人民防空地下室结构设计方法结论

摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，国家对人民防空事业的发展更加重视，要求更加严格，思路更加拓宽，与时俱进，其中加强建设“平战结合”的人民防空地下室重要指导方针。本文根据《人民防空地下室设计规范》并结合设计实例，说明设计过程的标准化和规范化，为大家提供参考。
关键词：防空地下室；荷载确定；结构设计

一、防空地下室荷载确定与结构设计计算方法

防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板以及防护密闭门和密闭门洞口构件等的结构设计。二是防护密闭门和密闭门的防护设计，（属于设备内容，本文不予讨论）。防空地下室的结构设计，在武器爆炸的动荷载作用下的动力分析一般采用等效静荷载方法，但人防结构设计与一般的结构设计有所区别：第一，结构设计的可靠性可以降低；第二，考虑结构的动力响应；第三，结构构件可考虑进入塑性工作状态；第四，材料设计强度可以按相应系数提高(新规范中有明确)；第五，重视构造要求，人防设计的构造要求比平时的建筑结构要求更为严格，故仅仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。
根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则：①根据防空地下室的分类和分级，确定等效人防静荷载取值。新人防规范中的人防工程按照防御的武器可分为甲类和乙类防空工程。甲类工程要求满足其预定的战时对、常规武器和生化武器的各项防护要求；乙类工程要求满足其预定的战时对常规武器、生化武器的各项防护要求。结构设计时，只考虑常规武器和爆炸所产生的冲击波作用。同时，新规范根据抗力分级又可分为：常5 级、常6 级、核4级、核4B 级、核5 级、核6 级和核6B 级。结构的顶板、底板及外墙分别根据防护能力的要求选取计算控制作用的人防荷载来计算结构构件。同时，和平时组合进行比较取控制结果来设计结构构件。一般情况下，结构的顶板和浅埋的外墙基本上都由战时荷载控制，而深埋外墙和底板则因地下室的结构形式的不同而由实际情况确定，一般由平时荷载控制。②只进行强度的验算，由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比来控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算。③只考虑一次袭击。④注意各部件的协调，以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏，失去整个防护建筑的作用。⑤地面与地下承重结构体系要协调，不能出现两者强弱相差较大的情况。
如前所述，人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当在空中爆炸，冲击波传播到地表时，形成反射冲击波，因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播，且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快，当反射阵面终于赶上入射阵面后，则汇合成为一单一的冲击波，即合成波，合成阵面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向传播的，对抗力等级较低的防空地下室来说，所受的冲击波即为这种合成波( 即地面冲击波)。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用，而对于侧壁和底板，因空气冲击波作用于地表，压迫土体并使其产生运动，上层土体受压后连续向下传递压力，这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播，当遇到侧壁或底板的阻挡后，则会产生超压、动压和负压作用，这就是侧壁和底板需考虑的问题。
首先，确定防空地下室的防护等级（级别的确定是根据国家制订的《人民防空工程战术技术要求》确定的，是由人防部门确定后发文给设计单位），再根据防护等级确定人防荷载。以常6 级核6 级甲类防空地下室为例，《某小区防空地下室》在建中。工程概况：该工程平时为地下汽车库，战时为二等人员掩蔽所，单建部分顶板覆土为0.6m，附建部分顶板覆土为1.2m，柱距为5.8m*7.2m，防护等级为常6 级核6 级，框架结构，顶板厚250mm, 外墙厚300mm, 临空墙厚度300mm。其各部位等效静荷载取值分别为：顶板首层外墙为180mm 实心砖填充墙，且墙面开孔面积大于50%，故不计上部建筑物对地面空气冲击波超压作用的影响；根据《人民防空地下室设计规范》4.7.2条，查得在常6 级作用下等效静荷载标准值40KN/m2；根据《规范》4.8.2 条，查得在核6 级作用下等效静荷载标准值70KN/m2；两者比较，该工程顶板由起控制作用。因此，该工程等效荷载标准
值为70KN/m2。上部建筑外墙为填充墙，因此不计入上部建筑物对地面空气冲击波超压值的影响，根据本工程地质条件，人防地下室侧壁范围内为饱和土，根据《规范》

4.7.3 条，查得在常6 级作用下等

效静荷载标准值50KN/m2，根据《规范》4.8.3 条，查得在核6 级作用下等效静荷载标准值55KN/m2；两者比较，该工程外墙由起控制作用。因此，故地下室外墙等效静载荷标准值55KN/m2。该工程采用筏基，设抗浮桩，根据《规范》4.7.4 条，常6 级作用时，底板可不考虑人防荷载作用，根据《规范》4.8.4 条，查得在核6 级作用下等效静荷载标准值55KN/m2；所以，该工程底板由起控制作用。因此，故地下室底板等效静荷载标准值为55KN/m2。门框墙所受荷载由两部分组成，一是直接作用在门框墙上的荷载；二是由门扇传来的荷载标准值，选取方法同顶板，先分别查出对应的常6 级及核6 级的门框墙荷载，在比较大小，确定主控荷载为270KN/m2。依工程实际情况，临空墙的分布位置根据规范中规定常规武器和的荷载进行选取，并比较其大小，选取主控荷载为160KN/m

2、130KN/m2。其它各种防护密闭门、防爆波活门的设计可根据图集来选择。

计算防空地下室结构构件内力的荷载应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等，规范中对防空地下室不

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同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格，结构设计时可根据各工程的结构特点结合表格确定所需进行荷载组合的项目，如《某小区防空地下室》。取顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值（包括覆土、战时不拆迁的固定设备、顶板的自重及其它静荷载）。外墙竖向有顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，外墙自重标准值；横向有核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。柱的设计荷载，在本工程中，将平时和战时的荷载值进行对比不难发现，战时所增加的顶板核爆动荷载标准值小于平时各楼层的活荷载标准值之和，故此柱的配筋不由战时条件控制。
在进行荷载组合时，需要明确两个问题：一是上部建筑物质自重标准值的确定，规范的条文说明中第4.9.3 条已详细说明了各种不同的上部结构形式，在进行荷载组合时可分为全部考虑、考虑一半和不考虑三种情况，设计时应认真分

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析确定。二是顶板的组合中是否考虑上部建筑物的倒塌荷载值，因为倒塌荷载的作用时间滞后于冲击波峰值作用时间，且规范规定的倒塌荷载产生的静荷载值为50KN/m2。小于冲击波对顶板的等效静荷载值，因此在顶板荷载组合中不必计入倒塌荷载值。
在防空地下室结构的设计中，其承载力设计应采用极限状态设计，根据上述特点可看出人防设计的特点( 如前所述)，主要是将战时状态下的内力与平时状态下的内力情况进行比较，取控制内力进行设计。因此，本工程中的顶板、侧壁及人防区域内构件的水平受力由战时控制，底板、基础由平时控制。
求出构件的内力和配筋后，剩下需注意的问题就是构造要求了。《规范》第4.11 节中已作了很详细的规定，结构设计人员只需认真研究体会规范条文的条件和适用范围，结合工程实际情况就
可顺利地完成人防地下室各主要构件的设计了。

二、结 论

通过对人防工程结构设计过程的剖析，结构专业设计应考虑以下问题：
1） 根据民防办批文确定防空地下室的设计类型和抗力等级，确定设计的计算条件。
2） 根据平时使用功能、使用要求、业主的要求、经济性等因素选用结构形式，使结构设计既合理又经济。
3） 根据抗力等级和设计条件，参考《规范》确定各构件的等效人防静力荷载；同时根据荷载大小，经过初步计算和《规范》的规定选择构件的设计尺寸。
4） 通过计算程序求出各构件的内力和配筋，并画出相应的结构施工图。
参考文献
人民防空地下室设计规范.GB50038-2005
混凝土结构设计规范.GB50010-2002