人防地下室頂板的結(jié)構(gòu)選型

楊道林

摘要：人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包含以下內(nèi)容，即：頂板、底板、墻、柱以及出口及入口樓梯及行車道設(shè)計。人防地下室在功能上，不僅需要保證戰(zhàn)時狀態(tài)下的荷載工況，還要保證平時狀態(tài)下經(jīng)濟性的荷載工況。本文通過對常見的人防地下室頂板結(jié)構(gòu)形式及其特點進(jìn)行分析，并結(jié)合實際工程案例以及頂板結(jié)構(gòu)形式特點，對如何進(jìn)行頂板結(jié)構(gòu)選型作出詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：人防;地下室;頂板;結(jié)構(gòu)選型

現(xiàn)階段隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，推動我國居民生活水水平不斷提升。在經(jīng)濟發(fā)展過程中，各個城市間為了保證對戰(zhàn)時狀態(tài)下對人員及物資進(jìn)行掩蔽、保證醫(yī)療等條件，開始重視修建地下室人防工程。由于人防地下室頂板具有較大豎向靜荷載、較大結(jié)構(gòu)尺寸及配筋的特點，因此人防地下室頂板對于戰(zhàn)時保護具有至關(guān)重要的作用。

一、人防地下室頂板結(jié)構(gòu)形式及特點分析

目前，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，在人防地下室頂板結(jié)構(gòu)類型也向著多樣化方向發(fā)展，不同結(jié)構(gòu)類型具有獨特的技術(shù)特點，主要常見的結(jié)構(gòu)形式為梁板結(jié)構(gòu)、無梁樓蓋、墻板結(jié)構(gòu)形式。其中梁板結(jié)構(gòu)分為大板樓板形式（無次梁布置）、主次梁樓板形式及大板加腋形式;無梁樓蓋分成現(xiàn)澆實心無梁樓蓋及現(xiàn)澆空心無梁樓蓋。

本文將對梁板結(jié)構(gòu)的三種形式及實心樓板無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式的特點逐一進(jìn)行闡述。

（一）傳統(tǒng)梁板結(jié)構(gòu)的大板樓板形式及主次梁樓板形式

傳統(tǒng)梁板結(jié)構(gòu)的大板樓板形式和主次梁樓板形式，作為地下室人防工程中最常見的結(jié)構(gòu)形式，廣泛應(yīng)用與人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計施工中。梁+板的框架結(jié)構(gòu)相對而言屬于較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)受力傳力較明確，結(jié)構(gòu)計算清晰方便，市場上多種軟件都支持較為簡單或者復(fù)雜的梁板計算，結(jié)構(gòu)形式成熟可靠。

相對而言，特別是大板樓板形式，由于下掛梁尺寸的限制，在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，為了避免影響地下室正常使用，通常需要加大地下室層高，這樣就無形中加大了土方開挖量、基坑支護費用，且增加抗浮措施，相應(yīng)的增加造價。由于地下室人防工程空間及柱網(wǎng)布局較廣，為保證地下室穩(wěn)定性，很容易出現(xiàn)厚板高粱的現(xiàn)象發(fā)生，不僅影響著地下室消防設(shè)施，對于電氣、暖通等管道布置也有一定影響。

（二）傳統(tǒng)梁板結(jié)構(gòu)的大板加腋樓板形式

大板加腋樓板的結(jié)構(gòu)原理同大板樓板形式，通過在樓板四邊支座梁腋下增加加腋構(gòu)造措施，來減少大板樓板支座處彎矩的方法，且與頂板梁形成T字梁的方式加強頂板梁，來達(dá)到減小頂板厚度及梁截面尺寸的目的。大板加腋樓板形式常運用在頂板上有覆土或荷載較大的情況，人防工程中，相比傳統(tǒng)無加腋梁板形式，較好的達(dá)到了結(jié)構(gòu)形式安全性、層高及造價三者的平衡。

另一方面，對地下室頂板上荷載較小、地下室上頂板無覆土的情況，加腋板對造價的影響較小，這種情況下一般不建議采用該形式。

（三）實心無梁樓蓋

在人防地下室施工設(shè)計過程中，整個工程荷載較大，對于板厚的要求也很高，實心無梁樓蓋在人防工程頂板設(shè)計過程中也是常見的一種形式。對于實心無梁樓蓋而言，通常在橫縱兩個方向上進(jìn)行配筋，因此，如果地下室人防柱網(wǎng)相對整齊，則可以考慮應(yīng)用現(xiàn)澆實心無蓋樓板結(jié)構(gòu)。實心無梁樓蓋在應(yīng)用過程中可以極大降低地下室層高，因此，可以從土方開挖量、基坑支護費用等多角度節(jié)約施工成本。

同時，由于無梁樓蓋柱帽節(jié)點受力非常復(fù)雜，就是屬于彎曲和沖切高度集中的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，目前規(guī)范采用彎曲和沖切分算的方法，受彎塑性開展對抗沖切承載力有什么影響以及相互之間有多大的影響還沒有明確研究，設(shè)計時不可大意。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的柱帽周圍樓板內(nèi)力突變且彈塑性變形高度集中，嚴(yán)格說來彈性假定的有限元分析不適合無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，如果要用彈性有限元分析，其配筋也不應(yīng)小于傳統(tǒng)的按單向結(jié)構(gòu)承擔(dān)全部荷載的等代框架法，并按規(guī)定采取相應(yīng)構(gòu)造措施。這幾年，國內(nèi)地庫設(shè)計采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的地庫事故頻發(fā)，引起大家關(guān)注，采用無梁樓蓋設(shè)計方案需謹(jǐn)慎，無梁樓蓋傳力較梁板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對超載及荷載的不均勻性等特別敏感，結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵還是要關(guān)注豎向荷載下的結(jié)構(gòu)安全性，沖切驗算要有足夠的保證。

二、結(jié)合案例對地下室頂板結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行分析

（一）工程概況

案例工程為南京某地地下一層人防車庫工程，大小柱網(wǎng)7.8mx5.4m，柱尺寸500x600，頂板上覆土1.5m，建筑面積為5178平方米，結(jié)構(gòu)砼等級均按C35，外墻300mm，工程底板選擇厚度為500mm，φ400的預(yù)應(yīng)力管樁箱筏基礎(chǔ)，在抗拔樁選取上選擇預(yù)應(yīng)力管樁為φ400的，抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值為300KN，項目常年地下水位按照自然地面以下0.5米進(jìn)行計算。在數(shù)據(jù)分析過程中，為簡化分析過程，將對底板厚度及配筋、柱尺寸配筋進(jìn)行統(tǒng)一，只考慮地下室頂板梁、板的混凝土量及鋼筋量。

（二）設(shè)定不同頂板結(jié)構(gòu)

在對頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析時，采取控制變量法，針對不同頂板結(jié)構(gòu)對整體工程施工成本進(jìn)行對比分析，從而選出無論是結(jié)構(gòu)性能還是成本造價都更加具備優(yōu)勢的頂板結(jié)構(gòu)。

方案1：應(yīng)用梁板結(jié)構(gòu)，建筑層高3.7m，結(jié)構(gòu)層高3.8m，在設(shè)計過程中不加次梁，只設(shè)置結(jié)構(gòu)中框架柱之間的框架梁，采用300mm厚度頂板，框架梁截面長寬為550x950（長跨），450x650（短跨）。

方案2：應(yīng)用梁板結(jié)構(gòu)，建筑層高3.6m，結(jié)構(gòu)層高3.7m，在設(shè)置框架梁的同時設(shè)置次梁（十字梁），采用250mm頂板厚度，框架梁截面長寬分別為550x850，450x850，次梁截面長寬分別為450x750，300x550。

方案3：采用傳統(tǒng)梁板結(jié)構(gòu)的大板加腋樓板形式，建筑層高3.7m，結(jié)構(gòu)層高3.8m，在設(shè)計過程中設(shè)置結(jié)構(gòu)中框架柱之間的框架梁，采用250mm厚度頂板，框架梁截面長寬為550x950（長跨），450x650（短跨），每塊板板四邊均采用板加腋，腋高250mm，腋長1000mm（從梁邊或墻邊算起）。

方案4：應(yīng)用現(xiàn)澆實心無蓋樓板，采用400mm頂板厚度，柱帽長寬高分別為2700mm、2700mm、800mm。

（三）不同頂板結(jié)構(gòu)經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)對比分析

以上方案底板長寬尺寸均為：400mm、800mm，現(xiàn)澆板厚度為400mm，忽略浮力對底板配筋影響。如下圖一所示為4種方案經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)分析結(jié)果：

土方單價28元/m3，C35砼單價550元/m3，螺紋鋼筋4400元/噸。

通過對比試驗數(shù)據(jù)分析可知，在保證底板混凝土用量一致情況下，混凝土用量，方案4用量最多，方案1混凝土用量最少。綜合成本低到高排序為：方案4<方案1<方案3<方案2。

（四）結(jié)論分析

通過對比試驗數(shù)據(jù)，在人防地下室頂板結(jié)構(gòu)選擇方面分析如下：

方案1應(yīng)用大板梁板結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致層高較高，土方開挖量大，但綜合考慮總成本相對并不高;

方案2應(yīng)用主次梁梁板層高相對減少不多，因為人防最小板厚及最小配筋率要求，板厚減少的50mm砼量被梁的增加砼梁基本抵消，且因為梁的增多，人防配筋率要求下，鋼筋量上升較多，導(dǎo)致該方案綜合造價最高;

方案3應(yīng)用加腋大板梁板結(jié)構(gòu)層高與方案1無變化，板厚減少的50mm砼量被加腋的增加砼梁基本抵消，鋼筋用量稍微減少，綜合造價比方案1略高一點;

方案4應(yīng)用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)需要加厚板厚，混凝土量相對較大，且按人防要求無梁樓蓋配筋率需按0.3%，但無梁樓蓋結(jié)構(gòu)可以壓低項目層高，梁的配置減少，綜合成本相對較低，但考慮無梁樓蓋人防構(gòu)造要求較多，暗梁等構(gòu)件基本構(gòu)造量較大，其成本優(yōu)勢不明顯。

無梁樓蓋可以一定程度上減小層高，減少工程量的同時，降低施工總成本，具有較好經(jīng)濟性，但無梁樓蓋的設(shè)計較復(fù)雜及施工難度較大，實際工程事故頻發(fā)，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎選擇;相對而言，普通的大板梁板結(jié)構(gòu)相對主次梁結(jié)構(gòu)及大板加腋板梁板結(jié)構(gòu)成本具體優(yōu)勢，且施工相對簡單成熟，適合大部分人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計。

當(dāng)然，在選擇頂板結(jié)構(gòu)類型時，還應(yīng)當(dāng)充分考慮所需材料的價格變化，基礎(chǔ)施工及基坑支護選擇等對造價影響，綜合考慮選擇最合理且最經(jīng)濟的頂板結(jié)構(gòu)。

結(jié)束語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，人防工程項目逐漸增多，在地下人防工程設(shè)計過程中，對于頂板結(jié)構(gòu)選取，不僅應(yīng)當(dāng)結(jié)合設(shè)計規(guī)范選擇符合設(shè)計條件的頂板結(jié)構(gòu)，同時也應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效益，通過對項目總成本進(jìn)行對比，選擇最為適合的頂板結(jié)構(gòu)，在保證地下人防工程穩(wěn)定性的同時，使得項目經(jīng)濟性更強，推動地下室人防工程建設(shè)不斷發(fā)展進(jìn)步。

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