防空地下室结构设计要注意些什么？

实际工程中，人防工程有“挡”和“扩”两个渠道。通常情况下我们会采用“挡”(“抵挡防御”)人防冲击波，各种人防构件的设计无不包含抵挡预定人防动荷载的工况。对于 “扩”(“扩散削减”)其实也有很多例子。只是需要仔细思考，体会就会发现。比如扩散室，比如普通地下室下的人防地下室顶板(普通地下室起着扩散削减作用)等这些都会在人防荷载取值中得到反映。主体是防空地下室中，能满足战时防护及其主要功能要求的部分。对防毒要求的防空地下室，是指最后一道密闭门以内的部分。对于无防毒要求的防空地下室，指防护密闭门以内的部分。作为结构专业主要研究对象应该是围护主体的人防围护结构，明确了人防围护结构构件(顶、底板，外墙，临空墙，门框墙等)，根据以上结构设计思路及原理，就能完成人防结构的大部分设计内容。除人工手算外，目前计算机软件例如PKPM及其他一些软件均能实现人防顶底板的计算机程序计算。只需要选对荷载，注意相对受压区高度等延性比要求，及其他构造要求即可;同理外墙，临空墙，门框墙等等可以借助其他考虑人防各种软件人防工具箱来实现设计。人防围护结构为防空地下室中承受冲击波或土中压缩波直接作用的顶板、墙体、和底板的总称。即包括：人防防护单元顶板，人防防护单元底板，人防单元土中外墙、人防单元空气中外墙(极个别，其实属于临空墙范畴)，人防单元临空墙(包括防护密闭门框墙，人防防护单元间隔墙)。“人防规范”第4.8.12条对于对多层地下室结构，当防空地下室未设在最下层时，若在临战时不对防空地下室以下各层采取封堵加固措施，可以采用。但为了确保空气冲击波不进入以下各层，则防空地下室底板及防空地下室以下各层中间墙柱都要考虑核武器爆炸动荷载作用，这样做不仅使计算复杂，也不经济，故不宜采用，北京民防办明确禁止采用此类做法。防护单元间隔墙也是临空墙，门框墙也是临空墙的概念是本人依据临空墙的定义得出的，考虑某个防护单元战时被破坏失效才有另一防护单元仍能发挥作用的思考得出。有了这个思考，对于理解门框墙“人防技术措施”第3.7.1.2.4)及 “人防规范”第4.8.14条就容易多了。相邻防护单元之间隔墙上荷载的确定，是个比较复杂的问题。当相邻两个单元抗力级别相同时，应考虑某一单元遭受常规武器破坏后，爆炸气浪、弹片及其它飞散物不会波及相邻单元;当相邻两单元抗力级别不同时，还应考虑当低抗力级别防护单元遭受核袭击被破坏时，核武器爆炸冲击波余压对与其相邻的防护单元的影响。“人防规范”对甲类核爆动荷载取相应冲击波地面超压值作为作用在隔墙(含门框墙)上的等效静荷载值。当相邻两防护单元抗力级别相同时，取地面超压值作为作用在隔墙两侧的等效静荷载标准值;当相邻两防护单元抗力级别不相同时，高抗力级别一侧隔墙取低抗力级别的地面超压值作为等效静荷载标准值;低抗力级别一侧隔墙取高抗力级别的地面超压值作为等效静荷载标准值。当防空地下室与普通地下室相邻时，冲击波将从普通地下室的楼梯间或窗孔处直接进入，考虑到普通地下室空间较大，冲击波进入后会有一定扩散作用，因此作用在防空地下室与普通地下室相邻隔墙上荷载值会小于室内出入口通道内临空墙上荷载值，按减少15%计入，并按此确定作用在相邻普通地下室一侧隔墙上和门框墙上的等效静荷载值。口部设计，口部是防空地下室主体与地表面或其他地下建筑的连接部分。口部是防冲击波的薄弱环节，若其防护措施不能与主体抗力相适应，将直接影响整体防护能力。口部分为出入口和通风口，水电口。出入口可又细分为室外出入口、室内出入口、备用出入口以及连通口;通风口细分为进风口、排风口和排烟口;水口“人防规范”仅提了一下洗消污水集水井;电口“人防规范”提到了防爆波电缆井(因其尺寸一般较小，构造钢筋多数情况应该满足人防要求)。竖井式出入口作为备用出入口时常与通风口合并设置。所以对于有防毒要求的防空地下室(人员掩蔽所、人防物资库等)其口部指最里面一道密闭门以外的部分，如密闭通道、防毒通道、滤毒室、洗消间(简易洗消间)、竖井、扩散室、除尘室和防护密闭门以外的通道等。对于无防毒要求的防空地下室(如人防汽车库)，其口部包括竖井，扩散室、除尘室和防护密闭门以外的通道等。通风口即进、排风口、排烟口是防冲击波的薄弱环节，消波设施是指设在进风口、排风口、排烟口用来削弱冲击波强度的防护设施。消波设施通常包括防爆波活门和扩散室(或扩散箱)。若其通风口防护措施不能与主体抗力相适应，将影响整体防护能力。孔口防冲击波的基本措施是“挡”、“扩”结合。“挡”就是采用防爆波活门将冲击波的大部分阻挡在室外，“扩”就是从活门孔进入的少量冲击波通过扩散室(或扩散箱)的扩散膨胀作用削弱其压力，从而使其进入内部的压力不超过允许压力。因此孔口的设计首先是选择一适合的消波系统，使预计的孔口外部冲击波压力通过消波系统后能降到允许压力。防爆波活门设置于通风口的外侧，在冲击波到来时能够迅速自动关闭的防冲击波设备。常用的防爆波活门有：悬板式防爆波活门和胶管式防爆波活门。扩散箱消波系统使用较少，在这里主要介绍扩散室。扩散室设于通风口的防爆波活门的内侧，利用其内部空间的扩散作用来削弱冲击波强度的，用钢筋混凝土构筑的防护设施。扩散室用于进风口、排风口的防爆波活门，一般采用悬板式防爆波活门(以下简称悬板活门)。为了保证在冲击波到达时能使悬板活门迅速地关闭，悬板活门应该保证其嵌入深度应不小于300mm。扩散室中安装悬板活门的墙称为前墙;与前墙相对的墙称为后墙;连接前墙和后墙的墙称为侧墙。扩散室前墙(即悬板活门门框墙)为临空墙，其本身承受的荷载及活门传来的荷载均可按临空墙等效静荷载标准值取值。扩散室与防空地下室室外空气相邻的顶板、底板及外墙，其等效静荷载可按临空墙等效静荷载标准值取值;若扩散室与土相邻，顶、底板及外墙，其等效静荷载标准值应按“人防规范”顶、底板及外墙取值;扩散室与防空地下室室内相邻的墙，作用在扩散室一侧的水平等效静荷载与扩散室的允许压力有关。在核爆动荷载下允许余压值按防空地下室的室内有、无人员确定。并规定：室内有掩蔽人员的(如医疗救护工程、人员掩蔽工程、专业队队员掩蔽部、物资库等)防空地下室各通风口的扩散室允许余压均按0.03Mpa考虑(即30kpa);

室内没有掩蔽人员的(如电站发电机房)防空地下室各通风口的扩散室允许余压均按0.05Mpa考虑(即50kpa)。根据 “人防规范”第4.6.7条，扩散室与防空地下室相邻临空墙动力系数可取1.3得到，当对防空地下室有人情况按1.3x30=39kpa,无人时1.3x50=65kpa考虑。扩散室与防空地下室相邻临空墙可不考虑于常规武器爆炸动荷载，进而按“人防规范”第4.11节构造配置即可。口部的临空墙(包括防护密闭门框墙)，地下室的外墙，通道顶、底板，扩散室的墙体，还有主体的外墙，临空墙(规范定义为人防隔墙)，主体顶、底板的注意事项。出入口按建筑形态上分阶梯式、坡道式出入口，还有竖井式;按冲击波由通道入口至防护密闭门法线走向分为直通式、单向式(至少一个水平90度拐弯)、竖井式(至少一个竖向90度拐弯)、穿廊式(失少一个水平90度拐弯，冲击波能有效分流)、楼梯式(至少一个竖向90度拐弯);从战时空袭后应用与否分主、次要出入口及备用出入口(仅甲类人防考虑);按出地面段位于防空地下室上部建筑投影范围内外分室内、外出入口。室内出入口多为楼梯间。室外出入口与上部建筑相邻与否分为附壁式室外出入口与独立式室外出入口。当还有需要保证主要出入口采用楼梯式时，为保障战时正常出入使用，我们需要做“人防楼梯”设计。“人防荷载”第4.8.11条关于“人防楼梯”的等效静荷载标准值。人防楼梯设计应该注意反面荷载作用下，楼梯梁成为反梁，箍筋增多，应注意验算，这里不赘述。口部建筑即在室外出入口通道出地面段的上方建造的小型地面建筑物。与“人防楼梯”相似，战时需要应用的各种出入口，及通风口，需要考虑防护以保证各种口部的战时空袭后应用，即战时不允许这些位置倒塌、堵塞，甚至被埋!这时应该设置的口部建筑应按防倒塌棚架设计，通风口也应在局部顶板设置与主体脱开的防倒塌棚架或考虑人防荷载或倒塌荷载。甲类人防出入口核武器爆炸所造成的地面建筑破坏范围很大，因此甲类防空地下室需要重视地面建筑倒塌的影响。作为战时主要出入口的室外出入口和备用出入口在空袭之后也需保证能够正常的出入，因此要求尽可能的将通道的出地面段布置在倒塌范围之外，以免在核袭击之后被倒塌物堵塞。出地面段设在倒塌范围之外时，其口部建筑往往是因为平时使用、管理等需要而建造的。为了不会因口部建筑本身的坍塌，影响通行，从而要求口部建筑采用单层轻型建筑。这样若一旦遭核袭击时，口部建筑容易被冲击波“吹走”，即便未被“吹走”，也能便于清理。在密集的建筑群中，往往很难做到把出地面段设置在地面建筑的倒塌范围之外(或者远离地面建筑)。当出地面段位于倒塌范围之内时，为了保障在空袭后主要出入口不被堵塞，在出地面段的上方应该设有防倒塌棚架。因此规定，平时设有口部建筑的宜按防倒塌棚架设计;平时不宜设口部建筑的，可在临战时在出地面段上方采用装配式的防倒塌棚架，使出入口战时不会被堵塞。通常情况主要出入口均为室外出入口，但“人防规范”第3.3.2条对乙类防空地下室及核6级、核6B级低抗力的甲类防空地下室，规定特殊情况下可以室内出入口作为主要出入口，但必须满足相应的严格要求。如设置脱开的防倒塌棚架或防倒塌挑檐等等。相应的抗倒塌荷载与防核爆等效静荷载标准值“人防规范“也有相关的规定。理解了人防结构设计原理，我们还要注意下人防构件的构造要求;还要注意平战转换设计等等。这样就能够运用结构专业知识进行计算与构造配筋，按照“人防规范”规定做出合格的人防设计图纸了。但是要想做熟，做精人防工程结构设计，人防建筑，及设备，电气的基本知识也是必要的。因为人防规范应该是个系统工程，我们结构专业人员如果只看“人防规范结构章节”是无法在短时间内又快又好地完成人防设计的。为什么要这么说呢?因为我们查结构图表时接触到的人防术语、建筑专业的一些条文等等是必须理解性掌握的!例如：对于有防毒要求工程(人员掩蔽所，人防物资库)，讲到主次要出入口，我们脑子里就要意识倒有洗消间的应该为主要出入口。为什么要搞清楚这些呢?因为“人防规范”第4.5.9条，只有主要出入口考虑楼梯间的核爆作用，次要及备用出入口可以不用考虑!再比如：防护功能的平战转换的要求，及战时封堵措施只有建筑条文吃透了才能有地放矢。再比如电气及设备管线的预埋及穿人防围护结构的做法，作为设计人员都应该做到心中有数。所以人防工程多看看其他专业的规范条文是有好处的，我想这也是“人防规范”把所有专业的条文都包含在一本书中的原因吧。