地下室结构设计中人防荷载的运用

 摘要：随着高层建筑物在城市中的不断增加，地下室的数量也随之增长。其中人防地下室是地下室设计中的一个重点。本文根据人防地下室结构在设计上的特点及其需要遵守的设计原则，针对地下室结构人防荷载进行了分析，并对人防荷载的确定、荷载组合和内力的分析、孔口防护和平战转换的设计等进行了论述。就工程设计中的一些问题提出看法和建议。 

　　关键词：地下室设计；人防设计；人防荷载 

　　0 引言 

　　在人民防空工程即人防工程的概念中，一是为保障战争时期人员安全与物资掩蔽、人防指挥、医疗需要等而修建的地下防护建筑。防空地下室是在战争时期用于人民防空的，并且兼具有一定防护能力的地下室。其中防空地下室是整个人防工程中的重要组成部分。与其它人防工程类似，它被要求必须具有国家规定的战时防护能力和各项战时防空功能，是实施战时人民防空保障最重要的物质基础。而对于地下室的设计来说，既要考虑非战争时期地下室荷载较小，需满足地上建筑使用上大空间的问题，又要考虑战时人防时荷载较大，结构上很难满足大空间的需求。这就对在地下室的设计中对人防荷载的计算和应用提出了一定要求。 

　　1 人防设计结构的特点 

　　1.1设计原则 

　　人防结构设计原则可以概括为：平战结合，取控制条件。地下室的人防设计首先应符合人防建设设计与城市建设设计相结合的原则。在平面布局、结构选择、通风排气、采光照明和给水排水等方面，与地上建筑相辅相成。是地下室成为在非战时民用的方便之选，战时军用的安全保障。 

　　1.2地下室的人防主体结构设计 

　　根据地下室人防设计的原则，在设计中可以将其主体结构设计的可靠性可以降低，即一般建筑结构 pf=10%，而人防结构pf=6%。第二、充分考虑结构在动力响应方面的性能。第三、结构主要构件可考虑塑性工作状态。在考虑塑性阶段工作时，构建可否承受更大动力的荷载，决定着其是否能够具有更大的经济意义和国防安全意义。第四、建筑材料设计的强度可以提高。经证明，在高速加载的前提下，材料的力学性能可以发生较明显的改变，这种改变主要表现为材料强度的提高。但是材料的变形性能包括塑性性能等基本保持不变。材料强度的变化对结构设计工作起到有利作用。第五、重视构造。人防设计的许多构造要求是与一般的建筑的结构设计要求有所不同，人防设计的要求与其他建筑设计要求相比更为严格。在普通的民用建筑设计中人防地下室的结构设计荷载，一般只涉及 5 级或6级人防荷载设计，结构的顶板不再考虑范围之内，而是由战时需要改变。 

　　1.3孔口防护设计 

　　所谓孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统。其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道、风井的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计。 

　　门框墙：其所受荷载分为两种，一是直接作用在墙上的荷载力；二是由门扇中转传来的经计算后的等效静载标准值。 

　　临空墙：要根据工程施工中的实际情况取其等效静荷载标准值以实地计算为准。 

　　隔墙：隔墙包括两个类型，一是相邻防护单元间隔墙二是人防地下室与普通地下室相邻间的隔墙。而有关于荷载的其他各种防护密闭门、防爆波活门、扩散室的设计等全部按照规范中有关规定执行，当所有计算后的所有构造构件的等效静荷载值确定后，即可进行结构荷载的计算。人防地下室中每个防护单元的防护设施和内部设备皆自成系统。相邻防护单元之间设置钢筋混凝土防护密闭隔墙，墙上开设门洞处，在其两侧设置防护密闭门。相邻抗爆单元之间设置抗爆隔墙，墙上开设连通口处，在洞口一侧设置防爆挡墙。 

　　染毒区与清洁区之间设置了整体浇注的钢筋混凝土密闭隔墙，厚度 250。并在染毒区一侧墙面用水泥砂浆抹光。防空地下室室内外出口处的临空墙皆为钢筋混凝土浇注，厚300mm。 

　　2孔口防护和平战兼顾 

　　2.1.1孔口防护 

　　风井的设计中只计算土中压缩波的压力，对空气冲击波则不予虑，因两者不会同时作用。下面主要谈谈防护密闭门与消波系统的设计。当空气冲击波到达出入口通道时，虽然有通道出入口的扩散作用，但遇墙体和门的反射作用使作用在门上的总效应大于空气冲击波的压力，约为 2. 0～3. 5 倍。一般工程的防空地下室设置于地下一层。平时为汽车库，战时为六级防护单元，均为二等人员掩蔽所。在人员掩蔽防护单元内设置了战时清洁式、滤毒式和隔绝式通风系统。 

　　2.1.2战时通风方式的转换说明 

　　当接到核生化武器袭击警报后，工程应立即转入隔绝式防护，然后进行隔绝式通风。在隔绝式通风期间，防化专业队伍要通过取样管或测压管取外界空气气样进行化验，查明毒剂的浓度、种类、性质，说明本滤毒器是否能过滤该毒剂。待有人急需进出工程，或室内 CO2 浓度上升至 2.5%以上人员难以忍受时，或者毒剂沿门缝进入工程，达到对隐蔽人员造成最低伤害浓度时，并证明过滤的毒剂且浓度较低时，才可以转入滤毒式通风。待人员出入完毕，获得以改善后，再转入隔绝式通风。 

　　2.1. 3人防排水 

　　在每个防护区战时主要出入口的防毒通道及其防护密闭门以外的通道、次要入口的密闭通道等设有集水坑，有效容积 1.0m3，防毒通道、简易洗消区、扩散室及滤毒室的洗消废水通过防爆地漏排到集水池内；另在人防洁净区内设平战结合的集水坑，人防洁净区内的干厕冲洗废水及盥洗间等废水通过地漏排到平战结合集水池内，由潜水泵统一提升至室外。人防给水管材采用镀锌钢管；排水管材采用给水铸铁管。 

　　2.2战时电源 

　　人防区内设 1 座战时固定电站，安装 2x120kW 战时柴油发电机。战时市电接地下室动力配电箱，战时应急电源接战时固定电站，战时一级负荷由各防护单元应急照明配电箱供电。靠近战时固定电站的人防单元设电力防爆波电缆井，用于战时向区域内零散人防单元送战时电源。 

　　2.3 平战兼顾 

　　顾名思义在地下室人防设计中一定要遵守的设计原则。也是设计中的考虑因素之一。上文提到，鉴于平战兼顾这一原则在防空地下室的设计中消波系统，防爆破门，门墙，顶板等都作出了相应的调整。这都体现了人防荷载在具体设计中的应用。平战兼顾设计是深入贯彻“平战结合”建设方针一个重要环节。 

　　3 影响土中压缩波荷载的因素 

　　3.1结构埋深 

　　众所周知，随着传播距离的上升，土地中压缩波峰值压力近似按指数规律递减，升压时间近似按线性比例递增，其效果是随深度的增加呈下降趋势。所以如果顶板埋置较深的话，即拉伸波到达时间较晚，而之前顶板可能已经达到最大变形程度，因而拉伸波对顶板起不到卸载作用；相反如果埋深较浅的话，由于拉伸波对顶板产生的卸载作用，将会抵消大部分入射波在顶板上作用。根据以上多种影响因素综合考虑，承受压缩波作用的土中浅埋构件，会有一个顶板不利覆土厚度。 

　　3.2土含水量 

　　压缩波荷载与土壤含水量关系极大。当地下室处于地下水位较高的地区，一定要要考虑地下水的对结构的影响。压缩波在饱和土层中传播时很少减弱，同时由于饱和土的压缩性极小，这会大大增加结构所承载的负荷作用。 

　　4 结束语 

　　人防结构在弹性工作阶段，在荷载作用下结构部分构件所产生的变形和位移随荷载作用力的增大而加剧。结构构件在塑性阶段所产生的变型或移位，在荷载刚刚停止作用或者荷载作用并不完全消除掉时，结构构件仍会有残余变形或移位存在，然而正是者使得构件在塑性阶段比弹性阶段能够吸收更多的爆炸引起的能量，这对人防结构抵抗爆动荷载是重要的一项。 

　　参考文献： 

　　[1]《人防地下室设计中的几个问题探讨》 期刊论文 李建 《山西建筑》 2005年08期 

　　[2] 《海油工程总部办公大楼地下人防设计实例 》 期刊论文 崔来强 《城市建设与商业网点 》2009年03期