高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的速度不斷提升，我國(guó)城市地下室的開(kāi)發(fā)利用也在不斷提升，因此本文主要就某高層建筑人防地下室設(shè)計(jì)實(shí)例出發(fā)，對(duì)人防地下室的組成結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析后，簡(jiǎn)單介紹了人防地下室設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行的荷載組合以及內(nèi)力分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；人防地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0.前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)城市綜合防災(zāi)能力提出了更高的要求，特別是集保障戰(zhàn)時(shí)人員與物資掩蔽、防空指揮、醫(yī)療救護(hù)等功能于一體的人民防空工程，更是得到了更多的關(guān)注。建國(guó)以來(lái)，人民防空工程得到了空前發(fā)展，已經(jīng)不是人們想象中的防空洞，而是與民用建筑設(shè)計(jì)緊密結(jié)合。當(dāng)代新型人民防空工程主要遵循的是平戰(zhàn)結(jié)合的原則，平時(shí)就是高層住宅及寫(xiě)字樓的地下室或是地下停車場(chǎng)，戰(zhàn)時(shí)則是作為人防地下室使用。因此，在進(jìn)行人防地下室設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足平時(shí)使用時(shí)的功能要求。

1工程實(shí)例

某高層住宅小區(qū)共6棟樓，人防工程位于每棟住宅樓的地下1， 2層和車庫(kù)，人防防護(hù)區(qū)平時(shí)作為儲(chǔ)藏間。該人防工程常規(guī)武器抗力級(jí)別為6級(jí)，抗震設(shè)防烈度為8度，人防防護(hù)區(qū)分為6個(gè)防護(hù)單元（見(jiàn)圖1和表1）。該人防工程設(shè)有主要出入口和次要出入口，主要出入口為獨(dú)立式外出入口，位于室內(nèi)范圍以外，各出入口的凈寬之和滿足0.4 m/100人。由于人防要求，一般高層建筑的地下室要兼做人防防護(hù)區(qū)，普通民用建筑的防空地下室人防等級(jí)大多為5， 6級(jí)。在進(jìn)行人防設(shè)計(jì)時(shí)，由于“平戰(zhàn)結(jié)合”的設(shè)計(jì)原則，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要求兼顧平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩種不同荷載效應(yīng)組合。因此，如何協(xié)調(diào)兩種狀態(tài)下不同的使用要求，就成為人防地下室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2人防地下室的組成和設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2. 1人防地下室的組成

人防地下室的結(jié)構(gòu)主要包括兩個(gè)方面：一是地下室的主體結(jié)構(gòu)；二是地下室口部。其中，主體是防空地下室中滿足戰(zhàn)時(shí)防護(hù)及主要功能要求的部分；口部是指主體與地表面的連接部分。

2.1.1主體

首先，頂板地面不高于室外地平面的全埋式防空地下室，根據(jù)國(guó)家規(guī)定，其外墻頂部應(yīng)采用鋼筋混凝土，地下室頂部的最小防護(hù)距離t不應(yīng)小于250 mm（見(jiàn)圖2） 。

其次，根據(jù)國(guó)家規(guī)定，平戰(zhàn)結(jié)合的防空地下室的頂板厚度不應(yīng)小250 mm，如果不滿足最小防護(hù)厚度要求的頂板，應(yīng)在其上覆土。最后，由于戰(zhàn)時(shí)人防地下室與外界隔絕，只能采用室內(nèi)循環(huán)通風(fēng)，無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充新鮮空氣，所以必須保證人防地下室有足夠的凈體積容納空氣，防止空氣中的CO2含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍。

2.1.2口部

首先，根據(jù)規(guī)定，人員掩蔽所戰(zhàn)時(shí)出入口門(mén)洞凈寬之和必須不小于0. 375 m / 100人，每欄門(mén)的通過(guò)人數(shù)不應(yīng)超過(guò)500人，出入口通道和樓梯的凈寬不小于該門(mén)洞的凈寬。

其次，密閉通道的防護(hù)密閉門(mén)最好采用活門(mén)檻，方便平時(shí)疏散，防毒通道的體積適當(dāng)減少，降低換氣量。同時(shí)，注意應(yīng)將濾毒室設(shè)置在密閉通道內(nèi)，避免進(jìn)排風(fēng)短路。

最后，在消波設(shè)施的設(shè)置中，如果無(wú)法判斷沖擊波的方向，應(yīng)將防爆波活門(mén)的嵌入深度設(shè)置為不小于300 mm。另外為了保證地下室的安全使用，在確定擴(kuò)散室的尺寸后，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算。

2. 2人防地下室的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

根據(jù)人防地下室的組成，可以將人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也分為兩個(gè)方面：一是地下室的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括頂板設(shè)計(jì)、外側(cè)墻設(shè)計(jì)和底板設(shè)計(jì)等其他構(gòu)件的設(shè)計(jì)；二是地下室孔口的防護(hù)設(shè)計(jì)，包括出入口的防護(hù)和消波系統(tǒng)等。

人防地下室和非人防地下室相比，由于戰(zhàn)時(shí)武器爆炸產(chǎn)生的動(dòng)荷載要求，二者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有較大區(qū)別，一般體現(xiàn)在構(gòu)造規(guī)定、內(nèi)力計(jì)算、材料強(qiáng)度和荷載及荷載組合等方面。

1）遵循平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換原則。一般情況下，普通民用建筑的人防地下室設(shè)計(jì)以5，6級(jí)居多，結(jié)構(gòu)的頂板基本由戰(zhàn)時(shí)控制，側(cè)墻和底板則是根據(jù)不同的地下室結(jié)構(gòu)而定。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度要求降低。根據(jù)國(guó)家規(guī)定，人防地下室的鋼筋混凝土延性構(gòu)件失效概率為6. 1 %，大約是一般鋼筋混凝土延性構(gòu)件失效概率的100倍左右。

3）材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值提高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，在快速加載的情況下，材料強(qiáng)度會(huì)提高，例如鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可提高1. 2 ～ 1. 5倍，砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可提高1.2 ～ 1. 3倍。

4）可采用靜力計(jì)算方法分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力。由于人防荷載為偶然荷載，即動(dòng)荷載，是一種在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn)的荷載?？梢圆扇〉刃ъo荷載法來(lái)分析其結(jié)構(gòu)動(dòng)力，然后用靜力計(jì)算方法分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

5）可只進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。由于在爆炸動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已用允許延性比控制，所以結(jié)構(gòu)可不必再單獨(dú)進(jìn)行變形裂縫及地基承載力計(jì)算。

6）構(gòu)造要求更嚴(yán)格。人防地下室的設(shè)計(jì)和非人防地下室相比，構(gòu)造要求更為嚴(yán)格，不能只考慮受力，不考慮構(gòu)造措施，如人防地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件最小厚度、最小配筋率等各個(gè)方面都要重視。

7）結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性工作狀態(tài)設(shè)計(jì)。由于人防荷載主要考慮的是常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載，一般在設(shè)計(jì)人防地下室結(jié)構(gòu)時(shí)均按一次作用考慮，作用時(shí)間為1s左右。因此，可考慮按彈塑性工作狀態(tài)計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，有利于承受更大的爆炸動(dòng)荷載，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。

3人防地下室荷載組合和內(nèi)力分析

3. 1人防地下室荷載組合

人防地下室的荷載主要是動(dòng)荷載和靜荷載兩方面，其中，動(dòng)荷載主要是戰(zhàn)時(shí)常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載，靜荷載有上部建筑物自重、上部結(jié)構(gòu)外荷載、土壓力、水壓力及防空地下室自重等。根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)，不同部位需要考慮不同的荷載組合，如表2所示。

表2 人防地下室各構(gòu)件的荷載組合

3. 2人防地下室內(nèi)力分析

由于人防地下室結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，可以按照靜力計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。其中承載力設(shè)計(jì)應(yīng)采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：

式中 ——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1. 0；

——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)取1. 2，有利時(shí)取1.0；

——永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

——等效靜載分項(xiàng)系數(shù)，取1.0；

——等效靜載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值；

R（·）結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力函數(shù)；

fcd——混凝土動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

fyd——鋼筋（鋼材）動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

——幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)上述表達(dá)式，可以看到承載力設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)重要系數(shù)的取值為1，這是由于結(jié)構(gòu)的重要性主要已體現(xiàn)在抗力級(jí)別上。其次，等效靜荷載是設(shè)計(jì)中的規(guī)定值，根據(jù)規(guī)定，動(dòng)荷載屬于偶然荷載，偶然作用的代表值不乘以分項(xiàng)系數(shù)，所以等效靜荷載的分項(xiàng)系數(shù)取值為1。同時(shí)，由于人防地下室的可靠度要求降低，所以等效靜荷載的分項(xiàng)系數(shù)取值為不宜大于1；又由于即使是偶然荷載也是構(gòu)件設(shè)計(jì)的重要荷載，所以等效靜荷載的分項(xiàng)系數(shù)取值為不宜小于1。

4結(jié)語(yǔ)

城市建設(shè)的不斷發(fā)展和地下空間開(kāi)發(fā)利用水平的提高，使得高層建筑地下室設(shè)計(jì)成為建筑工程的一個(gè)重要部分，與普通地下室相比，防空地下室設(shè)計(jì)中由于需要遵循平戰(zhàn)結(jié)合的原則，既要考慮平時(shí)的利用，又要考慮戰(zhàn)時(shí)爆炸動(dòng)荷載作用，同時(shí)還要兼顧經(jīng)濟(jì)性和合理性，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。因此，在防空地下室設(shè)計(jì)中要求設(shè)計(jì)者了解防空地下室的設(shè)計(jì)規(guī)范，并能夠根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算人防地下室各個(gè)部位的荷載及進(jìn)行內(nèi)力分析，在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程中能夠不斷地總結(jié)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，不斷提高防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廣寬云. 高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 門(mén)窗，2015， 01：107.

[2] 王宇. 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究[J]科技與企業(yè)，2015，02：150.

[3] 陳紅. 淺談高層建筑人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) [J].建設(shè)科技，2014，11：78-79.

[4] 劉艷山. 試論高層建筑人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 中華民居，2014，068：121.