摘要：隨著國(guó)家對(duì)新建民用建筑必須設(shè)置可供戰(zhàn)時(shí)使用的防空地下室政策的出臺(tái)，人防地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作逐漸成為建筑工程設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文從荷載輸入、參數(shù)選擇、程序不完善之處等方面，對(duì)人防地下室設(shè)計(jì)中使用PKPM系列軟件整體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)題與解決辦法進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：PKPM；人防地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 引言
1997年1月1日公布實(shí)施的《中華人民共和國(guó)人民防空法》中明確提出了“人民防空建設(shè)要貫徹平戰(zhàn)結(jié)合、重點(diǎn)建設(shè)、長(zhǎng)期準(zhǔn)備的方針”，并規(guī)定了城市的新建民用建筑應(yīng)該根據(jù)國(guó)家有關(guān)法規(guī)修建可以在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期使用的防空地下室。隨著國(guó)家相關(guān)人防政策的出臺(tái)，人防地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作逐漸成為建筑工程設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
目前專(zhuān)門(mén)用于指導(dǎo)人防地下室設(shè)計(jì)的現(xiàn)行規(guī)范是2005年頒布的《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50038-2005）》，該規(guī)范自2006年3月1日起實(shí)施。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣，工程設(shè)計(jì)中使用電算程序早已是業(yè)內(nèi)的主流。目前在整體結(jié)構(gòu)電算領(lǐng)域，市場(chǎng)占有率最大的就是PKPM系列軟件。該軟件面世已有20多年，其綜合性能已比較成熟。更好地認(rèn)識(shí)到這一軟件在人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的特點(diǎn)，使之更好地為設(shè)計(jì)工作服務(wù)，是不少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師較為關(guān)心的問(wèn)題。
為增加實(shí)用性和針對(duì)性，本文僅對(duì)人防地下室工程在使用PKPM系列軟件整體結(jié)構(gòu)計(jì)算中常遇到的問(wèn)題系統(tǒng)討論。
2.綜述
2.1.《人防防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50038-2005）》在本文中簡(jiǎn)稱(chēng)為《人防規(guī)范》，下同。
2.2.目前民用工程常見(jiàn)的防空地下室，多為核6級(jí)常6級(jí)的甲類(lèi)人防地下室，本文就主要討論此類(lèi)人防地下室在使用PKPM系列軟件（08版）中的情況。
2.3.需要予以說(shuō)明的是，當(dāng)構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算由人防荷載控制時(shí)，關(guān)于《人防規(guī)范》第4.2.3條的 “材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)”，PKPM軟件已在程序中自動(dòng)考慮。
2.4.計(jì)算模塊的變化：在2009年底以前的PKPM版本中，在SAT-8模塊和SATWE模塊中人防整體計(jì)算均可完成。但在2009年底之后，人防計(jì)算功能已完全轉(zhuǎn)移到SATWE模塊中（“SAT-8”計(jì)算模塊已無(wú)人防計(jì)算功能），僅在過(guò)渡階段暫時(shí)保留了一個(gè)“SAT-8 舊”計(jì)算模塊（該模塊還可進(jìn)行人防計(jì)算）。
3.人防各主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件
3.1.人防頂板的梁
3.1.1.頂板人防荷載：頂板人防荷載的輸入在“PMCAD荷載輸入人防荷載”中，其中頂板基本人防荷載在其中的“\荷載設(shè)置-‘人防設(shè)置’對(duì)話框”中，“人防設(shè)計(jì)等級(jí)”選“6級(jí)（核）”，“頂板人防等效荷載”默認(rèn)值為55kN/m2。要注意這個(gè)默認(rèn)值僅是《人防規(guī)范》核6級(jí)頂板取值中的最小值，應(yīng)按實(shí)際工程修改人防荷載基本值，并在“PMCAD荷載輸入人防荷載荷載修改”中對(duì)與人防荷載基本值不同的房間要逐一輸入。核6級(jí)常6級(jí)人防地下室頂板人防荷載取值由核爆動(dòng)荷載控制，可按《人防規(guī)范》第4.8.2條、查表4.8.2選取。在使用表4.8.2時(shí)，設(shè)計(jì)人員要注意頂板等效靜荷載是否符合“考慮上部建筑影響”的條件（該條件詳見(jiàn)《人防規(guī)范》第4.4.4條）。在符合“考慮上部建筑影響”的條件時(shí)，才可以使用表4.8.2中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值。
3.1.2.梁的縱筋配筋率：當(dāng)構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算由人防荷載控制時(shí)，現(xiàn)在的PKPM軟件已按《人防規(guī)范》第4.11.7條和第4.11.8條的規(guī)定自動(dòng)考慮《人防規(guī)范》要求的最小配筋率和最大配筋率（用紅色字體提示超筋）。由于人防等效靜荷載的前提假定就是限制人防構(gòu)件的允許延性比[β]，使人防構(gòu)件在彈塑性狀態(tài)下工作，按《人防規(guī)范》第4.10.3條，受彎構(gòu)件的受拉鋼筋配筋率大于1.5%時(shí)，需按公式4.10.3-1和公式4.10.3-2驗(yàn)算。但PKPM程序?qū)v筋配筋率大于1.5%的人防梁時(shí)，并沒(méi)有加以驗(yàn)算或提示警告。梁縱筋配筋率可以在“SATWE4.分析結(jié)果圖形和文本顯示-‘SATWE后處理---圖形文件輸出’對(duì)話框圖形文件輸出2.混凝土構(gòu)件配筋和鋼構(gòu)件驗(yàn)算”主菜單下的“[配筋率]”找到。點(diǎn)取這個(gè)按鈕后，梁配筋圖形的數(shù)據(jù)結(jié)果會(huì)切換顯示為縱筋配筋率。梁縱筋配筋率大于1.5%時(shí)，必須補(bǔ)充手工驗(yàn)算。
3.1.3.主筋直徑的選用： 按《人防規(guī)范》第4.11.10條規(guī)定，連續(xù)梁和框架梁在距支座邊緣1.5倍梁的截面高度范圍內(nèi)，箍筋間距不宜大于主筋直徑的5倍。設(shè)計(jì)中梁支座處箍筋加密區(qū)的間距一般取100mm，故當(dāng)縱筋直徑小于20mm時(shí)，連續(xù)梁和框架梁不滿(mǎn)足此條要求（僅單跨次梁不需滿(mǎn)足此要求）。如果設(shè)計(jì)師是利用“墻梁柱施工圖梁平法施工圖”自動(dòng)生成的T文件轉(zhuǎn)化為DWG文件的，在“墻梁柱施工圖梁平法施工圖配筋參數(shù)-“參數(shù)修改”對(duì)話框選筋參數(shù)主筋選筋庫(kù)”中，選用的主筋直徑都不要小于20mm，就可有效避免這一問(wèn)題的出現(xiàn)。至于單跨次梁，即使梁的計(jì)算配筋率較小，主筋直徑為20mm也可適用，不必?fù)?dān)心造成設(shè)計(jì)浪費(fèi)。
3.1.4. 主次梁相交處的吊筋配筋值：PKPM的“墻梁柱施工圖梁平法施工圖” 自動(dòng)生成的T文件中有吊筋配筋值，但由于程序在計(jì)算吊筋時(shí)未計(jì)入人防荷載，所以輸出結(jié)果嚴(yán)重偏小。筆者建過(guò)兩個(gè)計(jì)算模型：“A模型”有人防荷載，“B模型”沒(méi)有人防荷載，其它設(shè)計(jì)條件完全相同。經(jīng)試算對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，“B模型”比“A模型”的吊筋值大，說(shuō)明PKPM程序計(jì)算的確存在問(wèn)題，設(shè)計(jì)師切不可盲目使用此吊筋結(jié)果。正確的做法是補(bǔ)算人防工況吊筋：先利用剪力輸出結(jié)果計(jì)算出主次梁交接處的主梁梁上集中荷載設(shè)計(jì)值，結(jié)合主梁的箍筋實(shí)用值計(jì)算人防工況下所需的吊筋大小與數(shù)量，并將此值與程序T文件提供的吊筋值比較，兩者取大值。手算時(shí)要特別注意，在使用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)公式時(shí)，附加橫向鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要換為鋼筋的動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
3.2.人防頂板的板
人防頂板的板塊布置與板上荷載值，均按前述（本文3.1.條目的“人防頂板的梁”）。人防頂板的板計(jì)算在“PMCAD3.畫(huà)結(jié)構(gòu)平面圖”中。
按《人防規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定，對(duì)于結(jié)構(gòu)裂縫開(kāi)展，可不進(jìn)行人防動(dòng)荷載作用下的驗(yàn)算。在計(jì)算樓板裂縫寬度時(shí)，目前的PKPM軟件錯(cuò)誤地將人防荷載也考慮進(jìn)去了，這樣造成板的裂縫寬度計(jì)算結(jié)果非常之大。設(shè)計(jì)師必須另建一個(gè)計(jì)算模型-【模型2】，此模型是專(zhuān)門(mén)為了計(jì)算無(wú)人防情況下以頂板裂縫寬度為控制條件的板配筋。先復(fù)制【模型1】并改名為【模型2】，再刪去所有的頂板人防荷載，這樣【模型2】計(jì)算出來(lái)的板裂縫寬度才是有效的，并以裂縫控制為前提計(jì)算板配筋值（在“PMCAD3.畫(huà)結(jié)構(gòu)平面圖計(jì)算參數(shù)-‘樓板配筋參數(shù)’對(duì)話框”勾選“是否根據(jù)裂縫撓度自動(dòng)選筋”并在“允許裂縫寬度”輸入0.2mm）。由于不同位置的荷載情況不同，所以【模型1】和【模型2】板配筋要注意逐一對(duì)位比較，取較大者。
3.3.人防外墻
人防外墻荷載的輸入也在“PMCAD荷載輸入人防荷載荷載設(shè)置‘人防設(shè)置’對(duì)話框”，其中“外墻人防等效荷載”默認(rèn)值為0kN/m2 。當(dāng)使用PKPM整體建模計(jì)算外墻時(shí)，按《人防規(guī)范》第4.7.3條和第4.8.3條并結(jié)合地質(zhì)報(bào)告的土層分布情況，分別查表后取兩者中的較大值輸入PKPM。但是在“SATAW4.分析結(jié)果圖形和文本顯示”中，PKPM最終只能提供外墻雙側(cè)豎向配筋總量的值（該值是由單側(cè)豎向配筋最大值乘以2得到的）。外墻作為單向水平受力構(gòu)件，僅提供雙側(cè)豎向配筋總量是不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求的，這樣的配筋不符合構(gòu)件受力情況，過(guò)于保守。
需要特別注意的是，針對(duì)于頂板和外墻而言，“考慮上部建筑影響”的條件和理念是不同的：前者見(jiàn)《人防規(guī)范》第4.3.4條（常規(guī)武器）和第4.4.4條（核武器），考慮上部建筑影響時(shí)對(duì)頂板構(gòu)件有利，頂板荷載取值�。缓笳咭�(jiàn)《人防規(guī)范》第4.4.7條，考慮上部建筑影響時(shí)對(duì)外墻構(gòu)件不利，外墻荷載要放大。當(dāng)外墻符合第4.4.7條內(nèi)容的工程，應(yīng)按表4.8.3-1、4.8.3-2查取并乘以放大系數(shù)（放大系數(shù)見(jiàn)《人防規(guī)范》第4.8.3條），例如核6級(jí)時(shí)放大系數(shù)=1.1。
外墻的人防工況計(jì)算結(jié)果還需和平時(shí)工況下的承載力極限狀態(tài)以及正常使用極限狀態(tài)（不計(jì)人防荷載）的計(jì)算結(jié)果相比較，配筋時(shí)在三者之中取最大值。
筆者不推薦由PKPM整體結(jié)構(gòu)計(jì)算來(lái)完成外墻的計(jì)算，建議用其它軟件單獨(dú)計(jì)算。
3.4.臨空墻（含人防隔墻）
通常所說(shuō)的臨空墻即是指出入口通道內(nèi)的臨空墻，該構(gòu)件的布置在“SATWE1.接PM生成SATWE數(shù)據(jù)2.特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義臨空墻”，選中的混凝土墻為臨空墻，顯示為紅色粗線（普通混凝土墻顯示為綠色粗線），臨空墻的荷載輸入在其中的“\臨空墻荷載”。當(dāng)使用PKPM整體建模計(jì)算臨空墻時(shí)，應(yīng)按《人防規(guī)范》第4.7.6條和4.8.8條，分別查表后取較大值輸入�！咀ⅲ簭�2009年下半年以后的版本才有臨空墻荷載輸入功能，此前的版本中臨空墻荷載不能輸入，只能使用程序默認(rèn)值-按“頂板荷載考慮上部建筑影響的室內(nèi)出入口”時(shí)的110kN/m2。】類(lèi)似于外墻的情況，PKPM最終只能提供臨空墻雙側(cè)豎向配筋總量的值，也不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。
“人防隔墻”也可以在此處輸入。核6級(jí)人防地下室的“人防隔墻”可分為兩種：（1）A型人防隔墻：墻體一側(cè)為抗核6級(jí)人防地下室而另一側(cè)為普通地下室時(shí)，普通地下室一側(cè)按《人防規(guī)范》第4.8.9條、查表4.8.9-2選取相應(yīng)的水平等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為110.0kN/m2（當(dāng)頂板考慮上部建筑影響時(shí)為90.0kN/m2）；（2）B型人防隔墻:墻體兩側(cè)均為抗核6級(jí)人防地下室時(shí)，兩側(cè)分別單獨(dú)受力，按《人防規(guī)范》第4.8.9條、查表4.8.9-2選取相應(yīng)的水平等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為50.0kN/m2。
對(duì)于以上三種墻體，出入口臨空墻和A型人防隔墻都是單向受人防水平荷載，故應(yīng)為非對(duì)稱(chēng)配筋，只有B型人防隔墻是雙側(cè)均單獨(dú)考慮人防荷載且荷載值相同，可以是對(duì)稱(chēng)配筋。
筆者不推薦由PKPM整體結(jié)構(gòu)計(jì)算來(lái)完成臨空墻與A型人防隔墻的計(jì)算，建議用其它人防專(zhuān)業(yè)軟件單獨(dú)計(jì)算。
3.5.人防底板的梁和板
為計(jì)算人防工況下的底板，需另建一個(gè)計(jì)算模型-【模型3】，將結(jié)構(gòu)底板視為倒置的樓板（俗稱(chēng)“倒樓蓋”），整個(gè)計(jì)算過(guò)程與頂板的操作相同。若底板低于地下水位，那么在進(jìn)行底板人防工況的內(nèi)力計(jì)算時(shí)則還應(yīng)將水壓力考慮在內(nèi)。由于【模型3】得到的PKPM計(jì)算結(jié)果是與實(shí)際工程反向的，設(shè)計(jì)人員還需根據(jù)實(shí)際受力情況對(duì)其進(jìn)行處理后方可正常使用。
3.6.地基
按《人防規(guī)范》第4.1.6條，地基承載力和地基變形可不進(jìn)行人防動(dòng)荷載作用下的驗(yàn)算。通俗地說(shuō)，人防地下室的地基計(jì)算，可以完全不考慮人防工況，視之為非人防地下室即可。
3.7.基礎(chǔ)
3.7.1.JCCAD的“樁筏筏板有限元”菜單可以計(jì)算人防設(shè)計(jì)，并可以自動(dòng)讀取SATWE導(dǎo)算下來(lái)的人防荷載（較新版本的PKPM才有此功能）。
3.7.2.JCCAD的“基礎(chǔ)梁板彈性地基梁法計(jì)算”菜單也可以進(jìn)行人防設(shè)計(jì)的計(jì)算，但不能傳導(dǎo)上部人防荷載具體值，只能輸入統(tǒng)一基本值。
3.7.3. 有樁基礎(chǔ)：JCCAD程序?qū)渡沓休d力缺少驗(yàn)算,不符合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的要求。人防地下室的樁身承載力驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)讀取人防工況的底層柱底軸力設(shè)計(jì)值，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.8.2條的公式驗(yàn)算樁身承載力。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，人防工況下的樁身承載力驗(yàn)算常常會(huì)成為樁截面大小的控制因素，尤其是對(duì)于樁段有擴(kuò)大頭或上部建筑層數(shù)不大的工程。
3.7.4.獨(dú)立柱基
獨(dú)立柱基基底面積可以不考慮人防，但是基礎(chǔ)配筋要考慮人防荷載。
3.8.其余人防構(gòu)件
除了以上所述的內(nèi)容，余下的各類(lèi)人防結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括人防門(mén)門(mén)框墻、封堵門(mén)框墻、活門(mén)門(mén)框墻、人防抗爆樓梯（人防主要出入口處的樓梯）、防倒塌棚架等，在PKPM軟件的整體計(jì)算中還不能輸入和計(jì)算，需另行設(shè)計(jì)。
4 匯總
人防地下室的整體結(jié)構(gòu)計(jì)算，需要用PKPM至少建立2~3個(gè)計(jì)算模型，即【模型1】、【模型2】、【模型3】，設(shè)計(jì)師可以待【模型1】完全調(diào)整完畢后再生成【模型2】和【模型3】，以避免過(guò)多的重復(fù)修改。
人防地下室工程使用PKPM軟件進(jìn)行的整體結(jié)構(gòu)計(jì)算，對(duì)人防頂板的梁板、底板的梁板設(shè)計(jì)工作最為實(shí)用有效，但還未能涉及所有的人防構(gòu)件，還應(yīng)配合使用其它人防專(zhuān)用設(shè)計(jì)軟件或人工手算。
08版PKPM推出也有3年左右了，這期間其功能也在不斷調(diào)整改進(jìn)中。其中人防方面的改進(jìn)主要有：臨空墻可以輸入荷載；JCCAD的“樁筏筏板有限元”菜單可以讀取頂板各板塊的人防荷載（從SATWE傳來(lái)）。本文中的描述可能因具體版本不同而略有出入。
為配合已經(jīng)公布實(shí)施的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50011-2010》和另外2本即將公布的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50010-2010》與《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 3-2010》，“PKPM 2010”也正在推出之中，期望研發(fā)單位在“PKPM 2010”中能對(duì)以上未完善的問(wèn)題有所改進(jìn)，給設(shè)計(jì)師提供更大的幫助。
5 結(jié)語(yǔ)
人防地下室與民用建筑的結(jié)合，應(yīng)堅(jiān)持使用功能和戰(zhàn)備效益兼顧的原則，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、戰(zhàn)備效益的有機(jī)結(jié)合。隨著人防地下室設(shè)計(jì)的重要性日益提高，設(shè)計(jì)人員不僅要熟悉有關(guān)操作程序與人防規(guī)范，還要積極了解工程的實(shí)際情況，只有這樣才能在提高計(jì)算和制圖效率的同時(shí)確保結(jié)構(gòu)的安全。
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