人民防空结构设计中的常见问题与措施

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1 人民防空的概念和意义

人民防空工程是指在自然灾害、战争期间的临时掩体、储藏室等，它是保护人民群众生命和财产的构筑物[1]。在分析其结构构造和抗力方面，构造的重要性往往高于抗力。人民防空工程只有满足《人民防空地下室设计规范》（GB 50038—2005）（以下简称《规范》）的构造要求才能具备基本的防灾防空以及保护物资不被沾染的功能，因此具有重大的建设意义。

2 人防构造的常见问题

（1）防护厚度。某核6的主楼区地下室顶板厚度取200mm，不满足《规范》3.2.2条厚度不应小于250mm的防护要求。建议处理措施为上覆50mm厚水泥砂浆作为建筑面层并配钢丝网。（2）地库底板的最小配筋率取值问题。《规范》表4.11.7第5条提到由平时荷载起控制作用的底板最小配筋率可按0.15%，需特别注意该条文中所提的底板是指主楼的筏板基础。地库底板因跨度大，考虑经济合理性，很少采用刚度大的筏板基础，往往采用受弯构件的防水板，因此该类底板需严格执行受弯构件为0.25%的最小配筋率。（3）扩散室墙体配筋应满足最小配筋率0.25%的规定。因为扩散室有余压，其墙体应作为受力构件满足最小配筋率0.25%的要求。另外要注意，人防构件混凝土强度如果同主楼结构采用C40及以上，最小配筋率应按《规范》相应提高。（4）人防工程的气密性措施。验收要求对口部气密性进行检测，如施工缝处不采取密闭措施，检验不合格的风险会很高。施工缝可设置止水钢板，也可用遇水膨胀止水条。另外要注意沉降后浇带穿越人防封堵门是不允许的，而温度后浇带穿越人防封堵门的情况，如能把控混凝土浇筑及养护的质量则是可行的。

3 出入口爆炸荷载的常见问题

（1）正确理解出入口爆炸荷载的作用路径和特性。核类荷载接近面荷载，单位值较小且衰减慢，会造成结构整体性倒塌和倾覆，常类荷载接近点荷载，单位值较大但衰减快，会造成结构的局部破坏。由此可见，汽车坡道作为室外直通出入口，在《规范》所提的L小于5m的情况下，常类荷载应作为不利荷载进行口部设计。

（2）正确理解《规范》4.7.7.1条关于室内出入口临空墙荷载取值。

对FQ-3进行设计计算，人防荷载取值经常会出现以下两点取值错误。①因不是人防主要出入口，将FQ-3作为内部墙体，按不受荷载处理。按《规范》解释，常规武器爆炸空气冲击波在传播过程中衰减较快，而室内出入口距爆心的距离相对较远，作用到室内出入口内临空墙、门框墙上的动荷载往往较小。室内出入口距外墙的距离以5m为界。可见，不论作不作为主要出入口，只要是距离挡土外墙小于5m的室内临空墙，冲击波都有侵入的可能，临空墙应按受力考虑。②因为图1中5850mm已经大于5m，电梯井附近的FQ-3按不受人防荷载考虑。冲击波的特性是一种超压，爆炸荷载会在不足5m处的情况下进入室内进行压力扩散，应对打点区域周边的临空墙FQ-3进行相同受力分析。室内出入口结构平面如图1所示。

图1 室内出入口结构平面图（单位：mm）

（3）甲类人防主要出入口在地库范围穿越非人防，通道底板、顶板是否需要考虑人防荷载。因《规范》未明确，往往忽视其作为人防构件。根据《规范》2.1.27条关于主要出入口的定义，为保证生命通道使用的方便性，应将其纳入人防构件设计，并将通道两侧可能存在的填充砖墙在战时予以拆除或用砼墙替代以避免遭受爆炸冲击后倒塌堵塞通道。

（4）甲类坡地建筑的半地下室人防挡土外墙荷载取值问题。因按《规范》3.2.15条，核6级、核6B级的甲类防空地下室，其顶板的底部高出室外地平面的高度不得大于1m，坡地半地下室不满足《规范》要求。建议处理措施为对坡地建筑的外墙外围进行适当宽度的培土防护，以保障结构的抗倾覆。先计算出常类的等效荷载再与《规范》4.8.4条核类荷载进行包络，以确定挡土墙的荷载值。

4 口部、主要出入口设计的常见问题

（1）口部设计直接套用图集《防空地下室结构设计（2007年合订本）》（FG01～05）进行设计，忽略建筑材料的更新进步。目前建设部已提倡采用强度更强的三级钢替代二级钢，图集计算中采用的二级钢（基本淘汰），其计算结果已与设计不符，只能做参考不宜作为设计依据。由此应按实际材料的强度进行口部设计。

（2）人防门上方的上挡梁设计深度不足，造成工程竣工后发现错漏百出。上挡梁挡住其他门的开启或预埋多个设备套管打断梁钢筋。爆炸冲击波从门一侧冲击，上挡梁从受力方向来看就是一道普通梁。因为人防门洞类似墙板上开设洞口，所以需要设置上挡梁来加强结构。为保证加强梁梁端的可靠锚固，应避免梁端悬空凸出墙面。如梁端无墙体作为支座，可采用如图2所示的侧翻做法，同人防门位于一侧。

图2 人防门上挡梁做法示意图（单位：mm）

（3）关于甲类主要出入口的构造设计。出入口的侧墙不能按砖墙设置，战时爆炸会倒塌堵塞出入口。按《规范》条文解释3.3.3和3.3.4的指导分析，应采用混凝土墙替代砖墙；防倒塌棚架的基础为了预埋锚栓，往往加厚基础高度而影响出入口净高，建议在保证锚栓锚固长度的前提下减小直锚长度，但不小于15d。根据《规范》3.3.12条，附壁式室外出入口中的临空墙厚度往往出现不满足《规范》要求的情况，可采用平战转换措施，在临战时砌砖加厚墙体。

5 优化设计的常见问题

在满足建筑使用功能的前提下，尽量减小地库的层高，合理设计地下室楼盖体系[2]，可有效降低工程造价；墙板构件优化时，在满足最小配筋率的基础上，采用分离式配筋可显著节约钢筋用量，并能保证结构抗力。应注意各构件的边界条件，按接近实际支承情况进行处理[3-4]，合理分析临空墙受力状况，能得到经济安全的配筋；在给柱配筋时，有意识地增大柱角筋直径，减小柱边筋的直径。以上措施都可安全有效地降低结构含钢量。现将结构优化中容易忽视的问题介绍如下。

5.1 关于车库桩基布置的问题

车库布桩选用上部结构有限元计算的恒+活，其计算结果忽略了底板刚度的贡献，导致布桩不合理。用盈建科2.0软件对同一个车库模型分别进行有底板(按楼层组装)和无底板的计算，比对其柱底力。查看有底板模型中的有限元计算结果，选取与人防墙连接的一处柱，发现其恒+活总值相对无底板模型中的有限元计算结果没有增大，反而减小，可见底板刚度对计算的影响很大；查看有底板模型中的平面导荷恒+活，查看同一位置的柱底力，其值相对无底板模型中平面导荷恒+活，其增大幅度就是底板的自重，这是符合预期的。由上述分析可知，车库基础设计不同于主楼基础设计，由于主楼上部刚度大，因此有限元计算中可平衡掉底板刚度的影响，而无上部建筑的车库，在有限元计算中不能忽略底板的刚度贡献，因此车库布桩采用平面导荷中的恒+活是合理的。

5.2 关于人防内部墙体的最小配筋率计算

有大量人防工程内部墙体配筋率按0.25%执行，造成不经济，而有的工程按普通剪力墙配筋率执行，其纵向钢筋不满足《规范》的最小配筋率。应执行《规范》4.11.7条，特别注意当采用HRB400级、RRB400级钢筋时,应按表中规定减小0.1，人防区内部墙体单侧最小配筋率应按0.15%执行。

5.3 乙类人防地下室底板是否要设置拉结筋

按《规范》4.11.11及4.9.2条，防空地下室底板设计计算可不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载，已明确不需要设置底板拉结筋。

6 结束语

人民防空结构设计的专业性很强，如能从构造要求、受力特点、结构优化等容易忽视的要点问题着手总结经验，就能规避工程设计中的纰漏，有效降低工程造价，使人防工程高效地为人民服务。