【摘要】随着我国经济增长的速度不断提升，我国城市地下室的开发利用也在不断提升，因此本文主要就某高层建筑人防地下室设计实例出发，对人防地下室的组成结果进行详细的分析后，简单介绍了人防地下室设计时需要进行的荷载组合以及内力分析。
【关键词】高层建筑；人防地下室；结构设计
0.前言
随着社会经济和城市建设的不断发展，人们对城市综合防灾能力提出了更高的要求，特别是集保障战时人员与物资掩蔽、防空指挥、医疗救护等功能于一体的人民防空工程，更是得到了更多的关注。建国以来，人民防空工程得到了空前发展，已经不是人们想象中的防空洞，而是与民用建筑设计紧密结合。当代新型人民防空工程主要遵循的是平战结合的原则，平时就是高层住宅及写字楼的地下室或是地下停车场，战时则是作为人防地下室使用。因此，在进行人防地下室设计时，要满足平时使用时的功能要求。
1工程实例
某高层住宅小区共6栋楼，人防工程位于每栋住宅楼的地下1， 2层和车库，人防防护区平时作为储藏间。该人防工程常规武器抗力级别为6级，抗震设防烈度为8度，人防防护区分为6个防护单元（见图1和表1）。该人防工程设有主要出入口和次要出入口，主要出入口为独立式外出入口，位于室内范围以外，各出入口的净宽之和满足0.4 m/100人。由于人防要求，一般高层建筑的地下室要兼做人防防护区，普通民用建筑的防空地下室人防等级大多为5， 6级。在进行人防设计时，由于“平战结合”的设计原则，其结构设计上要求兼顾平时和战时两种不同荷载效应组合。因此，如何协调两种状态下不同的使用要求，就成为人防地下室设计的关键。
2人防地下室的组成和设计特点
2. 1人防地下室的组成
人防地下室的结构主要包括两个方面：一是地下室的主体结构；二是地下室口部。其中，主体是防空地下室中满足战时防护及主要功能要求的部分；口部是指主体与地表面的连接部分。
2.1.1主体
首先，顶板地面不高于室外地平面的全埋式防空地下室，根据国家规定，其外墙顶部应采用钢筋混凝土，地下室顶部的最小防护距离t不应小于250 mm（见图2） 。
其次，根据国家规定，平战结合的防空地下室的顶板厚度不应小250 mm，如果不满足最小防护厚度要求的顶板，应在其上覆土。最后，由于战时人防地下室与外界隔绝，只能采用室内循环通风，无法及时补充新鲜空气，所以必须保证人防地下室有足够的净体积容纳空气，防止空气中的CO2含量超过标准范围。
2.1.2口部
首先，根据规定，人员掩蔽所战时出入口门洞净宽之和必须不小于0. 375 m / 100人，每栏门的通过人数不应超过500人，出入口通道和楼梯的净宽不小于该门洞的净宽。
其次，密闭通道的防护密闭门最好采用活门槛，方便平时疏散，防毒通道的体积适当减少，降低换气量。同时，注意应将滤毒室设置在密闭通道内，避免进排风短路。
最后，在消波设施的设置中，如果无法判断冲击波的方向，应将防爆波活门的嵌入深度设置为不小于300 mm。另外为了保证地下室的安全使用，在确定扩散室的尺寸后，应进行验算。
2. 2人防地下室的设计特点
根据人防地下室的组成，可以将人防地下室的结构设计也分为两个方面：一是地下室的主体结构设计，包括顶板设计、外侧墙设计和底板设计等其他构件的设计；二是地下室孔口的防护设计，包括出入口的防护和消波系统等。
人防地下室和非人防地下室相比，由于战时武器爆炸产生的动荷载要求，二者在结构设计上有较大区别，一般体现在构造规定、内力计算、材料强度和荷载及荷载组合等方面。
1）遵循平战转换原则。一般情况下，普通民用建筑的人防地下室设计以5，6级居多，结构的顶板基本由战时控制，侧墙和底板则是根据不同的地下室结构而定。
2）结构设计的可靠度要求降低。根据国家规定，人防地下室的钢筋混凝土延性构件失效概率为6. 1 %，大约是一般钢筋混凝土延性构件失效概率的100倍左右。
3）材料强度设计值提高。根据实验表明，在快速加载的情况下，材料强度会提高，例如钢材强度设计值可提高1. 2 ～ 1. 5倍，砌体强度设计值可提高1.2 ～ 1. 3倍。
4）可采用静力计算方法分析结构动力。由于人防荷载为偶然荷载，即动荷载，是一种在结构的设计使用年限内不一定出现的荷载。可以采取等效静荷载法来分析其结构动力，然后用静力计算方法分析其结构内力。
5）可只进行强度计算。由于在爆炸动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比控制，所以结构可不必再单独进行变形裂缝及地基承载力计算。
6）构造要求更严格。人防地下室的设计和非人防地下室相比，构造要求更为严格，不能只考虑受力，不考虑构造措施，如人防地下室结构构件最小厚度、最小配筋率等各个方面都要重视。
7）结构构件可按弹塑性工作状态设计。由于人防荷载主要考虑的是常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载，一般在设计人防地下室结构时均按一次作用考虑，作用时间为1s左右。因此，可考虑按弹塑性工作状态计算结构内力，有利于承受更大的爆炸动荷载，具有较大的经济意义。
3人防地下室荷载组合和内力分析
3. 1人防地下室荷载组合
人防地下室的荷载主要是动荷载和静荷载两方面，其中，动荷载主要是战时常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载，静荷载有上部建筑物自重、上部结构外荷载、土压力、水压力及防空地下室自重等。根据地下室结构，不同部位需要考虑不同的荷载组合，如表2所示。
表2 人防地下室各构件的荷载组合
3. 2人防地下室内力分析
由于人防地下室结构的独特性，可以按照静力计算方法进行结构内力分析。其中承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：
式中 ――结构重要性系数，取1. 0；
――永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时取1. 2，有利时取1.0；
――永久荷载效应标准值；
――等效静载分项系数，取1.0；
――等效静载效应标准值；
R――结构构件承载力设计值；
R（・）结构构件承载力函数；
fcd――混凝土动力强度设计值；
fyd――钢筋（钢材）动力强度设计值；
――几何参数标准值。
根据上述表达式，可以看到承载力设计中结构重要系数的取值为1，这是由于结构的重要性主要已体现在抗力级别上。其次，等效静荷载是设计中的规定值，根据规定，动荷载属于偶然荷载，偶然作用的代表值不乘以分项系数，所以等效静荷载的分项系数取值为1。同时，由于人防地下室的可靠度要求降低，所以等效静荷载的分项系数取值为不宜大于1；又由于即使是偶然荷载也是构件设计的重要荷载，所以等效静荷载的分项系数取值为不宜小于1。
4结语
城市建设的不断发展和地下空间开发利用水平的提高，使得高层建筑地下室设计成为建筑工程的一个重要部分，与普通地下室相比，防空地下室设计中由于需要遵循平战结合的原则，既要考虑平时的利用，又要考虑战时爆炸动荷载作用，同时还要兼顾经济性和合理性，对其结构设计提出了更高的要求。因此，在防空地下室设计中要求设计者了解防空地下室的设计规范，并能够根据实际情况计算人防地下室各个部位的荷载及进行内力分析，在实际的建设过程中能够不断地总结相关技术问题，不断提高防空地下室结构设计的合理性。
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