地下人防工程设计中的几个问题

1、地下人防工程设计中的几个问题人民防空地下室设计规范GB50038-94(2003年版)(以下简称新规范)于2003年9月1日起施行，至今已经两年多了。从施工图审查工作中接触到的大量人民防空地下室的设计图纸中，发现有的设计单位对新旧规范之间的差异注意不足，仍沿袭以前的一些习惯做法进行设计。下面谈谈在地下人防工程设计中的一些常见问题，和各位同行交流、讨论。一、室外出入口的防护问题在一些人防工程的设计图纸中,设计人员注意到新规范第3.4.1条“防空地下室每个防护单元应不少于两个出入口(不包括两个防护单元之间的连通口)，其中至少有一个阶梯式或坡道式室外出入口。战时使用的主要出入口应设在室外出入口”的规

2、定，设置了室外出入口，满足了人防地下室本身的设计要求，但却将室外出入口设在其它建筑物临近的地方，有的与其它建筑外墙距离仅12米，且无任何防护措施。新规范第3.4.1条第二款规定：“战时为主要出入口的室外出入口宜设在建筑的倒塌范围以外”，其第3.4.3条第二款还规定：“通道出地面段设置在地面建筑倒塌范围以内，或敞开段至地面建筑距离不足5米时（当地面建筑外墙为剪力墙或壁式框架结构时除外），应按下列要求在敞开段上方设置防倒塌棚架：1)平时设置口部建筑的应采用防倒塌棚架；2)平时不设口部建筑的，可于战时在地面段上方设置装配式防倒塌棚架，其做法要符合第3.7.1条的要求”。根据上述规范条文要求，人防工程

3、室外出入口处于建筑(包括相临的建筑)倒塌范围以内时，必须设置可靠的防倒塌雨棚或装配式防倒踏雨棚。二、六级防空地下室室内出入口兼作室外出入口时，未按规范要求设置防倒塌挑檐，首层楼梯和楼梯间配筋未按抗核爆要求计算配筋。新规范第3.4.1A条规定“确因条件限制无法设置室外出入口的六级防空地下室，当符合下述各项条件时，其室内出入口可按室外出入口使用：上部建筑为钢筋混凝土结构；首层楼梯间直通室外地面，且地下室至首层的梯段上端与室外的距离不大于2m；首层楼梯间结构设计符合本规范第4.5.18条的要求；首层楼梯间直通室外门洞外侧上方，应有挑出长度不小于1.0m的防倒塌挑檐”。第4.5.18条规定“当按第3.

4、4.1A条规定将6级防空地下室用作室外出入口时，该室内出入口的楼梯间以及其上部的首层楼梯间均应按规定计入核爆动荷载。当首层楼梯间采用框架结构时，框架梁、柱应计入水平动荷载，其等效静荷载标准值可取20KN/m2；当首层楼梯间采用钢筋混凝土墙体结构时，钢筋混凝土墙体的前后两面应按不同时受核爆动荷载作用分别计算，作用在前后两面强体的等效静荷载标准值可按表4.5.18-1采用；首层至二层楼梯踏步与休息平台应按正面与反面不同时受核爆动荷载计算，动荷载作用方向与构件表面垂直，正面和反面的等效静荷载标准值可按4.5.18-2采用；防空地下室至首层地面的楼梯踏步及休息平台可按4.5.13条规定设计；首层楼梯间

5、直通室外的门洞外侧上方设置的防倒塌挑檐，其上表面与下表面应按不同时受荷分别计算，上表面等效静荷载标准值取50KN/m2，下表面等效静荷载标准值取15KN/m2”。 新规范4.5.13条规定“当5、6级防空地下室采用多跑式室外出入口，且其上端未设钢筋混凝土封闭式地面建筑时，作用在出入口内楼梯踏步与休息平台上的核爆动荷载应按构件正面和反面不同时受荷分别计算。核爆动荷载作用方向与构件表面垂直，核爆动荷载的等效静荷载标准值可按表4.5.13采用”。以上几条均为旧规范修改后新增条款。在一般人民防空地下室设计图纸中，通常仅考虑由地面通往地下室楼梯的核爆动荷载作用。防倒踏雨棚，首层至二层楼梯踏步与休息平台仅

6、有少数设计图纸的计算书中考虑了核爆动荷载作用。至于地面以上首层楼梯间的框架和钢筋混凝土墙的抗核爆计算，还没有设计单位的计算书中有该方面的计算内容。由于上述设计中的遗漏，将给战时防空地下室的掩蔽和疏散带来一定的安全安全隐患。三、抗浮计算在防空地下室和一般普通地下室中都是一项很重要的工作。在一些地下室工程的设计图纸中，按浮计算时有利恒载和水浮力的分项系数未按规范取用，往往有利恒载分项系数偏大，而水浮力分项系数偏小，这使结构抗浮安全的可靠度严重不足。抗浮稳定验算荷载分项系数的取值，在图审工作中常见到以下几种，见表1。表1抗浮稳定验算荷载分项系数的取值项次 恒载 水浮力 恒载/水浮力 备注1 1.0

7、1.0 1.05 2 1.0 1.0 1.10 3 0.9 1.0 1.05 4 0.9 1.0 1.10 5 0.9 1.2 1.10 6 0.9 1.4 1.10 抗浮稳定验算的荷载分项系数如何取值，不同的规范有不同的规定，国家规范与地方规范又不尽相同。GB50108-2001地下工程防水技术规范第9.0.4条规定：“明挖法地下工程的结构自重应大于净水压力造成的浮力，在自重不足时必须采用锚桩或其他措施。抗浮力安全系数应大于1.051.1。施工期间应采取有效的抗浮力措施” 。上海规范DGJ08-11-1999地基基础设计规范5.7.9条规定：“箱形基础在施工使用阶段均应验算抗浮稳定性。在抗浮

8、稳定验算中，基础及覆土的自重分项系数取1.0，地下水对箱形基础的浮力作用分项系数取1.2”。 GB50009-2001建筑结构荷载规范第3.2.5条(强制性条文)规定，“基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：1、永久荷载分项系数：1）当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取1.2；对由永久荷载效应控制的组合应取1.35；2）当其效应对结构有利时，一般情况下应取1.0；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算应取0.9。2、可变荷载的分项系数：一般情况下应取1.4。”GB50003-2001砌体结构设计规范第4.1.6条规定：“当砌体作为一个刚体需验证整体稳定性时，例如倾覆、滑移、漂浮等，应

9、按下式验算：0(1.2SG2k+1.4SQ1k+SQik)0.8 SG1k式中SG1k起有利作用的永久荷载标准值的效应；SG2k起不利作用的永久荷载标准值的效应” 。由中华人民共和国建设部批准颁布的2003全国民用民用建筑工程设计技术措施结构之2.5.3条指出：“水位不急剧变化的水压力按永久荷载考虑；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑” 。综合以上各规范、技术措施，在抗浮验算中必须按强制性条文GB50009-2001建筑结构荷载规范第3.2.5条规定的公式进行验算。(上部建筑为砌体的，按砌体结构规范GB50003-2001-4.1.6条验算)。也就是说：在抗浮验算时，有利恒载分项系数最高取0.

10、9，水浮力分项系数最低取1.2，这也是我们在图审工作中一贯坚持的标准。四、部分工程设计中未考虑地下室外墙、底板、抗拔桩等混凝土构件的裂缝宽度和抗拔桩钢筋抗拉承载能力验算。昆山地区的地下水水位比较高，一般地下室结构均处于地下水水位以下，大部分场地的地下水均对钢材有一定的腐蚀作用。如混凝土构件的裂缝宽度过大，超过规范规定的裂缝宽度，钢筋将被逐渐侵蚀，从而影响结构的安全性；过大的裂缝宽度也会影响建筑的正常使用。部分防空地下室和普通地下室常采用抗拔桩来解决地下室的抗浮问题。抗拔桩通常采用国标或省标图集的预制桩，桩身强度仅考虑桩身抗压强度和吊装时的抗弯强度，当抗拔桩较长承受的抗拔力较大时，就有可能产生桩

11、身裂缝过大和桩身主筋抗拉承载能力不足的问题。GB50108-2001地下工程防水技术规范第4.1.6条规定。“2、裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通；”该条为强制性条文。部分混凝土构件采用弹塑性变形设计，构件有可能产生较大裂缝，所以这部分构件的裂缝宽度更须严格控制。因此地下室的外墙、底板、抗拔桩，地下室顶板(单建式地下室)在设计时必须进行裂缝宽度验算。当抗拔桩承受较大的抗拔力时还须验算桩身配筋是否满足抗拉承载能力的要求。以上为我们在图审工作中，对地下室、防空地下室工程设计中常见问题的一些看法，不妥之处，欢迎广大同行交流、指正。关于地下室抗浮问题(2007-07-02 17:23:38) 分

12、类：第三部分：网上问答近来有不少读者来信询问关于地下室抗浮的问题，现答复如下：建筑结构设计规范应用图解手册第443页关于抗浮设计的原则，是按原“荷载规范”（50009-2001）编写的，2006版“荷载规范”对抗浮设计进行了修改，因此相关内容可作为参考。现补充如下： 关于地下室的抗浮验算问题关于地下室的抗浮验算，国家规范和各地方规范及相关专门规范提出了不同的要求，应根据工程所在地和工程的具体情况执行相应的规定。当工程所在地无具体规定时，可参考执行下列相关规定：1）建筑结构荷载规范GB 50009-2001的规定：2006年版“荷载规范”第3.2.5条第3款规定：“对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，

13、荷载的分项系数应按有关的结构设计规范的规定采用”。在倾覆、滑移或漂浮等有关结构整体稳定性的验算中，永久荷载一般对结构有利，荷载分项系数一般应取小于1。目前在其他结构设计中仍沿用单一的安全系数进行设计，因此，当其他结构设计规范对结构的倾覆、滑移或漂移的验算有具体规定时，应执行规范的规定，当没有具体规定时，对永久荷载的分项系数应按工程经验确定。2）广东省标准的规定：广东省标准建筑地基基础设计规范DBJ 15-31-2003第5.2.1条规定，地下室抗浮稳定性验算应满足式6.1.6的要求：W/F1.05 （6.1.6）式中 W地下室自重及其上作用的永久荷载标准值的总和； F地下水浮力。【注意】：此处

14、F应为地下水浮力的标准值。3）北京技术细则的规定北京市建筑设计技术细则（结构专业）第3.1.8条第5款规定：在验算建筑物之抗浮能力时，应不考虑活载，抗浮安全系数取1.0。即满足式6.1.7的要求：建筑物重量（不包括活载）/水浮力1.0 （6.1.7）建筑物重量及水浮力的分项系数取1.0。4）水池设计规程的规定给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程CECS 138：2002第5.2.4条规定：当水池承受地下水（含上层滞水）浮力时，应进行抗浮稳定验算。验算时作用均取标准值，抵抗力只计算不包括池内盛水的永久作用和水池侧壁上的摩擦力，抗力系数不应小于1.05。建筑结构荷载规范有关问题的探讨中南建筑设计

15、院郑小庆内容摘要：本文探讨的是建筑结构荷载规范中有关荷载效应控制的组合、地下室抗浮、地下室外墙和底板的荷载组合以及消防车等效均布荷载的确定等内容。一、 荷载效应控制的组合：在建筑结构荷载规范（以下简称荷载规范）GB50007-2002中，增加了“由永久荷载效应控制的设计组合值”，其目的是使结构可靠度达到目标值。对于结构整体由电脑软件计算而言，是由可变荷载效应控制的组合确定荷载效应组合的设计值还是由永久荷载效应控制的组合确定荷载效应组合的设计值作为设计荷载，该项选择易如反掌。然而，对于一些需要人工计算的构件，如楼梯、悬挑板、简支楼板等，就要计算两种组合值来比较大小，取其大者作为设计值。在设计中发

16、现，如果构件的计算中只有一个活荷载，就可以通过简单的方法判定由何种荷载效应的组合值作为设计值。由于只有一个活荷载，所以，荷载规范的公式（3.2.3-1）可以写成：S=G SGK +Q1 SQ1K . (1)上式是由可变荷载效应控制的组合，其中：G = 1.2， Q1 =1.4 。SGK - 按永久荷载标准值GK 计算的荷载效应值。SQ1K - 按可变荷载标准值Q1K 计算的荷载效应值。同时，由永久荷载效应控制的组合值的表达式（3.2.3-2）可以写为：S=G SGK +Q1 C1 SQ1K (2)其中：G = 1.35， Q1 =1.4 ，C1 =0.7 。为寻求（1）和（2）式的关系，可设（

17、1）（2），各系数代入后，得到：1.2 SGK +1.4 SQ1K 1.35 SGK +0.98 SQ1K . (3)化简，得： SQ1K / SGK 0.36 (4)式（4）的意义在于只要可变荷载效应值与永久荷载效应值的比值大于0.36，设计值就是由可变荷载效应控制的组合值。反之亦然。为了方便记忆，0.36可以近似取为1/3，误差小于设计值的1%。因此，只要可变荷载效应值与永久荷载效应值的比值大于1/3，设计值就是由可变荷载效应控制的组合值。以下是两个例外：1 活荷载标准值大于4KN/m2的工业厂房楼面结构此时（2）式的 Q1 =1.3 ，重复以上步骤，可得：SQ1K / SGK 0.3 (

18、5) 公式（5）的意义由读者自行体会。由于活荷载比较大，一般情况下，设计值就是由可变荷载效应控制的组合值。 2 荷载规范中表4.1.1中的第6、7项该两项为书库、档案库、贮藏室、密集柜书库、通风机房、电梯机房等场所，其共同的特点是活荷载较大，所以，设计值也基本是由可变荷载效应控制的组合值。二、 地下室抗浮验算：由于曾经发生多起建筑地下室上浮事故，现在设计过程中，地下室的抗浮验算也显得十分重要。但在荷载规范中，除了在第3.2.5条说明结构抗浮验算时永久荷载的分项系数为0.9外，没有进一步明确应该按哪一个公式计算。显然，结构的抗浮计算的组合值不管是取可变荷载效应控制的组合还是取永久荷载效应控制的组

19、合都显得不恰当。关键在于水浮力的分项系数如何取值？水浮力应算为永久荷载还是可变荷载？有人设计时将水浮力的分项系数取为1.2，也有的取为1.4。在给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069-2002中的第5.2.3条明确说明，抗浮的设计稳定性系数KS=1.05，抗浮验算时，抵抗力应只计入永久荷载作用，可变荷载和侧壁上的摩擦力不应计入，抵抗力采用标准值。在给水排水工程管道结构设计规范GB50332-2002的第4.2.10条也说明：对埋设在地表水或地下水以下的管道，应根据设计条件计算管道结构的抗浮稳定。计算时各项作用均应取标准值，并应满足抗浮稳定性抗力系数不低于1.10。借鉴市政结构规范的条款，

20、笔者认为在抵抗上浮的结构永久荷载乘以0.9的前提下，地下水的浮力只需取标准值，当前者大于后者时，结构的抗浮验算就是安全的。用公式表示，则为：G SGK SWK . (6)其中：G = 0.9SGK - 按永久荷载标准值GK 计算的荷载效应值。SWK - 地下水对结构产生浮力的标准值。结构的抗浮并不需要很大的安全度，（6）式与市政结构规范有关抗浮的安全度相当。地下水对建筑产生的浮力不会大于相同排水体量的物体浸入纯净水液所产生的浮力。三、 筏板下的向上反力组合系数对于采用筏板基础的建筑，其筏板下的反力比较单一，无论是全部由地基土承担还是部分由地下水的浮力承担，其反力总值是不变的。对于风荷载较小同时

21、抗震设防烈度在6度及6度以下地区（比如武汉市），基础设计的荷载基本组合设计值一般取荷载标准组合值乘以1.35，即为建筑地基基础设计规范GB50007-2002的公式（3.0.5-4）。在水平力比较小的情况下，作用于基础的竖向力主要由结构的永久荷载产生。所以，基础设计时应采用由永久荷载效应控制的基本组合。对于采用桩基础（CFG桩除外）同时带地下室的建筑，筏板下的向上反力主要由地下水的浮力产生。此时地下水位的取值可为50年内最高的地下水位，而不是取为室外地面标高。在底板产生设计反力的地下水位与地下室整体抗浮的地下水位取值是可以不同的。因为虽然发生过地下室整体浮起的事故，却鲜见地下室底板受到地下水的

22、上顶作用而发生破坏的现象。地下室底板设计时，地下水荷载的分项系数可取1.35，底板自重的分项系数取1.0。四、 地下室外墙计算的荷载组合：地下室外墙的平时荷载大致可分为三类，一是土的侧压力；二是地下水的侧压力；三是地面堆载或汽车荷载产生的侧压力。该状况可以采用荷载规范公式（3.2.3-2）。荷载规范的第3.1.1条已经说明土压力为永久荷载，所以，地下室外墙计算时土的侧压力分项系数应为1.35；一般说来，地下水位的变化不是很快，在此处可视为永久荷载，地下水侧压力的荷载效应组合时分项系数可为1.35；地面堆载或汽车荷载产生侧压力的组合分项系数可取0.98或1.0。关于地下室外墙计算的荷载组合存在一

23、定的争议，笔者认为：既然是由永久荷载控制效应的组合，就应该按照荷载规范公式（3.2.3-2）计算。五、 消防车等效均布荷载：关于消防车的等效均布荷载，荷载规范中的表4.1.1写明：对于板跨不小于2米的单向板楼盖，取35.0 kN/m2；对于双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6m6m）,取20.0 kN/m2。按照上述要求进行设计，结构板当然是安全的。 但是，考察消防车实际可能产生的荷载，感觉这个结果过于笼统，而且比较保守。消防车等效均布荷载取值的困难在于其荷载作用的不确定性，即多台消防车排列的不确定性。理论上说，应该考虑到一切可能的不利荷载组合，但是，从实际消防现场看，消防车基本上是呈“一”

24、字形纵向排列，侧面对着火灾现场，很难看到消防车横向排列。一般居住小区的道路也比较狭窄，两辆消防车的横向排列几乎不可能，况且消防车的侧面需要一定的操作空间。因此，地下室顶板消防车道的荷载，可以根据总图平面上道路的布置来考虑。一般情况下可以考虑为沿道路纵向排列。为了不致使荷载取值偏小，现考虑一台质量为30吨的消防车后轮的荷载作用，荷载作用区域取在使板在简支情况下跨中弯矩取得最大值的状态。30吨的消防车的平面尺寸见图一。后轮可以认为是四个荷载作用点，每一点的作用力为60kN，着地宽度及长度为0.6m0.2m。图一 300KN汽车车轮的平面尺寸(单位：m)以下先考虑单向板的荷载状况。1、单向板本节是在

25、满足下列条件时进行的计算，即板上覆土厚度：0；板面垫层厚度：s=50mm；混凝土顶板厚度：h=200mm。按荷载规范附录B楼面等效均布活荷载的确定方法计算。计算分为车行方向垂直于板跨方向（图二）和车行方向平行于板跨方向（图三）两种情况。计算方法同荷载规范的附录B， 计算结果详见表一。图二(单位：m)图三(单位：m)表一： 一台30吨消防车后轮产生的等效均布荷载（kN/m2）L(m)22.533.544.555.56图二方式35.026.320.015.714.012.711.3810.219.18图三方式35.022.718.5916.614.6612.911.410.179.05表中，L=2

26、m时取的规范值。从表一看出，等效均布荷载随板跨度的增加而减小。两种车行方向的等效均布荷载基本相同，为便于设计，本文将上述两种情况产生的荷载统一取值，如表二所示，供设计参考。表二： 一列消防车产生的最大等效均布荷载（kN/m2）L(m)22.533.544.555.56等效荷载35.027.020.017.015.013.011.510.510.0当L6m时，等效均布荷载均取为10.0 kN/m2，因为跨度越大，停车空间越大，车轮荷载排列组合的可能性越大，所以等效均布荷载不宜再折减。2、双向板计算消防车产生的等效均布荷载似乎不应有单向板与双向板的区别，就像一般楼板设计，楼面活荷载的取值应没有单向

27、板与双向板之分。按荷载规范的计算方法，双向板的等效均布荷载取值小于单向板，而且计算比较复杂。作为板的设计来说，表二的取值既安全又方便。所以，笔者认为：双向板等效均布荷载的取值仍可以参照本文表二。3、顶板梁汽车荷载作用于梁上的分布情况比作用于板上要简单。仅将汽车后轮荷载作为集中力直接作用于梁上。本节探讨的是设计时按表二取值是否可以直接计算梁的配筋。如果板的荷载按单向板的传力方向传给梁，按本文表二的荷载值可知梁允许承受的使用线荷载约为60 kN/m。若按双向板的最不利导荷方式传给梁即荷载峰值出现在跨中的三角形荷载施加在梁上，这时的等效均布荷载约为荷载峰值的2/3，即40 kN/m。（一）质量为20吨消防车的计算一台质量为20吨的消防车，单排后轮，每个后轮的最大压力为65kN， 最不利的荷载作用一般为两个后轮同时压在梁上，按每个后轮的有效扩散线荷载长度为1.8米计算，则局部等效线荷载约为65/1.8=36.1 kN/m，该值小于上一段落所计算的40 kN/m，所以，对于质量为20吨的消防车，按本文表二的荷载值进行梁的