高層建筑的人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

李健棟 長治市人民防空辦公室

1 當(dāng)前高層建筑人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的重要性

高層建筑人防工程具備其他施工部分具備的重要防護(hù)作用，相較建筑物的普通地下室，人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備更明顯的可靠性，不同于地下室，高層建筑人防工程的建筑材料具有較高的強(qiáng)度，可提升人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度、可靠性，人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮地下室的動(dòng)力響應(yīng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的塑性工作狀態(tài)。在高層建筑人防工程建設(shè)中，為了不斷滿足構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)和要求，現(xiàn)階段須更重視人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程、構(gòu)造措施，工作人員應(yīng)采取更適宜的措施投入設(shè)計(jì)和施工過程。

在我國推進(jìn)城市化的進(jìn)程中，高層建筑人防工程的施工質(zhì)量較為重要，建設(shè)高層建筑人防工程是持續(xù)提高城市化水平、居住安全的重要部分，關(guān)系著居民生活的質(zhì)量、可靠性，是城市整體形象的重要體現(xiàn)。為了保障城市的安全發(fā)展，須加強(qiáng)高層建筑人防工程平面布置環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)良的防護(hù)效果。

2 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 結(jié)構(gòu)選型科學(xué)性不足

實(shí)際人防地下室結(jié)構(gòu)選型操作應(yīng)以防護(hù)需求為出發(fā)點(diǎn)，其中涉及突然情況和日常情況的需求，相關(guān)工作人員還應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境的地質(zhì)情況和水文等進(jìn)行全面考慮，明確上部建筑使用結(jié)構(gòu)狀態(tài)，將各種因素綜合在一起考慮人防地下室結(jié)構(gòu)選型。

從實(shí)際工作中可以了解到，由于諸多因素影響，實(shí)際人防地下室結(jié)構(gòu)選型難以與實(shí)際需求保持同步，引發(fā)嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，導(dǎo)致主體工程無法與特殊情況、常規(guī)情況的需求相符。

2.2 漏荷載和取值較小

研究載荷情況時(shí)，如漏底板上水池自重載荷情況，以及設(shè)備房火災(zāi)與隔墻自重荷載等，容易出現(xiàn)荷載取值較少等問題。滿足抗浮標(biāo)準(zhǔn)后，頂板覆土厚度有所提升，此時(shí)，覆土內(nèi)應(yīng)增加輕質(zhì)材料設(shè)計(jì)數(shù)量，如硬質(zhì)泡沫、混凝土砌塊等，不可統(tǒng)一用土開展覆蓋處理。

基于外墻設(shè)計(jì)角度分析，工作人員還需要對(duì)上部建筑所產(chǎn)生的影響進(jìn)行考慮，明確核武器作用下外墻需要承受的靜荷載取值，根據(jù)不同情況進(jìn)行最具經(jīng)濟(jì)性選擇。針對(duì)漏出入口的人防通道底板和頂板荷載，實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件等效荷載標(biāo)準(zhǔn)取值能夠得到明確，此時(shí)工作人員需要對(duì)適合各種條件狀態(tài)的取值提高關(guān)注度，如果與查表?xiàng)l件不相符，專業(yè)人員需要提供更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C，保證按照板跨數(shù)據(jù)明確取值的差異性選擇。針對(duì)底板等效靜載荷取值，還需要對(duì)地質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行考慮，明確樁的受力類型。

除此之外，在使用PKPM依照按倒樓蓋法計(jì)算，實(shí)際底板水反力在應(yīng)對(duì)突發(fā)情況時(shí)和平時(shí)狀態(tài)之間的輸入值應(yīng)展示出差異性，PM之中輸入的水反力是恒載狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)值，在取值過程中，如果與人防荷載建立組合關(guān)系，軟件會(huì)將對(duì)應(yīng)系數(shù)自動(dòng)顯示出來，因此需要對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行綜合考慮，避免出現(xiàn)浪費(fèi)情況。

3 高層建筑人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 柱網(wǎng)布置

3.1.1 主要存在的問題

地下人防柱網(wǎng)設(shè)置不合理，造成地下人防停車效率不高。

3.1.2 解決方案推薦

根據(jù)規(guī)范要求，小型車垂直停車位最小尺寸：短邊靠墻時(shí)≮2.4m×5.3m；背對(duì)式停車時(shí)≮2.4m×5.1m；最小通車道尺寸5.5m。以每停車單元6輛車計(jì)算，一般的設(shè)計(jì)柱距可為大柱網(wǎng)：橫向7.8m×縱向（7.9+7.8）m，柱子截面按550mm×550mm計(jì)算。也可采用大小柱網(wǎng)相結(jié)合的布置方式：橫向7.8m×縱向（6.1+4.8）m，柱子截面可按400mm×600mm計(jì)算。每停車單元為4輛車時(shí)?？刹捎眯≈W(wǎng)的布置方式：橫向5.4m×縱向（6.1+4.8）m，柱子截面為400mm×400mm。以上柱網(wǎng)布置為目前市面上最常見的三種形式。如何選擇，需要設(shè)計(jì)師根據(jù)實(shí)際情況做出判斷。

3.2 層高控制

要設(shè)計(jì)出合理的層高，必須充分理解層高的構(gòu)成因素。普通地下室結(jié)構(gòu)層高=2200mm（a車庫凈高）+400mm~1000mm（b結(jié)構(gòu)梁高）+550mm~600mm（c設(shè)備管道安裝高度）+100mm~200mm（d建筑填充面層）。其中a為規(guī)范要求的車庫最小凈高，是指建筑完成面到頂棚最低障礙物底面的垂直距離，是有人員活動(dòng)的主要空間高度。b為結(jié)構(gòu)梁的高度，采用不同的結(jié)構(gòu)形式會(huì)很大程度的影響層高。c為設(shè)備管道安裝高度，一般情況下，地下室主風(fēng)道凈高按400mm設(shè)計(jì)，加上150mm的噴淋頭安裝高度（規(guī)范要求寬度大于1.2m的風(fēng)管下應(yīng)設(shè)噴淋），預(yù)留50mm的安裝誤差余量。d為建筑填充面層，是否設(shè)排水溝影響建筑面層的厚度。綜合以上數(shù)據(jù)可以得出地下人防結(jié)構(gòu)層高為3250mm~4000mm。合理的層高設(shè)計(jì)應(yīng)該在滿足功能要求的前提下做到最經(jīng)濟(jì)。

3.3 防化排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在戰(zhàn)時(shí)衛(wèi)生間和防毒通道應(yīng)統(tǒng)一設(shè)置人防排風(fēng)裝置，由于位置具有特殊性，要求獨(dú)立設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)。戰(zhàn)時(shí)的排風(fēng)系統(tǒng)不能兼具平時(shí)的通風(fēng)功能，甚至還會(huì)發(fā)生通風(fēng)管設(shè)置的沖突問題，原因在于地下人防的層高不得當(dāng)，一定程度上會(huì)影響戰(zhàn)前風(fēng)管施工的順暢性或衛(wèi)生間內(nèi)的高度。以上是防化排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常見問題，對(duì)人防工程具有一定影響，也會(huì)降低戰(zhàn)時(shí)的人防防御功能，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)引起工程設(shè)計(jì)人員的充分重視。

工程技術(shù)人員應(yīng)按要求定期檢查地下防毒通道內(nèi)部的實(shí)際換氣次數(shù)，巡查人防工程的冷凍機(jī)和各種通風(fēng)排煙設(shè)施。避免設(shè)施過多占用機(jī)房面積，確保人防工程在戰(zhàn)時(shí)具有有效的疏散功能。控制防化通風(fēng)系統(tǒng)的換氣次數(shù)一小時(shí)內(nèi)不少于40次，其余類型的地下室換氣次數(shù)一小時(shí)50次。若防毒通道的面積過大，可適當(dāng)提升通風(fēng)量，以達(dá)到規(guī)范要求的換氣水平，保證防化排風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效果。

3.4 精確計(jì)算空氣指標(biāo)

人防工程的設(shè)計(jì)工作需要設(shè)計(jì)人員和施工人員具備較高水平的專業(yè)素質(zhì)，擁有專業(yè)的實(shí)務(wù)技能，并具備良好的計(jì)算能力。在人防工程的設(shè)計(jì)過程中，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)具有通過計(jì)算完成工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的確認(rèn)和對(duì)比能力，對(duì)空氣的溫度和濕度進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化防化通風(fēng)設(shè)施的設(shè)計(jì)方案，提升設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性。

3.5 人防工程防護(hù)設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)

人防工程中防護(hù)設(shè)備的質(zhì)量檢測(cè)工作是人防工程工作中重要的步驟，首先要對(duì)防護(hù)設(shè)備生產(chǎn)的原材料按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)，原材料的質(zhì)量是防護(hù)設(shè)備性能的基本保障，其次通過儀器設(shè)備對(duì)人防防護(hù)設(shè)備的外形尺寸、配合尺寸等進(jìn)行檢測(cè)。

除此之外，人防工程防護(hù)設(shè)備還需對(duì)其使用性能進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)前可以利用的檢測(cè)儀器設(shè)備種類很多例如千分尺、游標(biāo)卡尺、鋼直尺、鋼卷尺、塞尺、水平尺、平面度檢測(cè)儀、垂直度檢測(cè)儀、同軸度檢測(cè)裝置、磁力線墜、激光測(cè)距儀、超聲波探傷儀、磁粉探傷儀、涂層測(cè)厚儀、推拉力計(jì)、漆膜劃格器、密閉性能檢測(cè)裝置等。

4 地下汽車庫結(jié)合人防工程設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)中，一般有地下室的工程都會(huì)涉及人防工程。根據(jù)各地方的規(guī)定，基礎(chǔ)埋深大于3m的工程都要修建人防，即使基礎(chǔ)埋深小于3m，也要按照地上建筑面積的百分比配建一定面積的人防。一般的民用建筑設(shè)計(jì)單位對(duì)于人防工程設(shè)計(jì)會(huì)遇到很多困難，建筑師往往感覺無從下手或者無法驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確。建筑師感覺人防設(shè)計(jì)難以駕馭的原因主要包括人防的涉密性規(guī)定、地方性規(guī)定及平戰(zhàn)結(jié)合設(shè)計(jì)。

人防設(shè)計(jì)的順序性一般是平時(shí)功能優(yōu)于戰(zhàn)時(shí)功能，在平時(shí)功能已經(jīng)設(shè)計(jì)好的圖紙上再進(jìn)行戰(zhàn)時(shí)功能設(shè)計(jì)。人防主體是人防的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，就像一個(gè)堅(jiān)固密閉的容器，戰(zhàn)爭時(shí)人們躲避進(jìn)去，避免受到傷害，戰(zhàn)后能夠迅速恢復(fù)生產(chǎn)生活。人防主體包括底板、頂板、外墻（外圍護(hù)墻）、臨空墻等部位。

人防內(nèi)部劃分防護(hù)單元，每個(gè)防護(hù)單元的內(nèi)部循環(huán)系統(tǒng)都是獨(dú)立運(yùn)行的（送排風(fēng)系統(tǒng)、上下水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)）。有的地方規(guī)定人防上部建筑10層及以上或者上部也為人防主體時(shí)可不劃分防護(hù)單元，考慮到足夠的樓板遮擋能夠抵抗炸彈破壞。

人防設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是人防出入口，每個(gè)防護(hù)單元至少需要2個(gè)出入口：一個(gè)是室外主要出口，滿足戰(zhàn)前、戰(zhàn)時(shí)、戰(zhàn)后使用；另一個(gè)是次要出入口，滿足戰(zhàn)前使用即可。

主要出入口設(shè)計(jì)需要考慮防倒塌篷架，優(yōu)先采用與主體脫離的獨(dú)立式出入口，用地緊張時(shí)可采用附壁式出入口，但出入口投影范圍內(nèi)上方不得有構(gòu)筑物。出入口是防護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)。

通風(fēng)設(shè)計(jì)要能保障掩蔽人員在戰(zhàn)時(shí)正常呼吸。主要出口在戰(zhàn)時(shí)人員進(jìn)入人防前應(yīng)該消滅細(xì)菌等有害物質(zhì)，所以主要出口處應(yīng)該設(shè)置戰(zhàn)時(shí)洗消、防毒通道等。

排風(fēng)機(jī)房應(yīng)該在主要出口處，向外排風(fēng)。進(jìn)風(fēng)機(jī)房在次要出口處，次要出口戰(zhàn)前使用，把戰(zhàn)時(shí)，進(jìn)風(fēng)機(jī)房應(yīng)設(shè)置在此處。

水電設(shè)計(jì)滿足掩蔽人員在戰(zhàn)時(shí)的基本生活需求。人防主要出口確定后，與排風(fēng)有關(guān)的房間設(shè)置與主要出口臨近，同時(shí)衛(wèi)生間，水箱間也設(shè)置在該區(qū)域，方便使用。濾毒室的作用是人防進(jìn)風(fēng)濾毒用的，在其臨近區(qū)域設(shè)置防化值班室監(jiān)控濾毒罐。

以上是人防設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，對(duì)地上的影響主要是劃分防護(hù)單元，確定人防的主、次要出口。對(duì)地下人防的影響就是2個(gè)出入口和戰(zhàn)時(shí)進(jìn)、排風(fēng)機(jī)房，戰(zhàn)時(shí)水箱，旱廁等的設(shè)計(jì)。這些都確定后，人防設(shè)計(jì)的基本框架就完成了。

5 結(jié)束語

綜上所述，在城市現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程中，須重視高層建筑的人防工程建設(shè)。為了在高層建筑人防工程建設(shè)中，不斷滿足構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)和要求，現(xiàn)階段須更重視人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程、構(gòu)造措施，綜合考慮人防工程鋼筋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇科學(xué)合理的連接方式，并根據(jù)具體的防御系數(shù)，落實(shí)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，充分發(fā)揮人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能，使用嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范，提升人防工程自身的功能。