人防設計的幾點思考

董凱利  呂成

中國建筑西北設計研究院有限公司  中國建筑西北設計研究院有限公司

    隨著冷戰的結束，人類對和平的永恒追求和核心價值觀逐漸趨于一致，全球爆發大規模的世界大戰基本不可能，但是小規模的地區局部沖突、恐怖襲擊時有發生。1996年10月29日發布的《中華人民共和國人民防空法》就規定城市新建的民用建筑必須按照國家的有關規定修建一定面積的戰時可用于防空的地下室。防空地下室的防護要求、面積必須由當地的人防主管部門根據國家的有關規定，結合該地方的具體情況來確定。但是爆發核戰爭的風險在下降，為了應對這一變化，國家國防委員會2003年11月12日頒發了現行《人民防空工程戰術技術要求》。國家人民防空辦公室又根據新的《戰技要求》于2005年11月30日發布了現行的《人民防空地下室設計規范》。相對于上一版的人防規范這一版的人防規范主要增加了防常規武器的乙類人防工程。

    對于一個人防項目，一個結構工程師應如何開展設計，使該項目可以兼顧平時和戰時的使用功能要求，做到安全、適用、經濟、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、主要構件的計算要點、有關的構造要求，最終需要把這些內容全部體現在結構施工圖和計算書中。

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、人防功能、人防范圍這幾個方面。人防類別、等級、層數影響著各類人防構件的荷載取值，人防功能主要和建筑、設備專業的各種要求有關，這幾個方面都是人防設計的基礎、依據。

    1.人防類別：人防類別有甲類和乙類兩種。甲類防空地下室設計必須滿足其預定的戰時對核武器、常規武器和生化武器的各項防護要求，乙類防空地下室設計必須滿足其預定的戰時對常規武器和生化武器的各項防護要求。

    2.人防等級：人防等級主要有防常規武器抗力級別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計院設計的項目人防等級都是常6級、核6級；常5級、核5級以上的需要專業的有特別資質的設計院來設計。我在設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：根據人防法和人防規范，人防工程必須為地下工程，但是具體在地下幾層必須結合戰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、外墻、柱應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造要求。同時臨戰時還要對人防地下室以下各層采取臨戰封堵轉換措施，確保空氣沖擊波不進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、醫療救護工程、防空專業隊工程、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。具體一些，一般來說，住宅小區中主要配套建設的是人員掩蔽所、物資庫、汽車庫等。醫院配套的人防工程有可能是戰時急救醫院。人防功能直接影響了戰時出入口的防毒通道、洗消設施和密閉通道的設計，通過這些細節設計可以判斷戰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和非人防區，人防區必須形成一個鋼筋混凝土的封閉空間，俗稱“盒子”。根據規范的要求可以將一個人防區劃分為幾個防護單元，各個防護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件，根據人防類別、等級、層數等基本信息在規范上查到各構件的荷載取值，構件的材料系數程序可以自動考慮。手算就比較復雜，有關的材料系數、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合人防荷載、材料分項系數計算。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范GB50038-2005中4.10條按由非彈性變形產生的塑性內力重分布計算內力。這樣，彎矩可以顯著降低，配筋可以大幅度減少，獲得了很好的經濟效益。

    2.人防底板取值比較麻煩，和基礎類型有關。有樁基時底板的荷載取值比無樁基的要小，但是樁本身應按計入上部墻、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采用條形基礎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。臨空墻是一側直接受空氣沖擊波作用，另一側為防空地下室內部的墻體。一側為人防區，一側為普通地下室的分隔墻不是臨空墻，它們應為人防隔墻。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。

    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。人防門有防護密閉門、密閉門兩種。防護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。所以密閉門的構造可以同剪力墻留洞。防護密閉門有抗力要求，根據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）門框左右兩側不設柱，上部不設梁：門框墻四周都按照懸挑構件計算。

    （2）門框左右兩側不設柱，上部設梁：左右兩側按照懸挑構件計算，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）門框左右兩側設柱，上部不設梁：上部可按照懸挑構件計算，左右兩側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）門框左右兩側設柱，上部設梁：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，上部設梁；小于0.5倍門寬時，上部不設梁；門洞左右兩側至兩側墻體的距離大于0.5倍的門洞高度，左右兩側設柱；小于0.5倍門高時，兩側不設柱。華清宮文化廣場商業區的人防地下室，就是按照上述規則設計的門框墻。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，會非常不經濟。

    1.戰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武器爆炸動荷載。主要出入口要保證在戰時可以使用。戰時主要出入口根據人防的不同功能設置防毒通道、洗消間或者簡易洗消，其它出入口設置密閉通道即可。所以判斷是否主要出入口不是根據出入口的寬度。如果地下室已占滿紅線無法設置室外出入口時滿足人防規范3.3.2條可以不設置室外出入口。華清宮文化廣場商業區人防地下室分為A、B兩個防護單元，每個單元各設置了一個戰時主要出入口，A單元設置了室內出入口，B單元設置了室外出入口，節省了空間，有很好的經濟效益。

    2.個別構件的常規武器爆炸等效靜荷載比核武器爆炸等效靜荷載大。按照規范，常規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構設計荷載、戰時常規武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用、戰時核武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用，最終的設計結果取最不利的組合。

三.構造

    按照人防規范各構件有最小的構件尺寸、材料強度要求、保護層厚度、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.頂板的防護厚度可計入頂板結構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早期核輻射劑量設計限值有關。

    3.保護層厚度比混凝土規范的一類室內環境要求大，嚴寒地區應執行混凝土規范的要求。

    4.墻兩側都設有防護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。

    6.連續梁支座和框架節點處，構造鋼筋面積不宜小于受拉主筋面積的1/3，比混凝土規范要求高。

四.畫圖方法

    將人防有關的各構件都計算完，也考慮了各構件的構造要求，現在需要將這些內容表達到圖紙上，畢竟指導施工的還是圖紙。大部分構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件的不安全。

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

參考文獻：

1.人民防空地下室設計規范GB50038-2005，2006-03-01實施

2.防空地下室結構設計（2007年合訂本）FG01~05

(本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：尹維維 編輯  文徑 審核)