關(guān)于人防防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的分析

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摘要：本文通過(guò)對(duì)某工程防空地下室設(shè)計(jì)實(shí)例的分析，闡述人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題。 

關(guān)鍵詞：人防工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；武器爆炸動(dòng)荷載  abstract: based on a project of air defense basement design example analysis, elaborated civil air defense engineering problems of structure design.  key words: civil engineering; structure design; weapon explosion load  中圖分類號(hào)：tu2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)：2095-2104（2012）08-0020-02  人民防空工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)  人民防空工程（以下簡(jiǎn)稱人防工程）也叫人防工事，是指為保障戰(zhàn)時(shí)人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫(yī)療救護(hù)而單獨(dú)修建的地下防護(hù)建筑，以及結(jié)合地面建筑修建的戰(zhàn)時(shí)可用于防空的地下室。人防工程是防備敵人突然襲擊，有效地掩蔽人員和物資，保存戰(zhàn)爭(zhēng)潛力的重要設(shè)施；是堅(jiān)持城鎮(zhèn)戰(zhàn)斗，長(zhǎng)期支持反侵略戰(zhàn)爭(zhēng)直至勝利的工程保障。 平戰(zhàn)結(jié)合的人防工程的設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足戰(zhàn)時(shí)的防護(hù)、平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的使用與平戰(zhàn)功能轉(zhuǎn)換的要求。  人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括頂板、外側(cè)墻、底板等其它構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；二是出入口防護(hù)設(shè)計(jì)，包括出入口的防護(hù)和消波系統(tǒng)(防護(hù)設(shè)備)，其中出入口的防護(hù)包含防護(hù)密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計(jì)算、出入口通道(包括風(fēng)井)的計(jì)算等幾個(gè)方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆波活門的選用和擴(kuò)散室(箱)的設(shè)計(jì)。  那么，這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有何不同呢? 與一般民用建筑結(jié)構(gòu)相比較，人防結(jié)構(gòu)有以下主要特征：承受爆炸荷載、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)、材料強(qiáng)度提高、結(jié)構(gòu)可靠度水準(zhǔn)較低。  第一，承受爆炸荷載，承受一定距離的核（炸、炮彈）爆炸沖擊波（動(dòng)荷載）作用，也要考慮地上建筑物受沖擊波作用破壞而產(chǎn)生的倒塌荷載，核武器爆炸動(dòng)荷載屬于偶然性荷載，具有荷載量值大，作用時(shí)間短且不斷衰減等特點(diǎn)。  第二，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，在爆炸荷載作用下，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的基本特征是加速度，迫使結(jié)構(gòu)由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)。這種爆炸荷載為動(dòng)荷載。  第三，材料強(qiáng)度提高，在爆炸荷載作用下，材料的性能有明顯的變化，主要表現(xiàn)為強(qiáng)度提高，而變形性能（包括塑性等）基本不變，對(duì)結(jié)構(gòu)有利。材料的強(qiáng)度一般可提高20%~40%，應(yīng)綜合多個(gè)因素確定材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)的綜合調(diào)整系數(shù)，而不是單一的材料強(qiáng)度提高系數(shù)，參見《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（gb50038-2005）（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）4.2.3。  第四，結(jié)構(gòu)可靠度水準(zhǔn)較低，結(jié)構(gòu)主要承受爆炸荷載，而這種荷載是一種偶然荷載，可按荷載效應(yīng)的偶然組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，人防結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0，從安全與經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，當(dāng)按偶然組合驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的承載能力時(shí)，所采用的可靠指標(biāo)允許比基本組合有所降低。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載極限狀態(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。  除以上幾點(diǎn)，構(gòu)造要求方面也是至關(guān)重要的，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的許多構(gòu)造要求是與一般的建筑設(shè)計(jì)不同的，要求更為嚴(yán)格，故僅僅只考慮受力計(jì)算，不考慮構(gòu)造措施是不合理的。  根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，我們可以確定人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則，①平戰(zhàn)結(jié)合，取控制條件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般只涉及核（常）5級(jí)或核（常）6級(jí)人防設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時(shí)控制，而側(cè)墻和底板等構(gòu)件則因地下室的結(jié)構(gòu)型式的不同而由實(shí)際情況確定；②只進(jìn)行強(qiáng)度的驗(yàn)算，由于在核武器爆炸動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已用允許延性比的控制，且在確定各種構(gòu)件允許延性比時(shí)，已考慮了對(duì)變形的限制，因而在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不必再單獨(dú)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫開展進(jìn)行驗(yàn)算；③只考慮一次核襲擊；④根據(jù)防護(hù)要求和受力情況做到結(jié)構(gòu)各個(gè)部位抗力的協(xié)調(diào)，以免因設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)不一致而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部先行破壞，失去整個(gè)防護(hù)建筑的作用；⑤在滿足設(shè)計(jì)抗力的前提下，使結(jié)構(gòu)有較好的變形能力。  了解了人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及原則之后，我們首先就必須確定計(jì)算所需的荷載值。  2. 人防結(jié)構(gòu)荷載的確定及荷載組合  人防結(jié)構(gòu)所承受的荷載，有靜荷載和動(dòng)荷載兩種。靜荷載的計(jì)算同一般民用結(jié)構(gòu)；動(dòng)荷載主要是核武器爆炸動(dòng)荷載。核武器爆炸動(dòng)荷載的作用方向永遠(yuǎn)與結(jié)構(gòu)表面垂直。其特點(diǎn)是壓力陡然上升到最大值，荷載大小隨時(shí)間而變化。結(jié)構(gòu)在這種荷載作用下，將產(chǎn)生加速度，引起體系振動(dòng)，在工程上為了便于解決實(shí)際問(wèn)題，常常把這種核武器爆炸動(dòng)荷載轉(zhuǎn)換成一種等效靜荷載。  如前所述，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮抵抗空氣沖擊波。人防結(jié)構(gòu)的頂板一般就直接承受地面沖擊波的超壓和負(fù)壓作用，而對(duì)于側(cè)壁和底板，因空氣沖擊波作用于地表，一面壓縮土壤，使地面土壤產(chǎn)生一定的速度，同時(shí)，壓迫土體并使其產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，上層土體受壓后連續(xù)向下傳遞壓力，這種土體的壓縮狀態(tài)由上向下逐層傳播過(guò)程稱為土中壓縮波的傳播，當(dāng)遇到側(cè)壁或底板的阻擋后，則會(huì)產(chǎn)生超壓、動(dòng)壓和負(fù)壓作用。  下面根據(jù)工程實(shí)例來(lái)分析人防結(jié)構(gòu)核武器爆炸等效靜荷載的確定。  本工程為地上十二層，地下一層；其中地下一層為防空地下室。主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，地震加速度值為0.05g；抗震設(shè)防類別為丙類；抗震等級(jí)為三級(jí)。分為一個(gè)防護(hù)單元，兩個(gè)抗暴單元。戰(zhàn)時(shí)使用功能為二等人員掩蔽，平時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)庫(kù)（掩蔽面積：250m2，建筑面積：471m2）,另附建筑平面圖見附圖-1。本工程的抗力級(jí)別為核6常6級(jí)甲類防空地下室（防空地下室的防護(hù)等級(jí)是根據(jù)國(guó)家制訂的《人民防空工程戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求》確定的，是由人防部門確定后發(fā)文予設(shè)計(jì)單位。）。甲類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載的分別作用，對(duì)常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載，設(shè)計(jì)時(shí)均按一次作用。本工程不考慮上部結(jié)構(gòu)影響。  結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kn/m2)取值見下表2-1：  表2-1  構(gòu)件  級(jí)別 頂板  (qe1) 外墻  (qe2) 底板  (qe3) 臨空墻 門框墻  室外單向出入口 室外豎井、樓梯 室外單向  出入口 室外豎  井、樓梯  核6 60 60 25 160 130 240 200  常6 50 70 150 90 220 130  (注：本工程室內(nèi)外高差為0.450米，故為了使結(jié)構(gòu)頂板底面低于室外地平面，可采取降板措施，使頂板底面低于室外地平參見規(guī)范3.2.15。)  其它各種防護(hù)密閉門、防爆波活門、擴(kuò)散室的設(shè)計(jì)壓力均由規(guī)范中有關(guān)規(guī)定選用，當(dāng)所有構(gòu)件的等效靜荷載值確定后，即可進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。  作用在防空地下室結(jié)構(gòu)上的荷載，甲類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)按以下規(guī)定進(jìn)行組合設(shè)計(jì)：①平時(shí)使用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載；②戰(zhàn)時(shí)常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用；③戰(zhàn)時(shí)核武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用。乙類防空地下室應(yīng)分別按①、②條進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)取各自的最不利的效應(yīng)組合作為設(shè)計(jì)依據(jù)。常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用的荷載組合見規(guī)范表4.9.2，常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用的荷載組合見規(guī)范表4.9.3.