人防設(shè)計的幾點思考

董凱利  呂成

中國建筑西北設(shè)計研究院有限公司  中國建筑西北設(shè)計研究院有限公司

    隨著冷戰(zhàn)的結(jié)束，人類對和平的永恒追求和核心價值觀逐漸趨于一致，全球爆發(fā)大規(guī)模的世界大戰(zhàn)基本不可能，但是小規(guī)模的地區(qū)局部沖突、恐怖襲擊時有發(fā)生。1996年10月29日發(fā)布的《中華人民共和國人民防空法》就規(guī)定城市新建的民用建筑必須按照國家的有關(guān)規(guī)定修建一定面積的戰(zhàn)時可用于防空的地下室。防空地下室的防護(hù)要求、面積必須由當(dāng)?shù)氐娜朔乐鞴懿块T根據(jù)國家的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合該地方的具體情況來確定。但是爆發(fā)核戰(zhàn)爭的風(fēng)險在下降，為了應(yīng)對這一變化，國家國防委員會2003年11月12日頒發(fā)了現(xiàn)行《人民防空工程戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求》。國家人民防空辦公室又根據(jù)新的《戰(zhàn)技要求》于2005年11月30日發(fā)布了現(xiàn)行的《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》。相對于上一版的人防規(guī)范這一版的人防規(guī)范主要增加了防常規(guī)武器的乙類人防工程。

    對于一個人防項目，一個結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)如何開展設(shè)計，使該項目可以兼顧平時和戰(zhàn)時的使用功能要求，做到安全、適用、經(jīng)濟、合理？我們主要從以下三個方面來考慮：人防工程的整體判斷、主要構(gòu)件的計算要點、有關(guān)的構(gòu)造要求，最終需要把這些內(nèi)容全部體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)施工圖和計算書中。

一.人防工程的整體判斷

    我們主要考慮人防類別、人防等級、人防層數(shù)、人防功能、人防范圍這幾個方面。人防類別、等級、層數(shù)影響著各類人防構(gòu)件的荷載取值，人防功能主要和建筑、設(shè)備專業(yè)的各種要求有關(guān)，這幾個方面都是人防設(shè)計的基礎(chǔ)、依據(jù)。

    1.人防類別：人防類別有甲類和乙類兩種。甲類防空地下室設(shè)計必須滿足其預(yù)定的戰(zhàn)時對核武器、常規(guī)武器和生化武器的各項防護(hù)要求，乙類防空地下室設(shè)計必須滿足其預(yù)定的戰(zhàn)時對常規(guī)武器和生化武器的各項防護(hù)要求。

    2.人防等級：人防等級主要有防常規(guī)武器抗力級別5級和6級；防核武器抗力級別4級、4B級、5級、6級和6B級。平時簡稱為常5級、常6級、核4級、核4B級、核5級、核6級和核6B級。一般在工作中普通民用設(shè)計院設(shè)計的項目人防等級都是常6級、核6級；常5級、核5級以上的需要專業(yè)的有特別資質(zhì)的設(shè)計院來設(shè)計。我在設(shè)計院碰到的第一個人防地下室，位于我市的中心地段，人防部門考慮其地理位置的重要性，將該項目定為核4級人防，最后以總參四院為主設(shè)計，我們配合總參四院的工作，非常遺憾，與之失之交臂。

    3.人防層數(shù)：根據(jù)人防法和人防規(guī)范，人防工程必須為地下工程，但是具體在地下幾層必須結(jié)合戰(zhàn)時和平時的使用功能、該工程的具體情況來確定。如果人防工程未放在地下室的最下層，該人防層以下的各層普通地下室的內(nèi)、外墻、柱應(yīng)計入人防頂板傳來的人防荷載，人防層和普通層之間的樓板還有人防構(gòu)造要求。同時臨戰(zhàn)時還要對人防地下室以下各層采取臨戰(zhàn)封堵轉(zhuǎn)換措施，確保空氣沖擊波不進(jìn)入人防地下室以下各層的普通地下室。這樣，無形中將普通地下室的荷載增大，最終增加了造價。

    4.人防功能：人防主要分為指揮通信工程、醫(yī)療救護(hù)工程、防空專業(yè)隊工程、人員掩蔽工程、配套工程五大類。人防的功能主要和其平時的功能有關(guān)。具體一些，一般來說，住宅小區(qū)中主要配套建設(shè)的是人員掩蔽所、物資庫、汽車庫等。醫(yī)院配套的人防工程有可能是戰(zhàn)時急救醫(yī)院。人防功能直接影響了戰(zhàn)時出入口的防毒通道、洗消設(shè)施和密閉通道的設(shè)計，通過這些細(xì)節(jié)設(shè)計可以判斷戰(zhàn)時的主要出入口的位置。

    5.人防范圍：在一個項目中必須明確人防區(qū)和非人防區(qū)，人防區(qū)必須形成一個鋼筋混凝土的封閉空間，俗稱“盒子”。根據(jù)規(guī)范的要求可以將一個人防區(qū)劃分為幾個防護(hù)單元，各個防護(hù)單元抗力等級可以不同。

二.計算要點

    人防計算的方法主要有程序計算和手算。程序計算時較為簡單，我們只需要辨析各類人防構(gòu)件，根據(jù)人防類別、等級、層數(shù)等基本信息在規(guī)范上查到各構(gòu)件的荷載取值，構(gòu)件的材料系數(shù)程序可以自動考慮。手算就比較復(fù)雜，有關(guān)的材料系數(shù)、荷載取值、計算模型均要考慮到。pkpm系列軟件中可以考慮人防荷載。一般來說，人防頂板、底板主要用pkpm系列軟件計算；人防外墻、隔墻、臨空墻、門框墻主要用理正人防計算程序；主要出入口樓梯也用理正工具箱結(jié)合人防荷載、材料分項系數(shù)計算。在這些計算中特別需要考慮以下計算要點。

    1.人防頂板可以按照規(guī)范GB50038-2005中4.10條按由非彈性變形產(chǎn)生的塑性內(nèi)力重分布計算內(nèi)力。這樣，彎矩可以顯著降低，配筋可以大幅度減少，獲得了很好的經(jīng)濟效益。

    2.人防底板取值比較麻煩，和基礎(chǔ)類型有關(guān)。有樁基時底板的荷載取值比無樁基的要小，但是樁本身應(yīng)按計入上部墻、柱傳來的核武器爆炸動荷載的荷載組合驗算承載力。甲類防空地下室基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)或者獨立柱基加防水底板時，防水底板需考慮人防荷載。乙類防空地下室的底板不考慮常規(guī)武器地面爆炸作用。

    3.對于臨空墻的計算，一定要先判別臨空墻的范圍。臨空墻是一側(cè)直接受空氣沖擊波作用，另一側(cè)為防空地下室內(nèi)部的墻體。一側(cè)為人防區(qū)，一側(cè)為普通地下室的分隔墻不是臨空墻，它們應(yīng)為人防隔墻。這就意味著臨空墻肯定與出入口相連，臨空墻的荷載取值和出入口的部位及形式有關(guān)。

    4.門框墻是特殊的臨空墻，所以其荷載取值與出入口的部位及形式有關(guān)。人防門有防護(hù)密閉門、密閉門兩種。防護(hù)密閉門既能阻擋沖擊波又能阻擋毒劑通過，密閉門盡能夠阻擋毒劑通過。所以密閉門的構(gòu)造可以同剪力墻留洞。防護(hù)密閉門有抗力要求，根據(jù)門框周圍的支承情況和門框尺寸，計算模型一般又分為四種：

    （1）門框左右兩側(cè)不設(shè)柱，上部不設(shè)梁：門框墻四周都按照懸挑構(gòu)件計算。

    （2）門框左右兩側(cè)不設(shè)柱，上部設(shè)梁：左右兩側(cè)按照懸挑構(gòu)件計算，上部可按兩端支承的板計算，門扇傳來的等效靜荷載可直接作用至梁上。

    （3）門框左右兩側(cè)設(shè)柱，上部不設(shè)梁：上部可按照懸挑構(gòu)件計算，左右兩側(cè)按照兩端支承的板計算，門扇傳來的等效靜荷載可直接作用至柱上，柱的計算模型同上部的梁。

    （4）門框左右兩側(cè)設(shè)柱，上部設(shè)梁：門框墻四周均可按兩端支承的板計算，門扇傳來的等效靜荷載可直接作用在柱、梁上。

    這四種計算模型可按人防圖集07FG04的判別條件來進(jìn)行，即門洞上方至頂板的距離大于0.5倍的門洞寬度，上部設(shè)梁；小于0.5倍門寬時，上部不設(shè)梁；門洞左右兩側(cè)至兩側(cè)墻體的距離大于0.5倍的門洞高度，左右兩側(cè)設(shè)柱；小于0.5倍門高時，兩側(cè)不設(shè)柱。華清宮文化廣場商業(yè)區(qū)的人防地下室，就是按照上述規(guī)則設(shè)計的門框墻。該項目從建筑地坪至人防板底為3700，人防門1尺寸為1500X2150（寬X高），門洞上方至頂板的凈距為1550，門框墻厚300；人防門2尺寸為6000X2500，門洞上方至頂板的凈距為1200，門框墻厚400。人防門1上方1550大于0.5倍的門寬，設(shè)置梁，門框墻配筋面積為1026mm2/m；人防門2上方1200小于0.5倍的門寬，未設(shè)置梁，門框墻配筋面積為3801 mm2/m。人防門2的配筋是人防門1的配筋3倍還多。如果人防門1不設(shè)置梁，可以初步估算，上部門框墻的配筋會比人防門2的配筋大得多，會非常不經(jīng)濟。

    1.戰(zhàn)時主要出入口的樓梯需要考慮正反向的核武器爆炸動荷載或者正向的常規(guī)武器爆炸動荷載。主要出入口要保證在戰(zhàn)時可以使用。戰(zhàn)時主要出入口根據(jù)人防的不同功能設(shè)置防毒通道、洗消間或者簡易洗消，其它出入口設(shè)置密閉通道即可。所以判斷是否主要出入口不是根據(jù)出入口的寬度。如果地下室已占滿紅線無法設(shè)置室外出入口時滿足人防規(guī)范3.3.2條可以不設(shè)置室外出入口。華清宮文化廣場商業(yè)區(qū)人防地下室分為A、B兩個防護(hù)單元，每個單元各設(shè)置了一個戰(zhàn)時主要出入口，A單元設(shè)置了室內(nèi)出入口，B單元設(shè)置了室外出入口，節(jié)省了空間，有很好的經(jīng)濟效益。

    2.個別構(gòu)件的常規(guī)武器爆炸等效靜荷載比核武器爆炸等效靜荷載大。按照規(guī)范，常規(guī)武器爆炸等效靜荷載和核武器爆炸等效靜荷載不能同時考慮，對于甲類防空地下室來說，必須考慮三種組合，分別是平時使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載、戰(zhàn)時常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用、戰(zhàn)時核武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用，最終的設(shè)計結(jié)果取最不利的組合。

三.構(gòu)造

    按照人防規(guī)范各構(gòu)件有最小的構(gòu)件尺寸、材料強度要求、保護(hù)層厚度、最小配筋率、最大配筋率、鋼筋的錨固長度要求。需要特別注意的有以下幾點：

    1.頂板的防護(hù)厚度可計入頂板結(jié)構(gòu)層上部的混凝土地面厚度。

    2.甲類防空地下室臨空墻的最小厚度還與室內(nèi)早期核輻射劑量設(shè)計限值有關(guān)。

    3.保護(hù)層厚度比混凝土規(guī)范的一類室內(nèi)環(huán)境要求大，嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)執(zhí)行混凝土規(guī)范的要求。

    4.墻兩側(cè)都設(shè)有防護(hù)密閉門的門框墻厚度不宜小于500mm。

    5.最小配筋率和最大配筋率與混凝土強度有關(guān)。

    6.連續(xù)梁支座和框架節(jié)點處，構(gòu)造鋼筋面積不宜小于受拉主筋面積的1/3，比混凝土規(guī)范要求高。

四.畫圖方法

    將人防有關(guān)的各構(gòu)件都計算完，也考慮了各構(gòu)件的構(gòu)造要求，現(xiàn)在需要將這些內(nèi)容表達(dá)到圖紙上，畢竟指導(dǎo)施工的還是圖紙。大部分構(gòu)件可以用平法表示其配筋，具體的鋼筋錨固、截斷等要求可以參照圖集07FG01。但是門框墻最好畫出平面、立面、剖面圖，這樣，也可以理清門框墻的受力和計算模型。選用圖集時必須注意圖集的適用條件以免造成構(gòu)件的不安全。

    綜上所述，人防工程并不難，它們還是延續(xù)著我們以前的普通地下室的設(shè)計，運用的力學(xué)概念也一致，只不過，需要多考慮一些人防的有關(guān)事項，人防地下室設(shè)計必須符合戰(zhàn)時及平時的功能要求，也同樣必須做到安全、適用、經(jīng)濟、合理等基本要求。這樣才能在確保戰(zhàn)備效益的前提下充分發(fā)揮項目的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

1.人民防空地下室設(shè)計規(guī)范GB50038-2005，2006-03-01實施

2.防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計（2007年合訂本）FG01~05

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會    文徑網(wǎng)絡(luò)：尹維維 編輯  文徑 審核)