關(guān)于人防防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題的分析

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摘要：本文通過對某工程防空地下室設(shè)計實例的分析，闡述人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題。 

關(guān)鍵詞：人防工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計；武器爆炸動荷載  abstract: based on a project of air defense basement design example analysis, elaborated civil air defense engineering problems of structure design.  key words: civil engineering; structure design; weapon explosion load  中圖分類號：tu2文獻標識碼： a 文章編號：2095-2104（2012）08-0020-02  人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點  人民防空工程（以下簡稱人防工程）也叫人防工事，是指為保障戰(zhàn)時人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫(yī)療救護而單獨修建的地下防護建筑，以及結(jié)合地面建筑修建的戰(zhàn)時可用于防空的地下室。人防工程是防備敵人突然襲擊，有效地掩蔽人員和物資，保存戰(zhàn)爭潛力的重要設(shè)施；是堅持城鎮(zhèn)戰(zhàn)斗，長期支持反侵略戰(zhàn)爭直至勝利的工程保障。 平戰(zhàn)結(jié)合的人防工程的設(shè)計，應(yīng)滿足戰(zhàn)時的防護、平時和戰(zhàn)時的使用與平戰(zhàn)功能轉(zhuǎn)換的要求。  人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括頂板、外側(cè)墻、底板等其它構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；二是出入口防護設(shè)計，包括出入口的防護和消波系統(tǒng)(防護設(shè)備)，其中出入口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道(包括風(fēng)井)的計算等幾個方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆波活門的選用和擴散室(箱)的設(shè)計。  那么，這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計與一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計有何不同呢? 與一般民用建筑結(jié)構(gòu)相比較，人防結(jié)構(gòu)有以下主要特征：承受爆炸荷載、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運動、材料強度提高、結(jié)構(gòu)可靠度水準較低。  第一，承受爆炸荷載，承受一定距離的核（炸、炮彈）爆炸沖擊波（動荷載）作用，也要考慮地上建筑物受沖擊波作用破壞而產(chǎn)生的倒塌荷載，核武器爆炸動荷載屬于偶然性荷載，具有荷載量值大，作用時間短且不斷衰減等特點。  第二，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運動，在爆炸荷載作用下，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的基本特征是加速度，迫使結(jié)構(gòu)由靜止轉(zhuǎn)為運動。這種爆炸荷載為動荷載。  第三，材料強度提高，在爆炸荷載作用下，材料的性能有明顯的變化，主要表現(xiàn)為強度提高，而變形性能（包括塑性等）基本不變，對結(jié)構(gòu)有利。材料的強度一般可提高20%~40%，應(yīng)綜合多個因素確定材料強度設(shè)計的綜合調(diào)整系數(shù)，而不是單一的材料強度提高系數(shù)，參見《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》（gb50038-2005）（以下簡稱規(guī)范）4.2.3。  第四，結(jié)構(gòu)可靠度水準較低，結(jié)構(gòu)主要承受爆炸荷載，而這種荷載是一種偶然荷載，可按荷載效應(yīng)的偶然組合進行設(shè)計。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》，人防結(jié)構(gòu)動荷載分項系數(shù)取1.0，從安全與經(jīng)濟兩方面考慮，當按偶然組合驗算結(jié)構(gòu)的承載能力時，所采用的可靠指標允許比基本組合有所降低。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載極限狀態(tài)的可靠指標比一般工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標低。  除以上幾點，構(gòu)造要求方面也是至關(guān)重要的，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的許多構(gòu)造要求是與一般的建筑設(shè)計不同的，要求更為嚴格，故僅僅只考慮受力計算，不考慮構(gòu)造措施是不合理的。  根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，我們可以確定人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則，①平戰(zhàn)結(jié)合，取控制條件，結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般只涉及核（常）5級或核（常）6級人防設(shè)計，結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時控制，而側(cè)墻和底板等構(gòu)件則因地下室的結(jié)構(gòu)型式的不同而由實際情況確定；②只進行強度的驗算，由于在核武器爆炸動荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已用允許延性比的控制，且在確定各種構(gòu)件允許延性比時，已考慮了對變形的限制，因而在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不必再單獨對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫開展進行驗算；③只考慮一次核襲擊；④根據(jù)防護要求和受力情況做到結(jié)構(gòu)各個部位抗力的協(xié)調(diào)，以免因設(shè)計控制標準不一致而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部先行破壞，失去整個防護建筑的作用；⑤在滿足設(shè)計抗力的前提下，使結(jié)構(gòu)有較好的變形能力。  了解了人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點及原則之后，我們首先就必須確定計算所需的荷載值。  2. 人防結(jié)構(gòu)荷載的確定及荷載組合  人防結(jié)構(gòu)所承受的荷載，有靜荷載和動荷載兩種。靜荷載的計算同一般民用結(jié)構(gòu)；動荷載主要是核武器爆炸動荷載。核武器爆炸動荷載的作用方向永遠與結(jié)構(gòu)表面垂直。其特點是壓力陡然上升到最大值，荷載大小隨時間而變化。結(jié)構(gòu)在這種荷載作用下，將產(chǎn)生加速度，引起體系振動，在工程上為了便于解決實際問題，常常把這種核武器爆炸動荷載轉(zhuǎn)換成一種等效靜荷載。  如前所述，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮抵抗空氣沖擊波。人防結(jié)構(gòu)的頂板一般就直接承受地面沖擊波的超壓和負壓作用，而對于側(cè)壁和底板，因空氣沖擊波作用于地表，一面壓縮土壤，使地面土壤產(chǎn)生一定的速度，同時，壓迫土體并使其產(chǎn)生運動，上層土體受壓后連續(xù)向下傳遞壓力，這種土體的壓縮狀態(tài)由上向下逐層傳播過程稱為土中壓縮波的傳播，當遇到側(cè)壁或底板的阻擋后，則會產(chǎn)生超壓、動壓和負壓作用。  下面根據(jù)工程實例來分析人防結(jié)構(gòu)核武器爆炸等效靜荷載的確定。  本工程為地上十二層，地下一層；其中地下一層為防空地下室。主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。設(shè)計使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計地震分組為第一組，地震加速度值為0.05g；抗震設(shè)防類別為丙類；抗震等級為三級。分為一個防護單元，兩個抗暴單元。戰(zhàn)時使用功能為二等人員掩蔽，平時為標準物質(zhì)庫（掩蔽面積：250m2，建筑面積：471m2）,另附建筑平面圖見附圖-1。本工程的抗力級別為核6常6級甲類防空地下室（防空地下室的防護等級是根據(jù)國家制訂的《人民防空工程戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求》確定的，是由人防部門確定后發(fā)文予設(shè)計單位。）。甲類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載的分別作用，對常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，設(shè)計時均按一次作用。本工程不考慮上部結(jié)構(gòu)影響。  結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位等效靜荷載標準值(kn/m2)取值見下表2-1：  表2-1  構(gòu)件  級別 頂板  (qe1) 外墻  (qe2) 底板  (qe3) 臨空墻 門框墻  室外單向出入口 室外豎井、樓梯 室外單向  出入口 室外豎  井、樓梯  核6 60 60 25 160 130 240 200  常6 50 70 150 90 220 130  (注：本工程室內(nèi)外高差為0.450米，故為了使結(jié)構(gòu)頂板底面低于室外地平面，可采取降板措施，使頂板底面低于室外地平參見規(guī)范3.2.15。)  其它各種防護密閉門、防爆波活門、擴散室的設(shè)計壓力均由規(guī)范中有關(guān)規(guī)定選用，當所有構(gòu)件的等效靜荷載值確定后，即可進行結(jié)構(gòu)計算。  作用在防空地下室結(jié)構(gòu)上的荷載，甲類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)按以下規(guī)定進行組合設(shè)計：①平時使用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載；②戰(zhàn)時常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用；③戰(zhàn)時核武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用。乙類防空地下室應(yīng)分別按①、②條進行設(shè)計，并應(yīng)取各自的最不利的效應(yīng)組合作為設(shè)計依據(jù)。常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用的荷載組合見規(guī)范表4.9.2，常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時作用的荷載組合見規(guī)范表4.9.3.