作為國防的重要組成部分,人民防空地下室在維護社會穩定,提供突發事件避難場所上發揮著至關重要的作用。防空地下室是和地面建筑修建在一體的,在戰時用于人民防空的建筑下空間,利用其在戰爭爆發時對核武器、常規武器和生化武器的各項防護能力,最大限度的保護普通民眾的生命安全。按照相關規定,一般民用建筑設計中的防空地下室的級別是5級或6級,本文從普通建筑的防空地下室設計入手,就設計經常遇到的問題和設計控制要點進行詳細介紹。
一、人防結構設計應滿足戰時和平時的雙重環境
對于人防的設計要考慮到平時和戰時的雙重標準,而且隨著現代軍事的進步和軍事武器的升級,人防的設計更要隨之進步。現代武器中核武器、常規武器爆動荷載具有作用量值大、作用時間短和不斷衰減的特點。如果在人防地下室的設計使用周期中只考慮一次戰時作用,而鋼筋混凝土構件也允許出現開裂的情況下,地下室構件的安全度能夠適當降低,此時取人防荷載設計的分項系數為1,這樣既能夠滿足戰時地下室的需要,也能達到平時使用要求,不造成原料上的浪費。再進行地面多層或高層建筑物的人防地下室設計時,因為多層和高層建筑對核爆炸沖擊波的破壞力和核輻射等作用因素能夠起到衰減作用,所以在這種建筑的人防地下室建造時,可根據這一原理適當降低建造標準。
對不同的混凝土構件,采取不同的功能性設計,以達到最佳的防空效果:對起到緩沖作用的表層鋼筋混凝土結構構件,可按彈塑性設計;超靜定的鋼筋混凝土結構應該對其塑性內力分布引起關注。根據防空地下室的設計種類來確定合理的設計標準是地下室設計的重要標準。核爆動或者其他它規模殺傷性武的荷載通常是瞬間爆發作用于地下室結構的,這種瞬間性的沖擊一般不會因為地基失效進而導致地下室結構的破壞,一般建筑的人防地下室結構設計可不對地基的最大承載力和穩定性進行評估。但對于甲類防空地下室的設計而言,在設計時不管有沒有發生戰爭的可能樁基本身都應在計入上部墻、柱傳來的核武器爆炸動荷載后,根據荷載效應的組合值來對內部構件的強度進行驗算。
二、嚴格人防地下室的設計要求
進行人防地下室的構件設計時,可采用“等效靜載法”對人防荷載的作用進行簡單的估算,也可以根據人防的狀況進行單個構件的獨立算。嚴格地下室平戰結合的雙重要求,在進行控制條件的選取時,根據工程經驗,由于室外消防車道可能由平時控制,頂板都是由戰時控制。所以一般建筑的地下防空室的設計中側墻和底板都要根據地下室的結構形式的實際不同確定,如果按照建筑或者環境的實際狀況,人防地下室平時和戰時防護的使用要求不一致,就要充分將平時和戰時的轉換功能充分考慮,做好轉換措施的制定,保證功能轉換及時。由于人防荷載作用下,人防結構構件的變形極限允許采用延性比來控制,因而就相當于在保證地下室基本結構不垮的情況下,增大了構件的變形要求,所以在防空地下室結構設計中,只需要進行強度的驗算,不必對結構構件的變形和裂縫問題進行單獨驗算。
在進行設計時,充分考慮戰時各部件的強度要協調,避免出現因設計標準不一致而承載能力不一致導致的結構局部先行破壞,進而造成整個防護建筑失去作用的現象。人防地下室墻、柱等承重結構,要根據承重結構的構造機理與地面建筑物的承重結構相符合,這樣就能夠使戰時地面建筑物承載的負荷,在經過防空地下室的承重結構削減和傳導后到達地基上,減緩地下室結構的承受力。盡量將破壞成都降低到最小。人防地下室的設計應充分考慮到結構的延性,做到“強柱弱梁(板)”、“強剪弱彎”等抗性要求。
三、人防結構設計的注意事項和控制方法
(一)人防荷載取值要負荷標準。人防荷載取值要根據當地人防部門根據國家制訂的《人民防空工程戰術技術要求》中的公式計算或規范查表來確定。在進行設計時可采用《理正人防工程結構設計軟件》來對頂板、側墻和無樁基底板的人防荷載進行計算。再進行計算時,對戰時可能出現的核武器和常規武器爆炸的荷載作用取大值,這樣既能夠確定各構件人防荷載在范圍之內,也能使所有構件的等效靜荷載值滿足結構的要求。
(二)對各構件的受力分析。人防地下室頂板承受的荷載有人防等效靜載、自重、覆土重等。對于地下室的平時使用頂板要求荷載不是很大,頂板的活荷載戰時不需要疊加。對于頂板配鋼筋值按照戰時的要求進行計算取值,因為此時要求的配筋率最大,能夠滿足頂板的韌度要求。頂板鋼筋可按0.25%的配筋率進行貫通配筋,支座筋量少的部位可進行非貫通筋數量的增加,但要使底筋和頂板貫通筋的間距和位置協調,方便拉筋操作。另外一些小細節也不能忽視,例如口部以外的頂蓋板,因為戰時坡道會作為主入口,因此頂蓋板的設計合理與否對下面的坡道保護起到關鍵作用。外墻的設計也要根據荷載和彎矩進行合理的內力計算和布筋方式后進行確定。鋼筋的布置是外墻設計的關鍵,在鋼筋的布置中,外側豎向筋宜在外排,可以采用貫通筋與非貫通筋交錯布置的方式,使鋼筋在交錯底板彎后按其搭接與底板下鋼筋相連。外墻的選筋原則是“直徑細且間距密”,這樣能有效的控制外墻裂縫的產生。
(三)地下室的構造要求。在《GB 5003822005人民防空地下室設計規范》中,對人民防空地下室的構造要求作出了詳細規定,設計人員在進行設計時,要充分研究體會其適用的條件和范圍,同時結合工程設計的實際情況,就應該能夠順利完成各主要構件的設計任務。為便于開展工作,這里,我們結合構造和受力要求,對一些主要構件的參考尺寸作出規定:對頂板來說,6級頂板取250 mm~300 mm范圍,5級頂板取300 mm~350 mm范圍;對于頂板梁來說,其跨高比一般在7~12之間, 由構造確定合理的截面尺寸判定標準和梁面通長筋;對于防護單元隔墻和密閉隔墻來說,通常取250 mm;對于外墻和臨空墻來說,經過計算后決定,一般通常不低于300 mm;對于底板來說,其厚度不低于外墻厚度,當地下水位較高時,則不再由人防控制。總之,人防構件的結構厚度首先應該滿足早期核輻射防護的要求,然后還要滿足工程的受力要求。
(四)孔口防護和平戰轉換設計要求。孔口防護的設計內容包括三個部分:一是設計防護密閉門與消波系統,該部分主要由建筑和通風專業來完成;二是設計墻體,主要包括出入口通道內部的臨空墻、相鄰單元間的隔墻、門框墻等;三是設計孔口的其他構件,主要包括風井、通信、防爆波電纜井、防倒塌棚架、開敞式通道等,對于開敞式通道來說,一般主要考慮靜土和水側壓力的影響而無需顧及到核爆動荷載,對于風井、通信、防爆波電纜井、防倒塌棚架來說,則是直接選擇使用通用圖,其中鋼結構防倒塌棚架的建設需要配置相應的基礎圖。在進行平戰轉換設計時,要遵守以下五條基本原則是:一是工程的平時使用和戰時使用的用途不能差距太大,要盡量相近;二是從平時到戰時轉換的工作量要盡量減少;三是在設計時要一次完成到位,在施工時則要分零部進行;四是在設計時要充分考慮到工程使用的兼容性和通用性;五是工程轉換的措施要求快速簡便、經濟可靠。