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人防地下室结构设计探讨

摘要：地下室的设计中考虑人防的问题，有一个平战结合的问题，即既要考虑平常使用时荷载较小，需满足建筑使用上大空间的问题，又要考虑人防时荷载较大，结构上很难满足大空间的问题，本文通过对人防地下室结构设计和施工中若干问题进行分析研究，并根据使用效果进行了讨论，寻求解决办法。
关键词：人防地下室；结构设计；问题；解决方式
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，他具有着防范和减轻空袭危害的作用，除采取人员疏散的措施之外，也是战时防空的最重要的措施之一。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人防地下室类型
1、按受空袭威胁程度分。由于我国地域辽阔,城市(地区)间战略地位差异较大,威胁环境也不相同,《人民防空工程战术技术要求》按可能受到的空袭威胁程度将人民防空工程划分为甲、乙两类。甲类防空地下室设计必须满足其预定的战时对核武器、常规武器和生物武器的各项防护要求,防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载的分别作用;乙类防空地下室设计必须满足其预定的战时对常规武器和生物武器的各项防护要求,防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载的作用。
2、按战时用途分。人防地下室根据战时用途可分为战时指挥所、专业队员掩蔽部、医疗救护站、二等人员掩蔽所、战时柴油电站、人防物资库、人防汽车库等。其中前三种类型的人防地下室需由专门的设计单位设计。
3、按抗力级别分。防核武器抗力级别包括核4、核4B、核5、核6、核6B级;防常规武器抗力级别包括常5、常6级。人防地下室类型及抗力级别由当地的人防主管部门根据国家的有关规定,结合该地区的具体情况在方案评审时提出。
3人防结构设计的特点
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（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（箱）的设计，那么，这些内容的结构设计与一般的结构设计有何不同呢？
第一、结构构件可考虑进入塑性工作状态，第二、材料设计强度可以提高，实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，例如钢材强度可提高1.15～1.5倍，对砼强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的，第三，重视构造要求，人防设计的许多构造要求是与一般的建筑设计不同的，要求更为严格，故仅仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。
根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则，①平战结合，取控制条件，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则因地下室的结构型式的不同而由实际情况确定；②只进行强度的验算，由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比的控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算；③只考虑一次核袭击；④注意各部件的协调，以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏，失去整个防护建筑的作用；⑤地面与地下承重结构体系要协调，不能出现两者强弱相差较大的情况。了解了结构人防设计的特点及原则之后，我们首先就必须确定计算所需的荷载值。
4人防地下室构设计原则
1、建筑的防空地下结构是整个建筑设计的一部分，结构需要满足两种不同状态下的使用情况，既能满足平时日常生活的使用要求，又能在战需的情况下投入战备运营，甚至可以经受住各种级别的防护要求，也就是说设计要求满足平时使用和战时不同情况下的荷载要求，所以，防空地下室的设计要根据其自身的控制条件来设计，符合多重承载条件。
2、人防地下室结构要强度验算。在核爆动荷载作用下结构构件变形达到极限，使用延性比来控制，确定各种构件允许延性比时，充分考虑变形的限制和防护密闭要求，那样就没必要对结构变形和裂缝进行单独的验算了。
3、无论防空设施面对常规武器，还是核武器的摧毁，设计时要求只考虑收到一次作用力的后果，受常规武器袭击可暂不考虑直接命中。对于一级防空地下室结构，以可能受到最强烈的情况进行设计计算。
4、防空地下室的结构设计，应根据防护要求着重加强设计要求，另外对受力情况分析，并对各个部位抗力相协调，避免设计控制标准不一导致内部建构自毁式降低建筑寿命，使其丧失防空地下室的防护作用。
5、地上与地下承重结构体系应当相互兼容和协调，避免出现强弱相差极大的情况，相互协调结构的内应力。
5人防地下室结构设计要点
1、软件选用要点
目前，常用于人防地下室结构设计的软件包括中国建研院开发的PKPM软件、理正人防结构设计工具箱软件等。其中理正人防结构设计软件只能计算顶板、墙、门框墙等构件，而整体结构设计功能尚缺；SATWE软件可计算高层下的人防地下室，但不能计算临空墙、门框墙等构件及底板；PKPMCAD软件可通过调整PKPMCAD的参数对人防地下室中现浇整体式梁板结构的顶板和底板进行结构计算和配筋，并可直接绘制施工图，保证其结构的安全的同时提高计算和绘图效率。
2、人防地下室顶板设计
21地下室顶板采用无次梁大板结构体系
由于地下室顶板绝大部分均为人防顶板(只有局部配电室、水泵房等为非人防区域)，为了充分利用人防顶板板厚较大(>200mm)的特点，不设次梁，采用无次梁大板结构体系，可以显著降低用钢量。板的配筋方式：普通梁板结构体系(井字梁或十字梁)的板块尺寸小，板配筋多为双层双向通长构造配筋。但不设次梁的大板块尺寸大，配筋大多数是计算配筋，配筋方式为构造筋双层双向通长，另外布置附加钢筋。
2.2板的弹塑性算法
由于顶板的人防等效荷载比较大，如果用弹性板计算，支座负筋太大，无法配置。而由于人防荷载作用下可以考虑塑性内力重分布，所以本项目采用PKPM塑性板算法计算板内力，配筋结果比较合理。普通梁板体系顶板配筋由战时人防荷载组合控制，但由于顶板上景观需要覆土1.2m厚，消防车道需考虑消防车荷载，平时荷载非常大。完全按战时荷载工况有时难以满足平时荷载工况下的配筋及裂缝要求，还应对平时工况进行复核。结果发现大板块的弹塑性算法板面筋比弹性板算法小很多，部分板块，尤其是板上恒载、活载较大的板块，其面筋小于平时荷载工况的弹性板算法结果，最后按照平时、战时计算配筋包络值配筋。
6结论
人防地下室的结构设计内容广泛且复杂，常常需要综合的、辩证的考虑相关问题，不能按部就班，目前我们所采用的电算软件对其的计算还不是十分完善，更多情况下需要设计人员更加深入的考虑问题，不断总结经验，另外，人防地下室的结构设计在经济效益上还必须同时兼顾平战工况，最终才能达到优化结构设计的目的。
参考文献
[1]GB50038-2005，人民防空地下室设计规范[S].
[2]王翼忠．高层建筑地下室结构设计中的若干问题[J]．河北建设科技与勘察设计，2006(4)

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