高層建筑中的人防工程結構設計方法探析

李建宇

山西省人防建筑設計研究院（030013）

0 前言

高層建筑中的人防工程具有著造價高、工程量大、施工難度高的特點，需要對人防工程結構設計予以高度關注。人防工程結構有一定的特殊性，需要發(fā)揮出工程的防護、掩蔽及使用功能。在設計環(huán)節(jié)，要深入分析工程狀況，根據(jù)高層建筑的情況優(yōu)化工程結構，確保工程的設計、建設質量滿足要求。

1 高層建筑中人防工程結構的設計原理分析

人防即人民防空。人民防空的任務是根據(jù)國防的需要，動員和組織群眾采取防護措施，防范和減輕空襲危害。除采取人員疏散的措施之外，人防工程也是戰(zhàn)時防空的重要的措施之一。人防工程也叫人防工事，是指為保障戰(zhàn)時人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫(yī)療救護等而單獨修建的地下防護建筑，以及結合地面建筑修建的戰(zhàn)時可用于防空的地下室。人防工程是具有特殊防護要求的一種工程類型，包括游樂場、商場、影劇院、旅館等人防工程。目前，我國人防工程的建設如火如荼地開展。在具體類型上，人防工程有地道式、坑道式、單建式、附建式幾種類型。在高層建筑中，人防工程主要采用附建式的人防工程設計，以滿足地震時或者戰(zhàn)時的人防要求。該種設計方式可與建筑融為一體，建設起來比較便利，對于建筑面積沒有較高要求，成本低廉，可以在其中設置照明系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)及通訊網(wǎng)絡，平時可以作為儲藏室，具有較高的使用價值和經(jīng)濟效益。在高層建筑人防工程的結構設計中，需要對防護能力進行充分考量，優(yōu)化參數(shù)計算，確保在壓縮波、爆炸沖擊波影響后，依然可以具備良好的安全性和穩(wěn)定性[1]。

2 高層建筑人防工程結構設計方式分析

當前，我國對于高層建筑人防工程的結構設計還缺乏細化的設計規(guī)范體系，在設計時，需要由設計人員結合自身的經(jīng)驗和專業(yè)知識來合理設計，凸顯出其經(jīng)濟性和實用性，并充分考慮到核爆炸、炸彈對于高層建筑人防工程造成的危險，保障人防工程結構的安全性和穩(wěn)定性。高層建筑人防工程結構會受到較大荷載的影響，高層建筑也會長期處于受力狀態(tài)，在設計時，要針對各類情況進行驗算，在具體的設計上，需要關注幾個問題。

2.1 滿足疏散要求

高層建筑中人口密度較大，在發(fā)生地震、戰(zhàn)爭等意外災害時，要將內部人口及時疏散，保障人民的財產(chǎn)安全和生命安全。因此，在人防工程的設計和結構優(yōu)化上，需要滿足人口疏散要求及對通道的層級、寬度、高度和分布要求，防止在人群疏散環(huán)節(jié)中出現(xiàn)擁堵、踩踏意外。

2.2 滿足戰(zhàn)時需求

高層建筑的人防工程需要戰(zhàn)時為人們提供掩蔽所，因此，對入口、防護和結構的設計上，要滿足戰(zhàn)時要求，出入口結構要具備足夠的安全性，以抵御毒氣、爆炸沖擊，并按照要求設置生活通風設施。

2.3 保證功能區(qū)域的劃分合理

根據(jù)要求，需要將人防工程的主體劃分為清潔區(qū)域、防護區(qū)域、染毒區(qū)域、非防護區(qū)域。對于防護區(qū)域，可劃分為不同的單元，設計人員要最大限度地減小外部因素對人防工程造成的破壞，針對不同區(qū)域的內部設施和結構來設置功能。

2.4 嚴格按照程序設計

對于各類人防工程項目，都需要按照設計階段、設計程序和設計內容來編制好設計文件，以最小投資獲取最大收益，做到實用、經(jīng)濟、安全、合理。

2.5 開發(fā)新技術

對于人防工程的設置，需要推行國內外新型實用技術，確保其經(jīng)濟合理、安全可靠、技術先進。各個設計部門要主動推進人防工程的科技發(fā)展，掌握國內外的先進成果和研究趨勢，對新技術進行深入研究，爭取將更多的新技術應用到設計領域[2]。

3 高層建筑中的人防工程結構設計方法

3.1 明確結構設計與人防區(qū)位的關系

在高層建筑中，一般會設置兩層地下室，日常可以當作儲藏室，戰(zhàn)時可以作為人員掩蔽所或物資庫。為了降低工程成本，一般會將人防工程設置在地下2層。如果將人防工程設置在地下1層，其頂板的荷載會出現(xiàn)較大變化，施工成本也較高。對于人防工程的出入口，要避免與汽車出入口設置在同一位置。在具體的設計活動中，需要針對不同高層建筑的實際情況來進行選擇，保障工程效益和安全可以達到理想效果。

3.2 做好基礎設計工作

對高層建筑人防工程的設計，需要具備經(jīng)濟性、實用性和耐久性特點，其中，基礎設計是需要關注的重點。在基礎設計上，要充分考慮工程成本和承載力要求，這是確保高層建筑使用可靠、結構穩(wěn)定的前提條件。設計人員要針對承載力進行詳細計算，按照相關規(guī)范來選擇參考依據(jù)，根據(jù)平時荷載和戰(zhàn)時荷載進行分析，得出最佳系數(shù)，設計出保障人防工程結構穩(wěn)定的方案。還要注意高層建筑會受到自身受力狀態(tài)和荷載因素的影響，其樓層頂板也較多，結構自重偏高，因此，要嚴格根據(jù)人防工程的設計標準進行設計，應用獨立式建筑基礎施工方式，設置防護底板，以保障結構的防水性和穩(wěn)固性[3]。

3.3 做好構造設計工作

對于人防工程，各個構件都需要承受一定的動荷載作用。相較于普通工程，人防工程對于材料的抗?jié)B等級和厚度等都提出了更高要求。對于人防工程的結構設計，需要科學選擇施工材料，調整好構件的厚度，構件的截面尺寸要比普通建筑結構大，滿足最小配筋率及防護要求，并關注到地下室對層高要求。為了保證人防工程的穩(wěn)定性，需要對梁體、墻體等尺寸較大的構件予以高度關注，采用雙層雙向通長鋼筋，設置梅花形拉結筋。對于人防工程，不適合設置伸縮縫與沉降縫。如果設置了伸縮縫和沉降縫，會對整體結構的安全性和穩(wěn)定性造成影響。如果由于特殊情況必須要設置沉降縫與伸縮縫，需要將其設置相鄰防護單元之間或者防護區(qū)外側。對于板和墻結構，要在其中設置梅花形拉結筋，保障其具有良好的承受動荷載能力。在高度方面，高層建筑人防工程的凈高要控制在2.0 m以上，防護單元內按照要求設置抗爆隔墻。人防工程需要設置兩個或以上的出入口，滿足戰(zhàn)時人員掩蔽和疏散的要求，并做好防護設計和戰(zhàn)時通風設計工作，按照規(guī)范要求設置換氣口、通風口和排污管道[4]。

3.4 頂板結構的設計

為了保證人防工程的可靠性和穩(wěn)固性，發(fā)揮出人防工程作用和功能，必須對結構上部位置進行嚴格把控，堅決杜絕由于人防工程倒塌引起的財產(chǎn)損失和人員傷亡事件。在具體的設置上，要做好穩(wěn)固性設置，減小人防工程荷載對頂板造成的負面影響。根據(jù)設計要求，只要對地下2層的頂板荷載進行計算即可滿足要求，這種方式可以降低造價、縮短工期、節(jié)約成本。對于人防車庫，如果平時當作停車場，需要通過科學的優(yōu)化方式來增加停車數(shù)量，充分發(fā)揮出人防工程的價值。在具體設置上，要根據(jù)《車庫建筑設計規(guī)范》等要求，對相關的條文和規(guī)范進行分析和研究，綜合各類停車方式，建議采用垂直式停車方式，對整個停車位進行合理的優(yōu)化和布置，充分提升人防工程的價值。

3.5 優(yōu)化安裝設計

對于人防工程的安裝設備，需要考慮到平時和戰(zhàn)時要求。平時包括通風空調、給排水、接地照明、消防、通訊、動力；戰(zhàn)時設計包括不同染毒情況下的通風設計、給排水設計、接地通信設計等。在安裝專業(yè)上，要在確保人防工程功能的基礎上降低成本，提升資源的利用率[5]。

4 結語

在高層建筑中，人防工程有著十分重要的意義。當前，對于人防工程，不管是設計質量和設計要求，都提出了更高要求。在設計上，需要從多個層面進行優(yōu)化和研究，與高層建筑理念相融合，滿足高層建筑設計要求，明確設計原理和設計概念，提升設計質量。