防护设计要求下的防空地下室结构设计

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摘要：防空地下室是结合民用建筑修建的，是具有预定的战时防护功能的建筑物，是人防工程的重要组成部分。对于此类量大面广的人防工程，文章从防护设计的基本要求出发，结合设计实践，总结了防空地下室的结构设计要点，可为人防工程技术人员提供参考。

关键词：防空地下室；防护设计；结构设计

1防护设计的基本要求

防空地下室结构针对常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载，设计时均按一次作用。对于甲类人防地下室，取两者最不利工况设计，不需要叠加。这里所说的“一次作用”，对常规武器可以解释为同一部位只考虑一次。并且根据《人民防空工程战术技术要求》，防常规武器抗力级别为5级、6级的防空地下室，不考虑武器直接命中的情况（如航弹落在防空地下室顶板），只考虑航弹爆心距防空地下室外墙及出入口有一定距离的情况，其爆炸对防空地下室结构主要产生整体破坏效应（见图1）。在规定的武器爆炸荷载作用下，结构各部位应抗力相协调，主体和出入口均能正常工作。未来战争中防空地下室需要面对核武器、常规武器、生化武器的杀伤破坏和可能发生的城市火灾以及房屋倒塌等次生灾害威胁。对工程防护而言，具体可归纳为以下几类基本防护要求：对爆炸冲击波的防护；对毒气（毒剂）的防护；对核辐射和热辐射的防护；对地面房屋倒塌的防护；对炸弹命中的防护。

2基于防护设计要求的防空地下室结构设计

2.1对爆炸冲击波的防护设计

（1）空气冲击波防护设计。在核武器爆炸和常规武器爆炸时，会形成空气冲击波和土中压缩波，它们瞬间对结构形成巨大的荷载。空气冲击波在均匀大气中以超音速向四周传播时，既有超压又有负压。这种动压正是工程结构破坏效应的控制参数。这种“强风”伴随着正压，具有无孔不入的特性，会直接进入工程的各种孔口，破坏临空墙以及防护门等孔口防护设备，杀伤室内人员。所以口部是防空地下室的薄弱环节，口部防护是防空地下室设计的重中之重。（2）土中压缩波防护设计。爆炸冲击波压缩地表面产生土中压缩波，形成防空地下室结构主体的顶板（有覆土时）、外墙、底板荷载。这些荷载与覆土厚度、结构跨度、土的类别、土的饱和程度等因素有关。防空地下室常见的核武器爆炸、常规武器爆炸的等效静荷载可以按规范查表确定。除此之外需要注意的是，不同部位的临空墙、门框墙荷载差异较大，出于经济性考虑，对这些人防构件不要归并，宜分别计算配筋。

2.2对毒气（毒剂）的防护设计

这里的毒气和毒剂，既包括化学武器毒剂，也包括生物战剂和放射性尘埃。虽然它们的杀伤破坏原理各不相同，但从防护角度来讲，它们只有接触到人体才会发挥作用。所以主要防护途径就是在防空地下室内部形成一个完整的密闭区，与室外隔绝。一般结构主体均采用钢筋混凝土现浇结构，结构厚度不小于200mm；掩护人员较多的工程（如二等人员掩蔽所等）需要设置滤毒通风系统；各种工程孔口要采取相应的密闭措施，如密闭门、密闭通道、防毒通道、通风设施的密闭阀门等。

2.3对核辐射和热辐射的防护设计

（1）核辐射防护设计。防辐射主要是指对早期核辐射的防护。核武器爆炸后，在短时间内（约几秒至十几秒）放射出大量的射线和中子流，称为早期核辐射。其中γ射线和中子流的穿透力强，能穿过顶板对内部人员造成伤害，引起放射性损伤，严重者可以致死。但射线穿过各种材料的能力与材料的密度成反比，材料的密度越大，防护所需的厚度就越小。按照城市的海拔高度和防护剂量限值，不同抗力级别的甲类防空地下室具有不同的防护厚度要求（按混凝土厚度计）。结构顶板覆土厚度可以按0.7倍换算计入防护厚度。（2）热辐射防护设计。除早期核辐射以外，核爆炸的瞬间形成的高温高压火球不断向外辐射强烈的光和热，称为热辐射，持续时间约为几秒。核武器在空中爆炸时，热辐射能量约占总能量的35%，火球内部温度高达3000万℃，表面温度也高达8000℃，可引起建筑燃烧，造成城市火灾。对于防空地下室，出入口通道尽可能设置转折（90°拐弯），避免口部的防护门和防爆破活门等防护设施直接照射。

2.4对地面房屋倒塌的防护设计

空袭会造成地面建筑物倒塌，房屋倒塌不仅形成倒塌荷载，还会对防空地下室口部造成堵塞。这里的口部主要指战时必须正常使用的主要出入口和战时通风口。当主要出入口的敞开段（无顶盖段）位于上部建筑的倒塌范围内，则上部建筑遭空袭倒塌时，极易造成口部堵塞，此时主要出入口敞开段上方应设置防倒塌棚架。若平时不需要口部建筑，也可以采用标准图集的钢结构装配式防倒塌棚架，临战时安装。通风口应设置防堵篦子，避免被倒塌物堵塞，且为保证通风口战时正常使用，出地面的通风口本身也应按防倒塌设计，设计原则同防倒塌棚架。

2.5对炸弹命中的防护设计

空袭中，防空地下室一旦被炸弹直接命中，对结构的局部破坏将会非常严重。资料表明，若考虑防500kg普通爆破弹直接命中，则需要2.85m厚的C30钢筋混凝土顶板。考虑到普通防空地下室并非空袭的重点目标，一般只考虑炸弹非直接命中的地面爆炸。为了降低战时常规武器命中的概率，减少人员伤亡，缩小破坏范围，主要做法就是控制人防工程的规模，划分功能独立的防护单元，在防护单元内设置抗爆单元。

3结束语

随着城市建设的快速发展，大量新建住宅和商业中心等都按要求设置了防空地下室，因此结构工程师要紧跟形势发展，努力学习钻研防空地下室的基本防护要求，做好防空地下室设计，为国防事业贡献力量。

参考文献：

[1]GB50038—2005,人民防空地下室设计规范[S].

[2]FRJ06—2008,人民防空地下室施工图设计文件审查要点[S].

作者：霍晶 单位：雅克设计有限公司