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浅谈人防地下室结构设计
作者：邵云俭
来源：《科学与财富》2010年第12期
[摘 要] 本文主要先是从对人防地下室结构的特点出发，再对人防地下室结构在常规武器和核武器爆炸的假设下，对其人防荷载的确定、荷载组合和内力的分析以及孔口防护和平战转换的设计进行了分析探讨。
[关键词] 人防地下室 结构设计 人防荷载 等效静荷载
随着冷战的结束和科技的兴起,现在的战争模式已经有了较大改变，虽然核武器以及大规模常规武器使用的可能性较小，但其仍具有潜在的威胁，因而在现代化的城市建设中，必须从战略的角度去考虑，在城市地下室的建设中要考虑到这些因素。以下就常规武器与核武器的爆炸冲击对地下室结构荷载设计问题进行了探讨。 一、人防结构设计的主要内容
与一般的地下室相比，人防地下室的主要任务是防空，因而要在其结构设计过程中对其地下室构件进行严格的计算，以达到规定的防空标准。在现在的城市建设中，人防地下室结构设计主要有以下内容：一是地下室主要构件的设计，主要有顶板、外墙、底板、内承墙等的设计；二是孔口防护问题设计和平战转换设计，其内容主要是出入口的防护设计问题。 二、人防地下室设计具体内容 （一）人防荷载的确定 1．常规武器下人防荷载的确定 （1）常规武器爆炸动荷载
一般情况下，常规武器在爆炸时，人防地下室的主体受到的动荷载不是均匀分布的，因而是不可以采用等效静荷载法来计算荷载的。所以，要确定常规武器爆炸的动荷载就必须采取一定的措施对地下室所受的荷载均匀化处理，鉴于篇幅问题，这里就不作讨论，其详细的计算方法可以参见《人防规范》附录B来处理。
（2）如何计算在常规武器爆炸动荷载作用下的地下室的主要构件的等效静荷载标准值
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在常规武器爆炸动荷载作用下，地下室顶板、外墙的均布等效静荷载标准值，一般是由以下公式进行计算确定：
（3）如何确定在常规武器爆炸动荷载作用下的人防地下室主体结构的等效静荷载 ①顶板
当把人防地下室的位置设计在地下一层时，其顶板在不同的结构的等效静荷载标准值可按下表1进行取值
表1 顶板的等效静荷载标准值
而对于防常规武器5级，当顶板覆土厚度大于2．5m，以及对于防常规武器6级，顶板覆土厚度大于1．5m时，顶板可不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载。而对别的一些情况，如把人防地下室的位置设立在地下一层以下部位时，由于常规武器爆炸作用对这时的地下室的顶板产生的等效静荷载较小，因而此时，顶板可以不考虑其等效静荷载。 ②外墙的等效静荷载标准值。
外墙的构造工艺较多，一般来讲有砌体外墙和钢筋混凝土外墙。在常规武器的爆炸作用下，外墙一般承受了直接的作用。而外墙此时的等效静荷载受影响的因素较多，本文不予完全讨论。现选择饱和土式的外墙的等效静荷载标准值选取问题，其具体如下表2： 表2 饱和士中外墙的等效荷载标准值
当防常规武器6级和防常规武器5级人防地下室的顶板顶面高出于室外地面的时候，此时高出地面的外墙将受到爆炸的直接冲击作用。因而此时的外墙一般是按其在弹塑性工作阶段的计算方式，外墙等效静荷载标准值对常5级可以取400kN/㎡，对常6级可以取180kN/㎡； ③底板的等效静荷载标准值。
人防地下室的底板由于其结构相对距爆炸的冲击波较远，其等效静荷标准值主要是由其顶板受到的爆炸动荷载进而产生的反力决定的。在设计过程中，我们一般考虑受到的攻击并非是直接碰撞式的，只产生在顶板局部区域内受到强烈的动荷载作用，如此一来作用到底板上的动荷载就相当小了。而对于防常规武器5级和防常规武器6级的人防地下室，底板的设计较多时候不由常规武器爆炸动荷载作用控制，因而可以不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载。 ④门框墙的等效静荷载标准值。
⑤防护单元之间的隔墙与门框墙水平的等效静荷载标准值。
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同底板的所受到的动荷载作用差不多，距离爆炸冲击的距离较远，所受到的反力可以忽略不计，因此，人防地下室的防护单元间的隔墙与人防地下室的门框墙可以不计入常规武器爆炸作用产生的等效静荷载。但按照规范，隔墙与门框墙对防常规武器5级和防常规武器6级的隔墙厚度最好是大于250㎜、200㎜，其它的构筑件也要相应的符合规范要求。 ⑥室外楼梯式出入口的等效静荷载标准值计算。
在现在的人防地下室的使用当中，一般是采用楼梯式的出入口充当主要出入口，在这上面考虑爆炸动荷载的作用，出入口楼梯会受到直接的冲击作用。实际计算，动荷载作用力的方向一般会与楼梯垂直，依据《人防规定》，出入口的等效静荷载可以参照以下来取值： 当采取室外出入口为主要出入口为时，其等效静荷载标准值对防常规武器抗力5级的可取l10kN/㎡，对防常规武器抗力6级的可取50kN/㎡；
当采取室内出入口为主要出入口为时，出入口侧壁的内侧与外墙外侧的最小水平距离大于5．0m时，可以不计入等效静荷载；
当采取室内出入口为主要出入口时，出入侧壁的内侧与外墙外侧的最小水平的距离不大于5．0m时，其等效静荷载标准值对防常规武器抗力5级的可取90kN/㎡，对防常规武器抗力6级的可取40kN/㎡。
2．核武器爆炸动荷载作用下的人防地下室的等效静荷载计算
在核武器的爆炸作用下，人防地下室的主要构件主要受压缩波产生的核武器爆炸动荷载作用，其动荷载的计算因受力较常规武器复杂，具体可参照人防规范来具体的对主体构件进行讨论。以下重点讲述常用结构在核爆动荷载作用下的等效静荷载标准值相关计算： （二）荷载组合和内力分析
（1）常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用
与核武器的爆炸冲击波相比，人防地下室的主体结构受到的的常规武器爆炸产生的等效静荷载和静荷载的作用主要是非平面性的一维波，这种作用形式主要是局部的对地下室产生作用，不会使得整个建筑物崩溃，因而不需要考虑建筑物的距离地面一段距离的建筑。而在常规武器非直接命中地面爆炸产生的压缩波作用下，对于常5级和常6级的人防地下室，底板由于受到的作力较小，其设计计算可以不计入常规武器产生的等效静荷载。 在常规武器的爆炸冲击下,如下是人防地下室主体结构部位的荷载:
顶板的荷载组合是爆炸等效静荷载和顶板静荷载，顶板静荷载主要是一些战时不拆迁的固定设施设备、顶板自身重量及覆土重量；