摘要：結合工程實例，從設計特點、原則、方法等方面對人防地下室結構設計作了簡要闡述，為繁雜的人防地下室結構設計提供了清晰的思路。
關鍵詞：人防地下室；；結構設計方法；工程應用
人防地下室是為戰(zhàn)時服務，為保障人民防空指揮、通信、掩蔽等需要具有預定戰(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，人防地下室結構設計應考慮常規(guī)武器和核武器爆炸動荷載的作用，還要考慮平戰(zhàn)轉換的要求，滿足平時和戰(zhàn)時兩種不同荷載效應的組合情況。在進行人防地下室結構設計時如何考慮平時和戰(zhàn)時的荷載作用，是結構設計人員最為關注的問題。
1.人防地下室結構設計方法
1.1人防工程結構的設計特點
與普通地下室相比，防空地下室結構設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構構件，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構構件，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。此外防空地下室內部的墻、柱等構件則間接承受圍護結構及上部結構爆炸動荷載作用。
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(tǒng)（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）的設計，那么，這些內容的結構設計與一般的結構抗震設計有何不同呢？
一般結構抗震設計方法通常為“三水準、二階段”的設計方法，設防目標為“小震不壞，中震可修，大震不倒”。為實現設防目標取小震下地震動參數計算結構彈性下的地震作用效應，進行截面承載力驗算。第二階段是大震下的結構彈塑性變形驗算。并通過概念設計和抗震構造措施來滿第三水準的設計要求。
人防結構設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，結構構件振型與相應靜荷載作用下?lián)锨�很相近，且動荷載作用下結構構件的破壞規(guī)律與相應靜荷載作用下破壞規(guī)律基本一致，所以在動力分析時，可將結構構件簡化為單自由度體系，用動力系數乘以動荷載峰值得到等效靜荷載，這時結構構件在等效靜荷載作用下的各項內力就是動荷載作用下相應內力的最大值。按等效靜荷載分析計算的模式代替動力分析，給防空地下室結構設計帶來很大方便。采用等效靜荷載分析時，為滿足抗力要求，結構材料參數應乘以材料強度綜合調整系數。最后結構構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，即可認為滿足防護和密閉要求。
人防設計與抗震結構設計的設計原則一樣：
結構應盡可能有足夠的延性，避免脆性破壞，鋼筋砼結構構件均應采取“強柱弱梁”“強剪弱彎”的設計原則。
各結構構件抗力相協(xié)調的原則，避免出現薄弱部位。防空地下室的結構，應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，結構各部位（如出入口和主體結構）都能正常地工作，防止由于存在個別薄弱環(huán)節(jié)致使整個結構抗力明顯降低。如果某個部位失效，將導致整個人防區(qū)失效。同樣抗震設計也十分強調避免出現薄弱環(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致建筑物倒塌，產生嚴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，結構構件承受動荷載時已經處于彈塑性工作階段，因此，結構構件具有較大的延性，對吸收動能，抵抗動荷載是十分有利的。人防結構設計時，構造上應采取“強剪弱彎” “強柱弱梁”“強節(jié)點弱桿件”的設計原則。如可充分利用受彎構件和大偏心受壓構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擔，確保結構在屈服前不出現剪切破壞和屈服后有足夠的延性，最終形成塑性破壞，提高結構的整體承載能力；又如受彎構件應雙面配筋，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件坍塌十分重要，另外在節(jié)點區(qū)應有足夠的抗剪、抗壓能力和足夠的鋼筋錨固長度。上述這些措施和抗震設計的原則是一致的。
1.2人防工程結構設計的原則
防空地下室設計必須貫徹“長期準備、重點建設、平戰(zhàn)結合”的方針，并應堅持人防建設與經濟建設協(xié)調發(fā)展、與城市建設相結合的原則。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。同時也應考慮平時為城市生產、生活服務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、建筑標準、平戰(zhàn)轉換等問題，地下、地上綜合考慮確定。對于人防工程的結構設計，其原則主要有：
�。�1）防空地下室的主體結構、出入口部、孔口和防護設備等應根據防護要求和受力情況做到各個部位抗力相協(xié)調，防止出現由于局部破壞而影響主體結構的防護密閉性。
�。�2）城市地下空間結建式人防工程的開發(fā)，多是以經濟利益為主，常常忽略人防工程的出入口防倒塌問題，多數出入口設置在建筑物倒塌范圍之內，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換設計。這些對戰(zhàn)時人防工程出入口構成了安全隱患，需要設計時合理布局出入口。
（3）防空地下室結構在滿足設計抗力的前提下，對鋼筋混凝土結構構件應采用“強柱弱梁”和“強剪弱彎”的設計原則進行設計。
�。�4）防空地下室應充分利用受彎構件和大偏心受壓構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擔，確保結構在屈服前不出現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，從而提高結構的整體承載能力。 �。�5）受彎構件應雙面配筋。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件坍塌十分重要。
（6）人防地下室外墻為一側與室外巖土接觸，直接承受土中壓縮波作用，另一側為防空地下室內部的墻體。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；底板剛度遠大于外墻時，外墻下部支座可視作固定端，各構件之間支座條件應相互協(xié)調一致，需注意配筋及構造應與實際受力狀況相符。
2.工程應用
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構，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構，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，設計使用年限為50 年，基礎采用平板筏基，地基基礎設計等級為乙級。根據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，該工程須應設置防空地下室面積為3226m2。
人民防空地下室設計規(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計的，因此在設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)內部的環(huán)境綠化問題，在地下室頂板上設置了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，地下室內沒有設置沉降縫和伸縮縫，是設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、外層鋼筋之間設置一定數量的拉結筋。
3.結語
人防地下室的結構設計是一個綜合性很強的問題，涉及內容繁多且復雜，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構設計的技術問題，總結設計經驗，提高設計水平。
參考文獻：
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