人防設(shè)計從入門到精通

由于冷戰(zhàn)的結(jié)束和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來的戰(zhàn)爭模式發(fā)生了重大變化。未來爆發(fā)核大戰(zhàn)的可能性已經(jīng)變小，但是核威脅依然存在。在我國的一些城市和城市中的一些地區(qū)，人防工程建設(shè)仍須考慮防御核武器。防空地下室設(shè)計應(yīng)貫徹“長期準(zhǔn)備、重點建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合”的方針，并應(yīng)堅持人防建設(shè)與經(jīng)濟建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展、與城市建設(shè)相結(jié)合的原則。人防工程對于一般民用設(shè)計人員來說是陌生，甚至神秘的，但是其實一般的人民防空工程(這里主要指“人防規(guī)范”所涉及的核5級常5級以下)我們普通結(jié)構(gòu)設(shè)計人員完全可以掌握并設(shè)計的很好。筆者參加工作有幸接觸到一些民用人防工程，其中包括人防物資庫，人防汽車庫，二等人員掩蔽所，專業(yè)隊員掩蔽所等項目積累了一些經(jīng)驗但一直沒進行系統(tǒng)的總結(jié)。本文依據(jù)人防規(guī)范及書籍及個人人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗，對防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計進行梳理。在工作總結(jié)中得到自我提升的同時，也希望對剛剛接觸人民防空的設(shè)計人員有所幫助。

我國民用人防工程曾經(jīng)所遵循的規(guī)范有如下：

《國防工程設(shè)計規(guī)范》

《人民防空工程設(shè)計規(guī)范》(秘密)(GB50225-95)

《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》(內(nèi)部發(fā)行)(GB50038-2005)

《平戰(zhàn)結(jié)合人民防空工程設(shè)計規(guī)范》(內(nèi)部發(fā)行)(DBJ08-49-96)

《人民防空工程防護功能平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(秘密)(RFJ1-98)

《人民防空工程防化設(shè)計規(guī)范》(秘密)(RFJ1-97)

《人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范》(GB50098-98,2001年版)

《人民防空工程施工及驗收規(guī)范》(GB50134-2004)

《人民防空指揮工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》

《人民防空醫(yī)療救護工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》

《人民防空工程柴油電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》

《人民防空物資庫工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》

《人防工程防早期核輻射設(shè)計規(guī)范》

《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2008等

其中民用的人防規(guī)范特指《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》(高級別的人防規(guī)范是國家秘密，一般民用院見不到的)，因時代更迭，技術(shù)發(fā)展，我們所遵循的規(guī)范一直再更迭，甚至廢止。所以本文僅就僅就《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》GB50038-2005及人防的防護原理，闡述下個人的理解體會。

為敘述方便：《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》(內(nèi)部發(fā)行)GB50038-2005(以下簡稱“人防規(guī)范”)、《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001(以下簡稱“可靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”)、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012(以下簡稱“荷載規(guī)范”)、《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施---防空地下室》(內(nèi)部資料)2003年版(以下簡稱“人防技術(shù)措施”)。

為了便于初涉人防的同行們有一個形象上的認(rèn)識，請看下圖(此圖僅作介紹之用勿深究)，然后再逐步介紹。
按照《人民防空法》和國家的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合新建民用建筑應(yīng)該修建一定數(shù)量的防空地下室。但有時由于地質(zhì)、地形、結(jié)構(gòu)和施工等條件限制不宜修建防空地下室時，國家允許將應(yīng)修建防空地下室的資金用于在居住小區(qū)內(nèi)，易地建設(shè)單建掘開式人防工程。為了便于做好居住小區(qū)的人防工程規(guī)劃和個體設(shè)計，更好地實現(xiàn)平戰(zhàn)結(jié)合，為適應(yīng)各地設(shè)計單位和主管部門的需要，“人防規(guī)范”的適用范圍做了適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。

考慮到我國地域遼闊，城市(地區(qū))之間的戰(zhàn)略地位差異懸殊，威脅環(huán)境十分不同，“人防規(guī)范”把防空地下室區(qū)分為甲、乙兩類。甲類防空地下室戰(zhàn)時需要防核武器、防常規(guī)武器、防生化武器等;乙類防空地下室不考慮防核武器，只防常規(guī)武器和防生化武器。至于防空地下室是按甲類，還是按乙類修建，應(yīng)由當(dāng)?shù)氐娜朔乐鞴懿块T根據(jù)國家的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合該地區(qū)的具體情況確定。

防空地下室是為戰(zhàn)時服務(wù)的、具有預(yù)定戰(zhàn)時防空功能的特殊地下建筑，與普通地下建筑相比較，其使用對象、條件、要求均有明顯的差別，從而設(shè)計原則、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和處理方法上，均與普通地下建筑不同。

就其戰(zhàn)時防護來看，防空地下室的防御對象是核武器、生化武器、和常規(guī)武器，其防護要求主要體現(xiàn)在抗力要求、防毒要求、和輻射防護。防空地下室設(shè)計必須滿足預(yù)定的防護要求和戰(zhàn)時使用要求。

1 防空地下室基本特征

與一般民用建筑結(jié)構(gòu)(普通地下室)相比較，防空地下室結(jié)構(gòu)有以下主要特征：承受爆炸(常規(guī)武器、核武器)動荷載、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運動、材料強度提高、結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)降低、大部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性工作狀態(tài)設(shè)計等。掌握這些特征，就可以參照民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般方法，進行防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1.1 承受爆炸動荷載

防空地下室戰(zhàn)時應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載或核武器爆炸動荷載作用。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。常規(guī)武器、核武器爆炸動荷載均屬于偶然性荷載，具有超壓瞬時由零增到峰值、作用時間短且不斷衰減、一次性作用的脈沖荷載等特點。防空地下室所處位置與埋深不同，作用效應(yīng)(即對工程的破壞作用及破壞特征)也不同。暴露于空氣中的防空地下室結(jié)構(gòu)如高出地面的外墻，不覆土的頂板，通道內(nèi)臨空墻、防護密閉門及防護密閉門門框墻等部位直接承受地面空氣沖擊波的作用;埋入土中的圍護結(jié)構(gòu)，如有覆土的頂板，地下室外墻，基礎(chǔ)底板等部位則直接承受土中壓縮波作用;此外，防空地下室內(nèi)部的墻柱等構(gòu)件還承受圍護結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)動荷載的作用。

防空地下室的抗力級別主要用于反映防空地下室抵御空襲能力的強弱，對于核武器，抗力級別按期爆炸沖擊波地面超壓的大小劃分;對于常規(guī)武器，抗力級別按其爆炸的破壞效應(yīng)劃分，主要取決于常規(guī)武器裝藥量的大小及常規(guī)武器與防空地下室的爆炸距離。

1.2 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運動

“人防規(guī)范” 4.1.5條防空地下室結(jié)構(gòu)在常規(guī)武器爆炸動荷載或核武器爆炸動荷載作用下，其動力分析均可采用等效靜荷載法。

在爆炸荷載的作用下，結(jié)構(gòu)受力的基本特征是我們高中時即學(xué)過的產(chǎn)生加速度，迫使結(jié)構(gòu)由靜止轉(zhuǎn)為運動。這種運動有來回往復(fù)的特點，我們稱之為振動。振動由于阻尼力的綜合作用而逐漸衰減。結(jié)構(gòu)在沖擊波作用時間內(nèi)的振動，稱為強迫振動;在沖擊波消失后的振動，稱為自由振動。核爆作用時間以秒計，其最大的動位移發(fā)生在強迫振動;而常規(guī)武器爆炸沖擊波作用的時間以毫秒計，其最大的動位移一般發(fā)生在自由振動。

動力作用和靜力作用是相對的，主要看外力隨時間變化的迅速程度相對于結(jié)構(gòu)自振周期的長、短而定，當(dāng)升壓時間與自振周期的比值超過4~5時，已無明顯的動力作用。爆炸荷載是瞬時增加的，通常把這種爆炸荷載看成動荷載。2012年新頒布“荷載規(guī)范”增加第10章“偶然荷載”的10.2節(jié)就偶然荷載轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃ъo荷載做了概要性闡述;“人防規(guī)范”第4.6節(jié)人防荷載怎樣轉(zhuǎn)化為等效靜荷載也做了詳細(xì)說明(即先選定允許延性比，確定動力系數(shù)kd，然后動力系數(shù)與動荷載最大壓力峰值的乘積就是等效均布靜力荷載標(biāo)準(zhǔn)值),再按4.6節(jié)公式基礎(chǔ)之外，4.7節(jié)、第4.8節(jié)還對一些常用的構(gòu)件等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，依照4.6節(jié)公式制成相應(yīng)圖表供大家直接選用，這里一定要注意圖表的適用條件，如果不符合那么就自己用4.6節(jié)公式計算。

事實上動力系數(shù)kd是結(jié)構(gòu)構(gòu)件自振圓頻率、時間、允許延性比有關(guān)因素確定的。允許延性比概念貫穿著人防設(shè)計過程的始終，所以要特別注意。

1.3 材料強度提高

實驗表明，加載速率直接影響材料的力學(xué)性能。在爆炸動荷載作用下，材料的強度有明顯的提高，而變形性能(包括塑性等)基本不變。試驗證明通常在人防荷載作用下，材料強度可提高20%~40%。因此在“人防規(guī)范”考慮綜合因素后規(guī)定了材料強度綜合調(diào)整系數(shù)γd。這對防空地下室結(jié)構(gòu)是一個有利因素。

1.4 結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)降低

防空地下室結(jié)構(gòu)主要承受爆炸動荷載，而這類荷載是一種偶然性荷載，建筑結(jié)構(gòu)可按荷載效應(yīng)的偶然組合進行設(shè)計或采取防護措施，保證主要承重結(jié)構(gòu)不致因出現(xiàn)規(guī)定的偶然事件而喪失承載力。人防荷載比平時的靜荷載大很多，結(jié)構(gòu)承受的爆炸動荷載，是基于工程必須達(dá)到抗力要求而確定的。按國家規(guī)定的防護級別所對應(yīng)的地面沖擊波最大超壓值進行承載力計算時，只考慮一次作用，不考慮超載。在一般情況下人防動荷載分項系數(shù)取1.0，即能達(dá)到防空地下室必須滿足的抗力。依照“可靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”從安全與經(jīng)濟兩方面考慮，當(dāng)按偶然荷載組合驗算結(jié)構(gòu)的承載力時，所采用的可靠指標(biāo)值允許比基本組合有所降低。所以人防荷載當(dāng)為主控荷載時，其承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)，比一般工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)低。

“人防規(guī)范”4.1.3條規(guī)定甲類防空地下室結(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，乙類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載的作用。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。

1.5 大部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性工作狀態(tài)設(shè)計

在人防爆炸動荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形通常是隨時間的增長至最大值，隨之即出現(xiàn)衰減。因此，可以考慮由結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的塑性變形來吸收爆炸動荷載的能量，即在爆炸動荷載作用下，允許結(jié)構(gòu)構(gòu)件進入彈塑性工作狀態(tài)?？紤]結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性性能，可承受更大的爆炸動荷載，具有較大的經(jīng)濟意義。對于既考慮彈性工作階段又考慮塑性工作階段的結(jié)構(gòu)稱為按彈塑性階段設(shè)計，如鋼筋混凝土的頂板、底板、外墻、和臨空墻等。在此需要指出的是，防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也有些構(gòu)件必須按彈性階段設(shè)計，如砌體外墻、非常重要鋼筋混凝土防護密閉門的門框墻、及防水要求高的結(jié)構(gòu)等。

2 有關(guān)防空地下室設(shè)計的基本原則和規(guī)定

防空地下室是為戰(zhàn)時防空襲服務(wù)的，所以其設(shè)計必須滿足預(yù)定的防護要求和戰(zhàn)時使用要求。所以防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心有兩方面內(nèi)容：

一是防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計必須滿足預(yù)定的抗力要求，在預(yù)定的爆炸動荷載作用下，防空地下室不能破壞，并具有足夠的承載能力。防空地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)根據(jù)防護要求和受力情況做到結(jié)構(gòu)各個部位抗力相協(xié)調(diào)。即在預(yù)定爆炸動荷載作用下，保證結(jié)構(gòu)各部位(如出入口、防護設(shè)備、與主體結(jié)構(gòu))都能正常工作，防止由于局部薄弱破壞主體，這就是人防設(shè)計的指導(dǎo)原則。

二是防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須滿足預(yù)定的密閉要求，在預(yù)定的爆炸動荷載作用下，滿足防毒要求和輻射防護要求。對一般密閉、防水要求的防空地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可按彈塑性工作階段設(shè)計。在滿足設(shè)計抗力及防毒密閉要求的前提下，為了結(jié)構(gòu)構(gòu)件在最終破壞前有較好的延性，應(yīng)使其具有較好的變形能力。為體現(xiàn)抗爆概念設(shè)計思想，與抗震結(jié)構(gòu)相同，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜實現(xiàn)“強柱弱梁，強剪弱彎”的設(shè)計準(zhǔn)則。在抗爆結(jié)構(gòu)中，應(yīng)充分利用受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件的延性。在構(gòu)造上還應(yīng)特別注意梁、柱節(jié)點核心區(qū)要有足夠的抗剪、抗壓能力和鋼筋錨固長度。不論結(jié)構(gòu)內(nèi)力是按彈性分析或彈塑性分析，都應(yīng)將結(jié)構(gòu)設(shè)計成最終為延性破壞而不是脆性破壞，這樣可以提高整體結(jié)構(gòu)的抗爆能力。即使作用在結(jié)構(gòu)上的荷載稍有增加和局部超載，也不致于引起結(jié)構(gòu)的倒塌，這樣就具有較大的經(jīng)濟和現(xiàn)實意義。

“人防規(guī)范”規(guī)定了各種構(gòu)件的允許延性比，此時已經(jīng)考慮了對變形的限制和防護密閉要求，所以可不再單獨進行爆炸動荷載作用下的結(jié)構(gòu)變形，裂縫開展的驗算。人防工程因在爆炸動荷載作用下，地基承載力有較大提高，一般不進行戰(zhàn)時動荷載作用下的地基承載力及地基變形的驗算。但為了保證基礎(chǔ)承載力，應(yīng)驗算戰(zhàn)時動荷載作用下基礎(chǔ)強度。

防空地下室戰(zhàn)時與平時的荷載效應(yīng)組合不同，因此“人防規(guī)范”規(guī)定，防空地下室結(jié)構(gòu)除按“人防規(guī)范”設(shè)計外，尚應(yīng)遵守平時使用條件的相應(yīng)設(shè)計規(guī)范、規(guī)程，并應(yīng)取其中控制條件作為防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。防空地下室的構(gòu)造與三級抗震一致。當(dāng)所處部位抗震等級大于三級時，須符合所處部位的抗震構(gòu)造要求。

3 防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟

防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計和一般民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一樣，一般步驟是：確定結(jié)構(gòu)選型→確定荷載組合(等效靜荷載、靜荷載)→內(nèi)力分析→確定控制內(nèi)力→截面設(shè)計。

3.1 結(jié)構(gòu)選型

防空地下室的結(jié)構(gòu)選型應(yīng)根據(jù)防護要求、平時和戰(zhàn)時使用要求、上部建筑結(jié)構(gòu)類型、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件以及材料供應(yīng)和施工條件等因素綜合分析確定。

防空地下室結(jié)構(gòu)的選型包括結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系的選擇，結(jié)構(gòu)類別除少數(shù)情況可采用砌體結(jié)構(gòu)外，一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防空地下室的結(jié)構(gòu)布置，應(yīng)選用受力明確、傳力簡單和具有較好的整體性和延性的結(jié)構(gòu)。防空地下室鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系常采用梁板結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)以及箱形結(jié)構(gòu)等，也可以采用預(yù)制裝配整體式結(jié)構(gòu)。當(dāng)柱網(wǎng)尺寸較大時，也可以采用雙向密肋樓蓋結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆空心板樓蓋結(jié)構(gòu)。出入口通道一般采用矩形封閉框架結(jié)構(gòu)。

3.2 確定荷載組合

由于防空地下室戰(zhàn)時荷載組合中不考慮一般活荷載，所以在戰(zhàn)時荷載組合中只包括動荷載和靜荷載兩類。靜荷載計算同一般的民用結(jié)構(gòu)，包括土壓力、水壓力、地面堆載、上部建筑傳來的荷載、結(jié)構(gòu)自重、戰(zhàn)時不拆遷的的固定設(shè)備自重等，動荷載是根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，按地面空氣沖擊波最大超壓值∆PM算(地面超壓)確定。動荷載指戰(zhàn)時的核武器或常規(guī)武器爆炸空氣沖擊波或土中壓縮波形成的荷載，動荷載分正壓與負(fù)壓。除特殊注明外，設(shè)計中考慮的動荷載作用方向垂直結(jié)構(gòu)表面。

按照防空地下室的類別、抗力級別、是否考慮上部建筑影響等因素確定防空地下室各部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的等效靜荷載。防空地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計，正確確定等效靜荷載是成功設(shè)計的關(guān)鍵。特別應(yīng)該注意“人防規(guī)范”中各公式和圖表的使用條件，弄清各個名詞術(shù)語的解釋，了解人防工程的工作流程原理。

爆炸動荷載用動力系數(shù)乘以動荷載峰值可以得到等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值與靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值確定后按規(guī)范要求即得到結(jié)構(gòu)的組合荷載值

3.3 內(nèi)力分析

“人防規(guī)范”在第4.10.1條規(guī)定：防空地下室結(jié)構(gòu)在確定等效靜荷載和靜荷載后，可按靜力計算方法進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。即將動力作用下求內(nèi)力問題轉(zhuǎn)化為靜力作用下求內(nèi)力問題。內(nèi)力分析是，宜根據(jù)結(jié)構(gòu)類型，構(gòu)件布置，材料性能和受力特點等選擇分析方法。

確定控制內(nèi)力

根據(jù)荷載組合計算出不同受力狀態(tài)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力值后，應(yīng)取其控制條件作為截面設(shè)計依據(jù)。

有了組合荷載值還有確定分析方法確定后，可按靜力學(xué)的一般方法和計算圖表求得構(gòu)件的內(nèi)力，對于超靜定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以由非彈性變形產(chǎn)生的塑性內(nèi)力重分布計算內(nèi)力。當(dāng)板的周邊與梁為整體現(xiàn)澆時，對板的中間跨跨中彎矩可以乘以0.7;對邊跨的跨中彎矩可以乘以0.8;對于無梁樓蓋可以乘以0.9,;如在板的計算中已計入軸力的作用，則不應(yīng)再乘以以上折減系數(shù)。

3.4 截面設(shè)計

由于爆炸動荷載作用下防空地下室對結(jié)構(gòu)的變形和裂縫的開展可不進行驗算，因此，在截面設(shè)計中我們只進行承載能力極限狀態(tài)計算。

在動荷載和靜荷載同時作用或動荷載單獨作用下，防空地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承載力設(shè)計中采用材料動力強度設(shè)計值。其值為靜荷載作用下材料強度設(shè)計值乘以動荷載作用下材料強度綜合調(diào)整系數(shù)，其余基本上與地面建筑結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計相同。

當(dāng)由戰(zhàn)時荷載(效應(yīng))組合計算出的內(nèi)力起控制作用時，防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中不能直接采用靜力作用下計算圖表進行截面設(shè)計，否則將造成不應(yīng)有的浪費，這是由于加入材料強度綜合調(diào)整系數(shù)后，使等效靜荷載與等量靜荷載并不等價。

還要注意在承載力極限狀態(tài)設(shè)計中，幾項主要技術(shù)參數(shù)：

結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：取1.0。

等效靜荷載分項系數(shù)，取1.0。

永久荷載分項系數(shù)：當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時取1.2;有利時取1.0。

截面設(shè)計中保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性的幾項規(guī)定：

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比[β]，是指構(gòu)件允許出現(xiàn)的最大變位與彈性極限變位的比值。顯然，當(dāng)[β]≤1時，結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段;當(dāng)[β]>1時，構(gòu)件處于彈塑性工作階段。因此允許延性比雖然不完全反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度、撓度及裂縫等情況，但與這三者都有密切的關(guān)系，且能直接表明結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處極限狀態(tài)。根據(jù)試驗資料，用允許延性比表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài)，既簡單實用，又比較合理，故“人防規(guī)范”采用按允許延性比表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作狀態(tài)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比，主要與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料、受力特征及使用要求有關(guān)。如結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較大的允許延性比，則能較多地吸收動能，對于抵抗動荷載是十分有利的。

“人防規(guī)范”4.10.3條規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件按彈塑性工作階段設(shè)計時，受拉鋼筋的配筋率不宜大于1.5%;當(dāng)大于1.5%時，受彎構(gòu)件或大偏心受壓構(gòu)件的允許延性比[β]值應(yīng)滿足以下公式，

[β]≤0.5/(x/h0) (1)

說了半天，對于延性比的概念我們一語道破的話，其實就是有關(guān)混凝土受壓區(qū)高度的那點事，實際上就是要求混凝土受壓區(qū)高度不要太大，以保證其延性。其中這個x/h0 =ξ就是混凝土受壓區(qū)相對高度，受壓區(qū)高度不要太大，以保證其延性，就這么簡單!

怎樣控制構(gòu)件的延性比呢?我們接著往下看：

ξ=x/h0=(ρ-ρ’)fyd/(αcfcd) (2)

在構(gòu)件配筋后，我們可以求出受壓區(qū)相對高度，從而求出構(gòu)件的計算延性比“0.5/(x/h0)”。由“人防規(guī)范”鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)人防構(gòu)件的允許延性比[β]，以一般防水防毒條件下梁受彎狀態(tài)下為3.0為例，由規(guī)范要求可以得到梁為3.0，則受壓區(qū)相對高度為0.5/3=0.167;同理，大偏壓柱、墻面外為2.0，則受壓區(qū)相對高度為0.5/2=0.25。

總之，人防構(gòu)件設(shè)計時，嚴(yán)格控制配筋率、保證延性比，就是要確保在爆炸荷載作用下，構(gòu)件還有一定的變形能力，從而達(dá)到耗能、延緩失效的目的。

4 有關(guān)防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的個人理解與思考

實際工程中，人防工程有“擋”和“擴”兩個渠道。通常情況下我們會采用“擋”(“抵擋防御”)人防沖擊波，各種人防構(gòu)件的設(shè)計無不包含抵擋預(yù)定人防動荷載的工況，對于 “擴”(“擴散削減”)其實也有很多例子。只是需要仔細(xì)思考，體會就會發(fā)現(xiàn)。比如擴散室、比如普通地下室下的人防地下室頂板(普通地下室起著擴散削減作用)等這些都會在人防荷載取值中得到反映。

主體：防空地下室中，能滿足戰(zhàn)時防護及其主要功能要求的部分。對防毒要求的防空地下室，是指最后一道密閉門以內(nèi)的部分。對于無防毒要求的防空地下室，指防護密閉門以內(nèi)的部分。

作為結(jié)構(gòu)專業(yè)主要研究對象應(yīng)該是圍護主體的人防圍護結(jié)構(gòu)，明確了人防圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件(頂、底板，外墻，臨空墻，門框墻等)，根據(jù)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計思路及原理，就能完成人防結(jié)構(gòu)的大部分設(shè)計內(nèi)容。除人工手算外目前計算機軟件例如PKPM及其他一些軟件均能實現(xiàn)人防頂?shù)装宓挠嬎銠C程序計算。只需要選對荷載，注意相對受壓區(qū)高度等延性比要求，及其他構(gòu)造要求即可;同理外墻，臨空墻，門框墻等等可以借助其他考慮人防各種軟件人防工具箱來實現(xiàn)設(shè)計。

人防圍護結(jié)構(gòu)為防空地下室中承受沖擊波或土中壓縮波直接作用的頂板、墻體、和底板的總稱。即包括：人防防護單元頂板，人防防護單元底板，人防單元土中外墻、人防單元空氣中外墻(極個別，其實屬于臨空墻范疇)，人防單元臨空墻(包括防護密閉門框墻，人防防護單元間隔墻)，這里需要讀者注意，人防防護單元之間的頂板不一定是整體地下室的頂板，比如本人在泰州萬達(dá)廣場人防設(shè)計中，兩層地下室均考慮人防設(shè)計，對于底層人防防護單元，它的人防頂板為地下二層地下室的頂板，地下室一層的底板(個人理解)。當(dāng)然它的荷載取值應(yīng)該同相鄰防護單元間隔墻的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

“人防規(guī)范”第4.8.12條對于對多層地下室結(jié)構(gòu)，當(dāng)防空地下室未設(shè)在最下層時，若在臨戰(zhàn)時不對防空地下室以下各層采取封堵加固措施，可以采用。但為了確?？諝鉀_擊波不進入以下各層，則防空地下室底板及防空地下室以下各層中間墻柱都要考慮核武器爆炸動荷載作用，這樣做不僅使計算復(fù)雜，也不經(jīng)濟，故不宜采用，北京民防辦明確禁止采用此類做法。

防護單元間隔墻也是臨空墻，門框墻也是臨空墻的概念是本人依據(jù)臨空墻的定義得出的，考慮某個防護單元戰(zhàn)時被破壞失效才有另一防護單元仍能發(fā)揮作用的思考得出。

有了這個思考，對于理解門框墻“人防技術(shù)措施”第3.7.1.2.4)及 “人防規(guī)范”第4.8.14條就容易多了。

相鄰防護單元之間隔墻上荷載的確定，是個比較復(fù)雜的問題。當(dāng)相鄰兩個單元抗力級別相同時，應(yīng)考慮某一單元遭受常規(guī)武器破壞后，爆炸氣浪、彈片及其它飛散物不會波及相鄰單元;當(dāng)相鄰兩單元抗力級別不同時，還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)涂沽墑e防護單元遭受核襲擊被破壞時，核武器爆炸沖擊波余壓對與其相鄰的防護單元的影響。

“人防規(guī)范”對甲類核爆動荷載取相應(yīng)沖擊波地面超壓值作為作用在隔墻(含門框墻)上的等效靜荷載值。當(dāng)相鄰兩防護單元抗力級別相同時，取地面超壓值作為作用在隔墻兩側(cè)的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值;當(dāng)相鄰兩防護單元抗力級別不相同時，高抗力級別一側(cè)隔墻取低抗力級別的地面超壓值作為等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值;低抗力級別一側(cè)隔墻取高抗力級別的地面超壓值作為等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

當(dāng)防空地下室與普通地下室相鄰時，沖擊波將從普通地下室的樓梯間或窗孔處直接進入，考慮到普通地下室空間較大，沖擊波進入后會有一定擴散作用，因此作用在防空地下室與普通地下室相鄰隔墻上荷載值會小于室內(nèi)出入口通道內(nèi)臨空墻上荷載值，按減少15%計入，并按此確定作用在相鄰普通地下室一側(cè)隔墻上和門框墻上的等效靜荷載值。

口部設(shè)計，口部是防空地下室主體與地表面或其他地下建筑的連接部分?？诓渴欠罌_擊波的薄弱環(huán)節(jié)，若其防護措施不能與主體抗力相適應(yīng)，將直接影響整體防護能力?？诓糠譃槌鋈肟诤屯L(fēng)口，水電口。出入口可又細(xì)分為室外出入口、室內(nèi)出入口、備用出入口以及連通口;通風(fēng)口細(xì)分為進風(fēng)口、排風(fēng)口和排煙口;水口“人防規(guī)范”僅提了一下洗消污水集水井;電口“人防規(guī)范”提到了防爆波電纜井(因其尺寸一般較小，構(gòu)造鋼筋多數(shù)情況應(yīng)該滿足人防要求)。豎井式出入口作為備用出入口時常與通風(fēng)口合并設(shè)置。所以對于有防毒要求的防空地下室(人員掩蔽所、人防物資庫等)其口部指最里面一道密閉門以外的部分，如密閉通道、防毒通道、濾毒室、洗消間(簡易洗消間)、豎井、擴散室、除塵室和防護密閉門以外的通道等。對于無防毒要求的防空地下室(如人防汽車庫)，其口部包括豎井，擴散室、除塵室和防護密閉門以外的通道等。

通風(fēng)口即進、排風(fēng)口、排煙口是防沖擊波的薄弱環(huán)節(jié)，消波設(shè)施是指設(shè)在進風(fēng)口、排風(fēng)口、排煙口用來削弱沖擊波強度的防護設(shè)施。消波設(shè)施通常包括防爆波活門和擴散室(或擴散箱)。若其通風(fēng)口防護措施不能與主體抗力相適應(yīng)，將影響整體防護能力。

孔口防沖擊波的基本措施是“擋”、“擴”結(jié)合。“擋”就是采用防爆波活門將沖擊波的大部分阻擋在室外，“擴”就是是從活門孔進入的少量沖擊波通過擴散室(或擴散箱)的擴散膨脹作用削弱其壓力，從而使其進入內(nèi)部的壓力不超過允許壓力。因此孔口的設(shè)計首先是選擇一適合的消波系統(tǒng)，使預(yù)計的孔口外部沖擊波壓力通過消波系統(tǒng)后能降到允許壓力。防爆波活門設(shè)置于通風(fēng)口的外側(cè)，在沖擊波到來時能夠迅速自動關(guān)閉的防沖擊波設(shè)備。常用的防爆波活門有，懸板式防爆波活門和膠管式防爆波活門。擴散箱消波系統(tǒng)使用較少，在這里主要介紹擴散室。

擴散室設(shè)于通風(fēng)口的防爆波活門的內(nèi)側(cè)，利用其內(nèi)部空間的擴散作用來削弱沖擊波強度的，用鋼筋混凝土構(gòu)筑的防護設(shè)施。擴散室用于進風(fēng)口、排風(fēng)口的防爆波活門，一般采用懸板式防爆波活門(以下簡稱懸板活門)。為了保證在沖擊波到達(dá)時能是懸板活門迅速地關(guān)閉，懸板活門應(yīng)該保證其嵌入深度應(yīng)不小于300mm。擴散室中安裝懸板活門的墻稱為前墻;與前墻相對的墻稱為后墻;連接前墻和后墻的墻稱為側(cè)墻。擴散室前墻(即懸板活門門框墻)為臨空墻，其本身承受的荷載及活門傳來的荷載均可按臨空墻等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值。擴散室與防空地下室室外空氣相鄰的頂板、底板及外墻，其等效靜荷載可按臨空墻等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值;若擴散室與土相鄰，頂、底板及外墻，其等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按“人防規(guī)范”頂、底板及外墻取值;擴散室與防空地下室室內(nèi)相鄰的墻，作用在擴散室一側(cè)的水平等效靜荷載與擴散室的允許壓力有關(guān)。在核爆動荷載下允許余壓值按防空地下室的室內(nèi)有、無人員確定。并規(guī)定室內(nèi)有掩蔽人員的(如醫(yī)療救護工程、人員掩蔽工程、專業(yè)隊隊員掩蔽部、物資庫等)防空地下室各通風(fēng)口的擴散室允許余壓均按0.03Mpa考慮(即30kpa);室內(nèi)沒有掩蔽人員的(如電站發(fā)電機房)防空地下室各通風(fēng)口的擴散室允許余壓均按0.05Mpa考慮(即30kpa)。根據(jù) “人防規(guī)范”第4.6.7條，擴散室與防空地下室相鄰臨空墻動力系數(shù)可取1.3得到，當(dāng)對防空地下室有人情況按1.3x30=39kpa,無人時1.3x50=65kpa考慮。擴散室與防空地下室相鄰臨空墻可不考慮于常規(guī)武器爆炸動荷載，進而按“人防規(guī)范”第4.11節(jié)構(gòu)造配置即可。

口部的臨空墻(包括防護密閉門框墻)，地下室的外墻，通道頂、底板，擴散室的墻體，還有主體的外墻，臨空墻(規(guī)范定義為人防隔墻)，主體頂、底板的注意事項。

出入口按建筑形態(tài)上分階梯式、坡道式出入口，還有豎井式;按沖擊波由通道入口至防護密閉門法線走向分為直通式、單向式(至少一個水平90度拐彎)、豎井式(至少一個豎向90度拐彎)、穿廊式(失少一個水平90度拐彎，沖擊波能有分流)、樓梯式(至少一個豎向90度拐彎)。從戰(zhàn)時空襲后應(yīng)用與否分主、次要出入口及備用出入口(僅甲類人防考慮);按出地面段位于防空地下室上部建筑投影范圍內(nèi)外分室內(nèi)、外出入口。室內(nèi)出入口多為樓梯間。室外出入口與上部建筑相鄰與否分為附壁式室外出入口與獨立式室外出入口。

當(dāng)還有需要保證主要出入口采用樓梯式時，為保障戰(zhàn)時正常出入使用，我們需要做“人防樓梯”設(shè)計。“人防荷載”第4.8.11條關(guān)于“人防樓梯”的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值。人防樓梯設(shè)計應(yīng)該注意反面荷載作用下，樓梯梁成為反梁，箍筋增多，應(yīng)注意驗算，這里不贅述。

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。與“人防樓梯”相似，戰(zhàn)時需要應(yīng)用的各種出入口，及通風(fēng)口，需要考慮防護以保證各種口部的戰(zhàn)時空襲后應(yīng)用，即戰(zhàn)時不允許這些位置倒塌、堵塞，甚至被埋!這時應(yīng)該設(shè)置的口部建筑應(yīng)按防倒塌棚架設(shè)計，通風(fēng)口也應(yīng)在局部頂板設(shè)置與主體脫開的防倒塌棚架或考慮人防荷載或倒塌荷載。

甲類人防出入口核武器爆炸所造成的地面建筑破壞范圍很大，因此甲類防空地下室需要重視地面建筑倒塌的影響。作為戰(zhàn)時主要出入口的室外出入口和備用出入口在空襲之后也需保證能夠正常的出入，因此要求盡可能的將通道的出地面段布置在倒塌范圍之外，以免在核襲擊之后被倒塌物堵塞。出地面段設(shè)在倒塌范圍之外時，其口部建筑往往是因為平時使用、管理等需要而建造的。為了不會因口部建筑本身的坍塌，影響通行，從而要求口部建筑采用單層輕型建筑。這樣若一旦遭核襲擊時，口部建筑容易被沖擊波“吹走”，即便未被“吹走”，也能便于清理。在密集的建筑群中，往往很難做到把出地面段設(shè)置在地面建筑的倒塌范圍之外(或者遠(yuǎn)離地面建筑)。當(dāng)出地面段位于倒塌范圍之內(nèi)時，為了保障在空襲后主要出入口不被堵塞，在出地面段的上方應(yīng)該設(shè)有防倒塌棚架。因此規(guī)定，平時設(shè)有口部建筑的宜按防倒塌棚架設(shè)計;平時不宜設(shè)口部建筑的，可在臨戰(zhàn)時在出地面段上方采用裝配式的防倒塌棚架，使出入口戰(zhàn)時不會被堵塞。

通常情況主要出入口均為室外出入口，但“人防規(guī)范”第3.3.2條對乙類防空地下室及核6級、核6B級低抗力的甲類防空地下室，規(guī)定特殊情況下可以室內(nèi)出入口作為主要出入口，但必須滿足相應(yīng)的嚴(yán)格要求。如設(shè)置脫開的防倒塌棚架或防倒塌挑檐等等。相應(yīng)的抗倒塌荷載與防核爆等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值“人防規(guī)范“也有相關(guān)的規(guī)定。

理解了人防結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，我們還要注意下人防構(gòu)件的構(gòu)造要求;還要注意平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設(shè)計等等。這樣就能夠運用結(jié)構(gòu)專業(yè)知識進行計算與構(gòu)造配筋，按照“人防規(guī)范”規(guī)定做出合格的人防設(shè)計圖紙了。

但是要想做熟，做精人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，必要的人防建筑，及設(shè)備，電氣知識也是必要的。因為人防規(guī)范應(yīng)該是個系統(tǒng)工程，我們結(jié)構(gòu)專業(yè)人員如果只看“人防規(guī)范結(jié)構(gòu)章節(jié)”是無法在短時間內(nèi)又快又好的完成人防設(shè)計的。為什么要這么說呢?其實我們查結(jié)構(gòu)圖表時接觸到的人防術(shù)語、建筑專業(yè)的一些條文等等是必須理解性掌握的!例如：對于有防毒要求工程(人員掩蔽所，人防物資庫)，一講主次要出入口，我們腦子里就要意識到主要出入口應(yīng)該有有洗消間的應(yīng)該為主要出入口。為什么要搞清楚這些呢?因為“人防規(guī)范”第4.5.9條只有主要出入口考慮樓梯間的核爆作用，次要及備用出入口可以不用考慮!再比如：防護功能的平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換的要求，及戰(zhàn)時封堵措施只有建筑條文吃透了才能有地放矢。再比如電氣及設(shè)備管線的預(yù)埋及穿人防圍護結(jié)構(gòu)的做法，作為設(shè)計人員都應(yīng)該做到心中有數(shù)。所以人防工程多看看其他專業(yè)的規(guī)范條文是有好處的，我想著也是“人防規(guī)范”把所有專業(yè)的條文都包含在一本書中的原因吧。在江蘇省第二建筑設(shè)計研究院和北京民防辦接觸到一些審圖人員水平相當(dāng)?shù)母?，一個審圖人員審查建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電所有專業(yè)的圖紙。

5 結(jié)束語

所謂藝不壓身，多一份能力總是有好處的。秉承這個理念，本人講了這些人防工程的基本知識，經(jīng)驗和對于“人防規(guī)范”的理解。希望這篇論文能起到對初涉人防結(jié)構(gòu)或者民用結(jié)構(gòu)設(shè)計中對人防設(shè)計比較陌生，但感興趣的同行能有所幫助。囿于篇幅，和自身水平，希望不要讓大家失望。權(quán)作拋磚引玉吧。

總之以“人防規(guī)范”為依托，我們普通民用院的設(shè)計人員完全有能力完成人防結(jié)構(gòu)設(shè)計!