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[摘 要] 本文主要先是从对人防地下室结构的特点出发，再对人防地下室结构在常规武器和核武器爆炸的假设下，对其人防荷载的确定、荷载组合和内力的分析以及孔口防护和平战转换的设计进行了分析探讨。
[关键词] 人防地下室 结构设计 人防荷载 等效静荷载
随着冷战的结束和科技的兴起,现在的战争模式已经有了较大改变，虽然核武器以及大规模常规武器使用的可能性较小，但其仍具有潜在的威胁，因而在现代化的城市建设中，必须从战略的角度去考虑，在城市地下室的建设中要考虑到这些因素。以下就常规武器与核武器的爆炸冲击对地下室结构荷载设计问题进行了探讨。
一、人防结构设计的主要内容
与一般的地下室相比，人防地下室的主要任务是防空，因而要在其结构设计过程中对其地下室构件进行严格的计算，以达到规定的防空标准。在现在的城市建设中，人防地下室结构设计主要有以下内容：一是地下室主要构件的设计，主要有顶板、外墙、底板、内承墙等的设计；二是孔口防护问题设计和平战转换设计，其内容主要是出入口的防护设计问题。
二、人防地下室设计具体内容
（一）人防荷载的确定
1．常规武器下人防荷载的确定
（1）常规武器爆炸动荷载
一般情况下，常规武器在爆炸时，人防地下室的主体受到的动荷载不是均匀分布的，因而是不可以采用等效静荷载法来计算荷载的。所以，要确定常规武器爆炸的动荷载就必须采取一定的措施对地下室所受的荷载均匀化处理，鉴于篇幅问题，这里就不作讨论，其详细的计算方法可以参见《人防规范》附录B来处理。
（2）如何计算在常规武器爆炸动荷载作用下的地下室的主要构件的等效静荷载标准值
在常规武器爆炸动荷载作用下，地下室顶板、外墙的均布等效静荷载标准值，一般是由以下公式进行计算确定：
（3）如何确定在常规武器爆炸动荷载作用下的人防地下室主体结构的等效静荷载
①顶板
当把人防地下室的位置设计在地下一层时，其顶板在不同的结构的等效静荷载标准值可按下表1进行取值
表1 顶板的等效静荷载标准值
而对于防常规武器5级，当顶板覆土厚度大于2．5m，以及对于防常规武器6级，顶板覆土厚度大于1．5m时，顶板可不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载。而对别的一些情况，如把人防地下室的位置设立在地下一层以下部位时，由于常规武器爆炸作用对这时的地下室的顶板产生的等效静荷载较小，因而此时，顶板可以不考虑其等效静荷载。
②外墙的等效静荷载标准值。
外墙的构造工艺较多，一般来讲有砌体外墙和钢筋混凝土外墙。在常规武器的爆炸作用下，外墙一般承受了直接的作用。而外墙此时的等效静荷载受影响的因素较多，本文不予完全讨论。现选择饱和土式的外墙的等效静荷载标准值选取问题，其具体如下表2：
表2 饱和士中外墙的等效荷载标准值
当防常规武器6级和防常规武器5级人防地下室的顶板顶面高出于室外地面的时候，此时高出地面的外墙将受到爆炸的直接冲击作用。因而此时的外墙一般是按其在弹塑性工作阶段的计算方式，外墙等效静荷载标准值对常5级可以取400kN/㎡，对常6级可以取180kN/㎡；
③底板的等效静荷载标准值。
人防地下室的底板由于其结构相对距爆炸的冲击波较远，其等效静荷标准值主要是由其顶板受到的爆炸动荷载进而产生的反力决定的。在设计过程中，我们一般考虑受到的攻击并非是直接碰撞式的，只产生在顶板局部区域内受到强烈的动荷载作用，如此一来作用到底板上的动荷载就相当小了。而对于防常规武器5级和防常规武器6级的人防地下室，底板的设计较多时候不由常规武器爆炸动荷载作用控制，因而可以不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载。
④门框墙的等效静荷载标准值。
⑤防护单元之间的隔墙与门框墙水平的等效静荷载标准值。
同底板的所受到的动荷载作用差不多，距离爆炸冲击的距离较远，所受到的反力可以忽略不计，因此，人防地下室的防护单元间的隔墙与人防地下室的门框墙可以不计入常规武器爆炸作用产生的等效静荷载。但按照规范，隔墙与门框墙对防常规武器5级和防常规武器6级的隔墙厚度最好是大于250㎜、200㎜，其它的构筑件也要相应的符合规范要求。
⑥室外楼梯式出入口的等效静荷载标准值计算。
在现在的人防地下室的使用当中，一般是采用楼梯式的出入口充当主要出入口，在这上面考虑爆炸动荷载的作用，出入口楼梯会受到直接的冲击作用。实际计算，动荷载作用力的方向一般会与楼梯垂直，依据《人防规定》，出入口的等效静荷载可以参照以下来取值：
当采取室外出入口为主要出入口为时，其等效静荷载标准值对防常规武器抗力5级的可取l10kN/㎡，对防常规武器抗力6级的可取50kN/㎡；
当采取室内出入口为主要出入口为时，出入口侧壁的内侧与外墙外侧的最小水平距离大于5．0m时，可以不计入等效静荷载；
当采取室内出入口为主要出入口时，出入侧壁的内侧与外墙外侧的最小水平的距离不大于5．0m时，其等效静荷载标准值对防常规武器抗力5级的可取90kN/㎡，对防常规武器抗力6级的可取40kN/㎡。
2．核武器爆炸动荷载作用下的人防地下室的等效静荷载计算
在核武器的爆炸作用下，人防地下室的主要构件主要受压缩波产生的核武器爆炸动荷载作用，其动荷载的计算因受力较常规武器复杂，具体可参照人防规范来具体的对主体构件进行讨论。以下重点讲述常用结构在核爆动荷载作用下的等效静荷载标准值相关计算：
（二）荷载组合和内力分析
（1）常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用
与核武器的爆炸冲击波相比，人防地下室的主体结构受到的的常规武器爆炸产生的等效静荷载和静荷载的作用主要是非平面性的一维波，这种作用形式主要是局部的对地下室产生作用，不会使得整个建筑物崩溃，因而不需要考虑建筑物的距离地面一段距离的建筑。而在常规武器非直接命中地面爆炸产生的压缩波作用下，对于常5级和常6级的人防地下室，底板由于受到的作力较小，其设计计算可以不计入常规武器产生的等效静荷载。
在常规武器的爆炸冲击下,如下是人防地下室主体结构部位的荷载:
顶板的荷载组合是爆炸等效静荷载和顶板静荷载，顶板静荷载主要是一些战时不拆迁的固定设施设备、顶板自身重量及覆土重量；
外墙的荷载组合是建筑物上部自身重量和外墙的自身重量，顶板处传来的爆炸的等效静荷载及静荷载，爆炸产生的水平等效静荷载及静荷载，还有土压力、水压力；
内承重墙柱的荷载组合是建筑物上部自身重量，顶板处传来的常规武器爆炸作用的等效静荷载及静荷载，还有内承重墙柱自重。
（2）核武器爆炸时的等效静荷载与静荷载同时作用
考虑核武器等效静荷载与静荷载的的组合作用，上面已经写了等效静荷载的计算问题，因此主要是要确定静荷载的问题。在受到核武器爆炸的冲击作用下，建筑物上部分出现的情况往往不一样，因此要计算静荷载，必须要先确定建筑物的自重。一般来讲建筑物的上部自重主要是指人防地下室上部建筑的墙柱和楼板传来的静荷载。
（3）地下室结构承载力分析
在防空地下室结构的设计中,其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：
（三）孔口防护和平战转换设计
1．孔口防护要点设计
在孔口设计当中，涉及到的内容较多，本小节主要是对一些具有特殊性的构件设计。
（1）風井设计。设计风井一般不考虑爆炸产生的冲击波，只需计算土中压缩波的压力值。在对防密门的选择标准中，只需要依据压力和门洞尺寸即可。
（2）消波系统设计。由于人防地下室的虑毒通风设备的荷载一般小于爆炸产生的冲击波压力，因而就需要一个能与主体抗力相适应的防护措施，也就是现在常用的消波系统。消波系统的主要工作机理是采取防爆波活门来阻档冲击波的作用，再对进入地下室的冲击波通过扩散室的作用，将其“消”掉。由以上原理可以知，消波系统主要是由防爆波活门和扩散室组成，其选取标准都可以在《人防规范》中找到。
2．平战转换设计
平战设计基本原则：主要是要保证在临战转换中，要做到可以不使用机械、不需要借助熟练的技术人员且能在较短的时间内实现转换，还要在施工当中标志一些预制构件。
平战转换设计主要有二方面的设计要点：
（1）人防地下室的主体结构平战转换设计
这种转换主要对一些工程采取在临战前加柱的方法，如一些平时可用作商场而在战时就可供人掩藏的一些战时是小跨度的工程。对于加柱设计，可以按中心主要受压构件的承受等效荷载为标准进行设计，其材料主要是型钢柱钢管柱等一些可靠的支撑构造件。
（2）临战时人防地下室平时出入口和通风口封堵设计
对于平时使用的出入口，按照规范，应当采取以构件为主的封堵方式。常用的构件主要是钢构件和钢筋混凝土构件。在此设计过程中，要考虑到常规武器及核武器爆炸所给地下室出入口的正压和负压作用，通过对其计算，再结合平战转换基本原则来确定构件的规格。
三、结束语
由于目前战争的根源并未消除，常规武器和核武器的威胁依然存在，针对现时期的人民防空需要，再结合现在的人防地下室在城市建设中的作用，修建人防地下室的重要性就越来越突出。本文主要结合本人的人防地下室的工程实践经验，对其结构设计提出了自己的一些看法。■
[关键词] 人防地下室 结构设计 人防荷载 等效静荷载
随着冷战的结束和科技的兴起,现在的战争模式已经有了较大改变，虽然核武器以及大规模常规武器使用的可能性较小，但其仍具有潜在的威胁，因而在现代化的城市建设中，必须从战略的角度去考虑，在城市地下室的建设中要考虑到这些因素。以下就常规武器与核武器的爆炸冲击对地下室结构荷载设计问题进行了探讨。
一、人防结构设计的主要内容
与一般的地下室相比，人防地下室的主要任务是防空，因而要在其结构设计过程中对其地下室构件进行严格的计算，以达到规定的防空标准。在现在的城市建设中，人防地下室结构设计主要有以下内容：一是地下室主要构件的设计，主要有顶板、外墙、底板、内承墙等的设计；二是孔口防护问题设计和平战转换设计，其内容主要是出入口的防护设计问题。
二、人防地下室设计具体内容
（一）人防荷载的确定
1．常规武器下人防荷载的确定
（1）常规武器爆炸动荷载
一般情况下，常规武器在爆炸时，人防地下室的主体受到的动荷载不是均匀分布的，因而是不可以采用等效静荷载法来计算荷载的。所以，要确定常规武器爆炸的动荷载就必须采取一定的措施对地下室所受的荷载均匀化处理，鉴于篇幅问题，这里就不作讨论，其详细的计算方法可以参见《人防规范》附录B来处理。
（2）如何计算在常规武器爆炸动荷载作用下的地下室的主要构件的等效静荷载标准值
在常规武器爆炸动荷载作用下，地下室顶板、外墙的均布等效静荷载标准值，一般是由以下公式进行计算确定：
（3）如何确定在常规武器爆炸动荷载作用下的人防地下室主体结构的等效静荷载
①顶板
当把人防地下室的位置设计在地下一层时，其顶板在不同的结构的等效静荷载标准值可按下表1进行取值
表1 顶板的等效静荷载标准值
而对于防常规武器5级，当顶板覆土厚度大于2．5m，以及对于防常规武器6级，顶板覆土厚度大于1．5m时，顶板可不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载。而对别的一些情况，如把人防地下室的位置设立在地下一层以下部位时，由于常规武器爆炸作用对这时的地下室的顶板产生的等效静荷载较小，因而此时，顶板可以不考虑其等效静荷载。
②外墙的等效静荷载标准值。
外墙的构造工艺较多，一般来讲有砌体外墙和钢筋混凝土外墙。在常规武器的爆炸作用下，外墙一般承受了直接的作用。而外墙此时的等效静荷载受影响的因素较多，本文不予完全讨论。现选择饱和土式的外墙的等效静荷载标准值选取问题，其具体如下表2：
表2 饱和士中外墙的等效荷载标准值
当防常规武器6级和防常规武器5级人防地下室的顶板顶面高出于室外地面的时候，此时高出地面的外墙将受到爆炸的直接冲击作用。因而此时的外墙一般是按其在弹塑性工作阶段的计算方式，外墙等效静荷载标准值对常5级可以取400kN/㎡，对常6级可以取180kN/㎡；
③底板的等效静荷载标准值。
人防地下室的底板由于其结构相对距爆炸的冲击波较远，其等效静荷标准值主要是由其顶板受到的爆炸动荷载进而产生的反力决定的。在设计过程中，我们一般考虑受到的攻击并非是直接碰撞式的，只产生在顶板局部区域内受到强烈的动荷载作用，如此一来作用到底板上的动荷载就相当小了。而对于防常规武器5级和防常规武器6级的人防地下室，底板的设计较多时候不由常规武器爆炸动荷载作用控制，因而可以不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载。
④门框墙的等效静荷载标准值。
⑤防护单元之间的隔墙与门框墙水平的等效静荷载标准值。
同底板的所受到的动荷载作用差不多，距离爆炸冲击的距离较远，所受到的反力可以忽略不计，因此，人防地下室的防护单元间的隔墙与人防地下室的门框墙可以不计入常规武器爆炸作用产生的等效静荷载。但按照规范，隔墙与门框墙对防常规武器5级和防常规武器6级的隔墙厚度最好是大于250㎜、200㎜，其它的构筑件也要相应的符合规范要求。
⑥室外楼梯式出入口的等效静荷载标准值计算。
在现在的人防地下室的使用当中，一般是采用楼梯式的出入口充当主要出入口，在这上面考虑爆炸动荷载的作用，出入口楼梯会受到直接的冲击作用。实际计算，动荷载作用力的方向一般会与楼梯垂直，依据《人防规定》，出入口的等效静荷载可以参照以下来取值：
当采取室外出入口为主要出入口为时，其等效静荷载标准值对防常规武器抗力5级的可取l10kN/㎡，对防常规武器抗力6级的可取50kN/㎡；
当采取室内出入口为主要出入口为时，出入口侧壁的内侧与外墙外侧的最小水平距离大于5．0m时，可以不计入等效静荷载；
当采取室内出入口为主要出入口时，出入侧壁的内侧与外墙外侧的最小水平的距离不大于5．0m时，其等效静荷载标准值对防常规武器抗力5级的可取90kN/㎡，对防常规武器抗力6级的可取40kN/㎡。
2．核武器爆炸动荷载作用下的人防地下室的等效静荷载计算
在核武器的爆炸作用下，人防地下室的主要构件主要受压缩波产生的核武器爆炸动荷载作用，其动荷载的计算因受力较常规武器复杂，具体可参照人防规范来具体的对主体构件进行讨论。以下重点讲述常用结构在核爆动荷载作用下的等效静荷载标准值相关计算：
（二）荷载组合和内力分析
（1）常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用
与核武器的爆炸冲击波相比，人防地下室的主体结构受到的的常规武器爆炸产生的等效静荷载和静荷载的作用主要是非平面性的一维波，这种作用形式主要是局部的对地下室产生作用，不会使得整个建筑物崩溃，因而不需要考虑建筑物的距离地面一段距离的建筑。而在常规武器非直接命中地面爆炸产生的压缩波作用下，对于常5级和常6级的人防地下室，底板由于受到的作力较小，其设计计算可以不计入常规武器产生的等效静荷载。
在常规武器的爆炸冲击下,如下是人防地下室主体结构部位的荷载:
顶板的荷载组合是爆炸等效静荷载和顶板静荷载，顶板静荷载主要是一些战时不拆迁的固定设施设备、顶板自身重量及覆土重量；
外墙的荷载组合是建筑物上部自身重量和外墙的自身重量，顶板处传来的爆炸的等效静荷载及静荷载，爆炸产生的水平等效静荷载及静荷载，还有土压力、水压力；
内承重墙柱的荷载组合是建筑物上部自身重量，顶板处传来的常规武器爆炸作用的等效静荷载及静荷载，还有内承重墙柱自重。
（2）核武器爆炸时的等效静荷载与静荷载同时作用
考虑核武器等效静荷载与静荷载的的组合作用，上面已经写了等效静荷载的计算问题，因此主要是要确定静荷载的问题。在受到核武器爆炸的冲击作用下，建筑物上部分出现的情况往往不一样，因此要计算静荷载，必须要先确定建筑物的自重。一般来讲建筑物的上部自重主要是指人防地下室上部建筑的墙柱和楼板传来的静荷载。
（3）地下室结构承载力分析
在防空地下室结构的设计中,其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：
（三）孔口防护和平战转换设计
1．孔口防护要点设计
在孔口设计当中，涉及到的内容较多，本小节主要是对一些具有特殊性的构件设计。
（1）風井设计。设计风井一般不考虑爆炸产生的冲击波，只需计算土中压缩波的压力值。在对防密门的选择标准中，只需要依据压力和门洞尺寸即可。
（2）消波系统设计。由于人防地下室的虑毒通风设备的荷载一般小于爆炸产生的冲击波压力，因而就需要一个能与主体抗力相适应的防护措施，也就是现在常用的消波系统。消波系统的主要工作机理是采取防爆波活门来阻档冲击波的作用，再对进入地下室的冲击波通过扩散室的作用，将其“消”掉。由以上原理可以知，消波系统主要是由防爆波活门和扩散室组成，其选取标准都可以在《人防规范》中找到。
2．平战转换设计
平战设计基本原则：主要是要保证在临战转换中，要做到可以不使用机械、不需要借助熟练的技术人员且能在较短的时间内实现转换，还要在施工当中标志一些预制构件。
平战转换设计主要有二方面的设计要点：
（1）人防地下室的主体结构平战转换设计
这种转换主要对一些工程采取在临战前加柱的方法，如一些平时可用作商场而在战时就可供人掩藏的一些战时是小跨度的工程。对于加柱设计，可以按中心主要受压构件的承受等效荷载为标准进行设计，其材料主要是型钢柱钢管柱等一些可靠的支撑构造件。
（2）临战时人防地下室平时出入口和通风口封堵设计
对于平时使用的出入口，按照规范，应当采取以构件为主的封堵方式。常用的构件主要是钢构件和钢筋混凝土构件。在此设计过程中，要考虑到常规武器及核武器爆炸所给地下室出入口的正压和负压作用，通过对其计算，再结合平战转换基本原则来确定构件的规格。
三、结束语
由于目前战争的根源并未消除，常规武器和核武器的威胁依然存在，针对现时期的人民防空需要，再结合现在的人防地下室在城市建设中的作用，修建人防地下室的重要性就越来越突出。本文主要结合本人的人防地下室的工程实践经验，对其结构设计提出了自己的一些看法。■