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【摘 要】改革开放以来，城市地下空间的开发与利用越来越受到人们的重视，人们对城市综合防灾抗灾、防空袭能力的要求也越来越高。随着我国国民经济的高速持续发展，城市建设规模和建设水平不断地提高，作为与经济建设协调发展、与城市建设相结合的人民防空工程建设，尤其是人民防空地下室工程的建设将得到空前的发展。
【关键词】人防地下室；结构设计；
引言：
近年来，我国经济发展迅速，城市建设不断扩大，城市地下空间是一个十分巨大而丰富的空间资源，对于解决城市土地资源匮乏，缓解城市建筑密度都是非常有效的，因此，城市地下空间的开发与利用也越来越重要。地下人防工程作为国家建设的重要组成部分，平时可满足人们正常的使用需求，战时能够保护人们生命财产的安全。因此，人防地下室的结构设计尤为重要，人防地下室的结构设计直接关系到人防工程的使用功能、使用寿命和战时人们生命财产的安全。
1、人防地下室的防护原则
1.1人防地下室抗力分级
人防结构设计所依据的计算杀伤武器即抗力要求，是工程战术技术要求的重要组成部分。工程抗力要求一般应由上级领导机关或工程建设单位在下达的命令或工程任务书中提出。
1.2 人防地下室工程防护的原则
（1）一次作用的原则
人防地下室抵抗常规武器或抵抗核武器作用时，只分别考虑一次作用。
（2）综合防护的原则
人防地下室应能抗御核爆炸空气冲击波及热辐射、早期核辐射、放射性沾染的作用；人防地下室应能抗御化学武器和生物武器的作用，以及杀伤破坏武器引起的其他次生灾害的作用。
（3）等生存能力的原则
人防地下室各组成部分应具有相等的生存能力，保证工程达到整体均衡的保护。
2、人防地下室结构设計的特点
2.1人防地下室“破坏”的概念
人防工程的防护任务，包括对人员、装备和重要设备与物资的防护。因此，人防工程“破坏”，应广义地理解为工程在抵御战时袭击要求的条件下，以可以允许的最低限度已不能完成其预定的功能。由此可见，人防工程的破坏类型，应包括结构的局部破坏，或整体的破坏，工程的作用丧失或功能损坏等。
2.2人防结构设计的极限状态
人防工程结构的直接破坏，可能是由于达到以下几种工作极限状态，而影响人防工程完成预定的功能。
（1）承载力的极限状态：在常规武器的冲击爆炸和核爆炸空气冲击波的整体作用下，不允许产生整体破坏（弹性和塑性工作阶段）的人防结构。
（2）局部作用的极限状态：对常规武器作用下不允许产生局部破坏的人防结构。
（3）密闭（裂缝开展）的极限状态：对在爆炸动载作用下，要求不出现贯穿裂缝的密闭人防结构。
（4）稳定的极限状态：对不允许有整体滑动或倾覆的人防结构。
此外，一些特殊的人防工程还可能对早期核辐射、爆炸震动、电磁脉冲等方面提出要求。
2.3人防地下室设计的特点
对人防工程结构的“作用”，虽然在平时正常使用时承受的静荷载占有一定的或相当多的比重，但战时炮航弹冲击爆炸或核武器爆炸产生的动荷载，仍然是计算人防结构的主要荷载。这种作用的效应又有别于一般的工业与民用建筑的情况，而且与《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB 50068-2001所明确的偶然作用的爆炸荷载，既相似又不完全相同。因此，人防结构设计具有以下不同于一般民用工程的特点：
（1）多层或高层地面建筑的人防地下室结构，是整个建筑结构体系的一部分，不仅要满足战时的抗力，而且应满足平时使用的结构要求，即人防地下室结构设计应同时满足平时和战时两种不同荷载效应组合的要求。
（2）钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段设计。
在静力作用下，构件一般不允许因超过弹性范围而形成机动体系，否则在静载持续作用下，构件变形将不断发展，直至破坏。但在核爆动荷载作用下，构件即使进入塑性屈服状态而变为机动体系，只要动荷载引起的最大变形不超过允许最大变形，则在这种瞬间动荷载作用消失以后，由于阻尼影响，其振动变形将不断衰减，最后能达到某一静止平衡状态，此时，结构虽然出现一些残余变形，但仍具有承载能力。
由于构件在塑性阶段工作可比仅在弹性阶段工作吸取更多的能量，因此可充分发挥材料潜力，如钢筋混凝土受弯构件，在屈服后还要经历很大变形才会完全坍塌，因此考虑塑性阶段工作，可承受更大动力荷载，有较大经济意义。
在人防地下室结构设计中，对只考虑弹性阶段工作的结构构件称为弹性工作阶段设计。如砖砌体外墙，由于砌体属脆性材料，所以设计中按弹性工作阶段考虑。对于既考虑弹性阶段工作，又考虑塑性阶段工作的结构构件称为弹塑性工作阶段设计，如钢筋混凝土的顶板、外墙、临空墙等。因此在动荷载作用下，对人防地下室中钢筋混凝土结构构件来说，处于屈服后开裂状态仍属正常的工作状态，这点与静力作用下结构构件所处的状态有很大的不相同。
（3）材料设计强度可提高。
实验表明，加载速率直接影响材料的力学性能，在爆炸动荷载作用下，结构构件所经受的是毫秒级快速变形过程，与标准静载试验速度相比要快千百倍，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，初始施加的静应力即使高达70%屈服应力，然后再加动荷载，此时材料强度的提高比值仍与单独施加瞬间动载时一致。所以在设计中当爆炸动荷载与静荷载同时作用时，仍可取同样的动力强度提高系数。
（4）应重视人防结构的构造要求。
应当明确，承受荷载作用的结构（包括人防结构和民用结构）是不能仅仅考虑构件强度设计来满足设计要求的，还应着眼于最后的整体破坏形态，提高抗塌毁的性能，必要的构造规定与计算分析有同样的重要性。 人防结构构件还需有延性，构件如不能保证足够的延性，将会出现屈服后的次生剪坏。采取一定的构造措施，提高屈服截面的抗剪性能仍是一个重要问题。
另外，人防结构是在大变形状态下工作的，所以民用规范中有关钢筋混凝土的一般构造不适用于人防结构，如跨中拉筋伸入支座的锚固长度要增加，钢筋搭接截面和最大受力截面处的箍筋间距要加密，主筋最小配筋率和最小配箍率要适当提高等。
（5）在武器爆炸动荷载作用下，结构可只进行强度计算，不进行结构变形、裂缝开展、地基承载力和地基变形计算，这是因为结构变形和结构裂缝已通过结构的延性比来控制；在动载作用下，地基承载力有较大提高，同时安全储备也可取较低值，在这种瞬间荷载作用下，一般不会产生因地基失效引起结构的破坏。因此人防地下室结构在动荷载作用下，可不验算上述计算。
（6）人防地下室的结构体系布置，必须考虑地面建筑结构体系。
墙、柱等承重结构，应尽量与地面建筑物的承重结构相互对应，以使地面建筑物的荷载通过人防地下室的承重结构直接传递到地基上。
（7）地面多层或高层建筑物，对于普通爆破航弹、核爆炸冲击波和早期核辐射等破坏因素都要一定的削弱作用，设计人防地下室时可考虑这一因素。
但地面建筑物在战时又极易发生火灾，使地面空气温度高达几百度以上，而且二氧化碳、一氧化碳等有害气体含量大量增加，对于密闭性能不好的工程，将造成室内人员的伤害，或形成人员不能忍受的热环境。地面建筑物的倒塌，会造成人防地下室出入口的堵塞，所以在室外的战时主要出入口，应设置在地面建筑物的倒塌范围之外。因条件限制需设在倒塌范围以内时，应采用防倒塌棚架。
（8）平战结合的人防地下室应满足平时使用的要求。
当平时使用要求与战时防护要求不一致时，应采取平战功能转换措施。采取的转换措施应能在規定的时限内完成人防地下室的功能转换。
3、人防地下室结构设计的一般规定
（1）人防地下室结构设计，一般包括防常规武器、核爆炸荷载和早期核辐射的防护设计，及承受静荷载的结构设计。工程的人防地下室结构设计，按战术技术要求规定的杀伤武器一次作用，分别计算，不考虑炮航弹与核武器的同时或重复作用。工程各部位的抗力，以及主体结构、防护门和消波系统之间的抗力应相互适应。
（2）人防地下室结构按整体作用设计的设计荷载包括：
动荷载：炮航弹的爆炸荷载；核爆炸空气冲击波超压、动压和负压，或岩土中的压缩波荷载。个别重要的工程应考虑核爆炸直接地冲击引起的动荷载。
（3）人防地下室结构设计对每种预期的杀伤破坏武器，只考虑一次袭击作用。
（4）人防工程承受静荷载的结构，应按国家现行有关规范设计；承受动荷载或动、静荷载同时作用的结构，按《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005设计，但对人防工程的平时荷载，结构还应按静荷载单独作用验算。
（5）结构构件的强度计算遵照现行民用建筑的结构设计规范进行；动荷载作用下的结构构件截面强度计算的各种分项系数和建材的物理力学指标，可按现行人防工程设计规范的有关内容确定。
（6）结构的建筑材料，一般采用混凝土、钢筋混凝土或砖、石砌体，在满足设计要求的前提下，就地取材。
4、结语
随着我国城市化进程的不断推进，地下人防工程建设也逐渐被人们重视起来，其不仅能够有效降低建筑工程的建设成本，而且还能够在一定程度上保护人们的生命和财产安全。因此，我们在进行人防工程结构设计时应该选用合理的结构形式，采取恰当的计算方法，充分利用计算机电算程序，做到既简化计算又要与工程的实际情况符合，使工程达到安全、经济的目的。
参考文献：
[1]曹继勇 张尚根.人民防空地下室结构设计.中国计划出版社，2006
【关键词】人防地下室；结构设计；
引言：
近年来，我国经济发展迅速，城市建设不断扩大，城市地下空间是一个十分巨大而丰富的空间资源，对于解决城市土地资源匮乏，缓解城市建筑密度都是非常有效的，因此，城市地下空间的开发与利用也越来越重要。地下人防工程作为国家建设的重要组成部分，平时可满足人们正常的使用需求，战时能够保护人们生命财产的安全。因此，人防地下室的结构设计尤为重要，人防地下室的结构设计直接关系到人防工程的使用功能、使用寿命和战时人们生命财产的安全。
1、人防地下室的防护原则
1.1人防地下室抗力分级
人防结构设计所依据的计算杀伤武器即抗力要求，是工程战术技术要求的重要组成部分。工程抗力要求一般应由上级领导机关或工程建设单位在下达的命令或工程任务书中提出。
1.2 人防地下室工程防护的原则
（1）一次作用的原则
人防地下室抵抗常规武器或抵抗核武器作用时，只分别考虑一次作用。
（2）综合防护的原则
人防地下室应能抗御核爆炸空气冲击波及热辐射、早期核辐射、放射性沾染的作用；人防地下室应能抗御化学武器和生物武器的作用，以及杀伤破坏武器引起的其他次生灾害的作用。
（3）等生存能力的原则
人防地下室各组成部分应具有相等的生存能力，保证工程达到整体均衡的保护。
2、人防地下室结构设計的特点
2.1人防地下室“破坏”的概念
人防工程的防护任务，包括对人员、装备和重要设备与物资的防护。因此，人防工程“破坏”，应广义地理解为工程在抵御战时袭击要求的条件下，以可以允许的最低限度已不能完成其预定的功能。由此可见，人防工程的破坏类型，应包括结构的局部破坏，或整体的破坏，工程的作用丧失或功能损坏等。
2.2人防结构设计的极限状态
人防工程结构的直接破坏，可能是由于达到以下几种工作极限状态，而影响人防工程完成预定的功能。
（1）承载力的极限状态：在常规武器的冲击爆炸和核爆炸空气冲击波的整体作用下，不允许产生整体破坏（弹性和塑性工作阶段）的人防结构。
（2）局部作用的极限状态：对常规武器作用下不允许产生局部破坏的人防结构。
（3）密闭（裂缝开展）的极限状态：对在爆炸动载作用下，要求不出现贯穿裂缝的密闭人防结构。
（4）稳定的极限状态：对不允许有整体滑动或倾覆的人防结构。
此外，一些特殊的人防工程还可能对早期核辐射、爆炸震动、电磁脉冲等方面提出要求。
2.3人防地下室设计的特点
对人防工程结构的“作用”，虽然在平时正常使用时承受的静荷载占有一定的或相当多的比重，但战时炮航弹冲击爆炸或核武器爆炸产生的动荷载，仍然是计算人防结构的主要荷载。这种作用的效应又有别于一般的工业与民用建筑的情况，而且与《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB 50068-2001所明确的偶然作用的爆炸荷载，既相似又不完全相同。因此，人防结构设计具有以下不同于一般民用工程的特点：
（1）多层或高层地面建筑的人防地下室结构，是整个建筑结构体系的一部分，不仅要满足战时的抗力，而且应满足平时使用的结构要求，即人防地下室结构设计应同时满足平时和战时两种不同荷载效应组合的要求。
（2）钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段设计。
在静力作用下，构件一般不允许因超过弹性范围而形成机动体系，否则在静载持续作用下，构件变形将不断发展，直至破坏。但在核爆动荷载作用下，构件即使进入塑性屈服状态而变为机动体系，只要动荷载引起的最大变形不超过允许最大变形，则在这种瞬间动荷载作用消失以后，由于阻尼影响，其振动变形将不断衰减，最后能达到某一静止平衡状态，此时，结构虽然出现一些残余变形，但仍具有承载能力。
由于构件在塑性阶段工作可比仅在弹性阶段工作吸取更多的能量，因此可充分发挥材料潜力，如钢筋混凝土受弯构件，在屈服后还要经历很大变形才会完全坍塌，因此考虑塑性阶段工作，可承受更大动力荷载，有较大经济意义。
在人防地下室结构设计中，对只考虑弹性阶段工作的结构构件称为弹性工作阶段设计。如砖砌体外墙，由于砌体属脆性材料，所以设计中按弹性工作阶段考虑。对于既考虑弹性阶段工作，又考虑塑性阶段工作的结构构件称为弹塑性工作阶段设计，如钢筋混凝土的顶板、外墙、临空墙等。因此在动荷载作用下，对人防地下室中钢筋混凝土结构构件来说，处于屈服后开裂状态仍属正常的工作状态，这点与静力作用下结构构件所处的状态有很大的不相同。
（3）材料设计强度可提高。
实验表明，加载速率直接影响材料的力学性能，在爆炸动荷载作用下，结构构件所经受的是毫秒级快速变形过程，与标准静载试验速度相比要快千百倍，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，初始施加的静应力即使高达70%屈服应力，然后再加动荷载，此时材料强度的提高比值仍与单独施加瞬间动载时一致。所以在设计中当爆炸动荷载与静荷载同时作用时，仍可取同样的动力强度提高系数。
（4）应重视人防结构的构造要求。
应当明确，承受荷载作用的结构（包括人防结构和民用结构）是不能仅仅考虑构件强度设计来满足设计要求的，还应着眼于最后的整体破坏形态，提高抗塌毁的性能，必要的构造规定与计算分析有同样的重要性。 人防结构构件还需有延性，构件如不能保证足够的延性，将会出现屈服后的次生剪坏。采取一定的构造措施，提高屈服截面的抗剪性能仍是一个重要问题。
另外，人防结构是在大变形状态下工作的，所以民用规范中有关钢筋混凝土的一般构造不适用于人防结构，如跨中拉筋伸入支座的锚固长度要增加，钢筋搭接截面和最大受力截面处的箍筋间距要加密，主筋最小配筋率和最小配箍率要适当提高等。
（5）在武器爆炸动荷载作用下，结构可只进行强度计算，不进行结构变形、裂缝开展、地基承载力和地基变形计算，这是因为结构变形和结构裂缝已通过结构的延性比来控制；在动载作用下，地基承载力有较大提高，同时安全储备也可取较低值，在这种瞬间荷载作用下，一般不会产生因地基失效引起结构的破坏。因此人防地下室结构在动荷载作用下，可不验算上述计算。
（6）人防地下室的结构体系布置，必须考虑地面建筑结构体系。
墙、柱等承重结构，应尽量与地面建筑物的承重结构相互对应，以使地面建筑物的荷载通过人防地下室的承重结构直接传递到地基上。
（7）地面多层或高层建筑物，对于普通爆破航弹、核爆炸冲击波和早期核辐射等破坏因素都要一定的削弱作用，设计人防地下室时可考虑这一因素。
但地面建筑物在战时又极易发生火灾，使地面空气温度高达几百度以上，而且二氧化碳、一氧化碳等有害气体含量大量增加，对于密闭性能不好的工程，将造成室内人员的伤害，或形成人员不能忍受的热环境。地面建筑物的倒塌，会造成人防地下室出入口的堵塞，所以在室外的战时主要出入口，应设置在地面建筑物的倒塌范围之外。因条件限制需设在倒塌范围以内时，应采用防倒塌棚架。
（8）平战结合的人防地下室应满足平时使用的要求。
当平时使用要求与战时防护要求不一致时，应采取平战功能转换措施。采取的转换措施应能在規定的时限内完成人防地下室的功能转换。
3、人防地下室结构设计的一般规定
（1）人防地下室结构设计，一般包括防常规武器、核爆炸荷载和早期核辐射的防护设计，及承受静荷载的结构设计。工程的人防地下室结构设计，按战术技术要求规定的杀伤武器一次作用，分别计算，不考虑炮航弹与核武器的同时或重复作用。工程各部位的抗力，以及主体结构、防护门和消波系统之间的抗力应相互适应。
（2）人防地下室结构按整体作用设计的设计荷载包括：
动荷载：炮航弹的爆炸荷载；核爆炸空气冲击波超压、动压和负压，或岩土中的压缩波荷载。个别重要的工程应考虑核爆炸直接地冲击引起的动荷载。
（3）人防地下室结构设计对每种预期的杀伤破坏武器，只考虑一次袭击作用。
（4）人防工程承受静荷载的结构，应按国家现行有关规范设计；承受动荷载或动、静荷载同时作用的结构，按《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005设计，但对人防工程的平时荷载，结构还应按静荷载单独作用验算。
（5）结构构件的强度计算遵照现行民用建筑的结构设计规范进行；动荷载作用下的结构构件截面强度计算的各种分项系数和建材的物理力学指标，可按现行人防工程设计规范的有关内容确定。
（6）结构的建筑材料，一般采用混凝土、钢筋混凝土或砖、石砌体，在满足设计要求的前提下，就地取材。
4、结语
随着我国城市化进程的不断推进，地下人防工程建设也逐渐被人们重视起来，其不仅能够有效降低建筑工程的建设成本，而且还能够在一定程度上保护人们的生命和财产安全。因此，我们在进行人防工程结构设计时应该选用合理的结构形式，采取恰当的计算方法，充分利用计算机电算程序，做到既简化计算又要与工程的实际情况符合，使工程达到安全、经济的目的。
参考文献：
[1]曹继勇 张尚根.人民防空地下室结构设计.中国计划出版社，2006