华东建筑设计研究院有限公司 上海市 201601
摘要：本文以《人民防空地下室设计规范》GB 50038-2005[1]（以下简称《人防规》）为基础，分析不同工程基础形式在不同上部荷载和水浮力情况下的人防底板等效静荷载取值，为人防工程底板设计提供便利。
关键词：人防工程底板；等效静荷载；人防等效静荷载反作用力；土中压缩波绕射
引言
人防工程底板等效静荷载的取值由于基础形式和地下水位的不同而有所区别，在人防工程结构设计中底板等效静荷载取值是个容易出错的难点。下面就此问题统一进行分析，为工程设计中荷载取值理清思路。
1.规范依据
根据《人防规》，人防底板等效静荷载取值有如下条文可以参考：
1）.《人防规》第4.7.4条：防空地下室底板设计可以不考虑常规武器地面爆炸的作用，但底板的设计应符合本规范第4.11节规定的要求。
第4.7.4条条文说明：作用到结构底板上的常规武器爆炸动荷载主要是由于结构顶板受到动荷载后向下运动所产生的地基反力。在常规武器非直接命中地面爆炸产生的压缩波作用下，防空地下室顶板的受爆区域通常是局部的，因此作用到防空地下室底板上的均布动荷载较小。对于常5级、常6级防空地下室，底板设计多不由常规武器爆炸动荷载作用组合控制，可以不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载。
2）.《人防规》第4.5.7条条文说明节选：作用在结构底板上的核武器爆炸动荷载主要是结构受到顶板动荷载后往下运动从而使地基产生的地基反力，即结构底部压力由地基反力构成。
3）.《人防规》第4.8.5条：无桩基防空地下室钢筋混凝土底板的等效静荷载标准值
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，可按表4.8.5采用；带桩基的防空地下室钢筋混凝土底板的等效静荷载标准值可按本规范第4.8.15条采用。
3）.《人防规》第4.8.15条：当甲类防空地下室基础采用桩基且按单桩承载力特征值设计时，除桩本身应按计入上部墙、柱传来的核武器爆炸动荷载的荷载组合验算承载力外，底板上的等效静荷载标准值可按表4.8.15采用。
第4.8.15条条文说明节选：在饱和土中，当核武器爆炸动荷载产生的地基反力全部或绝大部分由桩来承担时，还应计入压缩波从侧面绕射到底板上的荷载值。若底板不计入这一绕射荷载值，则会引起底板破坏，造成渗漏水的情况，影响防空地下室的使用。
4）.《人防规》第4.8.16条：当甲类防空地下室的基础采用条形基础或独立柱基加防水底板时，底板上的等效静荷载标准值，对核6B级可取15kN/m²，对核6级可取25kN/m²，对核5级可取50kN/m²。
由以上条文及其条文说明可知，乙类防空地下室底板可不考虑人防等效静荷载。而甲类防空地下室人防底板等效静荷载分为两种：一种是上部人防等效静荷载作用导致的地基反向作用力，设为
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，可按《人防规》4.8.5条取值；另一种为土中压缩波绕射到底板上的等效静荷载，设为
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，可按《人防规》4.8.15、4.8.16取值。由《人防规》第4.8.15条条文说明可知
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约为
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的0.5倍，按各人防等级查得的数值结果也明确
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。
2 底板等效静荷载取值分析
各符号代表含义：
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——工程底板的人防等效静荷载
G ——上部永久荷载（包括自重）
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——水浮力
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——抗浮力
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——上部人防等效静荷载
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——土中压缩波绕射到底板上的等效静荷载
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——底板由于上部荷载（包括自重）作用受到的反向作用力
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——底板由于上部人防等效静荷载作用受到的反向作用力
其中规范中对于工程顶板所受的人防等效静荷载及底板所受的反作用力是不同的，这是由于顶底板的动力系数不同所致，本文主要论述工程底板的人防等效静荷载取值，由于考虑受力平衡，则假设工程顶板的人防等效静荷载也为
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。
桩基础、独立基础、条形基础，由于上部荷载从顶板、柱、桩/独基/条基的顺序传给地基，因此底板不因上部荷载受到反向作用力，即
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因此底板人防等效静荷载取
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。
筏形基础由于结构受上部荷载（包括自重）、浮力、抗拔力、人防等效静荷载共同作用的影响，结构所受浮力大小不同，底板人防等效静荷载也有所不同。上部荷载（包括自重）、浮力、抗浮力分别设为
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、
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、
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，上部荷载（包括自重）引起的底板反力设为
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，上部人防等效静荷载引起的底板人防等效静荷载反力设为
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。
筏形基础的人防工况受力如下所示：
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人防工况受力示意图
可以得出公式：
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，底板的人防等效静荷载
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。
当
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时，无需抗浮，即
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；当
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时，上部荷载引起的底板反力为0，即
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。可以推导出如下结论：
1）.当
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时，水浮力小于上部荷载，无需抗拔，即
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，由于工程施加人防荷载后仅引起底板反力的增大，即
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。而人防荷载的施加对上部永久荷载
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、浮力
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、底板由于上部荷载（包括自重）作用受到的反向作用力
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均无影响，根据人防荷载施加前工程受力平衡有
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，则底板由于上部人防等效静荷载作用受到的反向作用力
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，底板的人防等效静荷载
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。
2）.当
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时，底板由于上部荷载（包括自重）作用受到的反向作用力
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，抗浮力
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，底板由于上部人防等效静荷载作用受到的反向作用力
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，则
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，底板的人防等效静荷载
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。
3）.当
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时，底板由于上部荷载（包括自重）作用受到的反向作用力
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，抗浮力
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，底板由于上部人防等效静荷载作用受到的反向作用力
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，则
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，底板的人防等效静荷载
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。
4）.当
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时，底板由于上部荷载（包括自重）作用受到的反向作用力
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，抗浮力
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，人防荷载引起的底板反力为0，即
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，底板的人防等效静荷载
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。
3 结论和建议
结论：
1）.乙类人防工程底板可不考虑人防等效静荷载。
2）桩基础、独立基础、条形基础的甲类人防工程底板人防等效静荷取值
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。
3）筏形基础的甲类人防工程底板人防等效静荷取值根据永久荷载和水浮力的大小关系取值不同。
3）.1当
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时，底板的人防等效静荷载
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。
3）.2当
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时，底板的人防等效静荷载
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。
3）.3当
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时，底板的人防等效静荷载
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。
4）.根据《人防规》4.10.2，人防等效静荷载仅与永久荷载组合，因此本文中G仅为上部荷载中的永久荷载。
5）.根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012[3]第179页3.1.1条文说明第3段：在建筑结构设计中，有时也会遇到有水压力作用的情况，对水位不变的水压力可按永久荷载考虑，而水位变化的水压力应按可变荷载考虑。因此本文中
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可根据工程水位情况按常见水位或者低水位取值，无需采用抗浮水位取值。
6）.根据《人防规》4.10.2条，工程人防工况效应设计值为
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，其中底板上的
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即为
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，
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即为
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，可得到如下底板人防工况荷载效应设计值。
6）.1筏形基础当
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时，底板人防工况荷载效应设计值为
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（注意扣除底板自重）。
6）.2筏形基础当
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时，底板的人防等效静荷载为
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（注意扣除底板自重）。
6）.3筏形基础当
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时，底板的人防等效静荷载为
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（注意扣除底板自重）。
6）.4桩基础、独立基础、条形基础底板的人防等效静荷载为
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（注意扣除底板自重）。
设计建议：
《人防规》4.5.7、4.8.5中计算的底板人防等效静荷载是上部人防荷载引起的反作用力。当地下水位在底板以下时，这个反力由地基提供，均为地基反力；但当地下水位在底板以上时，这个反力由水和地基共同提供，即为水压力和地基反力。当地下水位在底板以上时，底板人防工况按《人防规》4.8.5计算的人防等效静荷载与水压力组合，则水压力提供的反力重复计算了，是不合理的。
在平常设计过程中，一般设计师对工程底板人防等效静荷载按如下方式取值：桩基础、独立基础、条形基础仅考虑土中压缩波绕射作用在底板上的荷载，即
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；筏形基础仅考虑人防工况反作用力，按
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取值。这种方式对桩基础、独立基础、条形基础没有问题；但对于筏形基础，没有考虑水浮力充当人防荷载反作用力的作用，在施加人防荷载后，并没有产生相应大小的地基反作用力，而是工程抗拔力减小，由水浮力与顶板人防荷载达到力的平衡，增加的地基人防反作用力要小于
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，设计过程中底板人防工况直接用水浮力与
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组合结果偏大且概念上有误。底板人防工况可以按本文的方法，用水浮力和底板由于上部荷载（包括自重）作用受到的反向作用力与底板由于上部人防等效静荷载作用受到的反向作用力来组合进行设计。
参考文献：
[1]GB 50038-2005 人民防空地下室设计规范【S】.北京：中国计划出版社，2005.
[2]曹继勇 张尚根.人民防空地下室结构设计【M】.北京：中国计划出版社，2006.
[3]GB 50009-2012 建筑结构荷载规范【S】.北京：中国建筑工业出版社，2012.