地下人防工程结构设计的分析和探讨

地下人防工程结构设计的分析和探讨当前国内高层建筑和超高层建筑不断普及，这些建筑的基础部分往往被做成地下人防工程。由于地下人防工程具有平时和战时双重的使用功能，因此其结构设计也相对复杂。在进行设计时通常需要分为平面结构构件的布置、等效静荷载的设计这两大块，这两部分的设计必须按相应的标准和流程进行，这样才能有效确保人防工程设计的科学性和合理性，最大限度的发挥其在平时和战时的双重作用。

TU318文献标识码：A

引言

随着社会经济和城市化进程的发展，当前城市里的高层和超高层建筑越来越普及。由于这些建筑的基础都很大很深，为了充分利用这部分空间，目前国内各地普遍将其做成人防工程，人防工程结构设计现在已成为建筑设计和结构设计不可或缺的组成部分。不过由于过去很长一段时间里对高层建筑基础部分的利用不够重视，再加上人防工程结构设计非常复杂，可用于参考的设计资料很少，因此很多建筑设计人员对人防工程的设计认识还不深，相关的设计理念和设计方法还很欠缺[1]。所以，有必要对当前地下人防工程结构设计的情况进行分析总结，以便更好地对当前的人防工程的结构设计进行指导，有效发挥人防工程保障人们生命财产安全的作用。

1.人防工程结构设计的重要特点

人防工程建筑的使用功能具有双重性，既可以在和平时期使用，也可以用于战争时期的避难，所以，在人防工程上作用的荷载也会相应的出现差别，和平时期的为静荷载，而在战争时期各种爆炸产生的冲击波引发的动荷载则是成为了人防工程的主要荷载。由于这一特点，人防工程在进行结构设计时，在满足正常使用需求的基础上，还得考虑到如何才能够保证有效抵挡战时的爆炸荷载。为保证具有符合规定的承载爆炸荷载能力，人防工程所使用的钢筋混凝土构件要尽量按弹塑性工作阶段进行设计，这是因为构件在这个阶段工作远比在弹性阶段工作能够吸收更多的能量，也更能有效发挥出材料的潜力。因为人防工程防护设计方法是通过将动荷载等效为静荷载来进行分析的，所以，它的结构材料承载能力通常情况下是按静载试验取得的。当材料的强度应用到人防工程的设计时，必须将它们在动载条件下的强度提高因素考虑进去[2]。也就是说，在进行设计时的材料强度要用动荷载强度增强系数来进行相应调整后才能到用到结构设计上，这也是当前人防工程结构设计的突出特点。

2.人防工程结构设计的要点

（1）在设计时要充分考虑到平时和战时两种情况的需要。

（2）在战时爆炸动荷载作用下，由于结构构件振型和挠度曲线非常相近，同时破坏规律也与相应静荷载作用下基本一致，因此在进行动力分析的过程中可将构件进一步简化成单自由度体系采用等效静荷载法，这样的好处在于能够大大简化设计流程，减少工作量，而且还能更好地满足对计算精度的要求。

（3）只验算强度。因为在出现爆炸动荷载时，人防工程的结构构件变形极限已经用允许延性比控制，同时在确定所有构件允许延性比的过程中，也已将对变形的限制因素考虑了进去，因此在进行结构设计时，不用再对结构构件的变形和裂缝进行单独验算。

（4）不用对地基承载力和变形进行验算。这是因为，国内外的不同试验均已显示出在武器爆炸动荷载作用下整体基础和单独基础，都没有发现地基出现任何滑动或剪切破坏的现象，因此这方面的验算就可以省略了。

（5）只考虑一次核袭击。

（6）要做好各部件的协调。设计时要考虑周全，尽量站在全局的高度进行，对工程各部件的使用情况要协调好，这样可以有效避免因设计控制标准不同而使得结构的局部先行破坏，使整个人防工程失去应有的防护作用。

3.地下人防工程的结构设计

人防工程的结构设计比较复杂，要考虑到多方面因素的影响和作用，就当前国内这方面的设计情况而言，人防工程的结构设计可以细分为以下几个方面：

3.1平面结构构件的布置、标注及定位

构件的布置指的是将建筑平面的人防信息用结构方式表达出来，根据功能的区别，一般通过使用线型填充来区分人防区和非人防区；除此之外，还要分出人防外墙、人防临空墙、人防隔墙和人防门框墙这几种结构。在划分完毕的基础上，开始给各个墙体标上编号，而对门框墙，不仅要进行编号，同时还要标上门洞尺寸和相应的荷载类型，这样有利于接下去的计算以及配筋表的配置工作；完成上述步骤后就可以定位墙体厚度了。

3.2等效静荷载的设计

人防工程设计的最关键的问题就是其结构内力的计算方法以及构件截面的设计方法。人防工程的设计程序主要有三个方面，分别是结构方案、内力分析和截面设计，当中的内力分析指的就是人防工程结构设计，它有其鲜明的特点，因此，和其他建筑结构设计相比区别显著。人防工程的结构分析有一定的流程和步骤，按先后顺序介绍如下：首先是根据相关的设计委托书里确定的工程抗力等级来确定工程应具备的防护等级，在防护等级确定下来后，接着就可以根据相应的规范确定人防工程的荷载作用数值。人防工程的荷载和平时期主要是静载，战争时期则以动荷为主。在如何选用人防工程荷载以及将荷载作用于结构方面，首先，要把爆炸动荷载合理地转化成等效的静荷载，接着根据荷载组合情况，采用一般静力结构力学的方法计算出结构的设计内力。一般结构进行内力分析的方法最常用的是从整体开始，按照从整体结构到具体构件的顺序进行，而人防工程的内力分析和它并不相同，在进行分析时首先要将结构分解成为独立的构件，这些构件要各自按照相应的防护要求及防护等级来计算出它们的等效静荷载。

等效静载法通常来说只能用于单个构件，而人防工程结构具有多构件的特点，所以在使

用等效静载法进行设计的过程中，必须将整个人防工程分解为独立的构件，在求出不同构件所具备的等效静载的基础上，再将复杂结构简化为基本结构，这样便可以科学地计算出结构的内力。这种方法的使用要求在进行人防工程的顶板设计时，不用考虑其它构件对顶板的影响；在设计外墙的过程中，不用考虑其它构件对外墙的影响。同时，在设计内部承重墙柱的过程中也不再考虑其它构件的影响[3]。

爆炸动荷载之所以能够有效简化为等效的静荷载，最主要原因在于在爆炸荷载产生后，不同的工程部位达到最大荷载的时间点各不相同，所以不用把整个结构当作整体来进行结构整体分析，而是可以分别按照荷载的最大值来设计计算各个构件。这也是人防工程结构内力计算的最基本特点。

4.结语

地下人防工程当前已经随着高层和超高层建筑不断兴建而越来越重要，不过由于其工程的复杂性，因此它的结构设计有不小的难度。为了更好地发挥出地下人防工程在平时和战时的作用，各相关建设单位和设计人员必须加大研究和投入的力度，更好地确保地下人防工程建设的科学性和安全性。

参考文献