摘要：結(jié)合工程實例，從設(shè)計特點、原則、方法等方面對人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計作了簡要闡述，為繁雜的人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了清晰的思路。
關(guān)鍵詞：人防地下室；；結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；工程應(yīng)用
人防地下室是為戰(zhàn)時服務(wù)，為保障人民防空指揮、通信、掩蔽等需要具有預(yù)定戰(zhàn)時防空功能的特殊地下建筑，同時還具有在緊急時刻儲存糧食淡水的作用。與普通地下建筑相比較，其使用對象、條件、要求均有明顯差別，人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮常規(guī)武器和核武器爆炸動荷載的作用，還要考慮平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換的要求，滿足平時和戰(zhàn)時兩種不同荷載效應(yīng)的組合情況。在進行人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時如何考慮平時和戰(zhàn)時的荷載作用，是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員最為關(guān)注的問題。
1.人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
1.1人防工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點
與普通地下室相比，防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點是要考慮戰(zhàn)時規(guī)定武器爆炸動荷載的作用。武器爆炸動荷載屬于偶然性荷載，荷載具有量值大、作用時間短且不斷衰減等特點。暴露于空氣中的防空地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如高出地面不覆土的外墻、不覆土的頂板、口部防護密閉門及門框墻、臨空墻等部位直接受空氣沖擊波的作用。其它埋入土中的圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如有覆土的頂板、土中外墻及底板等，則直接受土中壓縮波的作用。此外防空地下室內(nèi)部的墻、柱等構(gòu)件則間接承受圍護結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)爆炸動荷載作用。
防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括頂板、外側(cè)墻、底板等其它構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，二是孔口防護設(shè)計，包括出入口的防護和消波系統(tǒng)（防護設(shè)備），其中出入口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道（包括風(fēng)井）的計算等幾個方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門的選用和擴散室（箱）的設(shè)計，那么，這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計與一般的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計有何不同呢？
一般結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法通常為“三水準(zhǔn)、二階段”的設(shè)計方法，設(shè)防目標(biāo)為“小震不壞，中震可修，大震不倒”。為實現(xiàn)設(shè)防目標(biāo)取小震下地震動參數(shù)計算結(jié)構(gòu)彈性下的地震作用效應(yīng)，進行截面承載力驗算。第二階段是大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗算。并通過概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施來滿第三水準(zhǔn)的設(shè)計要求。
人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的動力分析一般采用等效靜荷載法：由于在動荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型與相應(yīng)靜荷載作用下?lián)锨�很相近，且動荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞規(guī)律與相應(yīng)靜荷載作用下破壞規(guī)律基本一致，所以在動力分析時，可將結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡化為單自由度體系，用動力系數(shù)乘以動荷載峰值得到等效靜荷載，這時結(jié)構(gòu)構(gòu)件在等效靜荷載作用下的各項內(nèi)力就是動荷載作用下相應(yīng)內(nèi)力的最大值。按等效靜荷載分析計算的模式代替動力分析，給防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來很大方便。采用等效靜荷載分析時，為滿足抗力要求，結(jié)構(gòu)材料參數(shù)應(yīng)乘以材料強度綜合調(diào)整系數(shù)。最后結(jié)構(gòu)構(gòu)件在動荷載作用下的變形極限用允許延性比[β]來控制。按允許延性比進行彈塑性工作階段的防空地下室，即可認(rèn)為滿足防護和密閉要求。
人防設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計原則一樣：
結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能有足夠的延性，避免脆性破壞，鋼筋砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)采取“強柱弱梁”“強剪弱彎”的設(shè)計原則。
各結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力相協(xié)調(diào)的原則，避免出現(xiàn)薄弱部位。防空地下室的結(jié)構(gòu)，應(yīng)充分考慮各部位作用荷載值不同，破壞形態(tài)不同以及安全儲備不同等因素，保證在規(guī)定的動荷載作用下，結(jié)構(gòu)各部位（如出入口和主體結(jié)構(gòu)）都能正常地工作，防止由于存在個別薄弱環(huán)節(jié)致使整個結(jié)構(gòu)抗力明顯降低。如果某個部位失效，將導(dǎo)致整個人防區(qū)失效。同樣抗震設(shè)計也十分強調(diào)避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)（如薄弱層，軟弱層等），因為大震時薄弱層或軟弱層出失效將導(dǎo)致建筑物倒塌，產(chǎn)生嚴(yán)重后果核武器與常規(guī)武器爆炸均屬于偶然性荷載，具有量值大，作用時間短且不斷衰減的特點，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受動荷載時已經(jīng)處于彈塑性工作階段，因此，結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較大的延性，對吸收動能，抵抗動荷載是十分有利的。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計時，構(gòu)造上應(yīng)采取“強剪弱彎” “強柱弱梁”“強節(jié)點弱桿件”的設(shè)計原則。如可充分利用受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件的變形吸收武器爆炸動荷載作用的能量，以減輕支座截面的抗剪與柱子抗壓的負(fù)擔(dān)，確保結(jié)構(gòu)在屈服前不出現(xiàn)剪切破壞和屈服后有足夠的延性，最終形成塑性破壞，提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力；又如受彎構(gòu)件應(yīng)雙面配筋，對承受動荷載作用下可能的回彈和防止在大撓度情況下構(gòu)件坍塌十分重要，另外在節(jié)點區(qū)應(yīng)有足夠的抗剪、抗壓能力和足夠的鋼筋錨固長度。上述這些措施和抗震設(shè)計的原則是一致的。
1.2人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則
防空地下室設(shè)計必須貫徹“長期準(zhǔn)備、重點建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合”的方針，并應(yīng)堅持人防建設(shè)與經(jīng)濟建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展、與城市建設(shè)相結(jié)合的原則。對于防空地下室的位置選擇、戰(zhàn)時及平時用途的確定，必須符合城市人防工程規(guī)劃的要求。同時也應(yīng)考慮平時為城市生產(chǎn)、生活服務(wù)的需要以及上部地面建筑的特點及其環(huán)境條件、地區(qū)特點、建筑標(biāo)準(zhǔn)、平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換等問題，地下、地上綜合考慮確定。對于人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其原則主要有：
�。�1）防空地下室的主體結(jié)構(gòu)、出入口部、孔口和防護設(shè)備等應(yīng)根據(jù)防護要求和受力情況做到各個部位抗力相協(xié)調(diào)，防止出現(xiàn)由于局部破壞而影響主體結(jié)構(gòu)的防護密閉性。
�。�2）城市地下空間結(jié)建式人防工程的開發(fā)，多是以經(jīng)濟利益為主，常常忽略人防工程的出入口防倒塌問題，多數(shù)出入口設(shè)置在建筑物倒塌范圍之內(nèi)，有的甚至沒有采取防倒塌和堵塞措施，也沒有進行戰(zhàn)時防倒塌和堵塞的轉(zhuǎn)換設(shè)計。這些對戰(zhàn)時人防工程出入口構(gòu)成了安全隱患，需要設(shè)計時合理布局出入口。
�。�3）防空地下室結(jié)構(gòu)在滿足設(shè)計抗力的前提下，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用“強柱弱梁”和“強剪弱彎”的設(shè)計原則進行設(shè)計。
�。�4）防空地下室應(yīng)充分利用受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件的變形來吸收核爆沖擊波的能量，以減輕支座截面的抗剪與柱子抗壓的負(fù)擔(dān)，確保結(jié)構(gòu)在屈服前不出現(xiàn)剪切破壞和屈服后有足夠的延性，最終形成塑性破壞，而不是脆性破壞，從而提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力。 �。�5）受彎構(gòu)件應(yīng)雙面配筋。雙面配筋對承受核爆動荷載作用下可能的回彈和防止在大撓度情況下的構(gòu)件坍塌十分重要。
�。�6）人防地下室外墻為一側(cè)與室外巖土接觸，直接承受土中壓縮波作用，另一側(cè)為防空地下室內(nèi)部的墻體。頂板與外墻之間二者剛度接近時，外墻上部可近似按固定端與鉸支之間的支座情況考慮；底板剛度遠(yuǎn)大于外墻時，外墻下部支座可視作固定端，各構(gòu)件之間支座條件應(yīng)相互協(xié)調(diào)一致，需注意配筋及構(gòu)造應(yīng)與實際受力狀況相符。
2.工程應(yīng)用
某工程由3棟高層住宅和兩個地下車庫組成，主樓部分為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，地上11層躍12層、地下1層，建筑高度33.3m；地下車庫部分為框架結(jié)構(gòu)，地下1層，層高3.6m。地震烈度為7度，抗震等級為 三級，安全等級二級，耐火等級為地上二級、地下一級，設(shè)計使用年限為50 年，基礎(chǔ)采用平板筏基，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。根據(jù)地方人防辦公室文件，城市的生命線工程和面積超過1萬米的高層建筑，均須設(shè)置防空地下室。該工程總建筑面積為4.12萬m2，地下室面積約1萬m2，按照規(guī)定，該工程須應(yīng)設(shè)置防空地下室面積為3226m2。
人民防空地下室設(shè)計規(guī)范（GB50038一2005）明確規(guī)定人防工程按可能受到的空襲威脅劃分為甲、乙兩類，該工程是按甲類防空工程設(shè)計的，因此在設(shè)計時不僅考慮了滿足核武器爆炸的防護要求，還考慮了按常規(guī)武器和生化武器的各項防護要求。該工程防空地下室防護等級為核6級，采用全埋式現(xiàn)澆鋼筋混凝土防空地下室，戰(zhàn)時為二等人員掩蔽所，平時為小型汽車停車庫。人防車庫共分兩個防護單元、四個抗爆單元，考慮到小區(qū)內(nèi)部的環(huán)境綠化問題，在地下室頂板上設(shè)置了0.45m厚的覆土，以滿足綠化的需要。
該工程硅墻的抗?jié)B等級為56，硅強度等級為C30，地下室內(nèi)沒有設(shè)置沉降縫和伸縮縫，是設(shè)置了多條縱橫交錯的后澆帶。對雙面配筋的鋼筋硅頂、底板及墻板，為保證震動環(huán)境中鋼筋與受壓區(qū)混凝土共同工作，在上、下層或內(nèi)、外層鋼筋之間設(shè)置一定數(shù)量的拉結(jié)筋。
3.結(jié)語
人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個綜合性很強的問題，涉及內(nèi)容繁多且復(fù)雜，既要考慮平時工況又要考慮戰(zhàn)時工況，需要更深入地研究人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)問題，總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗，提高設(shè)計水平。
參考文獻：
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