人防结构设计
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人防结构设计范文第1篇
在构建一个建筑设施之前，根据实际情况对其人防情况和抗震情况进行分析，设计出高效的人防结构和抗震结构，是建筑工程中的一项重要的设计工作和环节。人防结构能够保证人民在战争灾害中的生命和财产安全，而我国的地理位置也决定了不能不考虑抗震结构方面的因素。因此，如何将两方面加以融合，在提高建筑物质量的同时，降低因此而增加的成本费用，在取得经济效益的同时，保障其社会效益的实现，对我国经济发展和建筑行业本身的发展而言，具有十分重要的意义。
1人防结构设计与抗震结构设计内容
1.1人防结构设计内容
在建筑行业中，人防结构是指能够对战争事态产生一定作用，保障战时人员和物资的隐蔽、指挥、医疗等作用的结构设计。采用人防结构的建筑，在平时可以用作地下商场、游乐场、会堂、影院剧院，甚至可以充作旅店的功用，但统一的特点是，均为地下建筑。虽然现阶段已经得到了很大的发展，但由于抗战时期以及之后的经验，民间一般都将之称呼为“防空洞”。人防工程按构筑形式可分为地道工程、坑道工程、堆积式工程和掘开式工程；按战时功能分为指挥通信工程、医疗救护工程、防空专业队工程、人员掩蔽工程和其他配套工程。现阶段我国主要采取的人防结构设计，主要是掘开式和暗挖式两种，但同时也会针对不同地区的地形地貌和人文特点进行调整[1]，保证其稳定性和强度，荷载承受力较高，不易变形。
1.2抗震结构设计内容
抗震结构设计与人防结构设计相对应，针对的是地震情况下，对房屋建筑的保护能力。我国位于环太平洋火山地震带和喜马拉雅火山地震带的交接位置，虽然从根本上来说，是一个发生地震的可能性较小的国家，但从唐山大地震到汶川地震，再到近年来不断发生的各种地震情况来看，进行抗震结构的设计仍然是十分必要的。我国对建筑进行规范和指导的文件以及法律法规的内容，相对而言已经比较完善，在遵守建筑工程标准的前提下，我国大多数的建筑都能够具有较好的防震特性，在震级较高的情况下依然能够保证建筑的大体完好。建筑工程的抗震结构设计是按照重要性程度划分的，对民用的建筑而言，大多数采用的是消能减震加固法[2]。
1.3人防结构与抗震结构内容比较
人防结构由于主要针对的是战争状态的荷载能力，当国家处于战争状态时，建筑会受到的损害主要还是炮弹和爆炸等问题，对荷载的要求相对来说比较低，这也导致了在人防结构的设计中，一定程度的降低极限情况、降低防护要求的措施是可以允许的。但地震属于自然灾害，一旦发生会受到更大的影响，因而在进行抗震结构的设计时，其要求要远比人防结构的要求更高。
2人防结构设计与抗震结构设计比较
2.1设计原则比较
从理论上来说，人防结构设计与抗震结构的设计之间，设计原则从根本上是一致的，都是避免房屋中的居住或使用人员受到外部条件的影响，而导致生命和财产受到威胁。二者之间的差别仅在于，人防结构设计针对的是战争状态，抗震结构针对的是自然灾害。因此，在设计原则上，基本不会出现过大的差距。也就是说，建筑结构所需要选取的材料，都应该是延性好、同时也能够避免脆性破坏的类型，因此都需要遵循“强柱弱梁”和“强剪弱弯”两个原则。它们强调的都是整体上的完整性，需要将每一个部件中都加强处理，避免由于一两处细节上的失误和问题而导致整体强度受到影响。
2.2设计方法比较
在设计方法方面，二者间有比较大的差别。人防设计在现阶段主要采取的方法是等效静荷载，采用合理的设计和合适的原料，做出最佳的方案来实行；但有效的抗震结构的设计方法仍然在摸索中，这主要是由于地震灾害的不可预测性造成的，需要建筑即使遇到大型地震灾害发生，也能保证建筑不会倒塌、人员能够及时撤离。因此，需要在人防结构的基础上，针对地区的情况，对建筑的设计方式进行调整。换句话说，在进行建筑设计之前，需要考虑的是人防结构设计，而抗震结构设计是建立在人防结构设计的基础上，对已经完成的设计方案进行调整的。
2.3荷载情况比较
在荷载情况方面，二者采取的同样都是偶然动荷载，设计时都以一次作用时间为基准进行的。人防荷载的动能量作用于外部表面，而动荷载则直接作用于构件，具有破坏力大、作用时间短的特点。但地震荷载不同，它是间接的、偶然性的荷载，因此构件的安全性会比较低，不太可能发生地基失效导致的结构破坏，因此设计时无需考虑人防结构问题，这就导致在荷载方面，二者间的设计方案产生了一定的冲突[3]。
3实际应用情况分析
在将二者间进行结合的实际应用中，人防结构的设计要求结构构建的延性越大越好，严格地遵守强柱弱梁和强剪弱弯原则，调整使用部件的种类吸收荷载能量的作用，以提高建筑的整体承载能力。可以调整建筑方案和使用的原料，提高结构上的稳定。在此基础上，对建筑采用有效的抗震结构来进行建设，例如采用框架结构、剪力墙结构、钢筋混凝土结构、砖混结构、钢结构框架、板柱结构等，对建筑方式进行调整，以提高建筑的防震能力。
4结束语
综上所述，我国的建筑设计人员在进行建筑设计之前，加强人防结构设计和抗震结构设计，是首先需要考虑的问题。如何将二者整合起来，在兼具二者特点的同时，降低成本上的消耗，兼顾社会效益和经济效益，正在成为建筑设计师必然面对的重大问题。本次研究将防结构设计与抗震结构的设计原则、设计方法以及荷载情况进行了比较，分析二者间的共通之处，研究实用过程中能够兼顾二者的方式，对提高建筑的使用寿命提出了具有积极作用的意见。
参考文献：
[1]赵桂兰.现有建筑结构抗震鉴定及加固设计探讨[J].工程技术研究,2016,(7):194+201.
[2]蔡忠坤.人防工程建设与城市地下空间开发利用的思考[J].工程技术研究,2017,(1):201+203.
人防结构设计范文第2篇
关键词: 人防地下室 结构设计
根据《中华人民共和国人民防空法》，人民防空是指国家根据国防需要，动员和组织群众采取防护措施，防范和减轻空袭灾害。人民防空工程( 亦称人防工程) ，是为保障战时人员与物资掩蔽、人防指挥、医疗救护等需要而修建的地下防护建筑。防空地下室是结合地面建筑修建的战时用于人民防空的，具有一定防护能力的地下室。防空地下室是人防工程的重要组成部分。与其它类型人防工程一样，它具有国家规定的防护能力和各项战时防空功能，是实施人民防空最重要的物质基础。地下室考虑人防设计, 有一个平战结合的问题: 既要考虑平常使用时荷载较小, 需满足建筑功能对大空间的要求, 又要考虑人防时荷载较大，结构上很难满足大空间的问题。如何协调两种状态下不同的使用要求，以下为笔者在参与人防设计方面的一些体会，以资借鉴。
1 人防结构设计的特点
防空地下室结构设计的主要内容包含两方面: 一是主体结构设计; 包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计，二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统( 防护设备) 。其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道( 包括风井) 的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室(箱)的设计。那么，这些内容的结构设计与一般的结构设计有如下不同。
第一、结构设计的可靠性可以降低，一般建筑结构pf ＝ 10%，而人防结构pf ＝ 6%。第二、考虑结构的动力响应。第三、结构构件可考虑进入塑性工作状态，功能, 是实施人民防空最重要的物质基础。对防空地下室中钢筋混凝土结构构件(如顶板、外墙、临空墙)来说，处于屈服后开裂状态仍属正常的工作状态，这样可充分利用材料潜力，如受弯构件，在屈服后还要经历很大变形才会完全坍塌，因此考虑塑性阶段工作，可承受更大动力荷载，有较大经济意义。第四、材料设计强度可以提高。实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，这主要表现为强度提高。但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用。例如钢材强度可提高1. 15～1. 5倍，砼强度可提高1. 5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的。第五、重视构造要求, 人防设计的许多构造要求是与一般的建筑与结构设计不同的，要求更为严格。故仅仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。
根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则:平战结合，取控制条件。在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5 级或6 级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制。而侧墙和底板则因地下室的结构型式的不同而由实际情况确定。只进行强度的验算，由于在核爆动荷载作用下,结构构件变形极限已采用允许延性比的控制。且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算。只考虑一次核袭击; 注意各部件的协调，以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏，失去整个防护建筑的作用。地面与地下承重结构体系要协调，不能出现两者强弱相差较大的情况。了解了结构人防设计的特点及原则之后，我们首先就必须确定计算所需的荷载值。
2 人防荷载的确定
地下室人防改造结构设计的主要内容包含两方面: 一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其他构件的结构设计; 二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统( 防护设备) ，其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道( 包括风井) 的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室( 箱) 的设计。人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当核武器在空中爆炸，冲击波传播到地表时，形成反射冲击波。因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播，且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快，当反射波波阵面终于赶上入射波波阵面后，则汇合成为单一的冲击波，即合成波。合成波波阵面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向传播的，对抗力等级较低的防空地下室来说，所受的冲击波即为这
种合成波( 即地面冲击波) 。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用; 而对于侧壁和底板，因空气冲作用于地表，压迫土体并使其产生运动，上层土体受压后连续向下传递压力(这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播) ，当遇到侧壁或底板的阻挡后，则会产生超压、动压和负压作用，这就是侧壁和底板需考虑的问题。以防护等级为6 级、全埋式现浇钢筋混凝土人防地下室的工程为例，其各部位等效静荷载取值分别参考如下。
①顶板: 首层外墙为180mm实心砖填充墙，且墙面开孔面积大于50%，故不计上部建筑物对地面空气冲击波超压作用的影响，等效静荷载标准值q=60kN/ mm2 。
②侧墙: （上部建筑物为抗震设防的框架) 剪力墙结构，故应放入上部建筑物对地面空气冲击波超压值的影响。根据本工程地质条件，人防地下室侧壁范围内分别有非饱和土和饱和土，取其加权平均值，并考虑周围基坑支护的阻隔作用，故地下室侧壁等效静载荷标准值q =40kN/ mm2。
③底板: 本工程采用桩基础, 当核爆荷载作用于顶板时，荷载随板、梁、柱传至桩上，因人防设计时不考虑地基承载力和地基变形，由产生的由桩与底板共同承受, 故小于规范中按箱形地下室底板的等效静荷载值( 40～50)KN/ mm2, 与平时荷载作用下因桩不均匀沉降而产生的底板受力相比，不起控制作用，故不予考虑。
④门框墙: 所受荷载由两部分组成，一是直接作用在墙上的荷载=200/ 2; 二是由门扇传来的等效静载标准值，分别按门扇的型号、大小计算确定。
⑤临空墙: 依工程实际情况和规范表4. 5. 7取其等效静荷载标准值为130kN/ mm2。
⑥隔墙: 隔墙分两种, 一是相邻防护单元间隔墙的设计压力值为50kN/ mm2; 二是6 级人防地下室与普通地下室相邻间的隔墙，其普通地下室一侧的设计压力选用值为90kN/ mm2 。其他各种防护密闭门、防爆波活门、扩散室的设计压力均从规范中有关规定选用，当所有构件的等效静荷载值确定后，即可进行结构计算。
3 荷载组合和内力分析
人防地下室分为甲类和乙类, 甲类人防地下室应能承受常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载的分别作用, 乙类人防地下室应能承受常规武器爆炸动荷载的作用。甲类人防地下室结构应按下列①，②，③条规定的荷载组合进行设计，乙类人防地下室结构应分别按下列①,②条规定的荷载组合进行设计,并应取各自的最不利效应组合作为设计依据。
①平时使用状态的结构设计荷载。
②战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用。
③战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用。
作用在人防地下室结构上的荷载包括爆炸动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及人防地下室的自重等，结构设计时可结合各工程的结构特点根据规范确定荷载组合的项目。在进行荷载组合时，需要明确的一个问题就是上部建筑物自重标准值的确定。规范中已说明根据不同的上部结构形式，在进行荷载组合时上部建筑物自重分考虑全部、考虑一半和不考虑三种情况，设计时应认真分析确定。人防地下室在确定等效静荷载和静荷载后，可按静力计算方法进行结构内力分析。其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式:
γ 0( γ GSGK+ γ QS QK) R, R=R(fcd, f yd，ak，…，) 。
其中, γ0 为结构重要性系数, 可取1. 0; γG为永久荷载分项系数; γQ为等效静荷载分项系数, 可取1. 0;fcd为混凝土强度动力设计值; f yd为钢筋( 钢材)动力强度设计值; ak为几何参数标准值。由上式可以看出人防设计的特点，与平时状态下的内力情况进行比较，顶板、侧壁及人防区域内构件的水平受力由战时控制，底板、基础由平时控制。求出构件的内力和配筋后，需注意的问题是结构构造措施，规范中作了详细的规定，结构设计人员应认真研究体会规范条文的条件和适用范围，结合工程实际情况完成人防地下室各主要构件的设计。
4 孔口防护和平战兼顾
孔口防护包含三部分的设计内容:一是防护密闭门与消波系统的设计;二是出入口通道内临空墙、门框墙的设计; 三是孔口其他构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等的设计。其中第二、三条中的临空墙、相邻单元之间的隔墙可按一般墙体的计算模式, 考虑人防设计的特点计算出内力和钢筋。而门框墙的设计一般是按悬臂梁计算，但需注意的就是因平时使用时需要的出入口通道均较宽，而战时又相应较窄，有可能会使门框墙的悬臂长度过长，水平筋过大。这种情况下，可考虑在不影响功能使用的前提下，加设柱、梁改变门框墙的受力型式，得到较为经济的设计效果。风井的设计中只计算土中压缩波的压力，对空气冲击波则不予考虑，因两者不会同时作用。开敞式通道更不考虑核爆动荷载，只考虑静土侧压力, 而防倒塌棚架的设计分竖向和横向两项。竖向力即为倒塌荷载50kN/ mm2, 属静载, 横向力即动压设计值，由《规范》第4. 5. 10条确定。这两项受力作用时间存在间隔，故不考虑同时作用。下面主要谈谈防护密闭门与消波系统的设计。当空气冲击波到达出入口通道时，虽然有通道出入口的扩散作用，但遇墙体和门的反射作用使作用在门上的总效应大于空气冲击波的压力，约为2.0～3. 5倍。为方便工程设计人员，国家将防密门进行系列化处理，依据设计压力和门洞尺寸就可轻松地选择定型的防密门。
而消波系统的产生是因为滤毒通风设备所能承受的允许压力远小于空气冲击波，若其防护措施不能与主体抗力相适应，将直接影响整体工程防护能力。消波系统的基本思想是以堵为主，堵消结合: 堵就是采用防爆波活门将冲击波的大部分阻挡在室外; 消就是使从活门孔进入的少量冲击波通过扩散室的扩散膨胀作用削弱其压力, 使其进入内部的压力不超过设备的允许压力。规范表4. 9. 1 给出了消波系统选择表，可按抗力等级与允许余压值予以确定，一般由防爆波活门及扩散室组成，防爆波活门的选用和扩散室各部分尺寸的确定均可在《规范》中找到相应的表格和公式得到落实。这项工作在设计过程中既可由结构专业完成，也可由建筑、通风专业完成。
扩散室前墙即安装悬板活门的墙面为临空墙，墙面本身受的荷载及活门传来荷载均按临空墙荷载取值，扩散室与土相邻的顶底板及外墙按土中压缩波压力确定荷载。平战兼顾设计是深入贯彻“平战结合”建设方针一个重要环节，由于人防工程是战时遭受敌袭击时作为保障城市居民生命安全和坚持工作的一种具有特殊功能要求的建筑物，因此它需要承受的荷载较一般结构大几十倍至数百倍，而且密闭要求很高。所以在设计中应尽量减小结构跨度，减少并缩小直通大气的各种孔口，而这种处理原则，给平时使用造成诸多困难。《规范》第4. 8条中对此点作了指导性的规定，所以具体做法应根据平时和战时的具体要求和工程本身的实际条件综合研究确定。
人防结构设计范文第3篇
【关键词】地下人防；结构设计；特点
《中华人民共和国人民防空法》中，人民防空指的是国家依照国防的需要，组织与动员群众采取的有效防护措施，减轻与防范空袭所造成的灾害。人民防空，即人防，是为了保障战争时物资与人员的掩蔽、指挥、救护等一系列需要，来修剪地下防护的建筑。防空的地下室是与地面的建筑相结合，建造成在战争时用于人民防空所用的，具有一定的防护能力。它是地下人防的重要部分，也是人防工程实施的一个重要基础。
1 地下人防工程结构设计的原则
1、利用等效静载方法，来简化人防荷载的作用，可以拆成单个构建来进行计算。
2、将平战结合，应用有效控制的条件，在一般五级或者六级人防的设计结构之中，基本上顶板由战争时来控制，而底板与侧墙就需要由人防结构的形式根据实际的情况来确定。一旦平常使用的要求和战时的防护要求不相同，需要应用平战功能的转换措施。
3、运用强度验算的方法，因为人防在荷载的作用之下，结构的构建变形极限已经用允许的延性来进行控制，所以在人防工程的结构设计之中，不需要再对结构的构建变形以及裂缝进行单独验算。
4、观察各个部件抗力的协调性，避免因为设计标准的不同，导致结构局部的先行破坏，是整个人防建筑作用丧失。
5、对于人防工程和墙与柱承重结构的设计，应该尽量做到和地面建筑承重的结构互相对应，使得地面建筑荷载能够通过人防工程承重的结构直接转移到地基上面。
6、注重构造的要求，许多人防结构的设计要求是和一般建筑的设计有所不同，其在要求上会更为严格，应该对于结构延性有充分的保证，强剪弱弯、强柱弱梁。
2 地下人防工程结构设计的特点
1、建筑的使用功能——平战结合
平战结合作为地下人防工程结构设计上的一个特点，所以在人防工程荷载的设计上，应在平常使用的时候，用静荷载作为主要荷载，战争时爆炸冲击波的动荷载作为工程主要的荷载。所以，在人防工程的结构设计之中，除要满足正常生活使用的要求之外，还需要满足战争时承受爆炸荷载的组合要求。
2、钢筋混凝土的结构组成可以按照弹性的工作阶段来设计
因为构件处在塑性阶段工作的时候比弹性阶段工作之中吸收的能量较多，所以能够将材料的潜力充分发挥出来。因为人防工程的设计是有效将动荷载来等效成静荷载分析，和这个相互适应的是在人防工程中结构的材料所承载能力按照静载的实验来取得，材料的强度应用在人防工程的设计时，需要将材料处于动载之下强度提高的一系列因素考虑好。所以，在人防工程的设计之中材料的强度需要用动荷载的强度增强的系数调整之后，才可以用在结构的设计之上。这也是人防结构设计之中重要的一个特点。
3 等效静荷载设计的概念
对于人防工程的结构设计之中，其核心的问题是人防工程结构的内力计算方法与构件界面设计的方法。从人防工程的设计程序上来看，简单可分为三层，即结构的方案、内力的分析、截面的设计。这三点之中内力的分析在人防工程的结构设计之中与普通建筑的结构设计上有着很大区别，然而截面的设计一般与普通建筑结构的设计方法普遍一样。在进行人防工程结构的分析时，最先考虑的应该是依照建设单位设计委托书之中确定工程抗力的等级，来有效证明工程所需防护的要求。一旦确定防护的等级，就可以依照相关规范确定其各种荷载所作用的数值。
一般人防工程平时都是以静荷载为主的，战争时需要以动荷载作为主要荷载，这种荷载也可以称为冲击荷载。但是人防工程怎样选择荷载？荷载又怎样作用在结构之上？解决这个问题有效思路是，将爆炸的动荷载转变成等效静荷载，之后再依照荷载的组合情况，根据普通静力结构的力学方法算出结构的背离。再进行结构整体分析，并从整体到具体的构件。然而人防工程内力的分析主要是将结构分成单个独立构件，每一个构件按照分别不同防护的要求与防护的等级，将其等效的静荷载计算出来，不再向另外的构件来传递所受荷载。
一般等效静载法在原则上适用单个的构件。三十几人防工程的结构由梁、顶板、柱、外墙等一些构件所组成多构件的复杂体系。应用等效静载方法进行设计的时候，普遍是将结构分解为独立构件，各自求出等效静载之后，将复杂的结构进行简化，成为基础构件或是结构，就可以按照静力荷载的作用下对结构的内力进行计算。
4 几种人防结构在设计构件上荷载的取值办法
上部的建筑对于人防地下室的顶板核爆炸动荷载的影响，应该从爆炸的冲击波和建筑相互作用方面来分析。一旦冲击波在迎爆墙壁各个窗孔内冲进室内，冲击峰的数值将会被降低，经由室内各方向障碍反射的过程，会形成新超压波形，会导致地面建筑的变形、失稳甚至倒塌。因此对上部建筑自重计算的明确，也就知道了人防工程的等效静荷载之中，上部建筑自重作用在顶板的原因。在核爆的时候，上部的混凝土承重墙由于倒塌等原因，压在地下的人防工程顶板，由于建筑受到抛掷，所以上部建筑自重不计或取半。
在对界面进行设计的时候，要对临空墙、楼梯口以及扩散室墙等各种构件动荷载的作用区别进行严格的区分。临空墙的一侧在工程防护门之外受到冲击波的荷载作痛，另一侧不会受到冲击波的影响。对于防护门之外和扩散室外的通道的临空墙，他的外侧会受到冲击波的强力荷载。所以应该按照构件反面和正面不同时受到荷载来分别对配筋进行计算。
在人防工程的结构设计时，要结合建筑的功能要求，对结构进行合理的布置，并建立结构合理的计算模型，将建筑的构件和结构的构件有效合成一个整体，合理选取设计的参数，确保结构设计的经济性与科学性。
在人防设计之中，顶板、底板以及侧墙是设计的重点内容，同时也是设计中的基本结构，从经济与功能方面来看，也是人防设计中的重点所在。人防工程在进行入口、通风口等各种管道的设计时，尤为需要设计人员的关注，这也是在设计之中最容易出问题的地方，在进行设计的时候不仅要确保出入口的临空楼梯与临空墙结构的承载能力，还要确保防护门的牢固性，确保其承受住规定荷载。对于各种阶段设计上必须全面，对于设计的要求也要具体明确，保证地下人防工程的质量与防护水平。
结语：随着社会科技的高速发展，可以说我国的人防工程逐渐由古老的地道战形式，转变成坚固、美观的建筑形式。地下人防工程能够合理来利用地下的空间，同时打破了拆迁以及文物保护的一系列矛盾，能够合理的解决新旧建筑的结合与功能拓展，为地面上创造了更加开辟的空间，符合了现代城市建设的紧凑化以及人文关怀的一系列新理念。本文是结合笔者多年地下人防工程结构上设计的经验，对于其设计的特点进行的简单探讨，希望会日后地下人防工程的建设有一定的借鉴价值。
参考文献
[1]胡俊杰，试论人们防空地下室的结构设计[J]，科技资讯，2009（2）
[2]李威，关于人防结构设计分析[J]，城市建设理论研究，2011（21）
[3]黄伏祥，人防地下室设计若干问题探讨[J]，江西化工，2010（4）
人防结构设计范文第4篇
关键词：地下人防；工程；结构设计；原则；特点
我国的人民防空法明确规定，地下人防工程是为了满足国家民防需要，应对空袭而设计施工的民防工程。若国内发生战争，地下人防工程必须要肩负起战时掩蔽人员和物资，为指挥战争和抢救伤员提供安全场所的重要作用；同时需考虑平时有效的人防工程空间利用，实现平战结合的设计效果。因此地下人防工程的结构设计必须既要满足人防要求，又要具有一定的实用性。为了能够使读者更好地了解地下人防工程结构的特点，以下本文就来详细地探讨有关地下人防工程的结构设计问题。
1、地下人防工程的结构设计原则
由于地下人防工程与普通的建筑地下工程的功能和作用存在着一定差异，因此在对工程进行设计时也不能采取相同的设计方法。事实上，在对地下人防工程进行结构设计时，需要遵从一定的结构设计原则，这是在长期的实践中所得出的基本原则，主要有以下六点：
1.1采用等效静载的设计方法。由于地下人防工程设计时需考虑核武器和常规武器的动荷载作用，因此在对其结构进行设计时，应该将动荷载对结构产生的效应简化成相应的静荷载，同时根据工程战时功能的具体情况及结构型式将其拆成若干个分工程进行结构荷载计算。
1.2战时仅对强度进行验算。与普通民用建筑工程不同，人防工程结构战时只要在规定的武器作用下不破坏，保证结构的承载力，就达到了目的。且在设计中已对不同位置的结构和构件的允许延性比进行了控制，因此在战时使用状况下，只验算结构的承载力（包括稳定），可不进行结构变形、裂缝宽度和地基变形的设计。
1.3人防工程结构各部位的抗力应相协调。这是人防工程设计的指导原则。由于人防工程结构各部位所受的作用不同，破坏形态不同及安全储备不同，抗力相协调的目的就是为了防止由于存在个别薄弱环节致使整个结构抗力明显降低。主要包括：出入口各部位抗力应相协调；出入口与主体结构抗力应相协调；主体结构各部位之间的抗力应相协调；口部防护设备与人防工程抗力应相协调。
1.4强调墙柱承重结构的设计合理性。在城市建设中，大多数地下人防工程的地面都承受着较大的上部建筑荷载，在设计中应该尽量使地下人防工程的墙柱承重结构与地面建筑的承重结构实现一致，这样就可以使地面建筑荷载直接作用到地基上，而非地下人防工程顶面上。
1.5强调节点构造设计。地下人防工程结构的设计与普通建筑工程的结构设计是有很大差异的，并且对结构的整体性要求更高，还要求其具备一定的延性。同时，还应该实现强剪弱弯、强柱弱梁的结构设计效果。这就要求设计人员必须要对节点构造根据规范进行仔细设计，确保地下人防工程的设计质量。
1.6实现平战结合的设计效果。尽管地下人防工程的主要目的是为了作为战时防护使用，但是其最多的使用状态还是处于和平时期。此时的地下人防工程若闲置起来，必然会造成极大的空间浪费。为此在结构设计中一般要求地下人防结构应该满足战时使用和平时使用两个要求。而要做到这一点，就要在设计中进行相应的平战转换设计，以便于战时地下人防能够快速实现平战功能的转换。
2、地下人防工程结构设计的特点
基于我国城市国防现代化建设的要求，城市地下人防工程项目越来越多，而很多结构设计人员都没有接受过专业的人防知识培训，也没有较为系统的人防结构设计概念，因此在设计中很难保证地下人防工程的设计质量。要想使设计人员更好的把握人防的结构设计质量，首先就要使其明确人防工程的结构设计特点。总结起来，地下人防工程的结构设计特点主要有以下几点：
2.1结构构件的振动性
人防工程结构设计均按非直接命中计算，所受爆炸动荷载属于偶然性荷载，具有量值大，作用时间短且不断衰减等特点，这就造成了结构加速度大，引起结构不断振动，结构构件所受力不断从正面到反面交换变化，正是基于此，人防构件（比如人防顶板、人防墙体、人防主要出入口楼梯）强调双层双向配筋和设置拉结筋的构造要求。
2.2动静荷载等效性
在动荷载的作用下，结构构件振型与相应静荷载作用下挠曲线很接近，且动荷载作用下的破坏规律与相应静荷载作用下的破坏规律基本一致，所以在动力分析时可将爆炸动荷载转换为相应的等效静荷载。但也应当注意到，由于是等效静荷载，结构实际承受的是动荷载，在动荷载的作用下材料特性有别于静荷载，即在静荷载的基础上，混凝土及钢筋均有一个材料强度综合调整系数。例如HRB335级钢的综合调整系数为1.35，混凝土C55及以下的综合调整系数为1.50，混凝土的弹性模量是静载时的1.2倍，钢材的弹性模量与静载时相同。有的设计人员没有注意到、理解到这个特性，在计算人防工程的结构构件时，没有对这些系数进行调整，使计算结果不够经济、合理。
2.3工作状态的弹塑性
地下人防工程只考虑一次承受核（常）武器爆炸作用，结构设计只要求主体结构能承受短时间的爆炸偶然荷载，对结构的变形和裂缝开展均不作要求，可不进行验算。地下人防工程战时的使用状态要求较地面建筑的低，可按弹塑性或塑性阶段设计。规范（GB50038-2005）第4.6.2规定“在常规武器爆炸动荷载或核武器爆炸动荷载作用下，结构构件的工作状态均可用结构构件的允许延性比[β]表示。人防工程钢筋混凝土结构构件的[β]值可根据结构的受力状态和结构构件的使用要求来取值，通过充分发挥结构较大的塑性变形，来达到消耗核（常）爆炸动荷载的目的。正是基于此，规范4.2.2条规定“防空地下室钢筋混凝土结构构件，不得采用冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋等经冷加工处理的钢筋”，以保证构件的最大延性。
2.4防护密闭性
人防工程防护密闭性要求：战时不仅能承受核（常）爆炸荷载作用，也能防早期核辐射、抵御毒气、生化武器的侵入，保证人防工事内人员的安全。有的结构设计人员在结构设计时，只考虑到结构的防护安全性，没有注意到密闭性的要求，针对一些战时和平时都没有受到荷载作用的结构构件（比如说某些密闭墙体），结构厚度设计及配筋量达不到规范的最低要求，更有甚者，把一些有密闭性要求的墙体设计成了砖砌筑墙体。
2.5平时功能和战时功能的兼顾性
防空地下室设计必须贯彻“长期准备、重点建设、平战结合”的方针，在平面布置、结构选型、通风防潮、给排水和供电照明等方面，应采取相应措施使其在确保战备效益的前提下，充分发挥社会效益和经济效益。平时功能要求各建筑分区连通、连贯，为方便使用，洞口也较多；而战时功能则要求其防护密闭性，与室外连通的洞口必须封堵。这就要求平时使用的洞口，结构设计时必须考虑采取相关技术措施，确保其在战前转换时限内能快速、安全地实现平战转换，满足工程战时的防护密闭要求。
3、结语
综上所述，在对地下人防工程的结构进行设计时，应该遵守相应的设计原则，并把握人防工程的结构设计特点，在此基础上再结合专业的工程结构设计理论，依照人防工程建设的相关法规及规范进行设计，以保证地下人防工程的结构设计质量。
参考文献：
人防结构设计范文第5篇
【关键词】地下室； 人防； 结构设计； 探讨；
一、地下室人防结构设计的特点分析
地下室人防结构结构设计具有以下特点：第一，结构设计的可靠性可以降低，一般建筑结构 pf ≈ 10，而人防结构 pf ≈ 6%。第二，考虑结构的动力响应。第三，结构构件可考虑进入塑性工作状态。第四、材料设计强度可以提高。实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，例如钢材强度可提高 1 .15～1.5 倍，对砼强度可提高 1.5 倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的。第五，重视构造要求，人防设计的许多构造要求是与一般的建筑设计不同的，要求更为严格，故仅仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的 。
二、地下室人防结构设计的原则分析
根据以上所述的结构设计的特点，可以确定地下室人防结构设计相应的原则 ：
1、平战结合，取控制条件，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及 5 级或6 级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则因地下室的结构型式的不同而由实际情况确定；
2、只进行强度的验算，由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比的控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在地下室人防结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算；
3、只考虑一次核袭击；
4、注意各部件的协调，以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏，失去整个防护建筑的作用；
5、地面与地下承重结构体系要协调，不能出现两者强弱相差较大的情况。
6、了解了结构人防设计的特点及原则之后，我们首先就必须确定计算所需的荷载值。 三、地下室主要构件人防结构设计分析
1、人防荷载的确定。如前所述，人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当核武器在空中爆炸时，当冲击波传播到地表时，形成反射冲击波，因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播，且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快，当反射波波阵面终于赶上入射波波阵面后，则汇合成为一单一的冲击波，即合成波，合成波波阵面靠近地面部分是垂直于地面的，即合成波是水平方向传播的，对抗力等级较低的防空地下室来说，所受的冲击波即为这种合成波。人防地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用，而对于侧壁和底板，因空气冲作用于地表，压迫土体并使其产生运动，上层土体受压后连续向下传递压力，这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播，当遇到侧壁或底板的阻挡后，则会产生超压、动压和负压作用，这就是侧壁和底板需考虑的问题。
2、荷载组合和内力分析。作用在地下室人防结构上的荷载，应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等，规范中对人防地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格，结构设计时可根据各工程的结构特点结合表格确定所需进行荷载组合的项目。在进行荷载组合时，需要明确两个问题：一是上部建筑物质自重标准值的确定，规范的条文说明中第4.3.14 条已详细说明了各种不同的上部结构型式，在进行荷载组合时可分为全部考虑、考虑一半和不考虑三种情况，设计时应认真分析确定。二是顶板的组合中是否考虑上部建筑物的倒塌荷载值，因为倒塌荷载的作用时间滞后于冲击波峰值作用时间，且规范规定的倒塌荷载产生的静荷载值为 50kN/m2，小于冲击波对顶板的等效静荷载值，因此在顶板荷载组合中不必计入倒塌荷载值。在地下室人防结构设计中，其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：γ0（γ GS+ γ QS）≤ R（f，f，α k，......）（见规范第 4.6.2 条） 。求出构件的内力和配筋后，剩下需注意的问题就只有一些构造要求了，《规范》第4.7 节中已作了很详细的规定，结构设计人员只需认真研究体会规范条文的条件和适用范围，结合工程实际情况就可顺利地完成人防地下室各主要构件的设计了。
四、地下室孔口防护人防结构设计分析
孔口防护包含三部分的设计内容：一是防护密闭门与消波系统的设计，二是出入口通道内临空墙、门框墙的设计，三是孔口其它构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等的设计。其中第二、三条中的临空墙、相邻单元之间的隔墙已在根据上述荷载的确定按一般墙体的计算模式，考虑人防设计的特点计算出内力和钢筋。而门框墙的设计一般是按悬臂梁计算。但需注意的就是因平时使用时需要的出入口通道均较宽，而战时又相应较窄，这样有可能会使门框墙的悬臂长度过长，而使水平筋过大。这种情况下，可考虑在不影响功能使用的前提下，加设柱、梁改变门框墙的受力型式，得到较为经济的设计效果。风井的设计中只计算土中压缩波的压力，对空气冲击波则不予考虑，因两者不会同时作用。开敞式通道更不考虑核爆动荷载，只考虑静土侧压力，而防倒塌棚架的设计分竖向和横向两项，竖向力即为倒塌荷载50KN/m2，属静载，横向力即动压设计值q，由《规范》第 4.5.10 条确定，这两项受力作用时间存在间隔，故不考虑同时作用。下面主要讨论防护密闭门与消波系统的设计内容。
1、当空气冲击波到达出入口通道时，虽然有通道出入口的扩散作用，但遇墙体和门的反射作用使作用在门上的总效应大于空气冲击波的压力，约为2.0～3.5 倍 。为方便工程设计人员，国家将防密门进行系列化处理，依据设计压力和门洞尺寸就可轻松地选择定型的防密门。
2、而消波系统的产生是因为滤毒通风设备所能承受的允许压力远小于空气冲击波，若其防护措施不能与主体抗力相适应，将直接影响整体工程防护能力。消波系统的基本思想是以堵为主，堵消结合。
3、扩散室前墙即安装悬板活门的墙面为临空墙，墙面本身受的荷载及活门传来荷载均按临空墙荷载取值，扩散室与土相邻的顶底板及外墙按土中压缩波压力确定荷载。
五、结束语
总之，地下室的设计中考虑人防的问题，关键是和平时期和战争时期相结合的问题，既要考虑平常使用时荷载较小，需满足建筑使用上大空间的问题，又要考虑人防时荷载较大，结构上很难满足大空间的问题，如何协调两种状态下不同的使用要求，就是设计师考虑的地下室人防结构设计中的重点问题。
参考文献
[1]人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）[S].内部发行，2005
[2]人民防空工程施工及验收规范（GB50134-2004）[S].北京：中国计划 出版社，2004
[3]马峥.多层地下室人防建筑设计探讨.江西建材.2011-09-30.
