基于人防建設的建筑地下室結構的設計分析

劉建立張茗涵

（1.駐馬店誠達置業有限公司 河南 駐馬店 463000 駐馬店職業技術學院建筑工程系 河南 駐馬店 463000)(2.駐馬店職業技術學院建筑工程系 河南 駐馬店 463000）

基于人防建設的建筑地下室結構的設計分析

劉建立1張茗涵2

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隨著我國經濟建設快速的發展，高層和超高層等建筑在全國各個城市中，相繼的拔地而起，同時隨之而來的還有地下的停車庫，以及地下的商場等大量的興建，所以我國的人防工程建設，正在逐漸走向和城市建設相互結合的道路。下面就對地下室結構的人防建設進行分析。

人防建設 建筑地下室 城市建設 結構的設計

0.前言

在對地下室結構的設計中，尤其是人防建設的建筑，是建筑施工中非常有難度的一個施工方面。而在經濟比較發達的地區和城市，或者是比較繁華的商業地段，已經是地下空間開發的主要地段，同時對地下空間的應用，一定是離不開防災救災的人防工程。下面就對人防工程中的要點問題做進一步的分析。

1. 在材料的選擇方面

人防地下室在設計中，會涉及人防荷載參和結構計算，在這兩個方面一定要乘以材料強度的綜合調整系數γd。詳見《人民防空地下室設計規范》，以下都簡稱為《人防規范》。

1.1 混凝土的選擇

人防地下室對混凝土強度的要求非常高，一般選用混凝土強度等級是C30到C35。通常都不建議應用C40號以上的混凝土，第一點原因是在C40到C55 的混凝土中，其所受拉鋼筋最小配筋比率是0.3，但是C25到C35的混凝土中，其受拉鋼筋最小的配筋比率是0.25。根據這個條件可以得知，因為在人防地下室的設計中，一定是要考慮防輻射，還有密閉防毒作用的因素，因為墻體和頂板比較厚，所以在抗力等級比較低的人防地下室結構設計和計算中，會出現非常多的構造鋼筋，這些構造鋼筋就能滿足受力要求的情況。所以在抗力等級還有平時荷載不太大的情況下，就可以選用強度等級低于 C40 的混凝土，這樣不僅可降低工程的含鋼量，同時還有非常好的經濟性。因為人防地下室的墻體和頂底板需要承受一定的重力，所以其結構是非常厚的，而且所用的混凝土強度登記越高，它的水化熱程度就越大，也就越容易發生開裂的問題，進而增加了對混凝土養護方面的難度。

1.2 鋼筋的應用選擇

人防地下室在鋼筋的應用上，除了可以應用經過冷加工處理，而且延性比較差的鋼筋，讓其作為人防荷載參和計算過程中的受力鋼筋。如果在核爆動荷載的作用下,這種情況結構構件的變形就會達到極限，就可以采用允許延性比進行控制。而且在確定各種構件所允許的延性比時，已經考慮到對鋼筋變形的限制，所以在防空地下室結構的設計中，可以不考慮結構裂縫的問題。

2. 結構設計選型及計算要點

在實際的地下室結構設計和建設當中，一定要對人防地下室的載荷參數進行詳細的計算，地下室載荷的重要性直接關系到人防結構的安全問題。在計算人防荷載參數和結構設計時，可以應用塑性的內力重新分布分析法來進行計算，這里的塑性元件應用的是彈塑性構件。這種方法可以不用考慮風的荷載和地震荷載的因素，這樣就不需要對結構變形因素，還有裂縫開展因素，以及地基的承載力和地基變形因素進行驗算了，但還是要對基礎承載力的強度進行驗算，因為基礎承載力的強度地下室的載荷有很大的影響。所以在對人防地下室進行設計時，對平時人防地下室和戰時的人防地下室都要進行計算，因為這兩種不同的工況，其載荷的數據是不一樣的，在計算過程中，選取配筋值一定要取其中最大值。

2.1 頂板

在對人防地下室的頂板進行計算時，在不同的工況下其取值也是不一樣的，第一種是頂板靜荷載加上活荷載的工況計算方法，在這種工況作用下，在計算頂板和頂板梁時，還是要按照平時的要求計算，其內容主要有整體的建模，考慮風和地震荷載的影響，還有對最大裂縫的驗算等。在第二種工況的情況下計算，計算方式是頂板的靜荷載加上爆炸等效靜荷載。因為頂板和頂板梁都會受到豎方向荷載力的控制和約束，所以在計算中只進行一層計算內力，而且計算方法還用塑性極限思維分析法，在計算中所用到的跨中彎矩的調整系數是1.20，而支座彎矩的調整系數是0.80，這種計算方式不做活載布置計算，也不需要對裂縫驗算。通過對兩種工況作用下的最終結果進行比較，選擇其中計算結果最大的值。在對人防地下室的頂板厚度取值方面，應該根據《人防規范》注意對最小防護厚度的選擇,而且根據《人防規范》，施工中一定要選用防水混凝土。如果在建設多層的人防地下室，而且上下兩個相鄰樓層被劃分成兩個單獨的防護單元時，它們之間的防護單元樓板一定要選用防護型密閉樓板，而且這種防護型密閉樓板的最小厚度應取 200mm。除此之外，還要注意對人防地下室的頂（底）板，還有墻體，都需要根據《人防規范》的要求設置拉結筋。人防地下室的頂板在一般情況下，都是用梁板式和無梁樓蓋這兩種結構形式進行設計。無梁的樓蓋設計，對整體建筑的抗震性能比較差，在人防地下室的頂板，成為上部結構的嵌固部位時，或者是在柱網區格內，其長短的跨度比大于1.5的情況下，還有設計中，頂板標高變化程度比較多的時候，都不適合選用這種無梁的樓蓋結構模式。而梁板式結構的抗震性能相對而言比較好，是人防地下室應用最多的結構形式。

2.2 墻體結構設計

對人防墻體的設計方面，主要包括外墻，臨空墻，還有單元隔墻以及密閉隔墻。而密閉隔墻的受力設計不用考慮。這些需要考慮計算的墻體主要作用都是承受水平方向的爆炸荷載，而計算的模型是單向板，其下端是固端，上端是用頂板剛度來定固或者用簡支。為了簡化這些設計，通常把頂板的厚度要大于等于墻體的厚度，在這個約束條件下，對上端的固端進行設計方面的計算，相反就是對簡支的計算約束條件。門框墻通常都是開孔口的臨空墻，孔口四周被視為是懸臂梁的計算模型，所以要進行分別計算。如果懸臂梁懸挑的長度超過所在孔口邊長的二分之一時，就需要在孔口的邊緣設置一個立柱，或者設置一個橫梁。因為對人防墻體的計算，通常都是以單獨構件的方式拿出來計算的，所以在進行結構設計中，特別注意墻體和周邊構件彎矩協調程度，加強節點的鋼筋構造，避免因為對設計標準控的不一致，而導致有些結構的局部被先行破壞,進而失去了整個防護建筑的作用。

2.3 柱子，底板和基礎的結構設計

在一般情況下，柱子，底板和基礎構件是在平時工況下進行控制配筋的。在設計中，主要考慮柱子的承載力，其承載力會在人防的效靜荷載作用下，隨著材料強度不斷提高而提高，柱子主要是依靠混凝土來承載壓力，提高的力度在1.5 倍左右。如果在戰時的工況下，不需要對活荷載進行考慮，而在平時的工況下就不同了，因為上部建筑每一層的疊加，其活荷載甚至比人防的效靜荷載還要大，活荷載的分項系數是1.4，而人防效靜荷載的分項系數是1.0，這在計算應用中是一定要記住的。當獨立基礎底板在非飽和的土層時，一定要按照平時的要求進行設計。再在人防等效靜荷載作用下，同時材料的強度也有所提高的條件下，進行構件承載力強度驗算。驗算的過程也要注意滿足《人防規范》的構造規定。

人防地下室結構需要確定準永久值荷載的標準值與等效靜荷載的標準值，確定了兩值后，承載力設計需要采用下列表達進行極限狀態設計：

式中：γ0——結構的重要性系數，一般取 1.0；γG——永久荷載分項系數，如果其效應對結構有利時取1.0，不利時取 1.2；SGk——永久荷載效應的標準值；γQ——等效靜載的分項系數，取 1.0；SQk——等效靜載效應的標準值；R ——結構構件的承載力理論設計值；R (口)——結構構件的承載力函數；fcd——混凝土動力的強度設計值；fyd——鋼筋(鋼材)動力強度的設計值；ak——幾何參數標準值。

3. 施工方面的設計應用

人防地下室不僅對防護性的要求高，而且對密閉性要求同樣很高，在現場的施工操作中，混凝土要求在一次過程中就澆筑好，不能發生事后鑿洞的情況。同時在施工中，一定不能破壞了人防地下室的防護密閉性，所以要求施工人員無論工序進行到了哪個環節，工期要求的多么緊迫，都不要著急，以免破壞了防護密閉性，那么會得不償失。在對人防的鋼筋混凝土墻的模板進行安裝時，一定要選用中間的加止水片進行一次性螺栓的安裝加固工作，一定不能采用PVC 套管穿越墻體的方式，還有重復使用螺桿的方式進行，這樣會對墻體和防護層造成很大的破壞。而且在對人防地下室的鋼筋施工中，要保證鋼筋聯成一個整體，而且還要設止水鋼板，還有穿墻套管，以及埋設防爆波地漏。人防地下室在防護密閉性的需求很重要，一般是不需要設各種形式的縫，主要是設置施工后的澆帶，以及混凝土添加劑的形式，以這種方式來替代變形縫和沉降縫。在施工后，澆帶的位置一定要根據建筑工程的基礎，還有其以上部位的結構布置，或者是根據具體的情況來確定。對后澆帶的設置，一定要安排在結構受力非常小的地方,一般情況都是設置在梁，還有板跨度以內的三分之一處,因為這個位置的結構彎矩，還有剪力都非常的小。在平面布置方面，一定要注意對后澆帶的布置情況，最好是要和梁達到平行的效果,避免梁的截斷太多,而且在設置時，還要避開人防口部的墻體，還有人防門洞，如果不這樣，在墻體上施工后，就會造成冷縫太多和人防門洞預埋角鋼的截斷問題，施工中可以根據具體的情況，沿著平面曲折進行通過。

4. 總結

在對城市地下空間的開發和利用進程中，一定要結合城市相關的建設，然后積極進行人防工程建設，其原則就是長期準備，重點建設，平戰結合。保證了這三個方面的要求，一定會提高人防工程的工作效益，還有社會效益以及經濟效益，同時為以后的建設和發展打下良好的基礎。

[1]中華人民共和國國家標準《人民防空地下室設計規范》( GB50038 －2005)建設部、家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布,2006 年 3 月 1 日實施．

[2]張劍芳 王中澤，某工程人防地下室結構設計的若干問題的探討［J］.國外建材科技，2006.03．

[3]陳遠森.淺議高層建筑地下室結構設計中應注意的幾個問題[J].黑龍江科技信息，2008(29):276.

[4]陳璋.高層建筑地下室結構設計常見問題分析[J].中國高新技術企業，2009(12)：151-152.

[5]徐氫清.高層建筑超長地下室結構設計的若干問題[J].科技創業家,2012（10）

[6]中華人民共和國建設部．建筑抗震設計規范 (GB 50011—2010)[S]．北京：中國建筑工業出版社，2010．

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