防護設計要求下的防空地下室結構設計

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摘要：防空地下室是結合民用建筑修建的，是具有預定的戰時防護功能的建筑物，是人防工程的重要組成部分。對于此類量大面廣的人防工程，文章從防護設計的基本要求出發，結合設計實踐，總結了防空地下室的結構設計要點，可為人防工程技術人員提供參考。

關鍵詞：防空地下室；防護設計；結構設計

1防護設計的基本要求

防空地下室結構針對常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，設計時均按一次作用。對于甲類人防地下室，取兩者最不利工況設計，不需要疊加。這里所說的“一次作用”，對常規武器可以解釋為同一部位只考慮一次。并且根據《人民防空工程戰術技術要求》，防常規武器抗力級別為5級、6級的防空地下室，不考慮武器直接命中的情況（如航彈落在防空地下室頂板），只考慮航彈爆心距防空地下室外墻及出入口有一定距離的情況，其爆炸對防空地下室結構主要產生整體破壞效應（見圖1）。在規定的武器爆炸荷載作用下，結構各部位應抗力相協調，主體和出入口均能正常工作。未來戰爭中防空地下室需要面對核武器、常規武器、生化武器的殺傷破壞和可能發生的城市火災以及房屋倒塌等次生災害威脅。對工程防護而言，具體可歸納為以下幾類基本防護要求：對爆炸沖擊波的防護；對毒氣（毒劑）的防護；對核輻射和熱輻射的防護；對地面房屋倒塌的防護；對炸彈命中的防護。

2基于防護設計要求的防空地下室結構設計

2.1對爆炸沖擊波的防護設計

（1）空氣沖擊波防護設計。在核武器爆炸和常規武器爆炸時，會形成空氣沖擊波和土中壓縮波，它們瞬間對結構形成巨大的荷載。空氣沖擊波在均勻大氣中以超音速向四周傳播時，既有超壓又有負壓。這種動壓正是工程結構破壞效應的控制參數。這種“強風”伴隨著正壓，具有無孔不入的特性，會直接進入工程的各種孔口，破壞臨空墻以及防護門等孔口防護設備，殺傷室內人員。所以口部是防空地下室的薄弱環節，口部防護是防空地下室設計的重中之重。（2）土中壓縮波防護設計。爆炸沖擊波壓縮地表面產生土中壓縮波，形成防空地下室結構主體的頂板（有覆土時）、外墻、底板荷載。這些荷載與覆土厚度、結構跨度、土的類別、土的飽和程度等因素有關。防空地下室常見的核武器爆炸、常規武器爆炸的等效靜荷載可以按規范查表確定。除此之外需要注意的是，不同部位的臨空墻、門框墻荷載差異較大，出于經濟性考慮，對這些人防構件不要歸并，宜分別計算配筋。

2.2對毒氣（毒劑）的防護設計

這里的毒氣和毒劑，既包括化學武器毒劑，也包括生物戰劑和放射性塵埃。雖然它們的殺傷破壞原理各不相同，但從防護角度來講，它們只有接觸到人體才會發揮作用。所以主要防護途徑就是在防空地下室內部形成一個完整的密閉區，與室外隔絕。一般結構主體均采用鋼筋混凝土現澆結構，結構厚度不小于200mm；掩護人員較多的工程（如二等人員掩蔽所等）需要設置濾毒通風系統；各種工程孔口要采取相應的密閉措施，如密閉門、密閉通道、防毒通道、通風設施的密閉閥門等。

2.3對核輻射和熱輻射的防護設計

（1）核輻射防護設計。防輻射主要是指對早期核輻射的防護。核武器爆炸后，在短時間內（約幾秒至十幾秒）放射出大量的射線和中子流，稱為早期核輻射。其中γ射線和中子流的穿透力強，能穿過頂板對內部人員造成傷害，引起放射性損傷，嚴重者可以致死。但射線穿過各種材料的能力與材料的密度成反比，材料的密度越大，防護所需的厚度就越小。按照城市的海拔高度和防護劑量限值，不同抗力級別的甲類防空地下室具有不同的防護厚度要求（按混凝土厚度計）。結構頂板覆土厚度可以按0.7倍換算計入防護厚度。（2）熱輻射防護設計。除早期核輻射以外，核爆炸的瞬間形成的高溫高壓火球不斷向外輻射強烈的光和熱，稱為熱輻射，持續時間約為幾秒。核武器在空中爆炸時，熱輻射能量約占總能量的35%，火球內部溫度高達3000萬℃，表面溫度也高達8000℃，可引起建筑燃燒，造成城市火災。對于防空地下室，出入口通道盡可能設置轉折（90°拐彎），避免口部的防護門和防爆破活門等防護設施直接照射。

2.4對地面房屋倒塌的防護設計

空襲會造成地面建筑物倒塌，房屋倒塌不僅形成倒塌荷載，還會對防空地下室口部造成堵塞。這里的口部主要指戰時必須正常使用的主要出入口和戰時通風口。當主要出入口的敞開段（無頂蓋段）位于上部建筑的倒塌范圍內，則上部建筑遭空襲倒塌時，極易造成口部堵塞，此時主要出入口敞開段上方應設置防倒塌棚架。若平時不需要口部建筑，也可以采用標準圖集的鋼結構裝配式防倒塌棚架，臨戰時安裝。通風口應設置防堵篦子，避免被倒塌物堵塞，且為保證通風口戰時正常使用，出地面的通風口本身也應按防倒塌設計，設計原則同防倒塌棚架。

2.5對炸彈命中的防護設計

空襲中，防空地下室一旦被炸彈直接命中，對結構的局部破壞將會非常嚴重。資料表明，若考慮防500kg普通爆破彈直接命中，則需要2.85m厚的C30鋼筋混凝土頂板。考慮到普通防空地下室并非空襲的重點目標，一般只考慮炸彈非直接命中的地面爆炸。為了降低戰時常規武器命中的概率，減少人員傷亡，縮小破壞范圍，主要做法就是控制人防工程的規模，劃分功能獨立的防護單元，在防護單元內設置抗爆單元。

3結束語

隨著城市建設的快速發展，大量新建住宅和商業中心等都按要求設置了防空地下室，因此結構工程師要緊跟形勢發展，努力學習鉆研防空地下室的基本防護要求，做好防空地下室設計，為國防事業貢獻力量。

參考文獻：

[1]GB50038—2005,人民防空地下室設計規范[S].

[2]FRJ06—2008,人民防空地下室施工圖設計文件審查要點[S].

作者：霍晶 單位：雅克設計有限公司