人防地下工程的设计要点及思考

【摘要】人防地下工程结构非常复杂，所需要投入的资金也比较大。所以，人防地下工程的设计非常重要。本文分析了人防地下工程的实例，针对人防结构设计特点、人防负荷人数的确定、平战兼顾和抗浮问题，分析和研究了单建人防地下室的设计问题。

【关键词】人防；地下工程；设计

位于芜湖十二中周边的人防地下工程，地下室的面积达 ，高约 ，能承受烈度为 度的地震，在平常可以作为车库使用，有战争需要时能进行人员掩护，由 个单元组成。其表面土层厚 ，地下水位在顶板面之上 ，其是以筏板为基础，利用抗拔桩进行抗浮，管桩用混凝土做成。

对于人防地下工程的设计，需要考虑多方面的因素。不仅包括平战结合这一要点，还包括空间的使用问题，还需思考如何平衡荷载与空间的关系。本文鉴于人防地下工程所需注意的问题进行了研究和论述。

一.人防地下工程结构设计的特点

人防地下工程的设计主要包括两方面的内容，第一是主体结构的设计，其中包含了外侧墙、基础、顶板、底板等结构。第二是洞口防护的设计，主要包括了门框墙、风井、防护密闭门等结构的设计。这些设计内容和普通的设计存在一定区别：第一，结构设计的可靠性要求更低。第二，结构组成部分可以存在塑性工作模式。第三，人防地下工程设计的强度可以更高。研究得出，在高速加载的条件下，此时材料的力学性能变化比较明显，体现为强度增加，然而变形性能变化不明显，其对于工程而言利大于弊，比如钢材的强度能够增加到 至 倍，混凝土的强度可以增强 倍。第四，人防地下工程的构造要求更加严格，不能单纯考虑受力的计算。

按照以上人防地下工程的论述，可以得出人防地下工程设计的相关标准：第一，将平时和战时的使用相结合，取控制标准。设计民用人防地下室的结构，平常只关系到五级至六级人防设计，结构的顶板要同时考虑平时和战时的荷载，最后取控制标准，侧墙和底板的设计要根据实际情况而定。第二，只验算工程的强度，因为在核爆炸荷载影响下，已经能够用延性比控制结构构件变形的范围。在设计人防地下工程时，不需要独立验算结构构件的裂缝和变形。第三，协调好各部件的关系，应制定统一的标准对各部件进行设计，在熟悉和掌握人防地下工程的特点和原则的基础上，还应该计算出工程所能承受的荷载数值。

二.人防荷载数值的确定

上述工程的防护等级是甲级六级，其结构是全埋式，用钢筋混凝土现浇制成。根据相关标准，该工程各构件的负荷值分别为：

顶板：顶板的土壤厚度为 ，顶板区隔部分短边准确距离为 ，等效静荷的荷载取值为 。

侧墙：结合工程地质的实际情况，在人防地下室的侧墙范围里存在饱和及不饱和土，计算出其加权平均值，结合四周基坑支护起到的阻隔效果，所以得出侧墙荷载标准值为 。

临空墙：根据工程的实际及结合相关资料，得出楼梯出（入）口的等效静荷载标准值是 ，坡道出（入）口的等效静荷载标准值取值为 。

隔墙：位于相邻单元之间的隔墙压力值是 ，一般地下室和6级人防地下室相邻的隔墙，其设计压力标准为 。

门框墙：其所受的荷载主要由两部分构成，其一是在墙上直接起作用的荷载 。其二是从门扇传递过来的荷载，荷载量取决于门扇的型号和大小。

底板：底板的位置在地下水位的下面，其等效静荷载标准值 。

其他构件的设计，也只有在确定其具体的荷载值，才能将其代入进行结构计算。

三.荷载组合及内力分析

人防地下工程所承受的负载，还包含了上部荷载、核爆炸荷载、水浮力、土压力以及人防地下工程本身的重量等。结合工程结构的特征和相关规范，该工程各构件的荷载值分别是：

顶板：顶板静荷载标准值及顶板核爆炸荷载标准值。

内承重墙：本工程中战时增加的顶板核爆炸荷载标准值比平时荷载标准值更小，所以此部位不受战时条件控制。

侧墙：横向：水压力、土压力以及核爆炸荷载标准值。竖向：静荷载标准值，核爆炸荷载标准值以及外墙自重标准值和覆土自重标准值。

底板：上述工程的基础是筏板，其所受的荷载跟其自重和所受水的浮力有关，其主要由水的浮力控制，荷载量取最大值。在这个人防地下工程中，底板和基础负荷值由平时决定，侧壁、顶板和其他构件的负荷值由战时条件决定。

四.抗浮问题

如果所设计的人防地下工程不能克服水的浮力，地下结构将会因水的作用力造成结构破坏，所以进行抗浮技术设计很有必要。

工程的抗浮设计分为整体和局部两方面的内容。人防地下工程若整体上能实现抗浮，其并不能保证工程局部的构件不受损坏。所以，整体和局部两方面的抗浮设计都应同时进行。在实际的工程设计中，需要考虑地形地势、工程特点、地理环境等多方面的因素，设计出合理的抗浮方案。本文中示例工程采用的是抗拔桩下拉法。另外，抗浮设计方案主要有以下方法：

第一，增加自重的办法。其原理是通过进行顶板压载、边墙加载等增加地下工程部分的重量，使地下工程重量保持大于水的浮力的状态。该方法优点是方法实施操作比较简单，不足是所需的费用较高，因为需要购买大量的钢筋水泥进行加固增重。

第二，抗拔桩下拉的方法。其中，抗拔桩意思是建筑物向上位移的各种桩型，其能承受一定的拉力，且所承受的拉力的大小取决于水位的高低。灌注桩在人防地下工程比较常见，还有预制桩。其中抗拔桩在工程的使用中比较普遍，其一般情况下都能固定在较浅的岩层中。

第三，基板延伸的办法。其是指延伸工程中地下结构的基板，使其形成“翼板”，在延长的得到的翼板上施加泥土增加重量来与浮力抗衡。为实施这种方法，人防地下工程所需开挖的面积也将扩大，所需要的空间和场地也将大大增加。但是这种方法受限于工程的场地和空间，场地较大的工程尚能接受，一般场地较小的工程则一般不采用这种方法进行抗浮。

结语：

人防地下工程，是战争爆发时保护人员、物质安全的重要场地，在人民防空中起着非常重要的作用。人防地下工程，无论是平时还是战时，其都具有不可磨灭的影响，人防地下工程的建设，是人民防空、防护体系建设的重要部分，同时也是战时人们保护自身安全的重要依靠，所以，人防地下工程的设计具有非常重要的地位。

人防地下工程的设计要结合平时和战时两方面进行考虑。目前的电算软件存在缺陷，需技术人员对结构设计上的问题进行深入研究和探讨，从而使设计水平得到提高。人防地下工程的设计只有实现了平时和战时双方面的效益，才能算得上成功，才能发挥其最大的作用。

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