摘要：隨著國家對新建民用建筑必須設(shè)置可供戰(zhàn)時使用的防空地下室政策的出臺，人防地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作逐漸成為建筑工程設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。本文從荷載輸入、參數(shù)選擇、程序不完善之處等方面，對人防地下室設(shè)計中使用PKPM系列軟件整體結(jié)構(gòu)計算時的常見問題與解決辦法進行了探討。

關(guān)鍵詞：PKPM；人防地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1引言

1997年1月1日公布實施的《中華人民共和國人民防空法》中明確提出了“人民防空建設(shè)要貫徹平戰(zhàn)結(jié)合、重點建設(shè)、長期準(zhǔn)備的方針”，并規(guī)定了城市的新建民用建筑應(yīng)該根據(jù)國家有關(guān)法規(guī)修建可以在戰(zhàn)爭時期使用的防空地下室。隨著國家相關(guān)人防政策的出臺，人防地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作逐漸成為建筑工程設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。

目前專門用于指導(dǎo)人防地下室設(shè)計的現(xiàn)行規(guī)范是2005年頒布的《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范（GB50038-2005）》，該規(guī)范自2006年3月1日起實施。隨著計算機技術(shù)的推廣，工程設(shè)計中使用電算程序早已是業(yè)內(nèi)的主流。目前在整體結(jié)構(gòu)電算領(lǐng)域，市場占有率最大的就是PKPM系列軟件。該軟件面世已有20多年，其綜合性能已比較成熟。更好地認(rèn)識到這一軟件在人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時的特點，使之更好地為設(shè)計工作服務(wù)，是不少結(jié)構(gòu)設(shè)計師較為關(guān)心的問題。

為增加實用性和針對性，本文僅對人防地下室工程在使用PKPM系列軟件整體結(jié)構(gòu)計算中常遇到的問題系統(tǒng)討論。

2.綜述

2.1.《人防防空地下室設(shè)計規(guī)范（GB50038-2005）》在本文中簡稱為《人防規(guī)范》，下同。

2.2.目前民用工程常見的防空地下室，多為核6級常6級的甲類人防地下室，本文就主要討論此類人防地下室在使用PKPM系列軟件（08版）中的情況。

2.3.需要予以說明的是，當(dāng)構(gòu)件的內(nèi)力計算由人防荷載控制時，關(guān)于《人防規(guī)范》第4.2.3條的“材料強度綜合調(diào)整系數(shù)”，PKPM軟件已在程序中自動考慮。

2.4.計算模塊的變化：在2009年底以前的PKPM版本中，在SAT-8模塊和SATWE模塊中人防整體計算均可完成。但在2009年底之后，人防計算功能已完全轉(zhuǎn)移到SATWE模塊中（“SAT-8”計算模塊已無人防計算功能），僅在過渡階段暫時保留了一個“SAT-8舊”計算模塊（該模塊還可進行人防計算）。

3.人防各主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件

3.1.人防頂板的梁

3.1.1.頂板人防荷載：頂板人防荷載的輸入在“PMCAD\荷載輸入\人防荷載”中，其中頂板基本人防荷載在其中的“\\荷載設(shè)置-‘人防設(shè)置’對話框”中，“人防設(shè)計等級”選“6級（核）”，“頂板人防等效荷載”默認(rèn)值為55kN/m2。要注意這個默認(rèn)值僅是《人防規(guī)范》核6級頂板取值中的最小值，應(yīng)按實際工程修改人防荷載基本值，并在“PMCAD\荷載輸入\人防荷載\荷載修改”中對與人防荷載基本值不同的房間要逐一輸入。核6級常6級人防地下室頂板人防荷載取值由核爆動荷載控制，可按《人防規(guī)范》第4.8.2條、查表4.8.2選取。在使用表4.8.2時，設(shè)計人員要注意頂板等效靜荷載是否符合“考慮上部建筑影響”的條件（該條件詳見《人防規(guī)范》第4.4.4條）。在符合“考慮上部建筑影響”的條件時，才可以使用表4.8.2中括號內(nèi)的數(shù)值。

3.1.2.梁的縱筋配筋率：當(dāng)構(gòu)件的內(nèi)力計算由人防荷載控制時，現(xiàn)在的PKPM軟件已按《人防規(guī)范》第4.11.7條和第4.11.8條的規(guī)定自動考慮《人防規(guī)范》要求的最小配筋率和最大配筋率（用紅色字體提示超筋）。由于人防等效靜荷載的前提假定就是限制人防構(gòu)件的允許延性比[β]，使人防構(gòu)件在彈塑性狀態(tài)下工作，按《人防規(guī)范》第4.10.3條，受彎構(gòu)件的受拉鋼筋配筋率大于1.5%時，需按公式4.10.3-1和公式4.10.3-2驗算。但PKPM程序?qū)�縱筋配筋率大于1.5%的人防梁時，并沒有加以驗算或提示警告。梁縱筋配筋率可以在“\SATWE\4.分析結(jié)果圖形和文本顯示-‘SATWE后處理---圖形文件輸出’對話框\圖形文件輸出\2.混凝土構(gòu)件配筋和鋼構(gòu)件驗算”主菜單下的“[配筋率]”找到。點取這個按鈕后，梁配筋圖形的數(shù)據(jù)結(jié)果會切換顯示為縱筋配筋率。梁縱筋配筋率大于1.5%時，必須補充手工驗算。

3.1.3.主筋直徑的選用：按《人防規(guī)范》第4.11.10條規(guī)定，連續(xù)梁和框架梁在距支座邊緣1.5倍梁的截面高度范圍內(nèi)，箍筋間距不宜大于主筋直徑的5倍。設(shè)計中梁支座處箍筋加密區(qū)的間距一般取100mm，故當(dāng)縱筋直徑小于20mm時，連續(xù)梁和框架梁不滿足此條要求（僅單跨次梁不需滿足此要求）。如果設(shè)計師是利用“墻梁柱施工圖\梁平法施工圖”自動生成的T文件轉(zhuǎn)化為DWG文件的，在“墻梁柱施工圖\梁平法施工圖\配筋參數(shù)-“參數(shù)修改”對話框\選筋參數(shù)\主筋選筋庫”中，選用的主筋直徑都不要小于20mm，就可有效避免這一問題的出現(xiàn)。至于單跨次梁，即使梁的計算配筋率較小，主筋直徑為20mm也可適用，不必?fù)?dān)心造成設(shè)計浪費。

3.1.4.主次梁相交處的吊筋配筋值：PKPM的“墻梁柱施工圖\梁平法施工圖”自動生成的T文件中有吊筋配筋值，但由于程序在計算吊筋時未計入人防荷載，所以輸出結(jié)果嚴(yán)重偏小。筆者建過兩個計算模型：“A模型”有人防荷載，“B模型”沒有人防荷載，其它設(shè)計條件完全相同。經(jīng)試算對比后發(fā)現(xiàn)，“B模型”比“A模型”的吊筋值大，說明PKPM程序計算的確存在問題，設(shè)計師切不可盲目使用此吊筋結(jié)果。正確的做法是補算人防工況吊筋：先利用剪力輸出結(jié)果計算出主次梁交接處的主梁梁上集中荷載設(shè)計值，結(jié)合主梁的箍筋實用值計算人防工況下所需的吊筋大小與數(shù)量，并將此值與程序T文件提供的吊筋值比較，兩者取大值。手算時要特別注意，在使用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)公式時，附加橫向鋼筋的抗拉強度設(shè)計值要換為鋼筋的動力強度設(shè)計值。

3.2.人防頂板的板

人防頂板的板塊布置與板上荷載值，均按前述（本文3.1.條目的“人防頂板的梁”）。人防頂板的板計算在“PMCAD\3.畫結(jié)構(gòu)平面圖”中。

按《人防規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定，對于結(jié)構(gòu)裂縫開展，可不進行人防動荷載作用下的驗算。在計算樓板裂縫寬度時，目前的PKPM軟件錯誤地將人防荷載也考慮進去了，這樣造成板的裂縫寬度計算結(jié)果非常之大。設(shè)計師必須另建一個計算模型-【模型2】，此模型是專門為了計算無人防情況下以頂板裂縫寬度為控制條件的板配筋。先復(fù)制【模型1】并改名為【模型2】，再刪去所有的頂板人防荷載，這樣【模型2】計算出來的板裂縫寬度才是有效的，并以裂縫控制為前提計算板配筋值（在“PMCAD\3.畫結(jié)構(gòu)平面圖\計算參數(shù)-‘樓板配筋參數(shù)’對話框”勾選“是否根據(jù)裂縫撓度自動選筋”并在“允許裂縫寬度”輸入0.2mm）。由于不同位置的荷載情況不同，所以【模型1】和【模型2】板配筋要注意逐一對位比較，取較大者。

3.3.人防外墻

人防外墻荷載的輸入也在“PMCAD\荷載輸入\人防荷載\荷載設(shè)置\‘人防設(shè)置’對話框”，其中“外墻人防等效荷載”默認(rèn)值為0kN/m2。當(dāng)使用PKPM整體建模計算外墻時，按《人防規(guī)范》第4.7.3條和第4.8.3條并結(jié)合地質(zhì)報告的土層分布情況，分別查表后取兩者中的較大值輸入PKPM。但是在“SATAW\4.分析結(jié)果圖形和文本顯示”中，PKPM最終只能提供外墻雙側(cè)豎向配筋總量的值（該值是由單側(cè)豎向配筋最大值乘以2得到的）。外墻作為單向水平受力構(gòu)件，僅提供雙側(cè)豎向配筋總量是不能滿足設(shè)計需求的，這樣的配筋不符合構(gòu)件受力情況，過于保守。

需要特別注意的是，針對于頂板和外墻而言，“考慮上部建筑影響”的條件和理念是不同的：前者見《人防規(guī)范》第4.3.4條（常規(guī)武器）和第4.4.4條（核武器），考慮上部建筑影響時對頂板構(gòu)件有利，頂板荷載取值��；后者見《人防規(guī)范》第4.4.7條，考慮上部建筑影響時對外墻構(gòu)件不利，外墻荷載要放大。當(dāng)外墻符合第4.4.7條內(nèi)容的工程，應(yīng)按表4.8.3-1、4.8.3-2查取并乘以放大系數(shù)（放大系數(shù)見《人防規(guī)范》第4.8.3條），例如核6級時放大系數(shù)=1.1。

外墻的人防工況計算結(jié)果還需和平時工況下的承載力極限狀態(tài)以及正常使用極限狀態(tài)（不計人防荷載）的計算結(jié)果相比較，配筋時在三者之中取最大值。

筆者不推薦由PKPM整體結(jié)構(gòu)計算來完成外墻的計算，建議用其它軟件單獨計算。

3.4.臨空墻（含人防隔墻）

通常所說的臨空墻即是指出入口通道內(nèi)的臨空墻，該構(gòu)件的布置在“SATWE\1.接PM生成SATWE數(shù)據(jù)\2.特殊構(gòu)件補充定義\臨空墻”，選中的混凝土墻為臨空墻，顯示為紅色粗線（普通混凝土墻顯示為綠色粗線），臨空墻的荷載輸入在其中的“\\臨空墻荷載”。當(dāng)使用PKPM整體建模計算臨空墻時，應(yīng)按《人防規(guī)范》第4.7.6條和4.8.8條，分別查表后取較大值輸入�！咀ⅲ簭�2009年下半年以后的版本才有臨空墻荷載輸入功能，此前的版本中臨空墻荷載不能輸入，只能使用程序默認(rèn)值-按“頂板荷載考慮上部建筑影響的室內(nèi)出入口”時的110kN/m2�！款愃朴谕鈮Φ那闆r，PKPM最終只能提供臨空墻雙側(cè)豎向配筋總量的值，也不能滿足設(shè)計需求。

“人防隔墻”也可以在此處輸入。核6級人防地下室的“人防隔墻”可分為兩種：（1）A型人防隔墻：墻體一側(cè)為抗核6級人防地下室而另一側(cè)為普通地下室時，普通地下室一側(cè)按《人防規(guī)范》第4.8.9條、查表4.8.9-2選取相應(yīng)的水平等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為110.0kN/m2（當(dāng)頂板考慮上部建筑影響時為90.0kN/m2）；（2）B型人防隔墻:墻體兩側(cè)均為抗核6級人防地下室時，兩側(cè)分別單獨受力，按《人防規(guī)范》第4.8.9條、查表4.8.9-2選取相應(yīng)的水平等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為50.0kN/m2。

對于以上三種墻體，出入口臨空墻和A型人防隔墻都是單向受人防水平荷載，故應(yīng)為非對稱配筋，只有B型人防隔墻是雙側(cè)均單獨考慮人防荷載且荷載值相同，可以是對稱配筋。

筆者不推薦由PKPM整體結(jié)構(gòu)計算來完成臨空墻與A型人防隔墻的計算，建議用其它人防專業(yè)軟件單獨計算。

3.5.人防底板的梁和板

為計算人防工況下的底板，需另建一個計算模型-【模型3】，將結(jié)構(gòu)底板視為倒置的樓板（俗稱“倒樓蓋”），整個計算過程與頂板的操作相同。若底板低于地下水位，那么在進行底板人防工況的內(nèi)力計算時則還應(yīng)將水壓力考慮在內(nèi)。由于【模型3】得到的PKPM計算結(jié)果是與實際工程反向的，設(shè)計人員還需根據(jù)實際受力情況對其進行處理后方可正常使用。

3.6.地基

按《人防規(guī)范》第4.1.6條，地基承載力和地基變形可不進行人防動荷載作用下的驗算。通俗地說，人防地下室的地基計算，可以完全不考慮人防工況，視之為非人防地下室即可。

3.7.基礎(chǔ)

3.7.1.JCCAD的“樁筏筏板有限元”菜單可以計算人防設(shè)計，并可以自動讀取SATWE導(dǎo)算下來的人防荷載（較新版本的PKPM才有此功能）。

3.7.2.JCCAD的“基礎(chǔ)梁板彈性地基梁法計算”菜單也可以進行人防設(shè)計的計算，但不能傳導(dǎo)上部人防荷載具體值，只能輸入統(tǒng)一基本值。

3.7.3.有樁基礎(chǔ)：JCCAD程序?qū)�樁身承載力缺少驗算,不符合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的要求。人防地下室的樁身承載力驗算時，應(yīng)讀取人防工況的底層柱底軸力設(shè)計值，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.8.2條的公式驗算樁身承載力。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，人防工況下的樁身承載力驗算常常會成為樁截面大小的控制因素，尤其是對于樁段有擴大頭或上部建筑層數(shù)不大的工程。

3.7.4.獨立柱基

獨立柱基基底面積可以不考慮人防，但是基礎(chǔ)配筋要考慮人防荷載。

3.8.其余人防構(gòu)件

除了以上所述的內(nèi)容，余下的各類人防結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括人防門門框墻、封堵門框墻、活門門框墻、人防抗爆樓梯（人防主要出入口處的樓梯）、防倒塌棚架等，在PKPM軟件的整體計算中還不能輸入和計算，需另行設(shè)計。

4匯總

人防地下室的整體結(jié)構(gòu)計算，需要用PKPM至少建立2~3個計算模型，即【模型1】、【模型2】、【模型3】，設(shè)計師可以待【模型1】完全調(diào)整完畢后再生成【模型2】和【模型3】，以避免過多的重復(fù)修改。

人防地下室工程使用PKPM軟件進行的整體結(jié)構(gòu)計算，對人防頂板的梁板、底板的梁板設(shè)計工作最為實用有效，但還未能涉及所有的人防構(gòu)件，還應(yīng)配合使用其它人防專用設(shè)計軟件或人工手算。

08版PKPM推出也有3年左右了，這期間其功能也在不斷調(diào)整改進中。其中人防方面的改進主要有：臨空墻可以輸入荷載；JCCAD的“樁筏筏板有限元”菜單可以讀取頂板各板塊的人防荷載（從SATWE傳來）。本文中的描述可能因具體版本不同而略有出入。

為配合已經(jīng)公布實施的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2010》和另外2本即將公布的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2010》與《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2010》，“PKPM2010”也正在推出之中，期望研發(fā)單位在“PKPM2010”中能對以上未完善的問題有所改進，給設(shè)計師提供更大的幫助。

5結(jié)語

人防地下室與民用建筑的結(jié)合，應(yīng)堅持使用功能和戰(zhàn)備效益兼顧的原則，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、戰(zhàn)備效益的有機結(jié)合。隨著人防地下室設(shè)計的重要性日益提高，設(shè)計人員不僅要熟悉有關(guān)操作程序與人防規(guī)范，還要積極了解工程的實際情況，只有這樣才能在提高計算和制圖效率的同時確保結(jié)構(gòu)的安全。

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