人防地下室結(jié)構(gòu)設計方法與工程應用研究

侯成志

摘要：人防工作要將國家的國防需要作為基礎，采取各種措施防范空襲危害，對人民群眾的生命安全進行保護，其中人防地下室的建設就是重要的防范措施。雖然我們生活在和平年代，但是仍舊有必要重視人防地下室的設計，做到防患于未然。本文闡述了人防地下室結(jié)構(gòu)的設計原則，分析了設計方法及具體工程應用，研究了設計時的注意事項。

關(guān)鍵字：人防地下室；結(jié)構(gòu)設計；方法；工程應用

前言：隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，建筑產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，高層建筑的數(shù)量越來越多，地下室的層數(shù)也不斷增加。地下室結(jié)構(gòu)的設計比較復雜，涉及到沉降問題、變形問題以及人防設計問題等。對于人防地下室的設計來說，不僅要考慮經(jīng)濟問題，同時要考慮到安全性能是否滿足實際需要。采用何種方法對人防地下室進行科學合理的設計，是建筑設計師需要長期思考的問題。

1.人防地下室結(jié)構(gòu)的設計原則

長期準備、重點建設、平戰(zhàn)結(jié)合是人防地下室設計的核心原則，要充分考慮到城市化建設的需要，設計時需要考慮以下幾個問題：

首先要考慮到使用年限，一般以50年為期，具體要根據(jù)實際情況來確定，如果建筑上部結(jié)構(gòu)的使用年限大于50年，應當適當提高地下室使用年限，二者之間保持一致，保證經(jīng)濟性；其次，在設計具體結(jié)構(gòu)時，也要考慮到上部結(jié)構(gòu)，柱、墻等稱重結(jié)構(gòu)最好保持上下一致，使承重構(gòu)件被有效利用；第三，人防工程建設中主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但是不能使用冷軋帶肋鋼筋，如果地下室的位置在地下水位以下，建設外墻時不能采用磚砌體；第四，設計過程中，空氣沖擊波、壓縮波可以等同于靜力載荷，計算配筋時，可以將整個結(jié)構(gòu)拆解，分成很多個構(gòu)件來計算；最后，各個位置的抗力盡量做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，要看具體的防護要求[1]。

2.人防地下室設計的方法及工程應用

2.1工程概況及設計內(nèi)容

該工程位于某地小學，建筑為地上八層，主要用于日常教學、辦公；地下一層，日常作為停車庫，戰(zhàn)時可以作為防空地下室使用。建筑高度為27.20米，地下室高度為4.3米，整體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻。其中地下室的人防結(jié)構(gòu)為6級，甲級防護級別，總面積為7700平方米，人防面積大約在4500平方米。

人防地下室結(jié)構(gòu)設計時，需要先明確上部建筑的結(jié)構(gòu)特征，保證二者之間的協(xié)調(diào)性。按照人防地下室設計原則，上部與下部載荷承受位置要對應，此時地下室的稱重構(gòu)件相當于一種承上啟下的作用，將上部建筑的載荷傳遞到地基上，這樣就能從整體上提升建筑的穩(wěn)定性。具體設計包括兩方面內(nèi)容，第一是主體結(jié)構(gòu)，第二是孔口防護設計，包括基本防護系統(tǒng)和消波系統(tǒng)[2]。

2.2確定人防載荷

設計過程中有一個重要的步驟就是確定人防載荷，要將國家相關(guān)法規(guī)作為依據(jù)，根據(jù)有可能會遇到的空襲威脅對地下室人防等級進行劃分，本設計中要求達到甲類人防級別。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，一是要考慮到核武器爆炸時的防護要求，二是要考慮到常規(guī)武器的防護要求，三是要考慮到生化武器的防護要求。對工程防護需要以及建筑所處具體位置，決定將地下室設計為全埋式，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土。為了滿足美觀需求，需要對頂板進行覆土綠化處理，覆土厚度大約在1米左右。地下室各部位等效靜載荷的確認如下：

首先是頂板，對上部建筑結(jié)構(gòu)進行分析以后發(fā)現(xiàn)，其底層為填充墻，具體結(jié)構(gòu)為框架，而墻面開孔面積在一半以上，所以在計算載荷時，可以忽略上部建筑的超壓作用。具體等效靜載荷的確認要參考相關(guān)規(guī)范，最終確認為每平米70KN；其次是側(cè)墻，勘察以后發(fā)現(xiàn)，地下室位置在地下水位以下，地基主要土質(zhì)為淤泥，確認載荷時同樣要參考相關(guān)規(guī)范，最終確認為每平米60KN；第三是底板，前面提到過本工程為甲類防護，設計樁基時，要將單樁承載力的特征值作為依據(jù)，等效靜載荷最終確認為每平米25KN；最后是其他位置，其中門框窗與墻體之間的作用載荷為每平米200KN，標準值要根據(jù)實際情況來確定，要看門窗型號，同時也要看門窗尺寸。臨空墻的等效靜載荷被確認為每平米130KN。對于隔墻來說，防護單元如果相鄰，等效靜載荷可以確認為每平米50KN，人防單元與普通地下室之間的等效靜載荷可以確認為每平米110KN[3]。

2.3構(gòu)造要求與平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設計思路

人防地下室設計時要滿足兩個基本要求，一是完整性，二是密封性，因此施工時要設置后澆帶，不單獨留有沉降縫，后澆帶設置完成、沉降結(jié)束以后在開展?jié)仓ぷ?。頂板以及底板都要采用雙面配筋，內(nèi)層與外層之間拉結(jié)鋼筋的數(shù)量要足夠，與混凝土結(jié)構(gòu)保持一致性。平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換的設計思想，就是兼顧日常需求與戰(zhàn)時需求，一些特殊部位能夠滿足地下室日常使用需要，戰(zhàn)時又能起到防護作用，采取簡單措施就能夠?qū)崿F(xiàn)二者之間的轉(zhuǎn)換。設計時需要考慮到以下幾個問題：首先，設計轉(zhuǎn)換構(gòu)件時，要計算好轉(zhuǎn)換前后受力發(fā)生了怎樣的變化，圖紙中要表明轉(zhuǎn)換構(gòu)件的位置以及具體轉(zhuǎn)換方法；其次，轉(zhuǎn)換步驟要求盡量簡便，花費時間短，即使沒有專業(yè)的技術(shù)人員和專業(yè)設備也能順利完成；最后，構(gòu)件要一次性制成，就近放置，做好便于識別的標記。

3.注意事項

首先，人防地下室結(jié)構(gòu)設計時一般要將SATWE軟件作為支持，設計師要在PMCAD中對活載荷進行定義，如果樓板的載荷值需要計算，均布面載荷值不能為零，就是說必須要有活載荷，即使這個載荷是一個非常小的數(shù)值。這是該軟件進行程序設計時的根本要求，均布活載荷與等效均載荷之間的聯(lián)系非常緊密，如果不在程序中輸入均布活載荷數(shù)值，人防載荷組合就無法繼續(xù)下去[4]。

其次，在計算結(jié)構(gòu)樓板配筋時，要將人防的標準要求作為根本依據(jù)，最小配筋率與普通地下室之間存在很大差別，不能將二者混淆。人防設計規(guī)范中要求，如果鋼筋為縱向受力，配筋率要在0.25%以上，如果鋼筋應用于受彎構(gòu)件及受拉構(gòu)件中，配筋率要大于0.45%。從以上要求中我們可以看出，與普通鋼筋混凝固體結(jié)構(gòu)相比，人防混凝土結(jié)構(gòu)對配筋率的要求更高，如果計算值偏低，就無法滿足戰(zhàn)時防護需求。

總結(jié)：人防地下室的設計具有較強的綜合性，一方面要滿足日常使用時的功能需求，另一方面又要滿足戰(zhàn)時的安全需求。設計過程中，要考慮到上部建筑的結(jié)構(gòu)特征，保證上下結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性，采用平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換的設計思想，滿足日常使用與戰(zhàn)時防護的綜合需求。

參考文獻：

[1]李云貴.上部結(jié)構(gòu)與地下室共同工作分析及地下室設計在SATWE中的實現(xiàn)[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，2005，14（16）01：114-118.

[2]張劍芳，王中澤.某工程人防地下室結(jié)構(gòu)設計的若干問題的探討[J].國外建材科技，2006，11（13）03：75-77.

[3]李曉良.關(guān)于人防地下室結(jié)構(gòu)設計的幾個問題[J].浙江建筑，2009，15（10）09：19-22.

[4]董佐青.防空地下室結(jié)構(gòu)設計相關(guān)問題研究[J].商品混凝土，2013，13（11）07：135+137.