人防地下室設計若干問題探討
發布時間：2012-07-25 共1頁
1.工程簡介：深圳市泰然實業有限公司306高層工業廠房是1棟18層（地下1層）的框架一剪力墻結構的高層工業建筑。建筑面積31200m2，建筑高度79.8m，地震烈度為7度，框架等級為3級，剪力墻等級為2級。地下室面積3908m2，其中含人防面積1390m2，分兩個人防單元，層高4.4m，樁基采用預應力砼管樁。
地下室的設計中考慮人防的問題，有一個平戰結合的問題，即既要考慮平常使用時荷載較小，需滿足建筑使用上大空間的問題，又要考慮人防時荷載較大，結構上很難滿足大空間的問題，如何協調兩種狀態下不同的使用要求，以下講幾點筆者在人防設計方面的一些體會，以資借鑒。
2.人防結構設計的特點
人防即人民防空，人民防空的任務是根據國防的需要，動員和組織群眾采取防護措施，防范和減輕空襲危害。除采取人員疏散的措施之外，也是戰時防空的最重要的措施之一。防空地下室結構設計的主要內容包含兩方面：一是主體結構設計，包括頂板、外側墻、底板等其它構件的結構設計，二是孔口防護設計，包括出入口的防護和消波系統（防護設備），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（包括風井）的計算等采集者退散
幾個方面，而消波系統則包含防爆破活門的選用和擴散室（箱）的設計，那么，這些內容的結構設計與一般的結構設計有何不同呢？
第一、結構設計的可靠性可以降低，一般建筑結構pf≈10，而人防結構pf≈6% ，第二，考慮結構的動力響應，第三，結構構件可考慮進入塑性工作狀態，第四、材料設計 強度可以提高，實驗表明，在快速加載的情況下，這時材料力學性能發生比較明顯的變化，主要表現為強度提高，但變形性能包括塑性性能等基本不變，這對結構工作起到有利作用，例如鋼材強度可提高1.15～1.5倍，對砼強度可提高1.5倍，這是在設計中考慮材料強度綜合調整系數來完成的，第五，重視構造要求，人防設計的許多構造要求是與一般的建筑設計不同的，要求更為嚴格，故僅僅只考慮受力計算，不考慮構造措施是不合理的。
根據以上所述的結構設計的特點，我們可以確定防空地下室結構設計的一般原則，①平戰結合，取控制條件，在民用建筑的人防地下室的結構設計中，一般只涉及5級或6級人防設計，結構的頂板基本上都由戰時控制，而側墻和底板則因地下室的結構型式的不同而由實際情況確定；②只進行強度的驗算，由于在核爆動荷載作用下，結構構件變形極限已用允許延性比的控制，且在確定各種構件允許延性比時，已考慮了對變形的限制，因而在防空地下室結構設計中，不必再單獨對結構構件的變形與裂縫開展進行驗算；③只考慮一次核襲擊；④注意各部件的協調，以免因設計控制標準不一致而導致結構的局部先行破壞，失去整個防護建筑的作用；⑤地面與地下承重結構體系要協調，不能出現兩者強弱相差較大的情況。了解了結構人防設計的特點及原則之后，我們首先就必須確定計算所需的荷載值。
3.人防荷載的確定采集者退散
如前所述，人防地下室結構設計主要考慮抵抗空氣沖擊波。當核武器在空中爆炸時，當沖擊波傳播到地表時，形成反射沖擊波，因反射波是在被入射波壓密和加熱過的空氣中傳播，且壓力又高，所以反射波的傳播速度要比入射波快，當反射波波陣面終于趕上入射波波陣面后，則匯合成為一單一的沖擊波，即合成波，合成波波陣面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向傳播的，對抗力等級較低的防空地下室來說，所受的沖擊波即為這種合成波（即地面沖擊波）。防空地下室的頂板一般就直接承受地面沖擊波的超壓和負壓作用，而對于側壁和底板，因空氣沖作用于地表，壓迫土體并使其產生運動，上層土體受壓后連續向下傳遞壓力，這種土體的壓縮狀態由上向下逐層傳播過程稱為土中壓縮波的傳播，當遇到側壁或底板的阻擋后，則會產生超壓、動壓和負壓作用，這就是側壁和底板需考慮的問題。
本工程人防地下室防護等級為6級（級別的確定是根據國家制訂的《人民防空工程戰術技術要求》確定的，是由人防部門確定后發文予設計單位），采用全埋式現澆鋼筋混凝土人防地下 室，各部位等效靜荷載取值分別為：
3.1頂板：首層外墻為180mm實心磚填充墻，且墻面開孔面積大于50%，故不計上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓作用的影響，等效靜荷載標準值q=60KN/m2.
3.2側墻：上部建筑物為抗震設防的框架—剪力墻結構，故應放入上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓值的影響，根據本工程地質條件，人防地下室側壁范圍內分別有非飽和土和飽和土，取其加權平均值，并考慮周圍基坑支護的阻隔作用，故地下室側壁等效靜載荷標準值q=40KN/m2.
3.3底板：本工程采用樁基礎，當核爆荷載q作用于頂板時，荷載隨板、梁、柱傳至樁上，因人防設計時不考慮地基承載力和地基變形，由q產生的q由樁與底 板共同承受，故小于規范中按箱形地下室底板的等效靜荷載值40～50KN/m2.，與平時荷 載作用下因樁不均勻沉降而產生的底板受力相比，不起控制作用，故不予考慮。
3.4門框墻：所受荷載由兩部分組成，一是直接作用在墻上的荷載qe=200KN/m2.；二是由門扇傳來的等效靜載標準值，分別按門扇的型號、大小計算確定。
3.5臨空墻：依工程實際情況和規范表4.5.7取其等效靜荷載標準值為130KN/m2.
3.6隔墻：隔墻分兩種，一是相鄰防護單元間隔墻的設計壓力值為50KN/m2.；二是6級人防地下室與普通地下室相鄰間的隔墻，其普通地下室一側的設計壓力選用值為90KN/m2.
其它各種防護密閉門、防爆波活門、擴散室的設計壓力均由規范中有關規定選用，當所有構件的等效靜荷載值確定后，即可進行結構計算。
4.荷載組合和內力分析
當空氣沖擊波到達出入口通道時，雖然有通道出入口的擴散作用，但遇墻體和門的反射作用使作用在門上的總效應大于空氣沖擊波的壓力，約為2.0～3.5倍 .為方便工程設計人員，國家將防密門進行系列化處理，依據設計壓力和門洞尺寸就可輕松地選擇定型的防密門。
而消波系統的產生是因為濾毒通風設備所能承受的允許壓力遠小于空氣沖擊波，若其防護措施不能與主體抗力相適應，將直接影響整體工程防護能力。消波系統的基本思想是以堵為主，堵消結合，堵就是采用防爆波活門將沖擊波的大部分阻擋在室外，消就是使從活門孔進入的少量沖擊波通過擴散室的擴散膨脹作用削弱其壓力，使其進入內部的壓力不超過設備的允許壓力，規范表4.9.1給出了消波系統選擇表，可按抗力等級與允許余壓值予以確定，一般 由防爆波活門及擴散室組成，防爆波活門的選用和擴散室各部分尺寸的確定均可在《規范》中找到相應的表格和公式得到落實。這項工作在設計過程中既可由結構專業完成，也可由建筑、通風專業完成。
擴散室前墻即安裝懸板活門的墻面為臨空墻，墻面本身受的荷載及活門傳來荷載均按臨空墻荷載取值，擴散室與土相鄰的頂底板及外墻按土中壓縮波壓力確定荷載。
平戰兼顧設計是深入貫徹“平戰結合”建設方針一個重要環節，由于人防工程是戰時遭受敵襲擊時作為保障城市居民生命安全和堅持工作的一種具有特殊功能要求的建筑物，因此它需要承受的荷載較一般結構大幾十倍至數百倍，而且密閉要求很高，所以在設計中應盡量減小結構跨度，減少并縮小直通大氣的各種孔口，而這種處理原則，恰為平時使用造成諸多困難，《規范》第4.8條中對此點作了指導性的規定，所以具體做法應根據平時和戰時的具體要求和工程本身的實際條件綜合研究確定。
平戰轉換設計的基本原則是：1.工程平戰用途相近；2.轉換工作要小；3一次設計，分兩步施工；4.考慮兼容性和通用性；5.轉換措施要求快速、經濟、簡便、可靠。依據此原則，本工程在設計中，對于戰時封堵設計，曾考慮采用整快砼板（厚80—100mm）封堵出入口，砼板四周包有槽鋼，下部分有滑輪，可在軌道中滑動，平時滑至門邊固定，戰時推動大門封堵出入口，即能保證封堵效果，而且簡單、方便，不占空間，但不屬于人防戰時封堵的常規設計，故后改為預制砼塊，豎向拼接封堵，得到人防審批部門的認可。
地下室的設計中考慮人防的問題，有一個平戰結合的問題，即既要考慮平常使用時荷載較小，需滿足建筑使用上大空間的問題，又要考慮人防時荷載較大，結構上很難滿足大空間的問題，如何協調兩種狀態下不同的使用要求，以下講幾點筆者在人防設計方面的一些體會，以資借鑒。
2.人防結構設計的特點
人防即人民防空，人民防空的任務是根據國防的需要，動員和組織群眾采取防護措施，防范和減輕空襲危害。除采取人員疏散的措施之外，也是戰時防空的最重要的措施之一。防空地下室結構設計的主要內容包含兩方面：一是主體結構設計，包括頂板、外側墻、底板等其它構件的結構設計，二是孔口防護設計，包括出入口的防護和消波系統（防護設備），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（包括風井）的計算等采集者退散
幾個方面，而消波系統則包含防爆破活門的選用和擴散室（箱）的設計，那么，這些內容的結構設計與一般的結構設計有何不同呢？
第一、結構設計的可靠性可以降低，一般建筑結構pf≈10，而人防結構pf≈6% ，第二，考慮結構的動力響應，第三，結構構件可考慮進入塑性工作狀態，第四、材料設計 強度可以提高，實驗表明，在快速加載的情況下，這時材料力學性能發生比較明顯的變化，主要表現為強度提高，但變形性能包括塑性性能等基本不變，這對結構工作起到有利作用，例如鋼材強度可提高1.15～1.5倍，對砼強度可提高1.5倍，這是在設計中考慮材料強度綜合調整系數來完成的，第五，重視構造要求，人防設計的許多構造要求是與一般的建筑設計不同的，要求更為嚴格，故僅僅只考慮受力計算，不考慮構造措施是不合理的。
根據以上所述的結構設計的特點，我們可以確定防空地下室結構設計的一般原則，①平戰結合，取控制條件，在民用建筑的人防地下室的結構設計中，一般只涉及5級或6級人防設計，結構的頂板基本上都由戰時控制，而側墻和底板則因地下室的結構型式的不同而由實際情況確定；②只進行強度的驗算，由于在核爆動荷載作用下，結構構件變形極限已用允許延性比的控制，且在確定各種構件允許延性比時，已考慮了對變形的限制，因而在防空地下室結構設計中，不必再單獨對結構構件的變形與裂縫開展進行驗算；③只考慮一次核襲擊；④注意各部件的協調，以免因設計控制標準不一致而導致結構的局部先行破壞，失去整個防護建筑的作用；⑤地面與地下承重結構體系要協調，不能出現兩者強弱相差較大的情況。了解了結構人防設計的特點及原則之后，我們首先就必須確定計算所需的荷載值。
3.人防荷載的確定采集者退散
如前所述，人防地下室結構設計主要考慮抵抗空氣沖擊波。當核武器在空中爆炸時，當沖擊波傳播到地表時，形成反射沖擊波，因反射波是在被入射波壓密和加熱過的空氣中傳播，且壓力又高，所以反射波的傳播速度要比入射波快，當反射波波陣面終于趕上入射波波陣面后，則匯合成為一單一的沖擊波，即合成波，合成波波陣面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向傳播的，對抗力等級較低的防空地下室來說，所受的沖擊波即為這種合成波（即地面沖擊波）。防空地下室的頂板一般就直接承受地面沖擊波的超壓和負壓作用，而對于側壁和底板，因空氣沖作用于地表，壓迫土體并使其產生運動，上層土體受壓后連續向下傳遞壓力，這種土體的壓縮狀態由上向下逐層傳播過程稱為土中壓縮波的傳播，當遇到側壁或底板的阻擋后，則會產生超壓、動壓和負壓作用，這就是側壁和底板需考慮的問題。
本工程人防地下室防護等級為6級（級別的確定是根據國家制訂的《人民防空工程戰術技術要求》確定的，是由人防部門確定后發文予設計單位），采用全埋式現澆鋼筋混凝土人防地下 室，各部位等效靜荷載取值分別為：
3.1頂板：首層外墻為180mm實心磚填充墻，且墻面開孔面積大于50%，故不計上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓作用的影響，等效靜荷載標準值q=60KN/m2.
3.2側墻：上部建筑物為抗震設防的框架—剪力墻結構，故應放入上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓值的影響，根據本工程地質條件，人防地下室側壁范圍內分別有非飽和土和飽和土，取其加權平均值，并考慮周圍基坑支護的阻隔作用，故地下室側壁等效靜載荷標準值q=40KN/m2.
3.3底板：本工程采用樁基礎，當核爆荷載q作用于頂板時，荷載隨板、梁、柱傳至樁上，因人防設計時不考慮地基承載力和地基變形，由q產生的q由樁與底 板共同承受，故小于規范中按箱形地下室底板的等效靜荷載值40～50KN/m2.，與平時荷 載作用下因樁不均勻沉降而產生的底板受力相比，不起控制作用，故不予考慮。
3.4門框墻：所受荷載由兩部分組成，一是直接作用在墻上的荷載qe=200KN/m2.；二是由門扇傳來的等效靜載標準值，分別按門扇的型號、大小計算確定。
3.5臨空墻：依工程實際情況和規范表4.5.7取其等效靜荷載標準值為130KN/m2.
3.6隔墻：隔墻分兩種，一是相鄰防護單元間隔墻的設計壓力值為50KN/m2.；二是6級人防地下室與普通地下室相鄰間的隔墻，其普通地下室一側的設計壓力選用值為90KN/m2.
其它各種防護密閉門、防爆波活門、擴散室的設計壓力均由規范中有關規定選用，當所有構件的等效靜荷載值確定后，即可進行結構計算。
4.荷載組合和內力分析
當空氣沖擊波到達出入口通道時，雖然有通道出入口的擴散作用，但遇墻體和門的反射作用使作用在門上的總效應大于空氣沖擊波的壓力，約為2.0～3.5倍 .為方便工程設計人員，國家將防密門進行系列化處理，依據設計壓力和門洞尺寸就可輕松地選擇定型的防密門。
而消波系統的產生是因為濾毒通風設備所能承受的允許壓力遠小于空氣沖擊波，若其防護措施不能與主體抗力相適應，將直接影響整體工程防護能力。消波系統的基本思想是以堵為主，堵消結合，堵就是采用防爆波活門將沖擊波的大部分阻擋在室外，消就是使從活門孔進入的少量沖擊波通過擴散室的擴散膨脹作用削弱其壓力，使其進入內部的壓力不超過設備的允許壓力，規范表4.9.1給出了消波系統選擇表，可按抗力等級與允許余壓值予以確定，一般 由防爆波活門及擴散室組成，防爆波活門的選用和擴散室各部分尺寸的確定均可在《規范》中找到相應的表格和公式得到落實。這項工作在設計過程中既可由結構專業完成，也可由建筑、通風專業完成。
擴散室前墻即安裝懸板活門的墻面為臨空墻，墻面本身受的荷載及活門傳來荷載均按臨空墻荷載取值，擴散室與土相鄰的頂底板及外墻按土中壓縮波壓力確定荷載。
平戰兼顧設計是深入貫徹“平戰結合”建設方針一個重要環節，由于人防工程是戰時遭受敵襲擊時作為保障城市居民生命安全和堅持工作的一種具有特殊功能要求的建筑物，因此它需要承受的荷載較一般結構大幾十倍至數百倍，而且密閉要求很高，所以在設計中應盡量減小結構跨度，減少并縮小直通大氣的各種孔口，而這種處理原則，恰為平時使用造成諸多困難，《規范》第4.8條中對此點作了指導性的規定，所以具體做法應根據平時和戰時的具體要求和工程本身的實際條件綜合研究確定。
平戰轉換設計的基本原則是：1.工程平戰用途相近；2.轉換工作要小；3一次設計，分兩步施工；4.考慮兼容性和通用性；5.轉換措施要求快速、經濟、簡便、可靠。依據此原則，本工程在設計中，對于戰時封堵設計，曾考慮采用整快砼板（厚80—100mm）封堵出入口，砼板四周包有槽鋼，下部分有滑輪，可在軌道中滑動，平時滑至門邊固定，戰時推動大門封堵出入口，即能保證封堵效果，而且簡單、方便，不占空間，但不屬于人防戰時封堵的常規設計，故后改為預制砼塊，豎向拼接封堵，得到人防審批部門的認可。
