防空地下室防护门结构抗爆技术浅析

防空地下室防护门结构抗爆技术浅析

陈聪慧

南京长江都市建筑设计股份有限公司

摘要：防护门是人防工程重要的防护设施，起到保护内部人员、设备安全的作用。目前，我国防护门主要有钢结构防护门和钢筋混凝土防护门两种类型。本文通过对防护门的发展历程、结构形式和抗爆技术等方面的梳理，对防空地下室防护门结构抗爆技术的应用现状进行了系统分析。根据现有防护门的结构设计进展，指出了轻量化、自动化是防护门未来的一个发展方向。

关键词：防空地下室；防护门；爆炸；结构

引言

人民防空地下室（简称防空地下室）是为保障战时人民防空指挥、人员与物资掩蔽、医疗救护等而修建的单建式和附建式地下防护建筑。与普通地下室相比，防空地下室有更高的防护要求，战时能够保护人员物资和重要经济目标免遭空袭兵器的杀伤破坏，因而在结构设计时，更加关注其结构的整体强度和薄弱环节的防护。实践表明，工程口部是防空地下室的薄弱环节，如无一定的防护措施，即使工程有很厚的防护层和足够强度的支撑结构，也会丧失工程的预定功能。

而防护门作为口部最重要的防护设施，主要用于承受冲击波荷载，抗力可达十几兆帕[1, 2]。防护门还可以起到消弱核辐射、热辐射效应及承受弹片、子弹碎块撞击作用等。传统防护门多为钢筋混凝土结构和钢结构，虽然满足抗力要求，但也存在门体笨重、运输安装困难等缺点。另外，随着地下指挥所和地铁隧道等重要场所对防空袭快速响应要求的不断提高以及信息化、智能化技术的不断发展，防护门也正在由手动控制模式向自动控制模式演变。因此，未来防护门的发展趋势势必向轻量化、自动化控制方向转变。

1防护门结构抗爆技术应用现状

1.1防护门发展历史简介

上世纪五六十年代，为了应对帝国主义和霸权主义发动侵略战争，我国在全国范围内修建了大量的单建式人防工程，尤其以单独修建于山体内部的人防工程居多，其中防护门的设计多是针对核打击的破坏作用[3]。1978年，召开了第三次全国人民防空工作会议，首次提出了平战结合的方针，使得人防工程走向全面展开、协调发展的新阶段[4]。2001年，由中共中央、国务院、中央军委印发的《关于加强人民防空工作的决议》进一步确定了人民防空事业“长期准备、重点建设、平战结合”的方针。近年来，在我国经济不断发展的前提下，人们对于防空袭的认识在不断加强，防空地下室的建设量和建设水平也随之不断提高。

口部是连接防空地下室主体与地表面的部分，防护门是防空地下室口部最重要的防护设施，起着保护人员生命和物质安全的重要作用。根据现行《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005），防护门按照防护功能可分为防护门、密闭门和防护密闭门等。防护门一般用于抗力要求较高的防护工程，以抵抗核武器和常规武器的爆炸冲击作用；密闭门主要起到隔绝作用，阻挡外界放射性污染和毒剂等，避免内部人员受到伤害，但不考虑承受冲击荷载；防护密闭门既有一定的抗力及密闭效果的门，一般用于抗力较低的工程。

防护门形式众多，按所用材料可分为：钢结构、钢筋混凝土结构、钢包混凝土结构、钢管混凝土结构、钢纤维混凝土结构等类型；按结构受力形式可分为：平板结构、拱形结构和梁式结构等；按控制方式可分为：手动控制、电动控制、气动控制、液压传动控制和自动控制等；按启闭方式可分为：立转式、推拉式、翻转式和升降式等。目前，我国防护门主要为钢筋混凝土结构和钢结构防护门[5]。

1.2钢筋混凝土防护门

钢筋混凝土材料具有较高的抗弯和抗压强度，来源广泛、制作方便，是加工防空地下室防护门最常用的建筑材料。钢筋混凝土防护门的结构形式主要为平板式，一般用于有门槛的人防工程中，因为平板型防护门无自锁功能，在爆炸荷载作用下，需要四周支撑，需要门槛充当底部支撑。对于抗力要求较低的人防工程，如地下商业街、地下车库等，一般采用钢筋混凝土防护门，主要用于人员的避险。近年来，随着结构跨度的增大和武器爆炸效应的提高，对钢筋混凝土防护门的抗力有了更高的要求，采用普通混凝土材料则自重太大，目前防护工程中正发展高强混凝土的门扇材料。一方面，可以通过掺入高效减水剂制成高强混凝土来提高门体的抗爆性能；另一方面，在混凝土中掺杂钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维等纤维，也可以较大程度上提高混凝土的抗拉强度，并且能够改善混凝土的延性和伸长率，提高混凝土的综合性能，在一定程度上弥补了混凝土的缺陷，从而提高钢筋混凝土防护门的抗爆性能。

1.3钢结构防护门

与钢筋混凝土防护门相比，钢结构防护门质量更轻且易于加工和设计，因而在防护门领域得到广泛应用。钢结构防护门的结构形式主要有梁板式和弧形结构两种。其中，梁板式防护门是钢结构防护门最为常见的形式，以槽钢、工字钢等骨架梁为主要受力构件，内外焊接一定厚度的钢板作为面板。钢结构弧形防护门主要用于无门槛洞库，用于大型设备和仪器的进出，如飞机、坦克洞库等。这是因为弧形结构具有自锁功能，在爆炸冲击荷载作用下，两扇门相互挤压，不需要门槛作为底部支撑。

对于人防工程，如地下车库等，由于其抗力要求低，通常采用全钢制防护门。由于钢制防护门受到冲击时挠度大，所以对于跨度和抗力要求较高的防护门，通常采用钢结构-混凝土防护门，即框架为钢结构，填料为混凝土，一般不蒙皮。近年来，随着武器技术的发展，对防护门的抗力提出了更高要求。目前，采用较多的结构形式为钢包钢管混凝土防护门，即在钢管内部填充高强混凝土，充分发挥钢管混凝土强度高、塑性变形吸能强且刚度没有退化的特点，提高了防护门的抗爆性能。

2防护门结构抗爆技术发展趋势

目前，我国防护门主要为钢筋混凝土结构和钢结构防护门，虽然在结构形式有较多改进，在抗力上满足基本要求，但门体较为笨重，导致开启不灵活、运输安装困难等。现阶段，我国防护门多为手动操作模式，门扇启闭较慢，临战转换响应时间较长，尤其对于大跨、重型防护门的启闭。这对防止爆炸冲击波、毒剂、生物战剂和放射性物质进入工程内部是不利的。因此，有必要研究轻质、高强和自动化的新型防护门。

近年来，防护门领域出现了一种较为新颖的结构——夹层结构。该结构主要由蒙皮结构（上下蒙皮）以及芯层结构组成，类似于平时见到的三明治。蒙皮结构主要承受面内的拉、压应力和剪应力，芯层结构主要起连接作用和承受剪应力。其中蒙皮可采用玻璃钢、金属、胶合板等，而夹层可采用木结构、泡沫夹层结构、蜂窝夹层结构等，与传统钢结构和混凝土相比，大大降低了防护门的重量。另外，随着材料科学的发展，一些新型复合的填充材料，如玄武岩纤维、玻璃纤维、钢纤维、硬质聚氨酯泡沫塑料等复合材料，由于具有轻质、高强、绿色、耐火、防辐射等优点，在防护门设计和制造领域逐步得到应用[6-8]。2023年，由广州地铁设计研究院、常州华东人防设备有限公司研发和制造的智能化地铁出入口防淹防护密闭门投入使用。通过一端固定在门扇本体一侧和一端固定在门框一侧的开闭驱动机构，来智能化驱动门扇本体的闭合，有效防止洪水等进入地铁口内部，这对未来防空地下室防护门的设计具有重要的借鉴意义[9]。

3结语

防空地下室除了考虑平时作为商场、停车场、储藏间等供社会使用外，还必须按照战时作为指挥工程、人员掩蔽工程和医疗救护工程等防护功能进行设计，考虑防核武器、生化武器和常规武器袭击。防空地下室通常根据防护要求划分为规模适中的防护单元和抗爆单元，相邻防护单元之间设置有防护密闭隔墙。另外，防空地下室必须有直通室外地面的战时安全进出口。为满足人员设备等进出，在防空地下室的口部和防护单元之间通常安装有钢筋混凝土结构或钢结构防护门。传统的防护门虽然能够满足抗力、跨度等要求，但存在整体笨重、运输安装困难、维护费用高等缺陷。随着社会经济的不断发展和防护技术的进步，防护门正经历从满足抗力要求向结构轻量化、启闭自动化方向转变。

参考文献

[1]郭东. 爆炸荷载作用下防护门的动态响应行为与反弹机理研究[D]. 北京：清华大学, 2011.

[2]]杨延军, 李建民, 吴涛. 人民防空工程概论[M]. 中国计划出版社，2006,

[3]国家人民防空办公室. 人民防空地下室设计规范(GB 50038-2005)[S].中华人民共和国建设部，2005.

[4]岳金. 碳纤维复合材料防护门抗冲击性能研究[D]. 武汉：武汉理工大学, 2015.

[5]陶涛, 王阳明, 陈昕等. 一种智能化地铁出入口防淹防护密闭门[P]. 中国，CN:202310964635.2，2023.