基于高層建筑的人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

徐磊

摘要：隨著建筑水平不斷的提升，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造高層人防工程中有了明顯的突破，其中可以保證發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)、地震時(shí)人們的安全性，建筑上層不會(huì)出現(xiàn)坍塌事件的發(fā)生。本文就針對(duì)人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行概述，同時(shí)對(duì)人防工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、頂板設(shè)計(jì)及工程構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，在提升工程安全性的同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的優(yōu)化，降低工程建筑成本，保證將人防工程的作用發(fā)揮到極致。以下就針對(duì)以上這些方面，對(duì)高程建筑人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題和相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑;人防工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

人防工程的含義是人民防空工程，在我國的人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中主要將人防工程與建筑本身相結(jié)合，對(duì)于高層建筑而言其主要設(shè)計(jì)呈現(xiàn)方式為地下室，而地下室的設(shè)計(jì)是高層建筑在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)本身就需要考慮的事情，其設(shè)計(jì)的目的不僅僅是為了防空工程的需要，在平常還可以為人們的正常生活提供必要的作用。而其作為一種人防工事必須要對(duì)其建筑的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在我國的很多高層建筑的地下室當(dāng)中，在正常時(shí)期都作為儲(chǔ)藏室或者低下車庫來進(jìn)行使用，而到了戰(zhàn)時(shí)這些地方就會(huì)變成堅(jiān)固的防空工事，保障人們的生命安全。所以高層建筑的地下室在建筑設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮其使用性能還要對(duì)其堅(jiān)固性能進(jìn)行分析，首先人防工程其承受的負(fù)載范圍除了要承受高層建筑的壓力之外還需要對(duì)在戰(zhàn)時(shí)可能發(fā)生的各種爆炸承受能力進(jìn)行考慮，比如說在核彈爆炸時(shí)所承受的沖擊負(fù)載，而人防工程則需要對(duì)這種沖擊負(fù)載進(jìn)行直接承受，所以對(duì)于其承受力一定要有著精確的計(jì)算。

這種承載力的設(shè)計(jì)在平常時(shí)期不可能對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的實(shí)際試驗(yàn)所以在一般的高層建筑的人防工事設(shè)計(jì)當(dāng)中一般以等效靜載法的方式對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算，比如對(duì)于核彈爆炸時(shí)的結(jié)構(gòu)承受力的計(jì)算，這種爆炸力所造成的承受力大但是其作用時(shí)間比較短，所以對(duì)于地基的承載力以及并行與裂縫等一些情況可以不作驗(yàn)算。雖然在戰(zhàn)時(shí)對(duì)于其荷載力的要求往往比較高，但是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也不需要與戰(zhàn)時(shí)可能承受的所有荷載力進(jìn)行硬性的需求，而是與平常情況進(jìn)行對(duì)于，將戰(zhàn)時(shí)可能發(fā)生的最大承受力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而對(duì)于不同樓層的高層建筑其人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著不同的設(shè)計(jì)原理，對(duì)于樓層較多的建筑而言，其樓層的本身負(fù)載;力也要計(jì)算在內(nèi)，而對(duì)于平時(shí)與戰(zhàn)時(shí)的受力情況進(jìn)行雙重的分析，取其最大值作為受力依據(jù)。

2、高層建筑人防結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)探討

2.1 高層建筑人防工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在人防工程設(shè)計(jì)中其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)類似于普通建筑設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中都需要將經(jīng)濟(jì)合理性、實(shí)用性以及耐久性考慮其中，從而選取最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要充分考慮戰(zhàn)時(shí)核武器爆炸所產(chǎn)生的荷載作用，以便于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)承載力，保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性和安全。核爆炸所產(chǎn)生荷載作用力時(shí)間較短，因此人防結(jié)構(gòu)的地基承載力或者是變形、裂縫等問題可以不進(jìn)行驗(yàn)算，另外人防等效靜荷載作用力卻非常大，但是在一定程度上不需要將其作為設(shè)計(jì)的控制條件，在設(shè)計(jì)過程中需要將其與和平時(shí)期下的情況進(jìn)行對(duì)比研究，從而選取其中不利的狀態(tài)作為人防設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，在和平時(shí)期對(duì)于人防工程驗(yàn)算時(shí)需要考慮將恒荷和活荷與荷載分項(xiàng)系數(shù)相乘，而在戰(zhàn)時(shí)驗(yàn)算過程中還需要考慮當(dāng)核武器爆炸式所產(chǎn)生的恒荷和等效靜荷載，并且不用將活荷以及恒荷與荷載分項(xiàng)系數(shù)相乘兩者考慮其中。在高層建筑中由于主樓的層數(shù)較多，因此其恒荷和活荷的層數(shù)也相對(duì)較多，經(jīng)過比較研究，其往往受到和平時(shí)期受力狀態(tài)的控制，在主樓的基礎(chǔ)計(jì)算過程中可以按照無人防情況進(jìn)行計(jì)算，但是在其結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)計(jì)過程中需要按照人防設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)，經(jīng)過相應(yīng)的分析研究之后其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)成為筏板結(jié)構(gòu)，從而能夠滿足各個(gè)不同方面的設(shè)計(jì)要求。

在主樓周圍的裙房結(jié)構(gòu)部分中，其層數(shù)較少，因此荷載較小，如果裙房和主樓一樣采取筏板設(shè)計(jì)則不符合經(jīng)濟(jì)效益的原則，因此在裙房的結(jié)構(gòu)中采取獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，但是裙房的地下結(jié)構(gòu)中需要滿足其防水要求，而獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不具備防水特征，因此需要在獨(dú)立基礎(chǔ)中添加防水板的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法不僅能夠滿足地下結(jié)構(gòu)對(duì)于防水的要求，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。人防地下室結(jié)構(gòu)類似于普通地下室，當(dāng)土壤不和主流地下室的四周結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接連接時(shí)，需要考慮主樓結(jié)構(gòu)是否具有可靠側(cè)限，其關(guān)系著高層建筑主樓結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問題。案例中主樓四周的地下車庫具有良好的剛度特點(diǎn)，在地下車庫的頂板位置采用覆土結(jié)構(gòu)使其能夠起到側(cè)限作用，而且地下車庫的頂板標(biāo)高位于主樓負(fù)一層的曾建，其并不利于主樓傾覆力的傳遞，因此需要在頂板結(jié)構(gòu)與主樓地下室的外墻之間進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。

而對(duì)于主樓地基承載力的深度問題而言，當(dāng)主樓地下層四周建設(shè)有群芳地下室時(shí)，如果其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使用筏形基礎(chǔ)，同時(shí)在筏形基礎(chǔ)之上的負(fù)載重量和挖出土體的重量相同時(shí)，則主樓地基承載力可以按照室外地坪到主樓地基之間的距離進(jìn)行深度修正。上述案例中的工程裙房結(jié)構(gòu)采取的是獨(dú)立基礎(chǔ)，因此其修正深度需要按照主樓地基與裙房地下室之間的距離進(jìn)行計(jì)算。

2.2 頂板設(shè)計(jì)研究

高層建筑中的人防工程多建在地下，所以其上部的結(jié)構(gòu)一定要具有一定的安全性和穩(wěn)固性，這樣才能承托起整個(gè)高層建筑。一個(gè)高層建筑最重要的建筑就是地基建設(shè)，一旦地基建設(shè)做不好，很可能造成高層的穩(wěn)固性受到影響，嚴(yán)重情況下可能會(huì)致使樓層坍塌，危害人民群眾的生命安全?？梢婍敯逶O(shè)計(jì)對(duì)高層建筑的穩(wěn)固性有很大的影響。在設(shè)計(jì)地下人防的上部結(jié)構(gòu)時(shí)，其型式選擇一定要合適且匹配。對(duì)于本項(xiàng)工程來說，地面不用設(shè)計(jì)人防結(jié)構(gòu)，只要選擇好構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸及合理荷載即可。

2.3 人防工程構(gòu)造設(shè)計(jì)研究

和普通的建筑工程相比，人防工程承受的動(dòng)力荷載很大，設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮使用的材料，設(shè)計(jì)的抗?jié)B等級(jí)，合理調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件的厚度，這些指標(biāo)都要比普通工程高。首先，人防受力構(gòu)件截面尺寸必須比平時(shí)狀態(tài)的大，其最小配筋率也大，采用的構(gòu)建截面尺寸過小，及其容易產(chǎn)生超筋現(xiàn)象，因此必須控制好各構(gòu)件截面，使其在滿足最小配筋率的情況下，又能達(dá)到平時(shí)地下室對(duì)層高，柱距、經(jīng)濟(jì)性等的要求。其次，在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于墻體結(jié)構(gòu)、板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸較大，都采用雙層雙向鋼筋，并設(shè)置能拉住最外層受力鋼筋的梅花形拉結(jié)筋，使得雙層鋼筋的砼板延性更好，可以提高人防工程的整體穩(wěn)定性。最后，在人防防護(hù)單元內(nèi)，不宜設(shè)置沉降縫和伸縮縫，因?yàn)閺漠?dāng)前的人防施工技術(shù)、人防施工材料分析，在沉降縫、伸縮縫中應(yīng)用還有很多不足，在設(shè)計(jì)伸縮縫和沉降縫時(shí)就存在很多不足，導(dǎo)致防護(hù)單元質(zhì)量不到位，不設(shè)置這樣就避免了沖擊波過大，導(dǎo)致建筑安全系數(shù)降低的問題。

3、結(jié)束語

目前，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，地下人防工程已經(jīng)得到了人們的廣泛使用，它不僅提 高了高層建筑結(jié)構(gòu)空間的利用率，還保證了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此受到了廣大人民群眾的關(guān)注。但是，在我國高層建筑人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于施工管理技術(shù)不到位，導(dǎo)致在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候出現(xiàn)了一定的問題，這就給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全到來了一定的安全隱患，所以在工程施工前對(duì)其工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的技術(shù)，再通過的合理施工技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行施工，從而有效的保障人防工程的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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