论文部分内容阅读
摘要：人防地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，既要考虑平时工况又要考虑战时工况，且目前电算软件功能都不是很完善，需要更深入地研究人防结构设计的技术问题，总结设计经验，提高设计水平。
关键词：人防地下室;特点;问题;设计
1.人防地下室结构设计的一般原则
1.1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;
1.2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;
1.3只考虑一次核袭击;
1.4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;
1.5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。
2.人防地下室设计中常出现的问题
2.1人防地下室外墙配筋
人防地下室外墙为一侧与室外岩土接触，直接承受土中压缩波作用，另一侧为防空地下室内部的墙体。顶板与外墙之间二者刚度接近时，外墙上部可近似按固定端与铰支之间的支座情况考虑;底板刚度远大于外墙时，外墙下部支座可视作固定端，各构件之间支座条件应相互协调一致，需注意配筋及构造应与实际受力状况相符。
当地下室内部横隔墙较多或上层建筑的柱子沿外墙向下直通到基础底板，外墙可按支承在内部横墙（柱子）与楼板上的双向（单向）板计算;当地下室内部横隔墙较少或无横隔墙时可考虑上下两端支承，按下端嵌固在基础底板、上端简支或嵌固在顶板的单向板计算。
2.2防护墙体的厚度局部削弱
人防地下室与非人防地下室之间的防护密闭隔墙（临空墙）由于设备（消防栓、配电箱、接线盒等）暗装，导致防护隔墙局部不满足防护与密闭要求的厚度。《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）中第3.2.5，3.2.6，3.2.9，3.2.10，3.2.11，4.7.2等强制性条文都对防护墙体的厚度作出了明确规定。
2.3门框墙上挡墙加强梁的设置位置
当防护密闭门上挡墙较长时，往往需在挡墙下端设置加强梁，作为抵抗水平冲击波荷载的加强构件。需注意的是，加强梁距上挡墙下边缘应预留250～300mm高度，以便内侧的密闭门或防护密闭门有足够的水平开启空间，而且加强梁纵筋应锚入门框两侧的竖向加强暗柱（或柱）中，以形成明确的洞口加强传力体系。
2.4防倒塌措施
城市地下空间结建式人防工程的开发，多是以经济利益为主，常常忽略人防工程的出入口防倒塌问题，多数出入口设置在建筑物倒塌范围之内，有的甚至没有采取防倒塌和堵塞措施，也没有进行战时防倒塌和堵塞的转换设计。这些对战时人防工程出入口构成了安全隐患，需要设计时合理布局出入口。
对于人防地下室抗力等级为5，6级的室外出入口，战时需设置防倒塌棚架，而平时不便设置永久性防倒塌棚架，可按照国标图集05SFG04《防空地下室室外出入口部钢结构装配式防倒塌棚架结构设计》选用临战快速组装的钢结构装配式防倒塌棚架，这些问题都需设计时给予重视。
3.人防地下室注意事项及措施
3.1人防荷载取值要负荷标准
人防荷载取值要根据当地人防部门根据国家制订的《人民防空工程战术技术要求》中的公式计算或规范查表来确定。在进行设计时可采用《理正人防工程结构设计软件》来对顶板、侧墙和无桩基底板的人防荷载进行计算。再进行计算时，对战时可能出现的核武器和常规武器爆炸的荷载作用取大值，这样既能够确定各构件人防荷载在范围之内，也能使所有构件的等效静荷载值满足结构的要求。
3.2对各构件的受力分析
人防地下室顶板承受的荷载有人防等效静载、自重、覆土重等。对于地下室的平时使用顶板要求荷载不是很大，顶板的活荷载战时不需要叠加。对于顶板配钢筋值按照战时的要求进行计算取值，因为此时要求的配筋率最大，能够满足顶板的韧度要求。顶板钢筋可按0.25%的配筋率进行贯通配筋，支座筋量少的部位可进行非贯通筋数量的增加，但要使底筋和顶板贯通筋的间距和位置协调，方便拉筋操作。另外一些小细节也不能忽视，例如口部以外的顶盖板，因为战时坡道会作为主入口，因此顶盖板的设计合理与否对下面的坡道保护起到关键作用。外墙的设计也要根据荷载和弯矩进行合理的内力计算和布筋方式后进行确定。钢筋的布置是外墙设计的关键，在钢筋的布置中，外侧竖向筋宜在外排，可以采用贯通筋与非贯通筋交错布置的方式，使钢筋在交错底板弯后按其搭接与底板下钢筋相连。外墙的选筋原则是“直径细且间距密”，这样能有效的控制外墙裂缝的产生。
3.3地下室的构造要求
在《GB5003822005人民防空地下室设计规范》中，对人民防空地下室的构造要求作出了详细规定，设计人员在进行设计时，要充分研究体会其适用的条件和范围，同时结合工程设计的实际情况，就应该能够顺利完成各主要构件的设计任务。为便于开展工作，这里，我们结合构造和受力要求，对一些主要构件的参考尺寸作出规定：对顶板来说，6级顶板取250mm～300mm范围，5级顶板取300mm～350mm范围;对于顶板梁来说，其跨高比一般在7～12之间，由构造确定合理的截面尺寸判定标准和梁面通长筋;对于防护单元隔墙和密闭隔墙来说，通常取250mm;对于外墙和临空墙来说，经过计算后决定，一般通常不低于300mm;对于底板来说，其厚度不低于外墙厚度，当地下水位较高时，则不再由人防控制。总之，人防构件的结构厚度首先应该满足早期核辐射防护的要求，然后还要满足工程的受力要求。
3.4孔口防护和平战转换设计要求
孔口防护的设计内容包括三个部分：一是设计防护密闭门与消波系统，该部分主要由建筑和通风专业来完成;二是设计墙体，主要包括出入口通道内部的临空墙、相邻单元间的隔墙、门框墙等;三是设计孔口的其他构件，主要包括风井、通信、防爆波电缆井、防倒塌棚架、开敞式通道等，对于开敞式通道来说，一般主要考虑静土和水侧压力的影响而无需顾及到核爆动荷载，对于风井、通信、防爆波电缆井、防倒塌棚架来说，则是直接选择使用通用图，其中钢结构防倒塌棚架的建设需要配置相应的基础图。在进行平战转换设计时，要遵守以下五条基本原则是：一是工程的平时使用和战时使用的用途不能差距太大，要尽量相近;二是从平时到战时转换的工作量要尽量减少;三是在设计时要一次完成到位，在施工时则要分零部进行;四是在设计时要充分考虑到工程使用的兼容性和通用性;五是工程转换的措施要求快速简便、经济可靠。
4.结语
人防地下室的结构设计不仅仅要将平时的实际使用考虑在内，而且要充分评估战时的外界环境，随着相关技术的进步和电算化软件的智能化程度加大，人防结构设计的技术和转换研究将变得更加简单易行，人防地下室的构造也将越来越适应现代社会的要求。
参考文献：
[1]GB5003822005，人民防空地下室设计规范[S].
[2]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]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）：18220.
关键词：人防地下室;特点;问题;设计
1.人防地下室结构设计的一般原则
1.1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;
1.2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;
1.3只考虑一次核袭击;
1.4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;
1.5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。
2.人防地下室设计中常出现的问题
2.1人防地下室外墙配筋
人防地下室外墙为一侧与室外岩土接触，直接承受土中压缩波作用，另一侧为防空地下室内部的墙体。顶板与外墙之间二者刚度接近时，外墙上部可近似按固定端与铰支之间的支座情况考虑;底板刚度远大于外墙时，外墙下部支座可视作固定端，各构件之间支座条件应相互协调一致，需注意配筋及构造应与实际受力状况相符。
当地下室内部横隔墙较多或上层建筑的柱子沿外墙向下直通到基础底板，外墙可按支承在内部横墙（柱子）与楼板上的双向（单向）板计算;当地下室内部横隔墙较少或无横隔墙时可考虑上下两端支承，按下端嵌固在基础底板、上端简支或嵌固在顶板的单向板计算。
2.2防护墙体的厚度局部削弱
人防地下室与非人防地下室之间的防护密闭隔墙（临空墙）由于设备（消防栓、配电箱、接线盒等）暗装，导致防护隔墙局部不满足防护与密闭要求的厚度。《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）中第3.2.5，3.2.6，3.2.9，3.2.10，3.2.11，4.7.2等强制性条文都对防护墙体的厚度作出了明确规定。
2.3门框墙上挡墙加强梁的设置位置
当防护密闭门上挡墙较长时，往往需在挡墙下端设置加强梁，作为抵抗水平冲击波荷载的加强构件。需注意的是，加强梁距上挡墙下边缘应预留250～300mm高度，以便内侧的密闭门或防护密闭门有足够的水平开启空间，而且加强梁纵筋应锚入门框两侧的竖向加强暗柱（或柱）中，以形成明确的洞口加强传力体系。
2.4防倒塌措施
城市地下空间结建式人防工程的开发，多是以经济利益为主，常常忽略人防工程的出入口防倒塌问题，多数出入口设置在建筑物倒塌范围之内，有的甚至没有采取防倒塌和堵塞措施，也没有进行战时防倒塌和堵塞的转换设计。这些对战时人防工程出入口构成了安全隐患，需要设计时合理布局出入口。
对于人防地下室抗力等级为5，6级的室外出入口，战时需设置防倒塌棚架，而平时不便设置永久性防倒塌棚架，可按照国标图集05SFG04《防空地下室室外出入口部钢结构装配式防倒塌棚架结构设计》选用临战快速组装的钢结构装配式防倒塌棚架，这些问题都需设计时给予重视。
3.人防地下室注意事项及措施
3.1人防荷载取值要负荷标准
人防荷载取值要根据当地人防部门根据国家制订的《人民防空工程战术技术要求》中的公式计算或规范查表来确定。在进行设计时可采用《理正人防工程结构设计软件》来对顶板、侧墙和无桩基底板的人防荷载进行计算。再进行计算时，对战时可能出现的核武器和常规武器爆炸的荷载作用取大值，这样既能够确定各构件人防荷载在范围之内，也能使所有构件的等效静荷载值满足结构的要求。
3.2对各构件的受力分析
人防地下室顶板承受的荷载有人防等效静载、自重、覆土重等。对于地下室的平时使用顶板要求荷载不是很大，顶板的活荷载战时不需要叠加。对于顶板配钢筋值按照战时的要求进行计算取值，因为此时要求的配筋率最大，能够满足顶板的韧度要求。顶板钢筋可按0.25%的配筋率进行贯通配筋，支座筋量少的部位可进行非贯通筋数量的增加，但要使底筋和顶板贯通筋的间距和位置协调，方便拉筋操作。另外一些小细节也不能忽视，例如口部以外的顶盖板，因为战时坡道会作为主入口，因此顶盖板的设计合理与否对下面的坡道保护起到关键作用。外墙的设计也要根据荷载和弯矩进行合理的内力计算和布筋方式后进行确定。钢筋的布置是外墙设计的关键，在钢筋的布置中，外侧竖向筋宜在外排，可以采用贯通筋与非贯通筋交错布置的方式，使钢筋在交错底板弯后按其搭接与底板下钢筋相连。外墙的选筋原则是“直径细且间距密”，这样能有效的控制外墙裂缝的产生。
3.3地下室的构造要求
在《GB5003822005人民防空地下室设计规范》中，对人民防空地下室的构造要求作出了详细规定，设计人员在进行设计时，要充分研究体会其适用的条件和范围，同时结合工程设计的实际情况，就应该能够顺利完成各主要构件的设计任务。为便于开展工作，这里，我们结合构造和受力要求，对一些主要构件的参考尺寸作出规定：对顶板来说，6级顶板取250mm～300mm范围，5级顶板取300mm～350mm范围;对于顶板梁来说，其跨高比一般在7～12之间，由构造确定合理的截面尺寸判定标准和梁面通长筋;对于防护单元隔墙和密闭隔墙来说，通常取250mm;对于外墙和临空墙来说，经过计算后决定，一般通常不低于300mm;对于底板来说，其厚度不低于外墙厚度，当地下水位较高时，则不再由人防控制。总之，人防构件的结构厚度首先应该满足早期核辐射防护的要求，然后还要满足工程的受力要求。
3.4孔口防护和平战转换设计要求
孔口防护的设计内容包括三个部分：一是设计防护密闭门与消波系统，该部分主要由建筑和通风专业来完成;二是设计墙体，主要包括出入口通道内部的临空墙、相邻单元间的隔墙、门框墙等;三是设计孔口的其他构件，主要包括风井、通信、防爆波电缆井、防倒塌棚架、开敞式通道等，对于开敞式通道来说，一般主要考虑静土和水侧压力的影响而无需顾及到核爆动荷载，对于风井、通信、防爆波电缆井、防倒塌棚架来说，则是直接选择使用通用图，其中钢结构防倒塌棚架的建设需要配置相应的基础图。在进行平战转换设计时，要遵守以下五条基本原则是：一是工程的平时使用和战时使用的用途不能差距太大，要尽量相近;二是从平时到战时转换的工作量要尽量减少;三是在设计时要一次完成到位，在施工时则要分零部进行;四是在设计时要充分考虑到工程使用的兼容性和通用性;五是工程转换的措施要求快速简便、经济可靠。
4.结语
人防地下室的结构设计不仅仅要将平时的实际使用考虑在内，而且要充分评估战时的外界环境，随着相关技术的进步和电算化软件的智能化程度加大，人防结构设计的技术和转换研究将变得更加简单易行，人防地下室的构造也将越来越适应现代社会的要求。
参考文献：
[1]GB5003822005，人民防空地下室设计规范[S].
[2]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]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）：18220.