关于人防地下室结构设计要点的分析

摘要：人防地下室是维护社会稳定，预防社会突发事件的重要工程。人防地下室的结构设计对地下室的功能和作用的发挥起着关键的作用。防空地下室是和地面建筑修建在一体的，在战时用于人民防空的建筑下空间，利用其在战争爆发时对核武器、常规武器和生化武器的各项防护能力，最大限度的保护普通民众的生命安全。

关键字：人防地下室；结构设计；要点分析

引言

城市化进程的加快，合理利用地下空间资源促进城市可持续发展已成共识，为人防工程建设提供了良好的契机。近年来，防空地下室的数量、面积增长迅速，特别在经济发达的地区和城市，繁华的商业地段成为地下空间开发的热点和焦点。以平战结合为主的防空地下室成为人防工程体量的主要增长点，但由于设计人员对人防设计规范的理解不透彻和不重视，造成工程设计存在许多问题。

1.结构设计的注意事项和控制方法

地下室工程的结构设计需综合考虑防火、使用功能、人防要求，设备用房及管道、排水通风等专业的配合。拿到一个地下室首先看看平面布置，确定地下室的例如地下室的长度超过设计规定时，需确定是否设置变形缝。通常不设变形缝，因为设置变形缝会使变形缝处的防水处理变得复杂。通常我们的做法是主楼与单层地下室之间设置沉降后浇带，在单层地下室之间每30~40米设置一道伸缩后浇带。后浇带宜设在与高层建筑相邻裙房的第一跨内。当需要满足高层建筑地基承载力、降低高层建筑沉降量、减少高层建筑与裙房间的沉降差而增大高层建筑基础面积时，后浇带可设在距主楼边柱的第二跨内并且要满足并且要满足地基基础规范的8.4.20.2条的几项条件。后浇带宜曲折通过。

1.1地下室底板

对于单层地下室一般采用平板式筏型基础，板厚450~500mm，柱下设置下柱墩来满足柱对筏板的冲切，主楼部分的地下室筏板厚度以满足筏板冲切要求来控制，一般取50mm左右一层。

底板计算采用JCCAD计算，。在板有限元计算中，划分单元格是尤其重要的事，应尽量避免出现异性板单元，这样的计算结果才是比较合理，比较接近实际情况的，特别是对于像夏东元这样地下室底板平面不规则，有角度存在的情况时，加辅助线是非常有效的。

1.2地下室外墙结构设计

地下室的外墙是结构设计的重点，在设计时应注意以下要求：

荷载

地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室顶板传来的重量及自重。水平荷载包括侧向水压力、侧向土压力和人防等效静荷载，其中起控制作用的是侧向水压力和土压力以及人防等效静荷载。地下室外墙的土压力为静止土压力，静止土压力系数取0.500。

外墙计算模型

外墙计算采用理正工具箱计算。

计算分两种情况：对于单层地下室部分，外墙按竖向单向板计算较为安全，取1m宽板带，采用上端简支，下端以地下室底板作为固定支座，两边自由的支撑条件按连续梁模型计算。此时侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配，这方面问题在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。对于主楼为剪力墙结构的地下室外墙，垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块可按双向板计算配筋，采用上部与两侧均为简支，底部固支的双向板计算模型。

外墙的裂缝控制宽度在0.2mm以内，其配筋量往往由裂缝控制。

另外，特别要注意的一点是剪力墙如兼做地下室外墙(临空墙)[隔墙]时，剪力墙身的竖向钢筋与横向钢筋同地下室外墙(临空墙)[隔墙]的竖向钢筋和横向钢筋，两者取大值。

1.3地下室顶板

地下室顶板厚度按GB50011-2010，最小厚度160mm，当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时，板厚不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。对于我们现在通常的做法是以地下室底板作为上部结构的嵌固层，上述几个构造要求还是满足的。

在覆土厚度1.20m，活荷载为5.0KN/m²时，对于常用的5.5x8.1米及6.6x8.1米的柱网布置，通过对加次梁，板厚250及不加次梁大板结构，板厚300的两种结构形式的经济性比较。由于人防计算时，顶板计算分两种工况考虑，按人防工况时，顶板变形可按塑性考虑，配筋量大大降低，同时在平时工况时，顶板按弹性考虑，两种情况取包络设计。这样一来，在含钢量方面，在板短跨小于6.6米时，大板结构的含钢量略小于次梁结构，而在板短跨大于6.6米后，加次梁结构含钢量小于大板结构。在设计中我们应该根据具体的柱网选择经济合理的结构布置。

对于地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应按JGJ3-2010高层建筑技术规范第10.4节采取错层处提高一级抗震等级等构造措施来加强抗震设计。为避免形成错层，现在我们通常的做法是将单层地下室与主楼相连的一跨做成斜板，使单层地下室顶板与主楼顶板高差小于600mm，这样可认为顶板是连续的，可传递水平力的。

1.4保护层和垫层厚度

《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)对防水混凝土结构规定：结构厚弱土层中不应小于150mm。工程实践表明如果结构厚度或迎水面钢筋保护层厚度小于规范限值常常是引起渗漏水现象的常见原因。度不应小于250mm；裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通；迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。防水混凝土结构底板混凝土垫层，强度等级不应小于C15，厚度不小于100mm，在软弱土层中不应小于150mm。工程实践表明如果结构厚度或迎水面钢筋保护层厚度小于规范限值常常是引起渗漏水现象的常见原因。

2.人防地下室注意事项

2.1人防荷载取值要负荷标准。

人防荷载取值要根据当地人防部门根据国家制订的《人民防空工程战术技术要求》中的公式计算或规范查表来确定。在进行设计时可采用《理正人防工程结构设计软件》来对顶板、侧墙和无桩基底板的人防荷载进行计算。再进行计算时，对战时可能出现的核武器和常规武器爆炸的荷载作用取大值，这样既能够确定各构件人防荷载在范围之内，也能使所有构件的等效静荷载值满足结构的要求。

2.2对各构件的受力分析。

人防地下室顶板承受的荷载有人防等效静载、自重、覆土重等。对于地下室的平时使用顶板要求荷载不是很大，顶板的活荷载战时不需要叠加。对于顶板配钢筋值按照战时的要求进行计算取值，因为此时要求的配筋率最大，能够满足顶板的韧度要求。顶板钢筋可按0.25%的配筋率进行贯通配筋，支座筋量少的部位可进行非贯通筋数量的增加，但要使底筋和顶板贯通筋的间距和位置协调，方便拉筋操作。另外一些小细节也不能忽视，例如口部以外的顶盖板，因为战时坡道会作为主入口，因此顶盖板的设计合理与否对下面的坡道保护起到关键作用。外墙的设计也要根据荷载和弯矩进行合理的内力计算和布筋方式后进行确定。钢筋的布置是外墙设计的关键，在钢筋的布置中，外侧竖向筋宜在外排，可以采用贯通筋与非贯通筋交错布置的方式，使钢筋在交错底板弯后按其搭接与底板下钢筋相连。外墙的选筋原则是“直径细且间距密”，这样能有效的控制外墙裂缝的产生。

2.3地下室的构造要求。

在《GB 5003822005人民防空地下室设计规范》中，对人民防空地下室的构造要求作出了详细规定,设计人员在进行设计时，要充分研究体会其适用的条件和范围，同时结合工程设计的实际情况，就应该能够顺利完成各主要构件的设计任务。为便于开展工作,这里，我们结合构造和受力要求，对一些主要构件的参考尺寸作出规定：对顶板来说，6级顶板取250 mm～300 mm范围，5级顶板取300 mm～350 mm范围；对于顶板梁来说，其跨高比一般在7～12之间, 由构造确定合理的截面尺寸判定标准和梁面通长筋；对于防护单元隔墙和密闭隔墙来说，通常取250 mm；对于外墙和临空墙来说，经过计算后决定，一般通常不低于300 mm；对于底板来说，其厚度不低于外墙厚度，当地下水位较高时，则不再由人防控制。总之，人防构件的结构厚度首先应该满足早期核辐射防护的要求,然后还要满足工程的受力要求。

2.4孔口防护和平战转换设计要求。

孔口防护的设计内容包括三个部分：一是设计防护密闭门与消波系统,该部分主要由建筑和通风专业来完成；二是设计墙体，主要包括出入口通道内部的临空墙、相邻单元间的隔墙、门框墙等；三是设计孔口的其他构件,主要包括风井、通信、防爆波电缆井、防倒塌棚架、开敞式通道等,对于开敞式通道来说，一般主要考虑静土和水侧压力的影响而无需顾及到核爆动荷载，对于风井、通信、防爆波电缆井、防倒塌棚架来说，则是直接选择使用通用图,其中钢结构防倒塌棚架的建设需要配置相应的基础图。在进行平战转换设计时，要遵守以下五条基本原则是：一是工程的平时使用和战时使用的用途不能差距太大，要尽量相近；二是从平时到战时转换的工作量要尽量减少；三是在设计时要一次完成到位，在施工时则要分零部进行；四是在设计时要充分考虑到工程使用的兼容性和通用性；五是工程转换的措施要求快速简便、经济可靠。

3.结束语

人防地下室的结构设计不仅仅要将平时的实际使用考虑在内，而且要充分评估战时的外界环境，随着相关技术的进步和电算化软件的智能化程度加大，人防结构设计的技术和转换研究将变得更加简单易行，人防地下室的构造也将越来越适应现代社会的要求。

参考文献：

[1]GB 5003822005,人民防空地下室设计规范[S].

[2]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[3]王翼忠.高层建筑地下室结构设计中的若干问题[J].河北建设科技与勘察设计,2006(4):18220.