摘要：人防即人民防空，人民防空的任务是根据国防的需要，动员和组织群众采取防护措施，防范和减轻空袭危害。除采取人员疏散的措施之外，也是战时防空的最重要的措施之一。本文结合北京市某工程从人防结构设计特点，人防荷载确定，荷载组合和内力分析等几方面来介绍人防地下室的结构设计。
关键词：等效静荷载标准值，人防荷载，荷载组合，平战结合。
中图分类号： TU318文献标识码： A 文章编号：
1.工程概况：
本工程为北京市某厂职工住宅楼工程。结构型式为地上6层砖混结构，地下室为1层现浇混凝土结构，基础为筏板基础。地下室为人防工程，人防抗力等级为5级二等人员掩蔽所。
2.人防结构设计的特点
防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统，其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆波活门的选用和扩散室的设计，这些内容的结构设计与一般的结构设计有以下几点不同:
第一，结构设计的可靠性可以降低；第二，考虑结构的动力响应；第三，结构构件可考虑进入塑性工作状态；第四，材料设计强度可以提高（实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，例如钢材强度可提高1.2～1.5倍，对砼和砌体强度可提高1.5倍，这在设计中是通过考虑材料强度综合调整系数来完成的）；第五，重视构造要求，人防设计的许多构造要求是与一般的结构设计不同的，要求更为严格，故不能只考虑受力计算，还要考虑规范中规定的构造措施。
根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则，①平战结合，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则因地下室的结构型式的不同而由实际情况确定。②只进行强度的验算，由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比来控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算。③只考虑一次核袭击。④注意各部件的协调，以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏，失去整个防护建筑的作用。⑤地面与地下承重结构体系要协调，不能出现两者强弱相差较大的情况。了解了结构人防设计的特点及原则之后，我们首先就必须确定计算所需的荷载值。
3.人防荷载的确定
如前所述，人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当核武器在空中爆炸冲击波传播到地表时，形成反射冲击波，因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播，且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快，当反射波波阵面赶上入射波波阵面后，则汇合成单一的冲击波，即合成波。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用，而对于侧壁和底板，因空气冲作用于地表，压迫土体并使其产生运动，上层土体受压后连续向下传递压力，这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播，当遇到侧壁或底板的阻挡后，则会产生超压、动压和负压作用，这就是侧壁和底板需考虑的问题。
本工程人防地下室防护等级为5级(级别的确定是根据国家制订的《人民防空工程战术技术要求》确定的，是由人防部门确定后发文予设计单位)，采用全埋式现浇钢筋混凝土人防地下室，各部位等效静荷载取值分别为：
3.1顶板：首层外墙为240mm烧结普通页岩砖，且墙面开孔面积小于50%，故计入上部建筑物对地面空气冲击波超压作用的影响，顶板覆土厚度为0.8m，持力层为圆砾层，可根据规范提供的顶板等效静荷载标准值表确定等效静荷载标准值qe1=120KN/m2。
3.2外墙：上部建筑物为抗震设防的砌体结构，故应计入上部建筑物对地面空气冲击波超压值的影响，根据本工程地质条件，地下室侧壁等效静载荷标准值qe2=50KN/m2。
3.3底板：本工程采用筏板基础，根据规范提供的钢筋混凝土底板等效静荷载标准值表确定等效静荷载标准值qe3=100KN/m2。
3.4门框墙：所受荷载由两部分组成，一是直接作用在门框墙上的等效静荷载标准值qe=380KN/m2；二是由门扇传来的等效静载标准值，分别按门扇的型号、大小计算确定。
3.5临空墙：依工程实际情况和规范临空墙的等效静荷载标准值表取其等效静荷载标准值为210KN/m2。
3.6隔墙：相邻防护单元间隔墙水平等效静荷载标准值为100KN/m2。
其它各种防护密闭门、防爆波活门、扩散室的设计压力均由规范中有关规定选用，当所有构件的等效静荷载值确定后，即可进行结构计算。
4.荷载组合和内力分析
作用在防空地下室结构上的荷载，应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等，规范中对防空地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格，结构设计时可根据各工程的结构特点结合表格确定所需进行荷载组合的项目。
防空地下室结构荷载组合
在进行荷载组合时，需要明确两个问题：一是上部建筑物质自重标准值的确定，规范中已详细说明了各种不同的上部结构型式，在进行荷载组合时可分为全部考虑、考虑一半和不考虑三种情况。二是顶板的组合中是否考虑上部建筑物的倒塌荷载值，因为倒塌荷载的作用时间滞后于冲击波峰值作用时间，且规范规定的倒塌荷载产生的静荷载值为50KN/m2，小于冲击波对顶板的等效静荷载值，因此在顶板荷载组合中不必计入倒塌荷载值。
在防空地下室结构的设计中，其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：γ0 (γGSGK+γQSQK)≤R(fcd，fsd，αk，……)，需要指出的是几个系数的定义：γ0—结构重要性系数，取1.0；γQ—等效静荷载分项系数，取1.0；fcd—混凝土动力强度设计值；fsd—钢筋动 力强度设计值。由上式可明显看出人防设计的特点。
求出构件的内力代入理正人防计算软件即可分别计算出各构件的配筋，剩下需注意的问题还有一些构造要求，《规范》中已作了很详细的规定在此不一一叙述。
5.孔口防护和平战兼顾
孔口防护包含三部分的设计内容：一是防护密闭门与消波系统的设计，二是出入口通道内临空墙、门框墙的设计，三是孔口其它构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等的设计。其中第二、三条中的临空墙、相邻单元之间的隔墙已在上面已经谈到了荷载的确定，而门框墙的设计一般是按悬臂梁计算，但需注意的就是因平时使用时需要的出入口通道均较宽，而战时又相应较窄，这样有可能会使门框墙的悬臂长度过长，而使水平筋过大，这种情况下，可考虑在不影响功能使用的前提下，加设柱、梁改变门框墙的受力型式，得到较为经济的设计效果。下面主要谈谈第一条的设计内容，当空气冲击波到达出入口通道时，虽然有通道出入口的扩散作用，但遇墙体和门的反射作用使作用在门上的总效应大于空气冲击波的压力，约为2.0～3.5倍 。为方便工程设计人员，国家将防密门进行系列化处理，依据设计压力和门洞尺寸就可直接选择定型的防密门。而消波系统的产生是因为滤毒通风设备所能承受的允许压力远小于空气冲击波，若其防护措施不能与主体抗力相适应，将直接影响整体工程防护能力。消波系统的基本思想是以堵为主，堵消结合，堵就是采用防爆波活门将冲击波的大部分阻挡在室外，消就是使从活门孔进入的少量冲击波通过扩散室的扩散膨胀作用削弱其压力，使其进入内部的压力不超过设备的允许压力。
平战兼顾设计是深入贯彻“平战结合”建设方针一个重要环节，由于人防工程是战时遭受敌袭击时作为保障城市居民生命安全和坚持工作的一种具有特殊功能要求的建筑物，因此它需要承受的荷载较一般结构大几十倍至数百倍，而且密闭要求很高，所以在设计中应尽量减小结构跨度，减少并缩小直通大气的各种孔口，而这种处理原则，恰为平时使用造成诸多困难，《规范》中对此点也作了指导性的规定，本工程人防地下室在平时主要作为自行车库使用。
6.结语
2005年底建设部颁发了新版《人民防空地下室设计规范》，新规范自2006年3月1日起实施，同时宣布原规范作废。由于本工程人防部分审批时在2005年7月，所以还是按照老规范进行设计。新老规范的区别主要是新规范中将人防地下室分为甲乙两类，甲类人防地下室结构应能承受常规武器和核武器爆炸动荷载的分别作用；乙类人防地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载的作用。按照新规范的划分，本工程应属乙类人防地下室，防常规武器抗力等级为5级。经对比新老规范发现，按老规范五级二等人员掩蔽所选取的各构件等效静荷载标准值均大于新规范乙类防常规武器抗力五级人防地下室各构件的静荷载标准值，故本工程的荷载取值相对新规范的要求是偏于保守的，是安全可靠完全满足设计要求的。
参考文献
[1] 人民防空地下室设计规范（2003年版）
[2] 人民防空地下室设计规范（2005年版）
[3] 防空地下室结构设计FG01~03（2004年合订本）
[4] 防空地下室结构设计FG01~05（2007年合订本）
