人防結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法

【摘要】文章針對人防設(shè)計(jì)的平戰(zhàn)結(jié)合問題，從人防荷載的確定、荷載組合和內(nèi)力分析及構(gòu)造要求等方面介紹了人防結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也經(jīng)常會遇到平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)問題，協(xié)調(diào)好防空地下室在平戰(zhàn)兩種狀態(tài)下的不同使用要求，已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要課題。

【關(guān)鍵詞】人防地下室；人防荷載；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；平戰(zhàn)結(jié)合

引言：

人防工程是戰(zhàn)時(shí)防空、保障人民生命安全的重要措施，隨著城市的發(fā)展，人防工程的建設(shè)越來越引起人們的重視。防空地下室是人防工程的重要組成部分。與其它類型人防工程一樣，它具有國家規(guī)定的防護(hù)能力和各項(xiàng)戰(zhàn)時(shí)防空功能，是實(shí)施人民防空的物質(zhì)基礎(chǔ)。如何設(shè)計(jì)好人防工程，使人防工程在戰(zhàn)時(shí)能真正起到防空及保障人民生命安全的功能，這就要求我們設(shè)計(jì)人員深刻理解并嚴(yán)格執(zhí)行《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》現(xiàn)將防空地下室設(shè)計(jì)中常見的問題進(jìn)行分析和探討。

1.人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及原則

1.1人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

人防地下室水平荷載作用及變形特征。（1）風(fēng)荷載計(jì)算均扣除地下室的高度。地下室是否約束、約束的程度與風(fēng)荷載計(jì)算無關(guān)。（2）設(shè)計(jì)設(shè)定地下室部分的基本風(fēng)壓為零；在地上部分的風(fēng)荷載計(jì)算中，地下室頂板作為風(fēng)壓高度變化系數(shù)的起算點(diǎn)。結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)受地下室外的回填土約束程度的影響。（3）由地下室質(zhì)量產(chǎn)生的地震力，主要被室外的回填土吸收。

1.2人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

（1）對常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載，設(shè)計(jì)時(shí)均按一次作用。（2）平戰(zhàn)結(jié)合，取控制條件，在5級或6級人防設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時(shí)控制，而側(cè)墻和底板則因地下室結(jié)構(gòu)形式的不同而由實(shí)際情況確定。（3）只進(jìn)行承載力的驗(yàn)算，由于在核爆炸動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已用允許延性比來控制，因而在防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不必再單獨(dú)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫進(jìn)行驗(yàn)算。（4）注意各部位的抗力（強(qiáng)度）協(xié)調(diào)，以免因設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)不一致而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部先行破壞，失去整個(gè)防護(hù)建筑的作用。（5）地面與地下承重結(jié)構(gòu)體系要協(xié)調(diào)，不能出現(xiàn)兩者強(qiáng)弱相差較大的情況。（6）人防地下室墻、柱等承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量與地面建筑物的承重結(jié)構(gòu)相互對應(yīng)，以使地面建筑物的荷載通過防空地下室的承重結(jié)構(gòu)直接傳遞到地基上。（7）重視構(gòu)造要求，人防設(shè)計(jì)的許多構(gòu)造要求比一般的建筑要求更為嚴(yán)格，應(yīng)充分保證結(jié)構(gòu)的延性，“強(qiáng)柱弱梁（板）”、“強(qiáng)剪弱彎”。

2.人防結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法

2.1人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

某甲類防空地下室總建筑面積7350m2，除局部設(shè)備用房為非人防區(qū)，其余大部分為人防區(qū)。地下室人防區(qū)分設(shè)A、B、C、D共4個(gè)六級人防單元，人防單元共計(jì)5915 m2。本工程抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速度為0.1g，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框架抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為二級。地下室不考慮風(fēng)荷載作用。地下室梁、板混凝土強(qiáng)度等級為C30，墻柱混凝土強(qiáng)度等級按上部結(jié)構(gòu)整體計(jì)算所得，采用C40混凝土。

2.2人防地下室底板設(shè)計(jì)

（1）地下室底板人防荷載確定。本工程采用先張法高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，屬有樁基鋼筋混凝土底板，且為飽和土，底板人防荷載取值為25 kNm2。（2）地下室底板反向荷載確定。依據(jù)建筑總平面布置圖及室外道路標(biāo)高系統(tǒng)，本工程設(shè)計(jì)抗浮水位標(biāo)高9.2米，即相對標(biāo)高為-1.05米。底板標(biāo)高-4.550，底板厚度為0.3米，計(jì)算水深3.8米。底板疏水層為100～200mm，以均厚150mm計(jì)算，底板自重10.5kNm2，計(jì)算反向荷載扣除底板自重為（1.35×38-10.5）1.35=30.5 kNm2。（3）底板截面設(shè)計(jì)。按人防要求，底板最小厚度250mm，因板跨、荷載較大，本工程取底板厚度為300mm，保護(hù)層厚度50mm，可滿足底板承載力及裂縫寬度0.2mm的要求。最大水頭H為3.8米，底板厚h為0.3米，依據(jù)《高規(guī)》表12.1.9基礎(chǔ)防水混凝土的抗?jié)B等級確定辦法，Hh=3.80.3=12.7，地下室底板設(shè)計(jì)抗?jié)B等級為0.8MPa。底板設(shè)計(jì)采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算，考慮人防荷載、水浮力的反向荷載并扣除底板自重的倒樓蓋模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，反向荷載以恒載計(jì)算，底板自重為對結(jié)構(gòu)有利恒載，取分項(xiàng)系數(shù)1.0，人防荷載為等效靜荷載，分項(xiàng)系數(shù)為1.0。

2.3人防地下室頂板設(shè)計(jì)

（1）地下室頂板概況。頂板為綠化，覆土700mm厚，設(shè)計(jì)恒載為14 kNm2。小區(qū)內(nèi)設(shè)有消防車道，消防車荷載按荷載規(guī)范取值，頂板人防等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為70 KNm2。地下室車庫柱跨為6×8米，經(jīng)與設(shè)備專業(yè)配合后，地下室凈高應(yīng)不小于2.8米；（2）頂板截面設(shè)計(jì)。頂板設(shè)計(jì)采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算，考慮人防荷載、覆土荷載，消防車荷載，活載等的單層樓蓋模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。有限制的梁高，按通常的做法無法滿足大跨度下的大荷載。采用降低底板標(biāo)高以增加地下室層高為增大梁高拓展空間，這勢必增加地下室的開挖深度，增加工程造價(jià)。加大梁寬可以解決配筋率過大的問題，但又造成梁截面過大，形成典型的肥梁胖柱型結(jié)構(gòu)，這也是結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性要求所不容許的。最后經(jīng)過研究采用框架梁端加掖的構(gòu)造措施，這既解決了配筋率超限的問題，又滿足地下室凈高的要求，既節(jié)約了工程造價(jià)，又為各設(shè)備專業(yè)提供了足夠的空間，實(shí)現(xiàn)了工程的可行性。（3）嵌固及后澆帶設(shè)計(jì)。主樓部分地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，即要滿足人防荷載，覆土荷載及本層活荷載的要求，又要滿足本層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍的要求，且采用軟件時(shí)程分析，進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，局部加強(qiáng)地下室及首層墻柱。在考慮有可能塔樓有對頂板構(gòu)件水平力的傳遞，所以在地下室頂板主樓部分的設(shè)計(jì)中，按主樓整體計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。本工程總長度達(dá)到136.8米，總寬度為70.4米，如何解決溫度應(yīng)力引起的收縮裂縫則是不容忽視的問題。傳統(tǒng)的做法，地下室頂板底板以30～40米的間距設(shè)置800寬的非上下貫通后澆帶，同時(shí)注意后澆帶避開坡道及人防口部，后澆帶在頂板覆土之前封閉，并加以養(yǎng)護(hù)。傳統(tǒng)的做法也是最有效的做法，經(jīng)驗(yàn)證明這種做法是防止超長結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力導(dǎo)致裂縫的最經(jīng)濟(jì)的措施。（4）人防口部、人防隔墻及外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。地下室層高3.8米，口部大樣均可套用國標(biāo)07FG04圖集，人防隔墻及外墻采用單向板模型計(jì)算，上部支座為簡支端，下部支座為固定端，人防隔墻按彈塑性模型計(jì)算.外墻按彈性模型計(jì)算，控制裂縫寬度0.2mm。在外墻施工中施工方反映出一個(gè)問題，主樓外側(cè)的柱與外墻整澆在一起，且主樓為小柱網(wǎng)，多為3米多的柱距，柱混凝土強(qiáng)度等級為C40，外墻混凝土強(qiáng)度等級為C30，施工中必然會造成外墻大部分都是C40的混凝土，大面積的高強(qiáng)度混凝土是必然造成大量的水化熱，容易產(chǎn)生大量的收縮裂縫。后結(jié)合塔樓荷載及塔樓與地下室外墻結(jié)合截面，修正為整澆用C35混凝土，有效降低裂縫和水化熱。

3.結(jié)語

人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要考慮平時(shí)工況又要考慮戰(zhàn)時(shí)工況，且目前電算軟件功能都不是很完善，需要更深入地研究人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)問題，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)

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