潘红艳

(太原理工大学建筑设计研究院，山西太原030024)

依据《中华人民共和国人民防空法》的要求，城市新建民用建筑应按照国家和省市有关规定修建地下防空工程。城市建筑一般设置平战结合的防空地下室，包括主体结构设计和平战转换设计两部分。因防空地下室管线较多，结构构件截面较大，层高较高，经常超出国家标准图集[1]的适用范围，需要设计人员手算各人防构件的内力和配筋。但现有的规范规程、设计手册[2-5]和结构设计分析软件并没有明确规定各个构件的计算方法。这种设计依据的短缺，造成现阶段人防工程的结构计算方法和计算模型不统一，设计结果差异较大。本文就人防工程设计中常遇到的人防构件的荷载取值、计算模型、内力分析和截面设计等做简单的介绍(尤其是设计中争议最多的门框墙)，供设计人员参考。

1 门框墙计算

1.1 加强梁(柱)设置原则

本省人防工程的主要设计依据为GB 50038人民防空地下室设计规范[2]和国标设计图集FG01～05防空地下室结构设计[1]。

根据现行国标[2]的规定：门框墙支撑钢筋混凝土平板防护密闭门时，当上挡墙和侧挡墙的悬挑长度大于1/2倍该边边长时，宜在门洞边设加强梁或加强柱；否则，可直接按悬挑构件法进行设计。根据现行国标图集[1]所列的常用门框类型可以看出，墙体设加强梁和加强柱时，并非完全按照国标的规定进行，还需考虑门洞大小及层高等因素。如：1)图集中的MK0608，因门洞较小，上挡墙(侧挡墙)悬挑长度大于洞宽(洞高)的1/2倍而未设加强梁(柱)。2)图集中的MK3025，上挡墙的高度是由层高确定的，详见表1。

表1 国标图集中加强梁(柱)设置原则汇总表

综上所述，侧挡墙长度大于1 000或大于门洞高度的1/2倍时设加强柱。单扇钢筋混凝土门上挡墙长度大于600 mm或门洞宽度的1/2倍时设加强梁，双扇钢门均设置加强梁。常见的门框墙种类见图1。

1.2 计算方法

国标图集中门框墙上等效静荷载的传递原则为“作用在钢筋混凝土门扇上的等效静荷载按双向受力形式传给四周的挡墙；作用在钢制双扇门上的等效静荷载按单向受力形式传给上挡墙和下门槛；防护密闭门上挡墙设加强梁，侧挡墙设加强柱时，相邻临空墙上直接作用的等效静荷载按双向受力形式传给加强梁和加强柱”。

门框墙可分割为侧挡墙、门槛、上挡墙、加强柱和加强梁等单一构件进行设计。

1.2.1Ⅰ型门框墙计算

Ⅰ型门框墙可拆成上挡墙和侧挡墙，按悬挑构件法计算：

(1)

V=qi+qel2

(2)

其中，qi为门扇传来的等效静荷载；qe为直接作用在门框墙上的等效静荷载；l1为qi作用点至悬臂根部的距离，其值为门框墙悬挑长度l减去1/3门扇搭接长度；l2为qe作用在门框墙上的分布宽度，其值为门框墙悬挑长度l。

1.2.2Ⅲ型门框墙计算

Ⅲ型门框墙可分成侧挡墙、门槛、上挡墙、加强梁和加强柱等构件进行设计。

1)等效静荷载的取值。目前，关于设置加强梁(柱)后的上(侧)挡墙人防等效静荷载的取值各文献表述不一，文献[6]中认为“设加强梁(柱)的上(侧)挡墙按照临空墙取值；未设加强梁(柱)的上(侧)挡墙按照门框墙取值。”究其原因，文献[7]分析如下：“现行国标4.6.2条规定，结构构件密闭要求越高，延性比越低，等效静荷载则应越大。当上(侧)挡墙设加强梁(柱)后，加强梁(柱)变成了门框的支点，使得上(侧)挡墙的延性比增大”,见表2。

表2 直接作用在门框墙构件上的等效静荷载qe取值

2)上挡墙计算。设加强梁时，上挡墙按双向受力板计算[7]。目前各文献对其边界条件规定有：四边简支板；横向单向板；有限元法进行分析。鉴于国标对此没有规定；笔者根据设计经验认为，当四周构件的刚度大于上挡墙的刚度时定为固结，否则为铰接。而刚度的大小一般如下规定：顶板面内刚度很大，为固结；支撑墙的厚度不小于板的厚度时为固结，否则为铰接。加强梁一般截面较小，按铰接考虑；加强柱边为连续板，为固结，见表3。

表3 上挡墙边界条件

根据表3确定边界后，求出板的弯矩值，按照《混凝土结构设计规范》对其进行配筋设计，或按下面的简化公式进行设计：

As=M/0.9fyh0

(3)

3)加强梁计算。加强梁的计算简图见图2。计算时单个门扇的宽(c)按照门洞的净宽(B)加200 mm确定。

其中，q1为梁宽范围内qe引起的线荷载标准值；q2为上挡墙范围内qe引起的线荷载标准值；q3为密闭门门扇传来的单位长度标准值，按现行国标4.7.5和4.8.7条计算；h为加强梁的宽度；l0为加强梁的计算跨度。

目前各文献对加强梁的计算跨度和边界条件规定不统一[7]：取净跨加200 mm为计算跨度，两端固结；取净跨为计算跨度，两端固结；净跨的1.05倍为计算跨度，两端固结；国标图集[1]无计算方法，但上挡梁的两侧均为④号筋，故两端固结。

笔者认为，其实加强梁本质上还是梁，计算跨度l0取l和1.05ln中的较大值。计算各荷载引起的内力，并根据现行国标4.10.2条对上述内力进行组合。

4)侧挡墙计算。设加强柱时，按照《混凝土结构设计规范》规定的单双向板进行计算。边界条件如表4所示。

表4 侧挡墙边界条件

5)加强柱计算。加强柱的计算简图见图3。计算时单个门扇的宽(b)按照门洞的净高(A)加200 mm确定。

加强柱在设计时一般横着放，按梁计算，故计算跨度l0按l和1.05ln中的较大值取用，两端固结。

其中，q1为柱宽范围内qe引起的线荷载标准值；q2为侧挡墙范围内qe引起的线荷载标准值；q3为密闭门门扇传来的单位长度标准值，按现行国标4.7.5和4.8.7条计算；q4为上挡墙上的qe引起的线荷载；F为加强梁上荷载传来的集中荷载；d为加强柱的宽度；l0为加强柱的计算跨度。

2 人防外墙计算

人防外墙中的侧压力由地面荷载、地下水位以上土侧压力、地下水位以下土侧压力、水压力及人防等效静荷载引起，其计算简图如图4所示。

图4中,q1为地面均布荷载引起的土侧压力；q2,q3分别为地下水位上下土层引起的土侧压力；q4为地下水引起的侧压力；q5为人防等效静荷载引起的侧压力。

根据《人民防空地下室设计规范》第4.9.2，4.9.3及4.10.2对其进行组合。

3 临空墙和防护单元隔墙计算

人防临空墙及不同防护单元隔墙常见的计算模型有以下几种：

1)取1 m宽墙体为计算单元，上端铰接，下端固接。

2)取1 m宽墙体为计算单元，两端固接。

3)以整片墙为双向板计算，上边界简支，其他三边固接。

4)以整片墙为双向板计算，四边固定。

以上各模型中有2个问题需要解决：计算单元怎么取，边界条件怎么确定。

计算单元取1 m或取整片墙的问题实际上就是按单向板或双向板计算的问题。故按《混凝土设计规范》的规定：墙的长度与墙的高度的之比不大于2.0时，取整片墙按双向板计算；墙的长度与墙的高度之比大于2.0，但小于3.0时，宜取整片墙按双向板计算；墙的长度与墙的高度之比不小于3.0时，宜取1 m宽的墙体为计算单元按单向板计算。

关于边界条件的问题，有文献解释如下：现行国标[2]第4.11.6.1条中规定防空地下室混凝土结构构件纵向受拉钢筋的锚固长度laF=1.05la，图4.11.12-1中要求构件纵向受拉钢筋的直锚段不小于0.4laF，弯折段不小于15d。《砼结构设计规范》第9.3.4条的条文说明中“当水平段投影长度不小于0.4lab，弯弧—垂直段投影长度为15d时，已能可靠保证钢筋的锚固强度和抗滑移刚度。”故纵筋直锚段长度不小于0.4laF时，应按固定计算，否则按简支计算。

4 结语

本文对室内净高超过3.6 m的人防工程的各构件的荷载取值、设计原则和计算分析进行了总结，得出如下结论：

1)明确了门框墙上挡墙和侧挡墙设加强梁和加强柱的原则。

2)明确了门框墙各构件的计算方法，重点指出各构件的荷载取值和加强梁、加强柱的计算跨度及边界条件，上挡墙和侧挡墙的边界条件及受力形式(即单向板或双向板)。

3)分析了临空墙和防护单元隔墙的8种计算模型中的计算单元选取问题、边界条件确定办法及竖向荷载可否忽略的问题。