高层建筑的人防工程结构设计研究

李健栋 长治市人民防空办公室

1 当前高层建筑人防工程结构设计施工的重要性

高层建筑人防工程具备其他施工部分具备的重要防护作用，相较建筑物的普通地下室，人防工程结构设计具备更明显的可靠性，不同于地下室，高层建筑人防工程的建筑材料具有较高的强度，可提升人防工程结构设计强度、可靠性，人防工程结构设计应充分考虑地下室的动力响应和结构设计的塑性工作状态。在高层建筑人防工程建设中，为了不断满足构造的标准和要求，现阶段须更重视人防工程结构设计的过程、构造措施，工作人员应采取更适宜的措施投入设计和施工过程。

在我国推进城市化的进程中，高层建筑人防工程的施工质量较为重要，建设高层建筑人防工程是持续提高城市化水平、居住安全的重要部分，关系着居民生活的质量、可靠性，是城市整体形象的重要体现。为了保障城市的安全发展，须加强高层建筑人防工程平面布置环节，实现更优良的防护效果。

2 人防地下室结构设计中存在的问题

2.1 结构选型科学性不足

实际人防地下室结构选型操作应以防护需求为出发点，其中涉及突然情况和日常情况的需求，相关工作人员还应对周围环境的地质情况和水文等进行全面考虑，明确上部建筑使用结构状态，将各种因素综合在一起考虑人防地下室结构选型。

从实际工作中可以了解到，由于诸多因素影响，实际人防地下室结构选型难以与实际需求保持同步，引发严重的浪费现象，主体结构构件设计比较复杂，导致主体工程无法与特殊情况、常规情况的需求相符。

2.2 漏荷载和取值较小

研究载荷情况时，如漏底板上水池自重载荷情况，以及设备房火灾与隔墙自重荷载等，容易出现荷载取值较少等问题。满足抗浮标准后，顶板覆土厚度有所提升，此时，覆土内应增加轻质材料设计数量，如硬质泡沫、混凝土砌块等，不可统一用土开展覆盖处理。

基于外墙设计角度分析，工作人员还需要对上部建筑所产生的影响进行考虑，明确核武器作用下外墙需要承受的静荷载取值，根据不同情况进行最具经济性选择。针对漏出入口的人防通道底板和顶板荷载，实际结构构件等效荷载标准取值能够得到明确，此时工作人员需要对适合各种条件状态的取值提高关注度，如果与查表条件不相符，专业人员需要提供更严谨的论证，保证按照板跨数据明确取值的差异性选择。针对底板等效静载荷取值，还需要对地质状态进行考虑，明确桩的受力类型。

除此之外，在使用PKPM依照按倒楼盖法计算，实际底板水反力在应对突发情况时和平时状态之间的输入值应展示出差异性，PM之中输入的水反力是恒载状态下的标准值，在取值过程中，如果与人防荷载建立组合关系，软件会将对应系数自动显示出来，因此需要对相关系数进行综合考虑，避免出现浪费情况。

3 高层建筑人防工程结构设计

3.1 柱网布置

3.1.1 主要存在的问题

地下人防柱网设置不合理，造成地下人防停车效率不高。

3.1.2 解决方案推荐

根据规范要求，小型车垂直停车位最小尺寸：短边靠墙时≮2.4m×5.3m；背对式停车时≮2.4m×5.1m；最小通车道尺寸5.5m。以每停车单元6辆车计算，一般的设计柱距可为大柱网：横向7.8m×纵向（7.9+7.8）m，柱子截面按550mm×550mm计算。也可采用大小柱网相结合的布置方式：横向7.8m×纵向（6.1+4.8）m，柱子截面可按400mm×600mm计算。每停车单元为4辆车时。可采用小柱网的布置方式：横向5.4m×纵向（6.1+4.8）m，柱子截面为400mm×400mm。以上柱网布置为目前市面上最常见的三种形式。如何选择，需要设计师根据实际情况做出判断。

3.2 层高控制

要设计出合理的层高，必须充分理解层高的构成因素。普通地下室结构层高=2200mm（a车库净高）+400mm~1000mm（b结构梁高）+550mm~600mm（c设备管道安装高度）+100mm~200mm（d建筑填充面层）。其中a为规范要求的车库最小净高，是指建筑完成面到顶棚最低障碍物底面的垂直距离，是有人员活动的主要空间高度。b为结构梁的高度，采用不同的结构形式会很大程度的影响层高。c为设备管道安装高度，一般情况下，地下室主风道净高按400mm设计，加上150mm的喷淋头安装高度（规范要求宽度大于1.2m的风管下应设喷淋），预留50mm的安装误差余量。d为建筑填充面层，是否设排水沟影响建筑面层的厚度。综合以上数据可以得出地下人防结构层高为3250mm~4000mm。合理的层高设计应该在满足功能要求的前提下做到最经济。

3.3 防化排风系统的设计

在战时卫生间和防毒通道应统一设置人防排风装置，由于位置具有特殊性，要求独立设置排风系统。战时的排风系统不能兼具平时的通风功能，甚至还会发生通风管设置的冲突问题，原因在于地下人防的层高不得当，一定程度上会影响战前风管施工的顺畅性或卫生间内的高度。以上是防化排风系统设计的常见问题，对人防工程具有一定影响，也会降低战时的人防防御功能，在设计过程中，应引起工程设计人员的充分重视。

工程技术人员应按要求定期检查地下防毒通道内部的实际换气次数，巡查人防工程的冷冻机和各种通风排烟设施。避免设施过多占用机房面积，确保人防工程在战时具有有效的疏散功能。控制防化通风系统的换气次数一小时内不少于40次，其余类型的地下室换气次数一小时50次。若防毒通道的面积过大，可适当提升通风量，以达到规范要求的换气水平，保证防化排风系统的通风效果。

3.4 精确计算空气指标

人防工程的设计工作需要设计人员和施工人员具备较高水平的专业素质，拥有专业的实务技能，并具备良好的计算能力。在人防工程的设计过程中，工程设计人员应具有通过计算完成工程设计数据的确认和对比能力，对空气的温度和湿度进行精准计算，根据数据分析结果优化防化通风设施的设计方案，提升设计设计的科学性和有效性。

3.5 人防工程防护设备质量检测

人防工程中防护设备的质量检测工作是人防工程工作中重要的步骤，首先要对防护设备生产的原材料按相关标准规范进行检测，原材料的质量是防护设备性能的基本保障，其次通过仪器设备对人防防护设备的外形尺寸、配合尺寸等进行检测。

除此之外，人防工程防护设备还需对其使用性能进行检测，当前可以利用的检测仪器设备种类很多例如千分尺、游标卡尺、钢直尺、钢卷尺、塞尺、水平尺、平面度检测仪、垂直度检测仪、同轴度检测装置、磁力线坠、激光测距仪、超声波探伤仪、磁粉探伤仪、涂层测厚仪、推拉力计、漆膜划格器、密闭性能检测装置等。

4 地下汽车库结合人防工程设计

在建筑设计中，一般有地下室的工程都会涉及人防工程。根据各地方的规定，基础埋深大于3m的工程都要修建人防，即使基础埋深小于3m，也要按照地上建筑面积的百分比配建一定面积的人防。一般的民用建筑设计单位对于人防工程设计会遇到很多困难，建筑师往往感觉无从下手或者无法验证设计是否正确。建筑师感觉人防设计难以驾驭的原因主要包括人防的涉密性规定、地方性规定及平战结合设计。

人防设计的顺序性一般是平时功能优于战时功能，在平时功能已经设计好的图纸上再进行战时功能设计。人防主体是人防的围护结构，就像一个坚固密闭的容器，战争时人们躲避进去，避免受到伤害，战后能够迅速恢复生产生活。人防主体包括底板、顶板、外墙（外围护墙）、临空墙等部位。

人防内部划分防护单元，每个防护单元的内部循环系统都是独立运行的（送排风系统、上下水系统、供电系统）。有的地方规定人防上部建筑10层及以上或者上部也为人防主体时可不划分防护单元，考虑到足够的楼板遮挡能够抵抗炸弹破坏。

人防设计的要点是人防出入口，每个防护单元至少需要2个出入口：一个是室外主要出口，满足战前、战时、战后使用；另一个是次要出入口，满足战前使用即可。

主要出入口设计需要考虑防倒塌篷架，优先采用与主体脱离的独立式出入口，用地紧张时可采用附壁式出入口，但出入口投影范围内上方不得有构筑物。出入口是防护的薄弱环节。

通风设计要能保障掩蔽人员在战时正常呼吸。主要出口在战时人员进入人防前应该消灭细菌等有害物质，所以主要出口处应该设置战时洗消、防毒通道等。

排风机房应该在主要出口处，向外排风。进风机房在次要出口处，次要出口战前使用，把战时，进风机房应设置在此处。

水电设计满足掩蔽人员在战时的基本生活需求。人防主要出口确定后，与排风有关的房间设置与主要出口临近，同时卫生间，水箱间也设置在该区域，方便使用。滤毒室的作用是人防进风滤毒用的，在其临近区域设置防化值班室监控滤毒罐。

以上是人防设计的要点，对地上的影响主要是划分防护单元，确定人防的主、次要出口。对地下人防的影响就是2个出入口和战时进、排风机房，战时水箱，旱厕等的设计。这些都确定后，人防设计的基本框架就完成了。

5 结束语

综上所述，在城市现代化发展的进程中，须重视高层建筑的人防工程建设。为了在高层建筑人防工程建设中，不断满足构造的标准和要求，现阶段须更重视人防工程结构设计的过程、构造措施，综合考虑人防工程钢筋结构特点，选择科学合理的连接方式，并根据具体的防御系数，落实构件的标准和规定，充分发挥人防工程结构设计的功能，使用严格的设计和施工规范，提升人防工程自身的功能。