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【摘 要】随着城市化进程的加快，合理利用地下空间资源促进城市可持续发展已成共识，为人防工程建设提供了良好的契机。本文结合平日设计工作经验对在多层地下室的人防建筑设计中应注意的一些问题进行分析与探讨。
【关键词】人防地下室；平战结合；结构设计
Discussion on some problems in design of civil air defense basement
Zheng Ai-wu1，Wang Yong-hong2
（1.Architecture and Civil Engineering Xi'an Technology University Xi'an Shaanxi 710000；
2.The library of Xi'an Technological University Xi'an Shanxi 710032）
【Abstract】With the city to speed up the process， the rational use of underground space resources to promote the sustainable development of the city has become a consensus， provides a good opportunity for the construction of civil air defense engineering. In this paper， combined with the usual design experience to analyze and discuss some problems that should be paid attention to in the civil architecture design of multi-story basement.
【Key words】Civil air defence basement；Peacetime；Structural design
人防即人民防空，人民防空的任务是根据国防的需要，动员和组织群众采取防护措施，防范和减轻空袭危害。除采取人员防护措施之外，也是战时防空的最重要的措施之一。近年来，防空地下室的数量、面积增长迅速，特别在经济发达的地区和城市，繁华的商业地段成为地下空间开发的热点和焦点。以平战结合为主的防空地下室成为人防工程体量的主要增长点，但由于设计人员对人防设计规范的理解不透彻和不重视，造成工程设计存在许多问题。
1. 人防门的设计问题
1.1 人防门无法完全开启。
《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005（以下简称《规范》）第3.3.7条规定：“防护密闭门和密闭门的门前通道，其净宽和净高应满足门扇的开启和安装要求。当通道尺寸小于规定的门前尺寸时，应采取通道局部加宽、加高的措施。”人防门不是镶嵌在洞口当中的，而是门扇的尺寸大于洞口，如钢筋混凝土门扇与门框墙需要搭接100mm。设计时应注意在人防门开启范围内有无顶板梁、消防管道、管道井及明装消火栓等因素影响，确保人防门门前通道的尺寸能满足人防门的安装和启闭的需要。
1.2 人防门开启方向不利于平时使用。
由于人防门重量大，门扇启闭不便，安装后平时基本上不用，为防止门扇自重过大产生变形，需在门扇下用垫块以支撑门扇自重。当受滤毒室尺寸限制，密闭门需外开时，设计密闭门开启方向还要考虑门框墙加强梁突出墙面的宽度，避免将铰页板浇筑到梁中。
1.3 防护密闭门设置未考虑防护要求。
一般解决方案将门框墙退后一个门扇的厚度，使门扇嵌入墙内设置，门扇的外表面不突出内墙面，或采用在门框墙外侧设立保护门扇的门垛、门楣（宽×厚取值为250×150）。
1.4 平时出入口临战封堵的设计问题。
有的设计将平时出入口临战封堵设在汽车坡道的坡面上，给封堵带来极大不便。由于通车道纵向坡度一般在12%～15%之间，而封堵角钢为直角且要求整个封堵框的平面是垂直面与坡道产生夹角，垂直封堵的地沟长度要求每侧比洞口大150mm，封堵两侧需留有500mm的堆土、叠砂袋的空间，坡道侧墙要设置600mm×1000mm的凹槽，不如直接在坡底利用截水沟设置封堵沟，为施工带来便利。另外封堵处的墙（柱）与梁是否在同一平面，否则也会带来返工的麻烦，同时查看封堵周边空隙是否具备可操作空间。
1.5 口部集水坑设计问题。
（1）《人防规范》第3.4.10条规定：“防空地下室战时主要出入口的防护密闭门外通道內以及进风口的竖井或通道内，应设置洗消污水集水坑。”第3.4.7条第3点“扩散室内应设地漏或集水坑。排风竖井及其扩散室与外界大气相通，不可避免地会受到污染，空袭后理应由防空专业队来洗消，也应设置地漏或集水坑。
（2）一般设计的进、排风竖井及扩散室的尺寸较小，设置集水坑施工比较麻烦，可在竖井及扩散室设防爆波地漏与通道外的集水坑相连。由于阶梯平台比室内高1.5米左右，集水坑设计尺寸一般为1000mm×1000mm×1000mm，此时要将竖井底标高提到与通道标高一致，而不是与室内地坪相平，否则竖井内的防爆波地漏将无法向防护密闭门外的洗消废水集水坑排水。
（3）考虑战时人员洗消的需要，防毒通道内设置集水坑，密闭通道也建议设置集水坑。当战时过滤吸收器需进行更换也如人员一样能及时洗消，在隔绝防护时间内不向外部排水，维持室内外一定的正压差，防止毒剂渗入。
2. 地下室建筑主要构件设计计算要点
2.1 防空地下室结构设计的主要内容包括两个方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其他构件的结构设计，二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消泼系统（防护设备），其中出入口的防护包含密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消泼系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计，而这些内容的设计与一般的结构设计有明显的不同。 2.2 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，材料设计强度可以提高。实验表明，在快速加载的情况下，材料的力学性能发生明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，如钢材强度可提高1.2～1.5倍，对砼强度可提高1.4～1.5倍，这可以在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成，第五，重视构造要求，人防设计的许多构造要求与一般的建筑设计不同，其要求更加严格，故只考虑受力计算，不考虑構造措施是不合理的。
2.3 根据以上结构设计的特点，可以确定防空地下室结构设计的一般原则。（1）平战结合，取控制条件，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则因地下室的结构型式不同而由实际情况确定。
（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的控制，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）只考虑一次核袭击。
（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。
2.4 防空地下室按照战时荷载进行结构计算时，采用塑性内力重分布分析法（弹塑性构件）计算，不考虑风荷载及地震荷载作用，对结构变形、裂缝开展以及地基承载力与地基变形可不进行验算，但需要验算基础承载力强度。所以在防空地下室结构设计过程中，需要就平时和战时两种不同工况下分别计算，取其中最大配筋值。
2.4.1 顶板。
2.4.1.1 顶板荷载的取值有情况：（1）顶板静荷载+活荷载；（2）顶板静荷载+爆炸等效静荷载。第一种工况作用下，顶板及顶板梁应按平时要求计算（整体建模，考虑风和地震荷载作用，验算最大裂缝等）。第二种工况作用下，顶板及顶板梁主要受竖向荷载控制，因此计算仅取一层计算内力，且按塑性极限分析法计算，跨中弯矩调整系数为1.2，支座弯矩调整系数为0.8，不考虑活荷载最不利布置计算，不验算裂缝。最终结果应取两种情况下计算结果的最大值。
2.4.1.2 防空地下室顶板一般采用梁板式和无梁楼盖两种结构形式。无梁楼盖相对梁板结构来说，也有一定优势：（1）造价和梁板结构相差不多，但施工起来比梁板结构方便，工期较短。（2）对于同一位置修建的地下室，决定其造价的关键因素有两个：层高和埋深。例如顶板覆土1.5m，柱跨8m×8m的核6、常6级防空地下室，如果顶板选用梁板结构的话，其梁截面需要0.5m×1.1m左右；因此不难看出顶板选用无梁楼盖的防空地下室在经济上具有较明显的优势，所以在条件允许的前提下，防空地下室顶板结构选型应优先选用无梁楼盖结构形式。
2.4.2 墙体。
人防墙体（包括外墙、临空墙、单元隔墙、密闭隔墙，密闭隔墙不考虑受力计算）主要承受水平向的爆炸荷载作用，计算模型为单向板，下端固端，上端视顶板刚度来定固端或简支。因人防墙体一般都是作为单独构件拿出来计算的，所以在进行结构设计时应特别注意与周边构件的弯矩协调，加强节点构造钢筋，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。
2.4.3 柱子、底板和基础。
一般情况下，这些构件是由平时工况控制配筋：（1）柱子的承载力在人防等效静荷载作用下会跟着材料强度提高而提高1.5倍左右（柱子主要靠混凝土承压）。（2）独立基础底板处于非饱和土时，要先按平时要求进行设计。再在人防等效静荷载作用，材料强度提高的条件下，进行构件承载力强度验算。同时要注意满足《人防规范》4.11节的构造规定。
3. 结束语
防空地下室是关注到平时经济使用和战时保障人民生命财产安全的重要场所，因此作为建筑施工人员，应严格遵守《人民防空地下室设计规范》要求进行设计施工，注意文章上述的施工要点，从长远需要出发，坚持科学的设计方法和施工工艺，为保障人民的生命安全，建设优质的防空地下室。
参考文献
[1] 人民防空地下室设计规范（GB50038-94）[S].2003.
[2] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）[S].
【关键词】人防地下室；平战结合；结构设计
Discussion on some problems in design of civil air defense basement
Zheng Ai-wu1，Wang Yong-hong2
（1.Architecture and Civil Engineering Xi'an Technology University Xi'an Shaanxi 710000；
2.The library of Xi'an Technological University Xi'an Shanxi 710032）
【Abstract】With the city to speed up the process， the rational use of underground space resources to promote the sustainable development of the city has become a consensus， provides a good opportunity for the construction of civil air defense engineering. In this paper， combined with the usual design experience to analyze and discuss some problems that should be paid attention to in the civil architecture design of multi-story basement.
【Key words】Civil air defence basement；Peacetime；Structural design
人防即人民防空，人民防空的任务是根据国防的需要，动员和组织群众采取防护措施，防范和减轻空袭危害。除采取人员防护措施之外，也是战时防空的最重要的措施之一。近年来，防空地下室的数量、面积增长迅速，特别在经济发达的地区和城市，繁华的商业地段成为地下空间开发的热点和焦点。以平战结合为主的防空地下室成为人防工程体量的主要增长点，但由于设计人员对人防设计规范的理解不透彻和不重视，造成工程设计存在许多问题。
1. 人防门的设计问题
1.1 人防门无法完全开启。
《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005（以下简称《规范》）第3.3.7条规定：“防护密闭门和密闭门的门前通道，其净宽和净高应满足门扇的开启和安装要求。当通道尺寸小于规定的门前尺寸时，应采取通道局部加宽、加高的措施。”人防门不是镶嵌在洞口当中的，而是门扇的尺寸大于洞口，如钢筋混凝土门扇与门框墙需要搭接100mm。设计时应注意在人防门开启范围内有无顶板梁、消防管道、管道井及明装消火栓等因素影响，确保人防门门前通道的尺寸能满足人防门的安装和启闭的需要。
1.2 人防门开启方向不利于平时使用。
由于人防门重量大，门扇启闭不便，安装后平时基本上不用，为防止门扇自重过大产生变形，需在门扇下用垫块以支撑门扇自重。当受滤毒室尺寸限制，密闭门需外开时，设计密闭门开启方向还要考虑门框墙加强梁突出墙面的宽度，避免将铰页板浇筑到梁中。
1.3 防护密闭门设置未考虑防护要求。
一般解决方案将门框墙退后一个门扇的厚度，使门扇嵌入墙内设置，门扇的外表面不突出内墙面，或采用在门框墙外侧设立保护门扇的门垛、门楣（宽×厚取值为250×150）。
1.4 平时出入口临战封堵的设计问题。
有的设计将平时出入口临战封堵设在汽车坡道的坡面上，给封堵带来极大不便。由于通车道纵向坡度一般在12%～15%之间，而封堵角钢为直角且要求整个封堵框的平面是垂直面与坡道产生夹角，垂直封堵的地沟长度要求每侧比洞口大150mm，封堵两侧需留有500mm的堆土、叠砂袋的空间，坡道侧墙要设置600mm×1000mm的凹槽，不如直接在坡底利用截水沟设置封堵沟，为施工带来便利。另外封堵处的墙（柱）与梁是否在同一平面，否则也会带来返工的麻烦，同时查看封堵周边空隙是否具备可操作空间。
1.5 口部集水坑设计问题。
（1）《人防规范》第3.4.10条规定：“防空地下室战时主要出入口的防护密闭门外通道內以及进风口的竖井或通道内，应设置洗消污水集水坑。”第3.4.7条第3点“扩散室内应设地漏或集水坑。排风竖井及其扩散室与外界大气相通，不可避免地会受到污染，空袭后理应由防空专业队来洗消，也应设置地漏或集水坑。
（2）一般设计的进、排风竖井及扩散室的尺寸较小，设置集水坑施工比较麻烦，可在竖井及扩散室设防爆波地漏与通道外的集水坑相连。由于阶梯平台比室内高1.5米左右，集水坑设计尺寸一般为1000mm×1000mm×1000mm，此时要将竖井底标高提到与通道标高一致，而不是与室内地坪相平，否则竖井内的防爆波地漏将无法向防护密闭门外的洗消废水集水坑排水。
（3）考虑战时人员洗消的需要，防毒通道内设置集水坑，密闭通道也建议设置集水坑。当战时过滤吸收器需进行更换也如人员一样能及时洗消，在隔绝防护时间内不向外部排水，维持室内外一定的正压差，防止毒剂渗入。
2. 地下室建筑主要构件设计计算要点
2.1 防空地下室结构设计的主要内容包括两个方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其他构件的结构设计，二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消泼系统（防护设备），其中出入口的防护包含密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消泼系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计，而这些内容的设计与一般的结构设计有明显的不同。 2.2 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，材料设计强度可以提高。实验表明，在快速加载的情况下，材料的力学性能发生明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，如钢材强度可提高1.2～1.5倍，对砼强度可提高1.4～1.5倍，这可以在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成，第五，重视构造要求，人防设计的许多构造要求与一般的建筑设计不同，其要求更加严格，故只考虑受力计算，不考虑構造措施是不合理的。
2.3 根据以上结构设计的特点，可以确定防空地下室结构设计的一般原则。（1）平战结合，取控制条件，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则因地下室的结构型式不同而由实际情况确定。
（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的控制，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）只考虑一次核袭击。
（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。
2.4 防空地下室按照战时荷载进行结构计算时，采用塑性内力重分布分析法（弹塑性构件）计算，不考虑风荷载及地震荷载作用，对结构变形、裂缝开展以及地基承载力与地基变形可不进行验算，但需要验算基础承载力强度。所以在防空地下室结构设计过程中，需要就平时和战时两种不同工况下分别计算，取其中最大配筋值。
2.4.1 顶板。
2.4.1.1 顶板荷载的取值有情况：（1）顶板静荷载+活荷载；（2）顶板静荷载+爆炸等效静荷载。第一种工况作用下，顶板及顶板梁应按平时要求计算（整体建模，考虑风和地震荷载作用，验算最大裂缝等）。第二种工况作用下，顶板及顶板梁主要受竖向荷载控制，因此计算仅取一层计算内力，且按塑性极限分析法计算，跨中弯矩调整系数为1.2，支座弯矩调整系数为0.8，不考虑活荷载最不利布置计算，不验算裂缝。最终结果应取两种情况下计算结果的最大值。
2.4.1.2 防空地下室顶板一般采用梁板式和无梁楼盖两种结构形式。无梁楼盖相对梁板结构来说，也有一定优势：（1）造价和梁板结构相差不多，但施工起来比梁板结构方便，工期较短。（2）对于同一位置修建的地下室，决定其造价的关键因素有两个：层高和埋深。例如顶板覆土1.5m，柱跨8m×8m的核6、常6级防空地下室，如果顶板选用梁板结构的话，其梁截面需要0.5m×1.1m左右；因此不难看出顶板选用无梁楼盖的防空地下室在经济上具有较明显的优势，所以在条件允许的前提下，防空地下室顶板结构选型应优先选用无梁楼盖结构形式。
2.4.2 墙体。
人防墙体（包括外墙、临空墙、单元隔墙、密闭隔墙，密闭隔墙不考虑受力计算）主要承受水平向的爆炸荷载作用，计算模型为单向板，下端固端，上端视顶板刚度来定固端或简支。因人防墙体一般都是作为单独构件拿出来计算的，所以在进行结构设计时应特别注意与周边构件的弯矩协调，加强节点构造钢筋，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。
2.4.3 柱子、底板和基础。
一般情况下，这些构件是由平时工况控制配筋：（1）柱子的承载力在人防等效静荷载作用下会跟着材料强度提高而提高1.5倍左右（柱子主要靠混凝土承压）。（2）独立基础底板处于非饱和土时，要先按平时要求进行设计。再在人防等效静荷载作用，材料强度提高的条件下，进行构件承载力强度验算。同时要注意满足《人防规范》4.11节的构造规定。
3. 结束语
防空地下室是关注到平时经济使用和战时保障人民生命财产安全的重要场所，因此作为建筑施工人员，应严格遵守《人民防空地下室设计规范》要求进行设计施工，注意文章上述的施工要点，从长远需要出发，坚持科学的设计方法和施工工艺，为保障人民的生命安全，建设优质的防空地下室。
参考文献
[1] 人民防空地下室设计规范（GB50038-94）[S].2003.
[2] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）[S].