关于人防工程结构简化设计方法研究

摘要：人防工程作为国家安全和人民生命财产保护的重要设施，其设计与建设面临着诸多挑战。在信息化战争条件下的城市防空袭斗争，对我国城市人民防空和重要经济目标防护提出了更高的要求。人防工程作为人防综合防护体系中的重要组成部分，在战时保护人民的生命财产安全以及保存战争潜力具有重大的意义。因此，结构简化设计应运而生，并且成为人防工程效率和实用性的有效手段。

关键词：人防工程；结构设计；简化设计

1.结构简化设计的意义

人防工程，或称人民防空工程，是指为保护国家安全和人民生命财产而专门设计和建设的一类设施。人防工程包括指挥工程、医疗救护工程、防空专业队工程、人员掩蔽工程和配套工程五类。将简化设计理念应用于人防结构设计中具有重要意义，首先，我国的人防防空建设方针是“长期准备、重点建设、平战结合”，随着近年来平战结合的人防工程越来越多，面对拟定战争发生时所产生的核武器地面冲击波、化学武器、生物武器和放射性沾染的对建筑的破坏是瞬时的、无序的。其次，人防工程往往涉及大量的人力、物力投入，而通过合理的结构简化，可以在保证安全性的前提下，实现更低的建造及维护费用。最后，从可持续发展的角度来看，结构简化设计有助于推动绿色建筑理念的发展。简化设计通过减少材料消耗和优化能源利用率，不仅能降低环境负担，还能提升整体工程质量与耐久性。

2.人防工程结构简化设计的基本原则

第一，荷载等效性原则。在战争发生时，核武器地面冲击波、化学武器、生物武器和放射性沾染都会对建筑产生瞬时的、无序的破坏。在人防结构简化设计中，首先要将这种瞬时、无序的作用转化成人防等效静荷载。其次，在设计人防结构时，设计师要根据拟建人防工程的性质确定各个构件的荷载选取是否准确性。通过等效转换从而简化计算过程，实现传力形式的简洁、直接的结构传力特点。第二，坚持平、战兼顾时的包络设计原则。人防结构不仅要满足平时的使用要求，还要在战争时期发挥防护作用。因此，在设计时要充分考虑和平时期的使用功能与战时的防护需求，进行包络设计。这要求设计者在设计过程中，充分考虑各种武器威力的影响，合理选择结构材料和防护措施，确保结构在战争环境下的安全性。第三，构造措施的跟进。在设计过程中，要根据结构的特点和受力状况，采取合理的构造措施，以提高结构的承载能力和防护能力。构造措施包括箍筋、锚固、连接等，要根据不同的结构部位和受力特点进行选择。第四，各专业的整体性。人防结构设计涉及多个专业领域，如土建设计、给排水设计、通风设计等。各专业在设计过程中要密切配合，确保整体设计的合理性和协调性。例如，土建设计要考虑给排水和通风管道的布置。

3.人防工程结构简化设计方法

3.1等效静荷载及荷载组合的设计

常规武器与核武器爆炸所产生的爆炸动荷载的作用方式存在显著差异，因此在确定人防工程的荷载时，设计人员必须对这两者进行明确区分，对常规武器作用按非命中的地面爆炸计算，且按常规武器地面爆炸的整体破坏能力进行相应的设计。对于核武器爆炸时产生的地面空气冲击波超压波形，可以将核爆动荷载的波形简化为无升压时间三角形，在结构设计采用的地面空气冲击波最大超压ΔPm。设计人员需要根据防空地下室的战时功能、工程埋置深度、梁板布置形式、地质土层情况、基础选型等对不同结构构件部位取用不同的等效静荷载，以确保荷载取用的正确性。例如某工程为核六级防空地下室顶板覆土1.5m，顶板区格最大短边净跨长度为3.0m人防顶板等效静荷载为75.0KN/m2；若其他条件不变前提下，可以将其改为常六级防空地下室时人防顶板等效静荷载则为15.0KN/m2。

设计师需要特别关注荷载组合的问题，由于战时荷载作用下人防工程不仅承受战时动荷载的作用，其静荷载在战时也对人防工程各构件产生作用，如结构自重、水压力、土压力及顶板上战时不能搬迁的设备重量等。所以设计师应根据各构件的受力情况，进行动、静荷载的组合。还需充分考虑施工阶段与使用阶段的差异，进行严格的抗震验算和防爆性能评估，以确保在灾害情况下能够有效保护人员安全。

3.2内力分析及截面设计

设计师在确定等效静荷载和静荷载后，运用静力计算的方法，对结构的内力进行详细的计算和分析；对于超静定钢筋混凝土结构，则可考虑用由非弹性变形所产生的塑性内力重分布的方法来分析。在设计战时荷载时，结构设计只验算结构承载力，不验算结构变形、裂缝展开、地基承载力与地基变形，所以设计师还要进行战时承载能力的极限状态设计。在截面设计时，需要考虑到以下几个方面：一是梁、柱斜截面承载力验算及墙、柱受压正截面承载力验算时，需考虑动荷载作用下的材料综合调整系数Υd，对动力强度设计值进行调整，使得钢筋和混凝土在快速应变下，其材料强度得到不同程度的提升。二是截面设计需要考虑到构件的允许延性比，保证截面必须有足够的强度和刚度，防止在受力过程中产生过度变形或失稳。三是构造要求，除上述计算以外，人防还要满足基本构造要求，例如：最低混凝土强度、构件最小厚度、保护层厚度、最小配筋率等，在构造措施的加持下使得人防工程具有更好的密闭性、耐久性，以抵抗长期的荷载和环境因素的影响。

3.3梁、板、柱结构

梁、板、柱体系是人防工程中常见的结构形式，在结构设计时，应充分考虑荷载、地震、风压等外部影响因素，采用合理的材料和构造形式，提高整体结构的抗灾能力。首先，在梁的设计中，应选用高强度混凝土或高强钢筋，以增强其承载能力。梁的截面形式应根据实际使用要求进行优化，避免出现过大的挠度。并满足人防要求的延性比。此外，梁与柱之间的连接节点需要满足“强柱弱梁”的原则。其次，在板的设计上，应考虑到人防工程可能承受的静荷载和动荷载。在选择板厚和配筋方案时，可以采用高性能混凝土或防水混凝土，提高板的抗裂性能，从而达到耐久性要求。最后，对于柱的设计，则要注重竖向荷载及侧向力对其稳定性的影响。合理配置纵向钢筋和箍筋，增加柱子的抗弯和抗剪能力。在设置柱的位置时，要尽量减少对内部空间布局的干扰，以保证人防工程内功能区划分的合理性。

3.4平战转换

人防工程要满足日常使用要求，同时可以应对各种突发事件。首先，在建筑的选址上，应考虑到周围环境和地形特征，以确保在平时使用与战时防护之间的有效转换。其次，结构材料的选择中，应优先选用具备良好抗震、抗压和耐火性能的材料，以提高建筑在各种情况下的安全性。最后，人防设施的功能布局也需合理规划。在平时，可以作为车库、库房或活动室，而在战时则能够迅速转变为人员掩蔽部、防控专业队或急救医院。可见，空间的灵活性和可变性是设计中的重要考量因素。同时，通风系统、供水系统和电力供应等基础设施也应具备双重功能，确保在不同状态下均能正常运行。

结语

综上所述，人防工程作为一种综合性的公共安全设施，其涵盖了广泛且深刻的内涵，其重要性则体现在国家安全、社会稳定以及可持续发展等多个方面。这使得在进行人防工程结构简化设计时，设计师必须充分考虑到多方面的因素，以确保人防工程的科学性与实用性，为未来的发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]徐梦俊.浅谈人防工程结构设计荷载问题[J].房地产世界，2023，（17）：43-45.

[2]刘和平，杨振坤.地铁人防工程结构简化设计方法研究[J].工程建设与设计，2023，（17）：67-70.

[3]林宽.高层建筑人防工程结构设计思考[J].居舍，2023，（25）：73-76.