浅谈人防结构设计要点

胡润芥，孙波

（1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽 马鞍山 243000；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽 马鞍山 243000；3.金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心，安徽 马鞍山 243000；4.北京华建项目管理有限公司，北京 100000）

1 概论及重要性

人民防空，是指动员和组织人民群众防备敌人空中袭击、消除空袭后果所采取的措施和行动。人防工程建设必须贯彻“长期准备、重点建设、平战结合”的方针，并坚持人防建设与经济建设协调发展、与城市建设相结合的原则。

进入21世纪以后，随着我国国民经济快速发展，城市建设水平的不断提高，人民对人民防空意识也愈加重视，人防工程是战时可以有效保护城市居民的重要设施，同时对开发和利用城市地下空间，促进城市建设和经济发展，增强城市的综合防护能力都具有重要作用，同时人防工程建设也是城市建设的重要组成部分。

2 结构受力和计算原理

人防工程承受的武器包括常规武器和核武器，均考虑一次爆炸产生的破坏作用，且均通过空气冲击波和岩土中的压缩波对人防工程结构产生作用，常规武器在空气中和岩土中的空气冲击波荷载见图1、图2。

核武器在空气中和岩土中的空气冲击波荷载见图3、图4。

图2

图1

图4

图3

根据冲击波的特性，人防工程口部设计的不同对冲击波产生的荷载有很大的不同。这就需要建筑在设计人防口部时除满足建筑功能要求外尽量采取安全合理的出口形式。

人防结构设计时，爆炸产生的空气冲击波作用到人防主体结构形成瞬间动荷载，动荷载再根据规范转化为静荷载，以方便进行结构计算。人防工程的结构计算除需考虑承载能力极限状态外还应考虑局部作用的极限状态，并考虑平时和战时两种不同荷载效应组合的要求，战时受荷情况下钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段设计允许屈服后适当的开裂，材料强度也可以适当提高，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。

3 人防工程设计的要点

①人防工程结构设计前须先对建筑图充分消化。在收到建筑工种图时，不可不加以消化就开始盲目计算，应对建筑的口部设计、防护单元、抗爆单元的划分进行校对，看其是否满足现行规范、是否做到合理布局、安全经济等，不合理的部分应会同建筑协商解决。

②确认建筑图之后，最重要的就是对人防结构构件进行准确的定义，人防地下室外墙与普通地下室外墙需区分开，临空墙、扩散室墙、扩散室前墙、防护单元隔墙、门框墙等。

③正确的定义人防结构构件是进行后续的人防荷载取值及计算的前提。确定好结构构件后荷载的取值参照规范查表即可，此处需注意的是结构计算时的荷载组合方式。

④还有一个要点就是构造设计，所有构件均须满足构造要求，构造对混凝土厚度及等级的要求可以保证构件受力满足要求的同时，也可以起到有效防止核辐射和热辐射等的作用。构件钢筋的构造要求可以保证人防结构在受到爆炸冲击的时候有足够的延性。

4 具体案例

马鞍山市宝雅花园按规划要求在地下室局部设置人防地下室，防常规武器、核武器抗力等级均为6级，地下室为框架结构，人防外围地下室外墙及人防范围边墙采用混凝土墙，上部为框架结构，人防口部部分构件定义如下。根据人防规范，未计入上部建筑物对外墙荷载影响，平面简图如图5。

图 5

具体等效静荷载取值如下：

（等静k效载N/m构3）件入墙临外（口空出室）墙 入临外（口空出室）扩室墙散前 扩散墙室 防倒塌挑檐 防元护隔单墙地人下防一区层域 130 130 110 65 上50 下50 50（等静k效载N/构m3）件 顶板 底板 外墙入墙门外（口框出室）墙 入门内（口框出室）墙门 元间（框 之）单楼梯平踏台步及地人防下区一域层 70 25基（）桩 50 260 200 50 正6面0反3面0

在进行PKPM计算时，人防范围顶板按人防荷载进行输入，在特殊构件菜单栏正确输入人防抗力等级甲6级并正确定义临空墙的位置，人防地下室底板等效静荷载查规范得25kN/m2，考虑到水浮力影响q=43kN/m2,可知此人防地下室底板人防等效静荷载并不起控制作用，可以不考虑此因素影响。

须注意的是门框墙的荷载取值及M、V、As 的计算,此处门框墙计算如下所示：

图6

室内人防门框墙1

[计算条件]

L=950.00(mm)L1=916.00(mm)L2=850.00(mm)

h=300.00(mm)

qe=120.00(kN/m^2)

qi=50.00(kN/m)

混凝土强度等级:C30

配筋计算as:20(mm)

纵筋级别:HRB400；箍筋级别:HRB335；箍筋间距(mm):200

[计算结果]

弯矩(kN-m/m)：M=89.150

剪力(kN/m)：V=152.000

*****按悬臂构件计算*****

抗弯受拉筋:As=758(mm^2/m)

抗剪箍筋:Av=0(mm^2/m)

此处应特别注意qe及a、b的取值，其余人防构件计算方法类似，此处不累述。

在施工图绘制前，应先熟悉掌握07FG01～05等图集的做法及技术要求，门槛是否设置，门槛放置钢板处的配筋大样、门口四周的构造加强措施、吊钩的摆放位置等，保证人防设备和构件满足使用和安全的前提下尽可能方便施工和使用。

5 人防问题常见问题

①人防设计要求考虑平战结合，现在设计的平战转换时防护墙大多采用沙袋堆积，现实中一旦需要平战转换，城市很难再在很短的时间内生产出足够数量的沙袋，所以笔者建议结构工程师可以考虑生产预制混凝土构件，平战转换时可以现场拼装，当然预制混凝土构件重量不宜过大，满足战时人力组装要求。

②人防室外出口出地面处大都采用框架结构，考虑到人防设计的原则，框架柱、梁与填充墙不能有连接，以保证填充墙提前摧毁，保证框架柱梁的结构安全及出口的通畅，且不可加强此处填充墙构造甚至于改为混凝土墙（仅限5级以下)增加对人防荷载的抵抗，且棚架顶板和柱、檐口的水平荷载分别计算和配筋。人防室内出口出地面处同样须采用无连接填充墙，以求能量最大限度释放，且应设置防倒塌措施，防止上部墙板及梯段坍塌封堵出口。防倒塌挑檐的设计不仅要考虑本栋楼的影响，还需考虑周围建筑的倒塌影响。

③人防规范强条“钢筋混凝土结构的甲类防空地下室，其顶板底面不得高出室外地平面”，实际工程设计中，建筑往往由于地形、室内外高层等原因忽视了此强条，当空气空气波到来时，上部砌体结构因脆性材料会随之破坏，不会对高度地面的人防地下室外墙产生倾覆力矩，只需计算此处墙体满足受力及辐射即可，而钢筋混凝土结构因为自身的延性比较强，上部主体结构并不会因空气波摧毁，因此会对人防地下室高出地面处外墙产生过大的倾覆力矩，对人防主体工程产生极不利的影响。实际设计中当遇到此种情况时，如果高差不大，可以采取增加人防地下室顶板厚度的措施来满足此强条，如高差过大，可采用对外墙板加腋或者局部降板的措施，如此方案还满足不了，则须调整方案，以求满足此强条。

④人防图纸套用时，须仔细阅读其前提条件及适用要求，且不可忙乱套图集，盲目增加无必要的配筋。且结构设计须考虑建筑及设备管线埋设及洞口的留置情况，填充墙及混凝土墙的布置要与建筑沟通达到一致。

⑤人防结构设计除满足人防设计要求外，还须满足竖向受力及抗震要求，构件设计须严格按人防规范及图集的构造要求，保证结构有足够的延性和塑性受力能力。

6 结 论

随着人防设计资质的放开，越来越多的设计人员有机会从事人防工程设计，考虑到人防工作的复杂性和特殊性和重要性，设计满足人防功能要求的人防工程是每个设计人员的当务之急。笔者认为只要掌握了人防工程的设计原则和理论的特殊性，再利用结构设计的基本理论进行设计并结合一定的现场工程实践，就可以逐步掌握人防结构设计的精髓。

[1]GB50038-2005，人民防空地下室设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]曹继勇，张尚根.人民防空地下室结构设计[M].北京：中国计划出版社，2006.