王立梅

(安徽省城建设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥 230051)

1 人防地下室结构设计特点分析

人防地下室在设计选型阶段必须要考虑到工程的实际用途。首先，作为人员掩蔽所建筑物，本身既要考虑到可容纳的人数，同时更要考虑到一部分机动承载人数，本文选用工程案例的结构形式为框架结构。其次，相较于一般民用建筑结构，人防地下室主体结构设计时还应考虑战时爆炸动荷载，以例在战争爆发时能够有效保护掩蔽人员的人身安全。例如南斯拉夫战争，由于当时南斯拉夫没有人防地下室，所以在战时导致大量的人员伤亡。人防地下室能够有效地应对战时核武器、化学武器、生物武器以及其他的常规武器，而这也正是结构设计需要考虑的问题，在进行结构设计初期，要对这些武器有充分的了解。人防地下室既要考虑到日常使用的荷载，还要考虑到战时爆炸动荷载，保证人防地下室工程在满足平时使用的基础上，还可以满足战时预定的抗力防护要求。但是由于在进行人防地下室结构设计时，无法将战时爆炸荷载精确到具体的工程结构上，所以当前阶段，在进行地下室结构设计的时候往往将战时爆炸荷载等效为静荷载来考虑，按照预定的防护要求，充分发挥结构构件材料潜力，降低结构可靠指标等。例如在人防结构设计中，大部分钢筋混凝土结构构件按弹塑性工作状态设计，再参照一般民用建筑结构设计的方法进行人防地下室结构设计。

2 人防地下室结构设计

2.1 工程概况

本文选用的工程案例为合肥市包河工业区科技创业园南丽湾小区高层建筑地下车库项目。该项目地上为高层建筑，主要结构形式多为剪力墙结构。地下车库2层，负二层局部按人防进行结构设计。地下室顶覆土厚度为1 500 mm,负一层结构层高4 m，负二层结构层高3.9 m。地下室总建筑面积为35 133 m2。负二层建筑面积为17 502 m2，其中人防建筑面积为10 210 m2，平时功能为小汽车库，战时为核6级二等人员掩蔽所。工程设计竖向标高为±0.000(绝对标高为24.900 m)。

2.2 建筑防护类别和抗力等级确定

本工程地下建筑为2层，负二层局部(6个防护单元)属于人防地下室结构。该工程结构平时为地下小汽车库，战时为核6级二等人员掩蔽所，战时防核武器等级为核6级,防常规武器等级为常6级。人防地下室结构形式为框架结构，抗震等级为2级。

2.3 工程设计荷载

工程设计荷载的确定需要根据工程现场地质构造等情况来确定。

该工程所在区域为新华夏系第二隆起带，地质构造基底主要由变质岩系构构成，但是由于工程施工现场并没有此断裂带构造，所以整个区域地质结构相对稳定。

工程施工现场地层主要是由素填土层和黏土层构成，通过前期勘察发现地下杂填土下层有上层滞水类的地下水，静止水位在22.46～22.50 m。

综合以上因素，结合工程概况，本工程抗震设防强度为7度，场地类别为Ⅱ类场地，地段划分为抗震有利地段。人防地下室战时功能等效静荷载标准值及设计压力值见表1。

表1 人防地下室战时功能等效荷载标准值及设计压力值(单位：kN/m2)

2.4 人防荷载确定

人防地下室结构设计包含两个方面内容：

(1) 人防地下室主体结构设计，内容包括顶板、外侧墙体、底板等相关构件。

(2) 地下室孔口防护设计，地下室出入口防护以及消波系统设计。前者包括选择防护密闭门、门框墙体、临空墙体计算、出入口通道计算以及风井计算等。地下室结构设计需要重点考虑对于空气冲击波的抵抗性能，在战争时期，如果有核武器等大规模杀伤性武器爆炸，则冲击波在传播到地表时会产生一定的反射冲击波。反射冲击在被入射波压密以及加热过的空气中传播，加之压力较高，所以反射波的传播速度会比入射波快，当反射波波振面与入射波振面“持平”时会形成合成波。而合成波波振面在临近地面的时候是垂直于地面的，也就是说合成波的传播方向是水平的，故而对于抗力等级相对较低的人防地下室而言，其受到的冲击波即为合成波。

人防地下室顶板通常需要直接承受地表冲击波的超压以及负压作用，侧墙壁和底板会因为空气冲击波对地表的作用间接压迫土体使之产生运动。另外，上层的土体在受到冲击波超压作用的时候会连续向下传递压力，此时一旦遇到侧墙壁或者底板的阻挡便会产生超压、动压以及负压作用。因此，设计侧壁结构和底板结构时必须要考虑这些问题，具体有以下几个方面：

(1)顶板荷载。人防地下室位于负二层，地面爆炸产生的空气冲击波需穿过上部建筑的外墙、门洞作用到防空地下室顶板，在空气冲击波传播过程中，上部建筑的外墙、门洞对空气冲击波产生一定的削弱作用，故此时人防地下室顶板等效静荷载标准值取值55 kN/m2。

(2)侧墙荷载。由于上部建筑物为框架剪力墙结构，所以应该考虑上部建筑物对于地面空气波超压值的影响，结合该工程地质状况，侧墙等效静荷载取值为50 kN/m2。

(3)底板荷载。该工程为筏板基础，为无桩基的防空地下室钢筋混凝土底板，且位于地下二层，其上部为普通地下室工程，按核6级抗力级别取地下室底板等效静荷载值50 N/m2。

(4)门框墙荷载。根据出入口的部位及形式，如顶板考虑上部建筑影响，则室内出入口、室外竖井、楼梯、穿廊出入口、室外直通、单相出入口等处的防护密闭门的门框墙等效静荷载有所不同。

(5)临空墙荷载。根据本工程实际情况确定等效静荷载，根据不同位置，车道位置为144 kN/M2、楼梯和竖井位置为117 kN/m2、防护单元隔墙为50 kN/m2。

人防地下室结构设计,一方面要考虑结构构造要求对于建筑,构件最小厚度的需求，另一方面还需考虑规范对于结构构件最小防护厚度的规定。例如附壁式室外出入口的临空墙体构造，在进行结构设计的时候，由于需要考虑到战时防护需求，尤其是防辐射所规定的墙体厚度要大于受力设计所要求的墙体厚度，所以在进行结构设计的时候，要综合考虑取值以满足各种防护要求对于厚度的规定，这样既能够满足受力设计要求，又能确保满足防辐射要求。简而言之，就是要同时满足一般地下室建筑结构设计要求以及人防结构设计相关的规定。

人防地下室按照抗力等级可划分为常5级、常6级、核4级、核4B级、核5级、核6级以及核6B级，对于卧置于地基上的核5级、核6级以及核6B级的甲类防空地下室结构底板构件，如果底板内力为平时设计荷载所控制，则结构设计可适当地降低底板受拉钢筋最小配筋率，但最小配筋率不得低于0.15%。本文选用的案例由于主楼地上建筑层数在26层以上，属于高层建筑，如果单纯地使用筏板基础是无法满足建筑荷载要求的，所以针对这种情况可以使用桩筏联合的基础结构，或者使用CFG桩复合地基筏板结构形式。借助厚筏基础设计，结构截面内力通过平时设计荷载控制，厚筏基础不仅可以满足最小配筋率0.15%控制要求，并且对于双面配筋的结构底板也可省去拉结钢筋。

3 结 论

总的来讲，人防地下室结构设计不同于普通的地下室结构，它是一个综合性要求较高的建筑项目，工程实施之前必须要对施工现场地质、水文等情况有充分的了解，结合实际情况和工程需求，从地下室结构选型、荷载确定、平战转换等方面入手来不断优化结构设计，使人防地下室结构更加稳固和安全。