人防工程平战转换中的结构处理对策

摘要：按我国“人民防空实行长期准备、重点建设、平战结合”的人民防空的方针和原则，在临战前对平时服务于生产和生活的地下工程必须快速转换成为符合《人民防空工程战术技术要求》的人防工程。人防工程平战功能转换技术是人防工程研究领域的一个重要课题，经过后加柱加固方案、粘钢法加固方案、粘贴纤维布加固方案加固技术处理后可以较大幅度提高结构承载力并迅速完成平战功能转换。

关键词：人防工程平战转换 后加柱方案粘钢法方案粘贴纤维布方案

中图分类号：TU93+3文献标识码： A 文章编号：

1 前言

人防工程是防备敌人突然袭击，有效地保障战时人员与物资掩蔽、人民防空指挥、医疗救护，保存战争潜力的重要设施，是坚持城镇战斗，长期支持反侵略战争直至胜利的工程保障。按照《人民防空法》和国家的有关规定，结合新建民用建筑应该修建一定数量的防空地下室。

我国人民防空的方针和原则是：“人民防空实行长期准备、重点建设、平战结合”的方针，贯彻与经济建设协调发展、与城市建设相结合的原则。平战结合，就是人民防空建设要在平时和战时发挥作用。人民防空平战结合，实现战备效益、社会效益和经济效益的统一，反映了具有中国特色的人民防空的特点，是我国人民防空发展的必由之路，也是经济建设、城市建设和人民群众对人民防空建设的客观要求。

人防工程的平战功能转换是将平时服务于生产和生活的地下工程，在战前对其结构进行技术加固，快速转换成为符合《人民防空工程战术技术要求》的人防工程。在人防工程中, 因人防工程平时荷载小于战时载荷, 平时为满足使用功能和使用方便, 结构多采用大跨度和大开间; 战时可采用各种技术对策来减小结构的跨度和提高构件的承载力从而提高人防工程结构的承载能力。平战功能转换问题是人防工程建设中所面临的一个普遍性问题, 如何确保在战争来临之前, 通过各种技术方法和对策加固人防工程, 保障人防工程能抵御战时荷载, 是人防工程平战转换技术研究的重要课题。

2 后加柱加固方案

高层建筑地下室一般为二或三层，附建的人防工程通常设置在最底层（负二或三层），在工程实践中，人防工程在平时一般作为地下车库或大型地下商场使用，柱距约为6—9米，跨度大。平战转换时可进行后加柱方案以减小梁、板的跨度，从而大幅度提高人防工程的承载力、满足人防工程战时的4、5、6级人防荷载的需要。

上图为高层建筑附建人防工程的典型结构布置图，柱网尺寸为9000mm×6000mm，顶板厚350mm，结构柱截面尺寸900 mm×900mm。

在人防工程平战转换的结构加固中，后加柱方案是一种非常快捷有效的方法，后加柱的位置和数量是减小结构内力提高人防工程结构承载力的关键因素。

下图为人防工程的后加柱加固法的二种方案

方案一：只在每块板的跨中后加了钢筋混凝土柱；

方案二：除在每块板的跨中后加了钢筋混凝土柱外，还在每个长跨梁中后加了钢筋混凝土柱。

显然方案二的后加柱数量更多，构件在等荷载的情况下内力更小，人防工程的承载力更强。在平战转换时最后用哪一方案，可根据《人民防空工程战术技术要求》建立有限元模型进行计算。

后加柱一般用钢筋混凝土柱，柱截面尺寸400 mm×400mm，因高层建筑地下室的底板厚度一般在500mm以上，故可不考虑后加柱对地下室底板的冲切破坏。

3 粘钢法加固方案

粘钢加固是一种建筑结构工程常用的加固技术。用特制的结构胶粘剂，将钢板粘贴在钢筋混凝土结构的表面，从而提高结构承载能力与变形能力。

粘钢加固技术因有高速高强、几乎不占建筑空间、施工方便灵活和综合经济效益较高等优点近年来越来越受到工程界的青睐。粘钢加固技术用于静荷载结构加固时表现出了良好的性能。同济大学的 吴俊、杨林德对粘钢加固技术在爆炸冲击荷载作用下的能力进行了试验研究，验证了经粘钢加固后的结构承受爆炸冲击荷载作用时也有良好性能。

粘钢加固是将结构用钢板以力学性能优于混凝土的粘接剂粘贴于结构构件表面，使钢板与构件成为一个共同工作的复合整体，充分发挥钢板、混凝土构件、粘接剂各自的优点，使被加固结构的承载力、刚度、搞裂性得到有效提高。

人防工程在进行平战转换时，如果战时荷载明显大于设计荷载而又不便于在人防工程内部进行后加柱加固，此时采用粘钢法加固是一种不错的方案。

粘钢法进行人防工程平战转换加固，实质上是对人防工程地下室框架结构的梁、柱进行粘钢加固。

框架梁的粘钢加固：

在梁的下底面粘贴一层钢板，通常是梁的全长粘贴，此时粘贴的钢板主要承受拉应力，粘贴钢板的厚度根据计算确定。

根据计算，如果梁的抗剪强度不够，此时应在梁的两侧粘钢补强。

粘钢板前，应对梁板被加固构件进行卸荷。采用千斤顶顶升方式卸荷，对于承受均布荷载的梁应多点均匀顶升，对于有次梁作用的主梁，每根次梁下要设U 形支托，间距500 mm。在卸载完成后方可进行粘钢加固施工。

在粘接剂固化（粘接剂在常温下固化，保持在20 ℃以上，24 h即可固化完成）达到设计强度后可以拆除夹具或支撑，一般72小时后即可完全拆除卸载支撑而承受荷载。

框架梁或柱进行粘钢加固后，对钢筋混凝土梁、柱的工作应力状态有了非常有利的改变，由原来的二向应力状态转化为三向应力状态，根据莫尔强度理论则钢筋混凝土梁、柱中的混凝土强度相应得到了大幅度提高。

因此用粘钢法加固框架梁柱结构体系后，一方面钢板加强了结构构件的承载力：另一方面因为钢板对结构构件的约束改变了材料的应力状态也提高了结构构件的承载力。故粘钢法加固框架梁柱结构后对平战转换中的人防工程的抗力有很大提高。

4 粘贴纤维布加固方案

粘贴纤维布(FRP)加固方案按粘贴材料不同可分为碳纤维(CFRP)加固混凝土结构和玻璃纤维(GFRP)加固混凝土结构两种方法。

碳纤维(CFRP)加固混凝土结构是20 世纪90 年代在国际上新兴的一项新型、高效、便捷的结构加固技术。它利用树脂类材料将碳纤维粘贴在混凝土表面，形成复合材料，通过与混凝土之间协同工作，对构件或结构起到加固及改善受力性能的作用。与碳纤维加固混凝土相似，玻璃纤维加固混凝土同样具有非常好的效果；若从经济和结构延性的角度考虑，玻璃纤维更适合于工程的加固改造; 同时玻璃纤维加固混凝土结构能显著地提高结构的承载力和刚度，大大改善构件的延性。

碳纤维布与玻璃纤维布的主要技术指标

品名 厚 度

mm 抗拉强度

MPa 弹性模量

GPa 延伸率

%

日产碳纤维布 0.11 3000 128.8 1.2

EWR玻璃纤维布 0.21 1300 28 2.7

粘钢板法和粘纤维布法均是当前加固钢筋混凝土结构的常用方法，二者在某些方面有一定的相似之处，但也有较多的不同。首先是材料本身性质带来的差异：粘钢板法既适用于梁体受压部位也适用于梁体受拉部位，而粘FRP 加固方法只适用于梁的受拉部位；而对于框架柱的加固，粘钢法和粘纤维布法同样适用，但因纤维是柔性材料更方便施工、施工质量更容易保证，所以对框架柱的加固粘纤维布法更有优越性。

粘纤维布法与粘钢法对被加固结构构件的作用机理非常相似。一方面纤维布加强了结构构件的承载力：另一方面因为纤维布对结构构件的约束改变了材料的应力状态也提高了结构构件的承载力。

在人防工程平战转换中可以采用粘钢板法和粘纤维布法相结合的方式：用粘钢板法加固框架梁、用粘纤维布法加固框架柱。这样一是充分发挥了两种不同加固材料的特点二是加固了加固施工速度、同时降低了加固工程的的造价。

5 结束语

对大跨度大开间的人防工程的平战功能转换，本文所总结的后加柱加固方案、粘钢法加固方案、粘贴纤维布加固方案都能较好的解决因平时与战时的荷载不同而导致的结构承载力不能满足战时需要的问题。

采用粘钢法加固方案、粘贴纤维布加固方案加固处理后的人防工程完全没有改变它的平时使用功能，一旦战争警报解除可立即恢复平时使用功能，结构加固后提高的承载力作为人防工程结构平时使用荷载的安全储备。

而对于后加柱方案加固处理的人防工程也非常方便恢复到平时使用功能，只需将后加柱全部拆除即可。

参考文献：

［1］王玉岚、张光辉 人防工程主体结构加固受力性能研究 地下空间2004.9

［2］《人民防空地下室设计规范》GB50038—2005

［3］丁斌外包粘钢技术在建筑结构加固中的应用同济大学2008.3

［4］周秦碳纤维加固混凝土结构技术的应用研究 中国地质大学2009.2

［5］姚允武碳纤维加固钢筋混凝土连续梁结构的理论与试验研究吉林大学 2009.06

［6］《混凝土结构加固设计规范 》 GB5036--2006