断深入、城市空间的总体数量快速下降，城市空间相对紧张，在考虑人防工程的过程中如何提高城市的空间利用率，平衡土地的需求就显得尤为重要。为充分发挥人防工程的重要作用，在进行人防地下室的结构设计时，必须要保证其符合多种建设标准，不仅要将人防特征凸显出来，又要使得人防工程能够具备普通建筑功能。为使其具备多种不同的功能，最大限度地发挥其建筑的普通功能和特殊功能，在进行人防地下室的结构设计时，必须采取重叠设计的方法，以达到目前的发展要求，提高城市的空间利用率。比如，在空间设计上，要对人防地下室的人数进行计算，要考虑到战争期间可以容纳多少人，还要考虑到在和平年代人防地下室的功能。由于其结构的特殊性，使得设计者在设计时必须兼顾多种标准，导致设计问题的发生率显著上升，因此必须引起设计部门的关注。

2 人防工程地下室的设计原则

针对人防地下室的特殊用途，在进行建筑结构设计时，应遵循以下4点注意事项：①对战争状态以及和平状态这两个状态的地下室人员容量进行合理地规划，同时要考虑到一定数量的富余量。②战争状态下人防工程在受到爆炸力影响时，在设计早期就做好科学的承载力分析，对其进行精确的荷载计算是保证其防护能力的重要基础，可采取较为简便的静载荷方法，在一定程度上简化了设计规模，更好地适应了战时的防护要求。③在设计时，应充分考虑地下室在受到外力影响下可能出现的变形开裂问题，并对其能够承受的最大限度破坏作用进行清晰地掌握。④战时人防地下室的使用效益和使用损失，目前很难对其进行精确的评估，同时由于环境因素造成的破坏也很难得到科学、有效的防治。在进行人防工程结构设计时，应充分考虑到结构在变形后的各向异性的协调，防止因设计问题而影响到地下室的正常使用，从而危及到人防工程保护民众的基本功能。

3 人防地下室结构设计中存在的问题及对策

3.1 基础结构设计问题

在人防基础结构的选择中，较为常用的基础形式有桩基础、柱下独立基础、筏板基础3种。在进行地下室顶板设计时，往往将人防工程构件视为垂直支承结构，具体的设计流程会将顶板梁以及人防构件作为人防结构的受力基础。若地基为筏基，则一般不会有此问题，但如果地基是桩基或柱下的独立地基，而地基下的土体是回填土，在没有特别的处理的情况下，会造成受力基础不明确的问题，这可能会对人防结构造成未知的安全隐患。

为了解决这些问题，在地基采用筏基时，可将筏板用作人防结构的地基，而人防竖向构件则可以用作顶板构件的垂直支承，而人防构件则需要整个结构的参与，以体现其真实受力状况。在地基采用桩基或柱下独立地基时，在地基下土层为原始土层且承载力高的情况下，或在人防竖向构件下设置地基时，可将人防构件用作顶板构件的垂直支承。在地基采用桩基或柱下独立地基时，地基下土层为回填土，这种情况下，人防竖向构件不宜用作楼顶构件的垂直支承，宜在主要人防结构下部设地基梁，以保证受力能够得到有效地传递，使得人防建筑获得明确的受力结构。

3.2 人防构件设计问题

3.2.1 临空墙

在人防墙板的设计中，通常将其简化为采用底板和顶板作为支撑的单向板结构，其受力比较简单。临空墙通常会受到很大的人防荷载，特别是在层高较高的情况下，如果采用上下支承的形式，墙体的厚度和配筋结构材料用量大大增加，而且经济效益不佳。

根据临空墙的平面布局和受力情况，合理地确定其外围约束条件；在有侧墙支持的临空墙中，如果侧墙的横向间隔不大，可以考虑采用侧墙作为支承的水平连续构件，这种情况下，不管人防荷载的多少，临空墙的墙体厚度和配筋都可以控制在合理的范围之内。在侧壁间距与层高差异不大的情况下，可考虑采用四边支承的形式，既可以减小墙体厚度，也可以减小钢筋，使其受力更接近于实际荷载。在没有横向支承的情况下，只能采用上下支承方式计算。

3.2.2 门框墙

传统的门框墙设计，将整个门框分为上下左右四个不同的隔板。按各部位在人防等效荷载作用下的不同情况，计算出相应的配筋[2]。门框墙的计算原则比较简单，设计并不困难，通常是按照悬臂构件计算，如果门框和墙体的悬挑长度太长，通常会增加门框柱和门框梁[3]。但有时由于门框柱、门框梁的位置不合理，会造成人防门无法正常打开。

（1）封闭走廊开间较大，进深较小，在门框墙上部设置门框梁时，要特别注意内部密闭门无法完全打开。

根据平面布局，合理安排门框柱、门框梁的布局，在封闭通道较深的情况下，应适当增加门框梁的深度，或调整门框梁的高度。

（2）人防区域和非人防区车辆通道的大型双扇人防门打开区域，主次梁高与人防门顶高差不能小于300mm，否则很可能造成人防门无法正常打开，人防门一侧的主梁高度太大，造成人防门上部铰页板被埋在结构梁中，人防门侧框架梁与人防门顶部的吊钩发生碰撞。

为防止以上问题发生，应在人防门打开区域内，将主、次梁底与门洞顶部的高差控制在300～350mm之间，如有必要，可拆除次梁或增加宽扁梁，以防止此类问题发生。

（3）防护密闭门的门框梁末端没有牢固的支撑。

可以在门框梁端设置一个翼壁，以作为门框梁的支撑，或将其放置在人防门的外面，在这种情形中，应该注意门框横梁下面应该留出门框的安装高度。

3.3 结构设计不规范问题

在《人民防空地下室设计规范》中4.11.7条规定，在按常规设计荷载进行控制的前提下，针对地震作用下的核5级、核6级以及核6B级的防空地下室的结构底板，在其内力系由平时设计荷载控制的情况下，可以适当减小最小配筋率，但不能低于0.15%。在C40～C50的混凝土中，钢筋的配筋比例不得低于0.30%。在设计中，地面单体往往会使用筏基，这种情况下，通常都是按平时荷载来进行，充分发挥以上规范的作用，有利于减少配筋数量，节约投资。此外，人防入口大多处于地面单体区域，其混凝土强度一般与主体垂直构件混凝土等级相一致，混凝土等级一般不低于C40，配筋率不低于0.30%，但也有一些设计人员仍然按照0.25%的比例进行施工，从而没有满足规范要求。

在拉结筋设计中，《人民防空地下室设计规范》4.11.11条规定，人防墙、板之间应设“梅花”形拉结筋[4]。但人防墙、板中拉结筋间距不匹配是常见的问题，且在相同方向上，拉结筋的两侧间距相差很大，安装难度较大。比如某些人防工程图纸中的临空墙外侧纵筋之间的距离为120mm，内侧纵筋之间的距离为140mm，横向钢筋之间的间隔为150mm。不合理的钢筋间距不仅会造成施工的不便，而且在此情形下，梅花形拉结筋安装难度较高，无法有效地发挥其自身的作用。

在后浇带设计中，《人民防空工程施工及验收规范》6.4.11条对有防护密闭要求的部位，如工程口部、防护密闭段、采光井、水库、防毒井、防爆井等，均需按照一次浇筑完成的方式进行施工。本条款旨在改善人防工程的围护密封性能。有的人防结构图纸上还在按照正常的地下室布局，但并没有认真检查后浇带是否通过了人防入口等有密封要求的功能房间，从而违反了规范规定，同时，后浇带布置也不能穿越人防门框[5]。

由于不规范问题主要是由于设计人员的技能水平与对规范了解程度不足造成的，因此在设计管理工作中应做好设计人员技能培训以及设计规范的控制落实工作。

3.4 预埋设计问题

按照《人民防空工程施工及验收规范》规定，为了满足人防密封性的要求，所有设备的穿墙套管必须精确地预埋。但在实际工程中，由于存在设计上的问题，仍然会存在套管预留、埋管不到位、质量达不到设计要求等问题，从而造成了后期的整改。

在设备管线预留预埋或存在质量问题的情况下，可以在原有的预埋管周围一定区域内挖出并按照设计要求再设置预埋管，在增加补强钢筋后再进行高一级补偿收缩混凝土。

4 人防地下室结构优化的对策

4.1 人防地下室柱网布局的优化

人防地下室的柱网布局，不仅影响到日常的使用，而且对其利用价值有很大的影响。为提升人防工程的合理性以及稳定性，应对人防地下室的柱网布局进行合理的优化。在地下室规划前期，设计者应从战时的需要出发，根据人们日常生活需要，对地下室的柱网进行优化，以适应各种环境、不同阶段的需要，在大多数情况下该区域可以用作停车场的功能，战争状态下人防工程的主要功能用来保护民众的生命财产安全。某人防工程选择了大小柱网的搭配形式，在用作停车场功能时，大柱网结构能够提供宽大的区域，提供更多的车位和停车场的基本功能宽度，在车位长度方向则选择小柱网，保证其符合大多数车型尺寸即可。顶板则使用没有次梁的大板结构，保证其配筋和板厚符合相关人防工程的标准和规范即可。

4.2 选择最佳构造形式

首先，在设计的时候，要充分考虑到平时和战时的特殊需求，在施工的时候，要根据施工现场的地质条件、水文特征等客观条件，进行结构类别的选择。根据目前的建筑特征，采用钢筋混凝土或砌体两种形式的人防地下室。其次，根据地下室的楼板厚度及承载能力要求，对不同的结构形式如井字型梁、十字梁型、无次梁型梁等进行综合分析，确定最安全、造价最低的方案。在满足工程需求、基础埋深和埋入段的要求时，应尽可能地降低地下室埋深，以降低施工和施工中墙体和楼顶对地基的压力。最后，要充分考量地基厚度过大的问题，选用柱下独基或筏基为宜。

5 结语

建设人防地下室的核心目的，是为了发生战争时，为人们提供保护民众人身安全和物资安全的场所，因此在安全性与稳固性等方面的要求标准非常高，这就要求设计人员进行人防地下室结构设计作业时，必须以严格遵循人防地下室设计规范为前提，在明确了解人防地下室结构设计特点的基础上，积极探索并落实人防地下室结构设计优化策略，以便确保设计方案的科学合理性。