人防地下室結(jié)構(gòu)選型分析

梁冠華

（山西筑城建筑設(shè)計(jì)有限公司 山西太原 030006）

0 引言

人防工程按工程的構(gòu)筑方式分為明挖和暗挖工程。其中上部無固定地面建筑的明挖工程稱為單件式人防工程；上部有地面建筑的明挖工程稱為附件式人防工程，又稱作人防地下室。暗挖工程按修建方式可分為地道式和坑道式工程。本文通過人防地下室的設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選型進(jìn)行分析和探討。

1 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是人防頂板、底板、柱，人防臨空墻、人防門框墻及外墻，主要出入口樓梯、車道及防倒塌措施的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容不多，但根據(jù)平戰(zhàn)結(jié)合的方針，人防地下室要兼顧平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩種使用功能的要求，在滿足戰(zhàn)時(shí)荷載工況的同時(shí)又要滿足平時(shí)荷載工況的經(jīng)濟(jì)合理性。人防地下室采用等效靜荷載法進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算，將結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件分別按等效單自由度體系進(jìn)行動(dòng)力分析。人防地下室雖然荷載大，但計(jì)算時(shí)可采用塑性內(nèi)力重分布分析法計(jì)算，對(duì)于裂縫開展、結(jié)構(gòu)變形以及地震和風(fēng)荷載都可不進(jìn)行驗(yàn)算，且人防荷載作用下有一個(gè)材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)。因此不是每個(gè)構(gòu)件配筋結(jié)果均是人防荷載控制，一般有以下四種情況：

（1）人防墻體、樓梯、地下2層及以下人防頂板（當(dāng)人防地下室位于地下2層及以下時(shí)），這些構(gòu)件由于不需要考慮裂縫，配筋以戰(zhàn)時(shí)荷載控制。當(dāng)人防地下室位于地下1層，人防頂板則根據(jù)平時(shí)荷載和戰(zhàn)時(shí)荷載的最不利狀況下的配筋取大值。

（2）由于人防荷載與平時(shí)活荷載不疊加，分為2個(gè)工況分別計(jì)算，因此塔樓內(nèi)的柱子，上部疊加的可變荷載往往比人防荷載更大，一般為平時(shí)荷載控制；而塔樓外的柱則按兩種荷載工況下取大值。

（3）地下室底板及外墻，當(dāng)設(shè)計(jì)水位較高時(shí)，是平時(shí)荷載條件下裂縫控制配筋。

（4）人防地下室的結(jié)構(gòu)選型，由于底板結(jié)構(gòu)涉及到自然水土及基礎(chǔ)的選型，有較多的不定性因素，大多數(shù)情況下，控制整個(gè)人防地下室結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)選型主要在于人防頂板的結(jié)構(gòu)形式。

2 人防頂板的結(jié)構(gòu)形式

人防頂板的結(jié)構(gòu)選型要根據(jù)層高，跨度，柱網(wǎng)的規(guī)整性，以及含鋼量的控制來選型。人防地下室頂板的主要結(jié)構(gòu)形式有：普通梁板式（有次梁），普通梁板（無次梁），普通無梁樓蓋，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋，預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋，加腋梁板。

2.1 普通梁板式結(jié)構(gòu)

一般而言，人防地下室位于地下2層及以下，可采用無次梁的普通梁板式結(jié)構(gòu)，可節(jié)省模板及人工費(fèi)用，方便施工。若地下室位于地下1層，且覆土較厚，宜采用有次梁的普通梁板式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)軸網(wǎng)和覆土厚度選擇十字形、井字形、單向板結(jié)構(gòu)形式。梁板式結(jié)構(gòu)整體性好，抗震性也較好，是比較普遍使用的結(jié)構(gòu)形式之一。

2.2 普通無梁樓蓋結(jié)構(gòu)

普通無梁樓蓋在柱網(wǎng)較為規(guī)整時(shí)可采用。由于人防地下室荷載大，梁板式結(jié)構(gòu)的梁高較高，加上要預(yù)留給綜合管道的空間，地下室層高自然較高。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)備綜合管道可以安裝在無柱帽區(qū)，在同等條件下有效控制層高，減少基坑開挖的深度，控制成本。由于柱網(wǎng)較規(guī)整，無梁樓蓋施工起來也比較方便，支模快，節(jié)省工期。但無梁樓蓋整體性能差，設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意柱帽的抗沖切承載力是否滿足，柱帽的大小也要滿足相關(guān)構(gòu)造的要求。

當(dāng)頂板標(biāo)高變化較多，柱網(wǎng)不規(guī)整時(shí)，板跨的長(zhǎng)短跨之比大于1.5時(shí)，當(dāng)頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，均不宜采用無梁樓蓋。

2.3 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)

現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋按頂板結(jié)構(gòu)形式可分為梁板式空心樓蓋和無梁板空心樓蓋（空心板無梁樓蓋）。空心板無梁樓蓋工程上較為常見，空心板無梁樓蓋的適用條件為：

（1）柱距較大（一般大于7m），荷載較大（需要較大板厚，可放內(nèi)模）。

（2）不需要結(jié)構(gòu)自防水（地下2層及以下頂板比較合適）。

2.4 預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋作為新材料新工藝，具備了普通無梁樓蓋的大部分優(yōu)點(diǎn)，還具備以下三點(diǎn)：

（1）預(yù)應(yīng)力技術(shù)的實(shí)施賴于高強(qiáng)度低松她鋼絞線的使用，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度約為普通鋼筋的4.5倍，能充分利用高強(qiáng)度材料（高強(qiáng)度混凝土、高強(qiáng)度鋼筋），使之構(gòu)件截面小，且可以解決大跨度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

（2）預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)可以減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形，控制水平構(gòu)件的撓度，或增強(qiáng)豎向結(jié)構(gòu)的剛度，其抗裂性能和整體性能好，可改善結(jié)構(gòu)平面由于開洞等原因造成的薄弱帶。

（3）預(yù)應(yīng)力是可以度量的物理力學(xué)作用，在結(jié)構(gòu)中可以產(chǎn)生壓應(yīng)力，抵消結(jié)構(gòu)中的拉應(yīng)力；對(duì)解決超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)因溫度變化和混凝土長(zhǎng)期收縮產(chǎn)生的裂縫有較明顯的作用。但需要注意的是人防地下室必須采用有粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土技術(shù)。

采用預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋的缺點(diǎn)是施工復(fù)雜程度提高，對(duì)質(zhì)量的要求比普通混凝土高，需要專業(yè)的人員操作。

2.5 加腋梁板結(jié)構(gòu)

（1）梁加腋分為垂直加腋和水平加腋，梁底垂直加腋是局部加梁截面以滿足抗剪和承載力的要求，可以減少對(duì)建筑凈空的影響和降低造價(jià)；水平加腋是為了保證梁柱中心線不能重合時(shí)，梁偏心對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的不利影響。

（2）板加腋主要為增大支座處板截面計(jì)算高度，減少支座配筋和混凝土用量。

（3）梁板加腋的原理及優(yōu)勢(shì)為：按靜力手冊(cè)計(jì)算，梁板的支座彎矩一般是跨中彎矩的兩倍以上。為了滿足支座處彎矩計(jì)算要求，而整梁加高，既不經(jīng)濟(jì)也影響地下室的使用凈高。只增大支座處截面的做法比整體加大截面更合適。

（4）加腋梁板的應(yīng)用范圍是加腋梁板在土建造價(jià)和對(duì)建筑層高占用均比普通梁板節(jié)省，僅次于無梁樓蓋結(jié)構(gòu)。且加腋梁板適用于荷載和跨度較大，不能采用無梁樓蓋，且層高受限或限額設(shè)計(jì)的項(xiàng)目。

（5）加腋梁板結(jié)構(gòu)尚缺乏簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確的計(jì)算軟件和充足有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但該結(jié)構(gòu)受力合理，經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸的選擇

（1）當(dāng)跨度大于9m時(shí)不管是普通無梁樓蓋還是普通梁板式，截面尺寸都是比較大，假如整個(gè)工程大多數(shù)跨度大于9m，可以考慮加腋梁板結(jié)構(gòu)形式或采用新型材料例如預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋，有效提高鋼筋強(qiáng)度，減小構(gòu)件截面尺寸。

（2）在不對(duì)比含鋼量或其他因素的情況下，柱網(wǎng)在9m以下，且較為規(guī)整，普通無梁樓蓋較普通梁板式結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在于有效減小層高，外形美觀。

（3）中間無次梁的普通梁板式結(jié)構(gòu)適合在地下2層或地下1層覆土較薄時(shí)使用，當(dāng)人防地下室設(shè)置在地下一層時(shí)，覆土小或小跨度也可使用中間無次梁的梁板式結(jié)構(gòu)，但大跨度或覆土較厚的從經(jīng)濟(jì)角度上考慮，建議使用中間有次梁的普通梁板式結(jié)構(gòu)。

（4）以上數(shù)據(jù)也適合預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋及空心板無梁樓蓋，優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍在前已描述。以及在大跨度時(shí)采用加腋梁板，可使框架各部位受力更趨合理，且可節(jié)省鋼筋減小裂縫。

4 結(jié)論

附建式人防地下室作為最常見的防空地下室，在設(shè)計(jì)過程中充分利用規(guī)范和現(xiàn)有的設(shè)計(jì)條件，做好結(jié)構(gòu)的選型，為業(yè)主設(shè)計(jì)出平戰(zhàn)結(jié)合，更經(jīng)濟(jì)合理的人防地下室創(chuàng)造出優(yōu)質(zhì)的建筑。