摘要:當(dāng)前國內(nèi)高層建筑和超高層建筑不斷普及,這些建筑的基礎(chǔ)部分往往被做成地下人防工程。由于地下人防工程具有平時和戰(zhàn)時雙重的使用功能,因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計也相對復(fù)雜。在進(jìn)行設(shè)計時通常需要分為平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置、等效靜荷載的設(shè)計這兩大塊,這兩部分的設(shè)計必須按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和流程進(jìn)行,這樣才能有效確保人防工程設(shè)計的科學(xué)性和合理性,最大限度的發(fā)揮其在平時和戰(zhàn)時的雙重作用。
關(guān)鍵詞:地下人防工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計;探討分析
中圖分類號:TU318文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
引言
隨著社會經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的發(fā)展,當(dāng)前城市里的高層和超高層建筑越來越普及。由于這些建筑的基礎(chǔ)都很大很深,為了充分利用這部分空間,目前國內(nèi)各地普遍將其做成人防工程,人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)在已成為建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計不可或缺的組成部分。不過由于過去很長一段時間里對高層建筑基礎(chǔ)部分的利用不夠重視,再加上人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計非常復(fù)雜,可用于參考的設(shè)計資料很少,因此很多建筑設(shè)計人員對人防工程的設(shè)計認(rèn)識還不深,相關(guān)的設(shè)計理念和設(shè)計方法還很欠缺[1]。所以,有必要對當(dāng)前地下人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況進(jìn)行分析總結(jié),以便更好地對當(dāng)前的人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo),有效發(fā)揮人防工程保障人們生命財產(chǎn)安全的作用。
1.人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要特點
人防工程建筑的使用功能具有雙重性,既可以在和平時期使用,也可以用于戰(zhàn)爭時期的避難,所以,在人防工程上作用的荷載也會相應(yīng)的出現(xiàn)差別,和平時期的為靜荷載,而在戰(zhàn)爭時期各種爆炸產(chǎn)生的沖擊波引發(fā)的動荷載則是成為了人防工程的主要荷載。由于這一特點,人防工程在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時,在滿足正常使用需求的基礎(chǔ)上,還得考慮到如何才能夠保證有效抵擋戰(zhàn)時的爆炸荷載。為保證具有符合規(guī)定的承載爆炸荷載能力,人防工程所使用的鋼筋混凝土構(gòu)件要盡量按彈塑性工作階段進(jìn)行設(shè)計,這是因為構(gòu)件在這個階段工作遠(yuǎn)比在彈性階段工作能夠吸收更多的能量,也更能有效發(fā)揮出材料的潛力。因為人防工程防護(hù)設(shè)計方法是通過將動荷載等效為靜荷載來進(jìn)行分析的,所以,它的結(jié)構(gòu)材料承載能力通常情況下是按靜載試驗取得的。當(dāng)材料的強(qiáng)度應(yīng)用到人防工程的設(shè)計時,必須將它們在動載條件下的強(qiáng)度提高因素考慮進(jìn)去[2]。也就是說,在進(jìn)行設(shè)計時的材料強(qiáng)度要用動荷載強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)來進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整后才能到用到結(jié)構(gòu)設(shè)計上,這也是當(dāng)前人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的突出特點。
2.人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點
(1)在設(shè)計時要充分考慮到平時和戰(zhàn)時兩種情況的需要。
(2)在戰(zhàn)時爆炸動荷載作用下,由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型和撓度曲線非常相近,同時破壞規(guī)律也與相應(yīng)靜荷載作用下基本一致,因此在進(jìn)行動力分析的過程中可將構(gòu)件進(jìn)一步簡化成單自由度體系采用等效靜荷載法,這樣的好處在于能夠大大簡化設(shè)計流程,減少工作量,而且還能更好地滿足對計算精度的要求。
(3)只驗算強(qiáng)度。因為在出現(xiàn)爆炸動荷載時,人防工程的結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已經(jīng)用允許延性比控制,同時在確定所有構(gòu)件允許延性比的過程中,也已將對變形的限制因素考慮了進(jìn)去,因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時,不用再對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形和裂縫進(jìn)行單獨驗算。
(4)不用對地基承載力和變形進(jìn)行驗算。這是因為,國內(nèi)外的不同試驗均已顯示出在武器爆炸動荷載作用下整體基礎(chǔ)和單獨基礎(chǔ),都沒有發(fā)現(xiàn)地基出現(xiàn)任何滑動或剪切破壞的現(xiàn)象,因此這方面的驗算就可以省略了。
(5)只考慮一次核襲擊。
(6)要做好各部件的協(xié)調(diào)。設(shè)計時要考慮周全,盡量站在全局的高度進(jìn)行,對工程各部件的使用情況要協(xié)調(diào)好,這樣可以有效避免因設(shè)計控制標(biāo)準(zhǔn)不同而使得結(jié)構(gòu)的局部先行破壞,使整個人防工程失去應(yīng)有的防護(hù)作用。
3.地下人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計
人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜,要考慮到多方面因素的影響和作用,就當(dāng)前國內(nèi)這方面的設(shè)計情況而言,人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以細(xì)分為以下幾個方面:
3.1 平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置、標(biāo)注及定位
構(gòu)件的布置指的是將建筑平面的人防信息用結(jié)構(gòu)方式表達(dá)出來,根據(jù)功能的區(qū)別,一般通過使用線型填充來區(qū)分人防區(qū)和非人防區(qū);除此之外,還要分出人防外墻、人防臨空墻、人防隔墻和人防門框墻這幾種結(jié)構(gòu)。在劃分完畢的基礎(chǔ)上,開始給各個墻體標(biāo)上編號,而對門框墻,不僅要進(jìn)行編號,同時還要標(biāo)上門洞尺寸和相應(yīng)的荷載類型,這樣有利于接下去的計算以及配筋表的配置工作;完成上述步驟后就可以定位墻體厚度了。
3.2 等效靜荷載的設(shè)計
人防工程設(shè)計的最關(guān)鍵的問題就是其結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算方法以及構(gòu)件截面的設(shè)計方法。人防工程的設(shè)計程序主要有三個方面,分別是結(jié)構(gòu)方案、內(nèi)力分析和截面設(shè)計,當(dāng)中的內(nèi)力分析指的就是人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計,它有其鮮明的特點,因此,和其他建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相比區(qū)別顯著。人防工程的結(jié)構(gòu)分析有一定的流程和步驟,按先后順序介紹如下:首先是根據(jù)相關(guān)的設(shè)計委托書里確定的工程抗力等級來確定工程應(yīng)具備的防護(hù)等級,在防護(hù)等級確定下來后,接著就可以根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范確定人防工程的荷載作用數(shù)值。人防工程的荷載和平時期主要是靜載,戰(zhàn)爭時期則以動荷為主。在如何選用人防工程荷載以及將荷載作用于結(jié)構(gòu)方面,首先,要把爆炸動荷載合理地轉(zhuǎn)化成等效的靜荷載,接著根據(jù)荷載組合情況,采用一般靜力結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計算出結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)力。一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析的方法最常用的是從整體開始,按照從整體結(jié)構(gòu)到具體構(gòu)件的順序進(jìn)行,而人防工程的內(nèi)力分析和它并不相同,在進(jìn)行分析時首先要將結(jié)構(gòu)分解成為獨立的構(gòu)件,這些構(gòu)件要各自按照相應(yīng)的防護(hù)要求及防護(hù)等級來計算出它們的等效靜荷載。
等效靜載法通常來說只能用于單個構(gòu)件,而人防工程結(jié)構(gòu)具有多構(gòu)件的特點,所以在使
用等效靜載法進(jìn)行設(shè)計的過程中,必須將整個人防工程分解為獨立的構(gòu)件,在求出不同構(gòu)件所具備的等效靜載的基礎(chǔ)上,再將復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡化為基本結(jié)構(gòu),這樣便可以科學(xué)地計算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。這種方法的使用要求在進(jìn)行人防工程的頂板設(shè)計時,不用考慮其它構(gòu)件對頂板的影響;在設(shè)計外墻的過程中,不用考慮其它構(gòu)件對外墻的影響。同時,在設(shè)計內(nèi)部承重墻柱的過程中也不再考慮其它構(gòu)件的影響[3]。
爆炸動荷載之所以能夠有效簡化為等效的靜荷載,最主要原因在于在爆炸荷載產(chǎn)生后,不同的工程部位達(dá)到最大荷載的時間點各不相同,所以不用把整個結(jié)構(gòu)當(dāng)作整體來進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析,而是可以分別按照荷載的最大值來設(shè)計計算各個構(gòu)件。這也是人防工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的最基本特點。
4.結(jié)語
地下人防工程當(dāng)前已經(jīng)隨著高層和超高層建筑不斷興建而越來越重要,不過由于其工程的復(fù)雜性,因此它的結(jié)構(gòu)設(shè)計有不小的難度。為了更好地發(fā)揮出地下人防工程在平時和戰(zhàn)時的作用,各相關(guān)建設(shè)單位和設(shè)計人員必須加大研究和投入的力度,更好地確保地下人防工程建設(shè)的科學(xué)性和安全性。
參考文獻(xiàn)
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[3]孫久暉,地下人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點分析[J].工程技術(shù),2013(07):13