人防地下室结构设计方法与工程应用研究

侯成志

摘要：人防工作要将国家的国防需要作为基础，采取各种措施防范空袭危害，对人民群众的生命安全进行保护，其中人防地下室的建设就是重要的防范措施。虽然我们生活在和平年代，但是仍旧有必要重视人防地下室的设计，做到防患于未然。本文阐述了人防地下室结构的设计原则，分析了设计方法及具体工程应用，研究了设计时的注意事项。

关键字：人防地下室；结构设计；方法；工程应用

前言：随着城镇化进程的加快，建筑产业迅速发展，高层建筑的数量越来越多，地下室的层数也不断增加。地下室结构的设计比较复杂，涉及到沉降问题、变形问题以及人防设计问题等。对于人防地下室的设计来说，不仅要考虑经济问题，同时要考虑到安全性能是否满足实际需要。采用何种方法对人防地下室进行科学合理的设计，是建筑设计师需要长期思考的问题。

1.人防地下室结构的设计原则

长期准备、重点建设、平战结合是人防地下室设计的核心原则，要充分考虑到城市化建设的需要，设计时需要考虑以下几个问题：

首先要考虑到使用年限，一般以50年为期，具体要根据实际情况来确定，如果建筑上部结构的使用年限大于50年，应当适当提高地下室使用年限，二者之间保持一致，保证经济性；其次，在设计具体结构时，也要考虑到上部结构，柱、墙等称重结构最好保持上下一致，使承重构件被有效利用；第三，人防工程建设中主要采用钢筋混凝土结构，但是不能使用冷轧带肋钢筋，如果地下室的位置在地下水位以下，建设外墙时不能采用砖砌体；第四，设计过程中，空气冲击波、压缩波可以等同于静力载荷，计算配筋时，可以将整个结构拆解，分成很多个构件来计算；最后，各个位置的抗力尽量做到协调统一，要看具体的防护要求[1]。

2.人防地下室设计的方法及工程应用

2.1工程概况及设计内容

该工程位于某地小学，建筑为地上八层，主要用于日常教学、办公；地下一层，日常作为停车库，战时可以作为防空地下室使用。建筑高度为27.20米，地下室高度为4.3米，整体结构为框架剪力墙。其中地下室的人防结构为6级，甲级防护级别，总面积为7700平方米，人防面积大约在4500平方米。

人防地下室结构设计时，需要先明确上部建筑的结构特征，保证二者之间的协调性。按照人防地下室设计原则，上部与下部载荷承受位置要对应，此时地下室的称重构件相当于一种承上启下的作用，将上部建筑的载荷传递到地基上，这样就能从整体上提升建筑的稳定性。具体设计包括两方面内容，第一是主体结构，第二是孔口防护设计，包括基本防护系统和消波系统[2]。

2.2确定人防载荷

设计过程中有一个重要的步骤就是确定人防载荷，要将国家相关法规作为依据，根据有可能会遇到的空袭威胁对地下室人防等级进行划分，本设计中要求达到甲类人防级别。根据相关规定，一是要考虑到核武器爆炸时的防护要求，二是要考虑到常规武器的防护要求，三是要考虑到生化武器的防护要求。对工程防护需要以及建筑所处具体位置，决定将地下室设计为全埋式，主体结构为钢筋混凝土。为了满足美观需求，需要对顶板进行覆土绿化处理，覆土厚度大约在1米左右。地下室各部位等效静载荷的确认如下：

首先是顶板，对上部建筑结构进行分析以后发现，其底层为填充墙，具体结构为框架，而墙面开孔面积在一半以上，所以在计算载荷时，可以忽略上部建筑的超压作用。具体等效静载荷的确认要参考相关规范，最终确认为每平米70KN；其次是侧墙，勘察以后发现，地下室位置在地下水位以下，地基主要土质为淤泥，确认载荷时同样要参考相关规范，最终确认为每平米60KN；第三是底板，前面提到过本工程为甲类防护，设计桩基时，要将单桩承载力的特征值作为依据，等效静载荷最终确认为每平米25KN；最后是其他位置，其中门框窗与墙体之间的作用载荷为每平米200KN，标准值要根据实际情况来确定，要看门窗型号，同时也要看门窗尺寸。临空墙的等效静载荷被确认为每平米130KN。对于隔墙来说，防护单元如果相邻，等效静载荷可以确认为每平米50KN，人防单元与普通地下室之间的等效静载荷可以确认为每平米110KN[3]。

2.3构造要求与平战转换设计思路

人防地下室设计时要满足两个基本要求，一是完整性，二是密封性，因此施工时要设置后浇带，不单独留有沉降缝，后浇带设置完成、沉降结束以后在开展浇筑工作。顶板以及底板都要采用双面配筋，内层与外层之间拉结钢筋的数量要足够，与混凝土结构保持一致性。平战转换的设计思想，就是兼顾日常需求与战时需求，一些特殊部位能够满足地下室日常使用需要，战时又能起到防护作用，采取简单措施就能够实现二者之间的转换。设计时需要考虑到以下几个问题：首先，设计转换构件时，要计算好转换前后受力发生了怎样的变化，图纸中要表明转换构件的位置以及具体转换方法；其次，转换步骤要求尽量简便，花费时间短，即使没有专业的技术人员和专业设备也能顺利完成；最后，构件要一次性制成，就近放置，做好便于识别的标记。

3.注意事项

首先，人防地下室结构设计时一般要将SATWE软件作为支持，设计师要在PMCAD中对活载荷进行定义，如果楼板的载荷值需要计算，均布面载荷值不能为零，就是说必须要有活载荷，即使这个载荷是一个非常小的数值。这是该软件进行程序设计时的根本要求，均布活载荷与等效均载荷之间的联系非常紧密，如果不在程序中输入均布活载荷数值，人防载荷组合就无法继续下去[4]。

其次，在计算结构楼板配筋时，要将人防的标准要求作为根本依据，最小配筋率与普通地下室之间存在很大差别，不能将二者混淆。人防设计规范中要求，如果钢筋为纵向受力，配筋率要在0.25%以上，如果钢筋应用于受弯构件及受拉构件中，配筋率要大于0.45%。从以上要求中我们可以看出，与普通钢筋混凝固体结构相比，人防混凝土结构对配筋率的要求更高，如果计算值偏低，就无法满足战时防护需求。

总结：人防地下室的设计具有较强的综合性，一方面要满足日常使用时的功能需求，另一方面又要满足战时的安全需求。设计过程中，要考虑到上部建筑的结构特征，保证上下结构的协调性和统一性，采用平战转换的设计思想，满足日常使用与战时防护的综合需求。

参考文献：

[1]李云贵.上部结构与地下室共同工作分析及地下室设计在SATWE中的实现[J].建筑结构学报，2005，14（16）01：114-118.

[2]张剑芳，王中泽.某工程人防地下室结构设计的若干问题的探讨[J].国外建材科技，2006，11（13）03：75-77.

[3]李晓良.关于人防地下室结构设计的几个问题[J].浙江建筑，2009，15（10）09：19-22.

[4]董佐青.防空地下室结构设计相关问题研究[J].商品混凝土，2013，13（11）07：135+137.