[分享]人防地下室口部结构设计常见问题分析

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岛屿是海的疤

标签：人防地下室施工人防地下室施工图城市地下空间

作者：段世昌正高级工程师

北京市建筑设计研究院研究院有限公司

邮箱：duanshichang@biad.com.cn

本文针对人防地下室口部，综合分析了我院及北京市几个人防审图单位近年来人防地下室施工图设计中发现的问题，就扩散室以及出入口常见问题进行分析，并针对这些问题给出解决建议，以利于提高人防地下室结构设计的质量。

1 出入口

人防地下室的口部包括出入口、通风口以及其他孔口( 排烟口、给排水孔口、电气孔口等) 。其中出入口设计是人防工程口部防护和结构设计中的重要内容。

1. 1 防倒塌棚架梁箍筋间距问题

1) 常见问题。

防倒塌棚架梁箍筋间距统一按照大于等于150mm 考虑;

2) 原理分析。

从防护角度来说，防倒塌棚架顶板承受两个方面的荷载，一部分是由于房屋倒塌产生的垂直等效静荷载，第二部分是空气冲击波产生的水平等效静荷载。由于要考虑这两部分荷载的作用，防倒塌棚架梁的构造要求应该同人防地下室其他部分梁。根据 GB 50038—2005《人民防空地下室设计规范》第4. 11. 10 条，加密区其箍筋间距不宜大于 h0/4(h0为梁截面有效高度) ，且不宜大于主筋直径的 5 倍［3］。

同时京施审专家委房建［2015］结字第 1 号文件，防倒塌棚架也要求按照对应抗震等级的抗震措施设计［4］，而在 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》表 6. 3. 3 也有类似要求［5］。

3) 设计建议。

对出入口的防倒塌棚架尽量采用不小于400 mm 的梁高，同时注意钢筋直径不小于 20 mm。为配合这些调整，可以适当加大防倒塌棚架的柱距。

1. 2 楼梯式主要出入口四周墙体荷载取值及构造要求问题

1) 常见问题。

楼梯式主要出入口周围墙体不考虑人防等效静荷载和相关构造要求;

2) 原理分析。

随着城市地下空间需求越来越高，人防地下室在地下空间中的位置也呈现多样性，而地下空间使用情况的多样性造成楼梯周围墙体情况的多样性，有时出现非人防地下室与人防地下室共用楼梯的情况。

对于与土紧邻的墙体，由于内压( 空气冲击波)与外压( 土中压缩波) 的作用时间、大小均难于用简单的方法计算确定，为安全计，规范规定可不考虑内

压作用，按土中压缩波波产生的爆炸动荷载计算［3］。对于与普通地下室相邻的墙体，只考虑进入主要出入口内的空气冲击波的作用; 对于在普通地下室设有洞口，普通地下室与人防地下室共用楼梯间的情况，虽然空气冲击波通过洞口会有扩散作用，但由于无相关试验依据，在实际设计过程中对空气冲击波荷载不做折减。

3) 设计建议。

楼梯式主要出入楼四周墙体，当与土体直接接触时，该墙全高按照土中外墙考虑人防等效静荷载;当与普通地下室相邻，不论是否在该墙开有洞口均按照临空墙确定其等效静荷载; 相应的楼梯式主要出入口周围墙体均要遵守人防相关构造要求。

1. 3 钢结构防护密闭门荷载导算的问题

1) 常见问题。

钢结构防护密闭门按照混凝土防护密闭门相关条款考虑门框墙上作用的等效静荷载;

2) 原理分析。

防空地下室常用的钢筋混凝土防护密闭门在爆炸动荷载作用下，进入塑性状态工作达到极限抗力时，其破坏是沿着“塑性铰线”发展的，因此其计算简图可取四边简支矩形板。而钢结构人防门内部构造是以主要受力方向传力的梁板体系确定的。因此其大部分荷载传导到主要受力方向对应的门框墙上，而次要受力方向对应的门框墙只承受局部梁板传导过来的等效静荷载。

1. 4 门框墙设计存在未协调平时与战时工况的问题

1) 常见问题。

门框墙的配筋和构造只按照战时工况考虑。

2) 原理分析。

常规的门框墙设计，都是把一个完整的门框区分为上、下、左、右四个挡墙进行设计。根据各部分挡墙承受人防等效静荷载的不同，计算其配筋。但由于将其定位为人防门门框墙，且这些墙体常常只有人防地下室才有，设计人员常常忽略其作为普通地下室的受力需求。比如常常忘记左右挡墙从抗震角度应该设置边缘构件，上挡墙从功能上来说同时是连梁，下挡墙同时也是地下室的地梁等等。

3) 设计建议。

针对门框墙作为人防构件的受力、构造与抗震构件的受力、构造不协调的问题，建议在设计左右挡墙时，按照门框墙与边缘构件的范围、配筋方式、水平筋及竖向筋配筋量进行包络设计; 对于上挡墙与连梁、下挡墙与地梁也采取同样的原则。

2 扩散室

通风口作为人防地下室重要的组成部分，其防护通常采用阻挡和扩散相结合的做法，即采用以防爆波活门为主，结合扩散室设置的消波系统，以削弱冲击波的压力。扩散室设计的合理性及安全性对通风口人防结构设计起着决定作用。

2. 1 扩散室各部分受力情况及荷载取值不合理问题

1) 常见问题。

在人防地下室结构设计中，常常出现如下情况:除扩散室与竖井间墙体外其他墙体只按密闭墙设计;扩散室各部分构件等效静荷载未考虑或取值不当。

2) 原理分析。

如图 3 所示，扩散室是利用内部空间来削弱进入冲击波能量的房间。当冲击波由断面较小的入口进入断面较大并有一定体积的扩散室时，高压气体迅速扩散、膨胀，使其密度下降，压力降低，从而保证剩余压力小于后续设备允许压力。

竖井与扩散室之间的墙体为扩散室前墙，其外侧( 竖井侧) 承受竖井内传来的临空墙荷载，其内侧( 扩散室侧) 承受冲击波经过悬板活门进入扩散室的余压荷载。扩散室与土体接触的顶板、底板和外墙，内侧承受余压作用，外侧受到土中压缩波引起的人防等效静荷载的作用。由于余压作用下土中结构通常只出现裂缝，不至向内侧倒塌，故这些部分构件按照只承受土中压缩波引起的人防等效静荷载。

2. 2 悬板活门的选择不当的问题

1) 常见问题。

未考虑扩散室余压的适用条件 ( 针对不同的门，不同的扩散室大小) ，只要是扩散室均按照上述2. 1 节设计建议中等效静荷载取值。常见情况为建筑在甲类 6 级人防地下室选择 HK 系列人防门。

2) 原理分析。

悬板活门一个很重要的参数是活门关闭时间。关闭时间是指作用在活门上的超压( ΔP t) 与活门设计抗力( ΔP s) 相等时的关闭时间。当作用在活门上的预定超压比活门设计抗力大时，则活门会被破坏; 若前者偏小，则活门关闭时间增大，消波率降低。在人防地下室工程中常用的悬板活门有 HK 系列和 BMH 系列，HK 系列设计抗力等级只有 5 级的; BMH 系列设计抗力等级有对应 5 级和 6 级的。当在甲类 6 级人防地下室采用 HK 系列时，就会存在门上预定的超压比活门设计抗力小的情况，这时活门关闭时间变长，消波率降低，从而导致扩散室余压的提高，如仍然按照 2. 1 节建议中给出的数值设计扩散室就会存在安全问题，并且可能导致与扩散室相连的设备由于超过允许余压而破坏。

3) 设计建议。

针对这种情况可能对防空地下室造成的影响，建议可以在设计过程中与建筑及时沟通，请其在6 级人防地下室 ( 风量小于 14 500 mm2 时) 采用BMH 系列适用于 6 级的悬板活门; 针对某些地方只能采用 HK 系列悬板活门的情况，需根据 GB50038—2005 第 F.0.3 条［3］调整扩散室尺寸，使其余压在允许范围内。

2. 3 扩散室前墙的防护厚度不足的问题

1) 常见问题。

如图 4 中扩散室前墙剖面图中 b 的厚度为200 mm。

2) 原理分析。

根据 GB 50038—2005 第 4. 11. 3 条采用钢筋混凝土的人防地下室临空墙最小厚度为 250 mm。

扩散室前墙为竖井与扩散室之间的墙体，其承受从竖井传来的临空墙荷载。因此墙体中最薄的部分( 图中标注为 b) 应该满足该条要求。