人防口部结构构件的荷载与设计

贝伟明

辽宁省人防建筑设计研究院责任有限公司辽宁省沈阳市110000

摘要：人防工程主要包括为保障战时人员与物资掩蔽、人民防空指挥、医疗救护等而单独修建的地下防护建筑，以及结合地面建筑修建的战室可用于防空的地下室。它能抵御冲击波、热辐射、核辐射和常规爆炸碎片等各种杀伤因素。可以说，人防工程设计最重要的要求就是防护和密闭，因此口部的设计显得尤为重要，它的强度有时能决定整个工事的防护等级。本文主要针对人防口部的特点，分析了各种构件的受力要求及注意事项，给出了设计建议。

关键词：人防工程；口部结构；荷载

人防工程由于人员和设备的进出口，以及通风、给排水、排烟等的需要，构筑有少量与外部连通的孔口。爆炸冲击波、毒剂、生物战剂和放射性微粒等，都可以从这些孔口进入人防工程内部杀伤人员或设备破坏。实践表明，孔口部位是人防工程中的薄弱环节。口部的结构主要包括防护门，防护密闭门、门框墙、扩散室、临空墙以及门外通道等，本文主要针对这些口部结构的特点，分析了各种构件的受力要求，对其设计给出了设计要点及建议。

1.防护门的构造和选取

1.1防护门（防护密闭门）的组成与构造

跨度较小的防护门，主要由门扇、门框、铰页、闭锁等装置组成。防护密闭门的门扇周边还有胶条等密闭措施。防护门需具有与工程主体结构相应的抗力，即能承受相适应的冲击波正压及负压。门扇材料目前广泛采用钢筋混凝土。这种材料可塑性、抗压、抗弯强度均好，材料易取得，制作方便，结构刚度大，耐腐蚀性好，实践证明钢筋混凝土是各种跨度和抗力防护门门扇和门框的良好材料。其次是钢材，钢材的抗拉抗压强度都很高，可铸、可焊接便于加工，可用于高强度和大跨度的防护门。防护门的门扇可做成一扇或二扇以上，但在启闭条件允许的情况下，门扇的数量应尽量少，以便于利用方便，提高防护性能。需要强调指出的是，为了防止防护门承受冲击波荷载时，其机械零部件如铰页、闭锁等受到损坏，应在设计时充分注意使冲击波荷载全部传递给门框承受，而不应使冲击波荷载的作用有可能传递给这些零部件。

1.2定型防护门（防护密闭门）的选用

经过多年来的工程实践，根据化爆和核效应试验的结果，人防工程的有关设计科研部门已提出了多种防护门、防护密闭门的定型设计，可供工程设计选用。仅在有特殊要求的情况下才单独设计防护门。此外，防护工程使用的防护密闭盖板，以及防毒通道用的密闭门，也都有定型设计产品可选用。选取定型设计防护门(防护密闭门)主要依据两个参数：（1）防护门（防护密闭门）超压设计值：这是由工程所承受的爆炸冲击波荷载（即抗力等级）以及工程出入口位置及形式确定的。（2）门孔尺寸：门孔尺寸由该防护门所处的出入口的功能(人员或设备条件)决定。

2.门框墙设计

2.1门框墙的计算模式

门框墙是受弯工作的开孔平板，由于门洞尺寸相对较大，所以往往将它分成侧墙、上挡墙、门槛等及部分独立计算。通常门洞两边的侧墙宽度同其高度相比甚窄，所以侧墙的计算图形可取为一端固定的悬臂构件。平板门的上挡墙一般分成两种情况，上挡墙高度和宽度比<1/2时，可按上端嵌固的悬臂构件计算；当上挡墙高度和宽度比≥1/2时，平板门上的上挡墙可仅挨门洞的上方设置一个横向加强梁，将其看作四边支承的板进行计算。当遇到墙面较宽的侧墙不能视作悬臂牛腿时，也可采用增加工程内侧柱的方式，将侧墙转化为四边支承的板计算。对于重要工程或门框墙受力状况较复杂的情况，必要时也可应用有限元进行较详细的力学分析。

需要注意的是，如果取悬臂牛腿的计算图形，就必须要求与门框相连的邻接构件能够承受牛腿根部的巨大弯矩，比如通道墙如果过薄，就不能保证门框墙按固端工作，这时应将上挡墙的荷载的全部或一部分向上下方向传到顶板和底板。

2.2作用在门框墙上的荷载

作用在门框墙上的荷载由两部分组成。一部分时门扇传递给门框的力，它数值上等于防护门所受的支座动反力；另一部分是门框墙直接承受的冲击波荷载，与防护门门扇所受的冲击波压力是相同的。因此，门框墙承受门扇传递的荷载是一个动荷载。一般来说，按照动反力换算的门框墙的等效静载，与按照门扇的等效静载算得的门扇反力直接作为门框墙的等效静载是不相等的。其值和门扇与门框墙自振频率的比值，以及构件受力的工作阶段有关。在工程设计精度要求的条件下，门扇传递给门框墙的荷载值允许取为相应于门扇等效静载的支反力。防护门（防护密闭门）的门框墙承受由门扇传递的动荷载和直接作用在墙面上的冲击波超压荷载，设计时应按二者同时作用进行计算。

2.3门框墙的截面设计

门框墙的受力性态类似于一般钢筋混凝土结构的实腹牛腿，但又有不同之处。一般牛腿的剪跨比通常在0.1~0.75范围内，而防护门门框墙的剪跨比通常介于0.5~2.0之间（厚度一般为300~500mm）。结构静力试验表明，门框墙结构主要是弯曲破坏和斜剪破坏，多数又由受弯控制，当C/h0≤1时，应按牛腿计算与配筋；当C/h0>1时，可采用悬臂梁进行设计。

3.出入口通道的其他构件设计

临空墙：平时临空墙为竖向受力构件，而战时既受竖向荷载作用，又受水平面冲击波荷载作用，此时临空墙为大偏心受力构件。大偏心受力构件不考虑轴力的影响是偏安全的，为计算方便通常可按四边嵌固的受弯板计算。

防护密闭门外通道：这里主要指坡道等与土体接触的通道，它既承受通道内侧的空气冲击波超压，同时受通道外侧的土中压缩波作用，但一般认为两种荷载不是同时作用在结构上的，而认为内侧的空气冲击波压力与外侧土体的弹性抗力可以相抵，不做计算，因此只计算通道外侧的土中压缩波作用。

楼梯：楼梯的计算与民用建筑相似，但应注意的是，核爆动荷载作用的方向与构件表面垂直，梯板的计算跨度应取两支承梁的直线距离，即斜向长度。

防倒塌棚架：开敞式防倒塌棚架在动载作用下，其破坏程度取决于合成荷载，所以设计时只须考虑按作用在檐口、边梁和每根柱正面的冲击波水平动压和作用在顶板上的倒塌荷载进行设计。由于动压在先，倒塌在后，因此对两种荷载应分别计算和配筋。

口部封堵构件：可根据防护功能平战转换设计图集选用封堵形式和构件，应当注意，支承封堵构件的墙板等应根据封堵构件的反力传递规律进行计算配筋，并满足构造要求。

结束语：

人防工程的口部是防护主体与地表的连续部分，是防护工程战时防护的关键环节，也是防护结构设计的重点与难点。在本文中，笔者对人防地下室口部各类构件的受力特点及设计人员经常忽略与误解的问题进行了分析，给出了设计建议。在实际设计中，由于口部的重要性，在可能条件下宜将它们设计得较强些。

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