摘要：近年來，隨著我國城市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市土地開發(fā)的有限性，人們對城市地下空間的開發(fā)與利用越來越多，同時人們對城市綜合防災(zāi)能力的要求也越來越高。作為與城市建設(shè)相結(jié)合的人民防空工程建設(shè)，尤其是人民防空地下室工程的建設(shè)得到空前發(fā)展。然而，目前在高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中仍存在著一些問題和不足，引起結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的廣泛關(guān)注。文章主要結(jié)合工程實(shí)例，主要針對高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)分析與研究，并提出了設(shè)計中注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：高層建筑；人防工程；地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計
1 引言
近年業(yè)，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對建筑人防設(shè)計規(guī)范的理解不透徹和不重視，對設(shè)計的規(guī)范的不嚴(yán)格執(zhí)行，再加上忽略人防工程性質(zhì)的特殊性，造成人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在許多問題。因此，如何做好人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計工作具有重要的意義。本文結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，主要論述了高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中注意要點(diǎn)。
2 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)
人防地下室不同于一般的地下室，戰(zhàn)時武器爆炸動荷載是其建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要考慮因素之一。就荷載的分類看，武器爆炸的動荷載是一種數(shù)值很大、時間很短、不斷衰減的，且在結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn)的荷載。因此，人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計有其獨(dú)特之處：
�。�1）人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度低于一般地下室。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo) 準(zhǔn)》GB50068-2001規(guī)定，一般混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性破壞時失效概率為0.069%，而《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范（GB50038-2005）》（以下簡稱《規(guī)范》）規(guī)定人防地下室的鋼筋混凝土延性構(gòu)件失效概率為6.1%。
�。�2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性工作階段設(shè)計�？紤]結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性可以降低；結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入塑性工作狀態(tài)時可吸收更多能量，充分發(fā)揮材料潛力，材料設(shè)計強(qiáng)度可以提高，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。
�。�3）材料強(qiáng)度的設(shè)計值可以提高。試驗(yàn)證明在爆炸動荷載作用下，材料強(qiáng)度可提高20%～40%。這對人防地下室結(jié)構(gòu)是一個有利因素。
（4）人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)造要求更為嚴(yán)格，如人防地下室在材料強(qiáng)度等級，結(jié)構(gòu)構(gòu)件最小厚度，最小保護(hù)層厚度和最小配筋率等各個方面比普通地下室的要求更加嚴(yán)格。
�。�5）人防地下室結(jié)構(gòu)的動力分析。人防地下室是考慮了武器爆炸的動荷載作用的，可以采取等效靜荷載法來分析其結(jié)構(gòu)動力，然后用靜力計算方法分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力。
�。�6）人防地下室在武器爆炸動荷載作用下，應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)承載力，可不驗(yàn)算結(jié)構(gòu)變形、裂縫開展和地基的變形等。
（7）人防地下室戰(zhàn)時與平時考慮的荷載效應(yīng)組合不同，因此規(guī)范規(guī)定人防地下室結(jié)構(gòu)尚應(yīng)根據(jù)其上部建筑在平時使用條件下對人防地下室結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行設(shè)計，并取其中控制條件作為人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。
3 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例分析
本文通過2個實(shí)例對防空地下室設(shè)計特點(diǎn)，就筆者設(shè)計中遇到的問題進(jìn)行分析。
3.1 工程概況
（1）項(xiàng)目1
某綜合辦公樓，主樓17層，裙房4層，主樓為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)，主樓高 68.7m，基礎(chǔ)形式為樁基承臺，埋深 5.8m。1層地下室面積為6910m2，其中含人防面積3908m2，平時使用功能為車庫，戰(zhàn)時使用功能為二等人員掩蔽部，共 2個防護(hù)單元，防護(hù)級別為甲類核6級，常6級。
�。�2）項(xiàng)目2
某住宅主樓25 層，裙房3 層，主樓為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)，主樓高78.95m，基礎(chǔ)形式為樁基承臺，埋深5.2m。1 層地下室面積為6780m2，其中含人防面積3 320m2，平時使用功能為車庫，戰(zhàn)時使用功能為二等人員掩蔽部，共2個防護(hù)單元，防護(hù)級別為甲類核6級，常6級。
3.2 結(jié)構(gòu)布置
項(xiàng)目1功能性質(zhì)為綜合辦公樓，共設(shè)兩處車道出入口，一處位于人防結(jié)構(gòu)范圍外；每個防護(hù)單元各有主要及次要出入口一處，人防地下室主要位于裙房及室外地面下。項(xiàng)目2功能性質(zhì)為高層住宅，設(shè)一處車道出入口，位于人防結(jié)構(gòu)范圍外；每個防護(hù)單元各有主要及次要出入口一處，人防地下室主要位于高層結(jié)構(gòu)及室外地面下。
項(xiàng)目1：由于辦公樓主要設(shè)備房間需設(shè)置于地下室北側(cè)，使得人防口部構(gòu)件與高層豎向受力構(gòu)件單獨(dú)設(shè)計；直通室外通道及豎井多數(shù)位于防倒塌范圍外，減少部分防倒塌構(gòu)件設(shè)計。項(xiàng)目2：人防口部構(gòu)件與高層豎向受力構(gòu)件剪力墻及框架柱結(jié)合設(shè)計，傳力構(gòu)件布局合理；直通室外通道位于高層范圍內(nèi)，防倒塌結(jié)構(gòu)需結(jié)合室外建筑布局和功能要求設(shè)計。人防結(jié)構(gòu)與地上建筑設(shè)計需緊密結(jié)合，尤其人防墻體利用上部結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件共同布置，使地下結(jié)構(gòu)得到充分利用。
3.3 彈塑性設(shè)計
在爆炸動荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限需要用允許延性比控制，規(guī)范在確定各種結(jié)構(gòu)的允許延性比時已經(jīng)考慮變形限制和防護(hù)密閉的要求，因而防空地下室結(jié)構(gòu)在爆炸動荷載作用下不必進(jìn)行變形裂縫驗(yàn)算；荷載取值只考慮一次核襲擊；同時注意各部件的抗力協(xié)調(diào)，避免局部先行破壞。
另外，筆者在項(xiàng)目1設(shè)計過程中，遇到以下問題：因辦公樓柱網(wǎng)布置局部較大，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計中少數(shù)布置處混凝土梁延性比計算較難通過，但提高整體混凝土強(qiáng)度等級極不經(jīng)濟(jì)，最終采用如下方法解決：當(dāng)受拉鋼筋配筋率ρ≤max，增配截面受壓鋼筋，有效降低受壓區(qū)高度，使允許延性比滿足規(guī)范要求；當(dāng)ρ�ρmax，增大受彎構(gòu)件截面尺寸使得受拉鋼筋配筋率ρ≤ρmax，再增配受壓鋼筋。
3.4 結(jié)構(gòu)計算
人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包含以下兩方面：1）主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括頂、底板，外側(cè)墻等構(gòu)件設(shè)計。2）口部防護(hù)設(shè)計，防護(hù)密閉門與消波系統(tǒng)；通道臨空墻門框墻設(shè)計；孔口構(gòu)件，如風(fēng)井防倒塌棚架以及相 鄰單元間隔墻等設(shè)計。 對于人防荷載取值、荷載組合、計算模型以及內(nèi)力分析相關(guān)規(guī)范及圖集都有明確規(guī)定，筆者不重述，只提 出以下兩點(diǎn)注意：1）在民用建筑的人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般只涉及5級或6級人防設(shè)計，結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時控制，而側(cè)墻和底板則因地下室的結(jié)構(gòu)形式、埋深、抗浮設(shè)計水位等因素取平時及戰(zhàn)時不利工況確定。2）在核武器荷載作用下的基礎(chǔ)設(shè)計中，一般情況按平時使用條件下驗(yàn)算地基承載力（戰(zhàn)時地基承載力和變形可不驗(yàn)算），按戰(zhàn)時和平時使用條件下取不利情況進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)算。當(dāng)防空地下室基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)時，樁本身應(yīng)按計入上部傳來的核武器爆炸動荷載效應(yīng)組合值來驗(yàn)算構(gòu)件強(qiáng)度。
3.5 構(gòu)造要求
項(xiàng)目1和項(xiàng)目2地下室結(jié)構(gòu)均為超長結(jié)構(gòu)，同時由于人防地下室密閉要求，且在防護(hù)單元內(nèi)及口部不能設(shè)沉降縫，此時控制結(jié)構(gòu)的差異沉 降成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題。就此問題，本工程均采取以下措施：1）高層與裙房及地下室結(jié)構(gòu)連接部位設(shè) 置沉降后澆帶，待高層沉降穩(wěn)定后再澆筑，使地下結(jié)構(gòu)連為一體，后澆帶設(shè)置時應(yīng)避開密閉通道等有防護(hù)密閉要求的部位；2）在混凝土中摻加膨脹劑，利用膨脹劑的補(bǔ)償收縮功能，減少混凝土硬化過程中的收縮應(yīng)力；3）底板較厚時，混凝土采用分層澆筑，階梯式推進(jìn)，在每層混凝土初凝前完成上層澆筑；4）減小墻體 水平分布鋼筋間距和提高其最小配筋率，以控制和減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。
3.6 平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換
由于人防工程是戰(zhàn)時受襲時作為保障城市居民生命安全，并具有特殊功能要求的建筑物，因此結(jié)構(gòu)需要承受的荷載較一般結(jié)構(gòu)大幾十倍至數(shù)百倍，此外結(jié)構(gòu)密閉要求很高，所以在設(shè)計中應(yīng)盡量減小結(jié)構(gòu)跨度，減少并縮小直通大氣的各種孔口，而這種原則，恰為平時功能使用造成困難，規(guī)范中對此點(diǎn)作指導(dǎo)性的規(guī)定，具體做法應(yīng)根據(jù)平戰(zhàn)要求和工程本身的實(shí)際條件綜合確定。
4 結(jié)束語
綜上所述，由于人防工程在戰(zhàn)時承受的爆炸動荷載非常復(fù)雜，加上人防工程具有較大的特殊性，這就容易導(dǎo)致設(shè)計上出現(xiàn)偏差，本文通過結(jié)合實(shí)際工程闡述了人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程及注意事項(xiàng)，使設(shè)計人員對人防規(guī)范進(jìn)一步加深理解，提高人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
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