人防地下室頂板的結構選型

楊道林

摘要：人防地下室結構設計主要包含以下內容，即：頂板、底板、墻、柱以及出口及入口樓梯及行車道設計。人防地下室在功能上，不僅需要保證戰時狀態下的荷載工況，還要保證平時狀態下經濟性的荷載工況。本文通過對常見的人防地下室頂板結構形式及其特點進行分析，并結合實際工程案例以及頂板結構形式特點，對如何進行頂板結構選型作出詳細闡述。

關鍵詞：人防;地下室;頂板;結構選型

現階段隨著我國經濟不斷發展，我國城市化建設進程不斷加快，推動我國居民生活水水平不斷提升。在經濟發展過程中，各個城市間為了保證對戰時狀態下對人員及物資進行掩蔽、保證醫療等條件，開始重視修建地下室人防工程。由于人防地下室頂板具有較大豎向靜荷載、較大結構尺寸及配筋的特點，因此人防地下室頂板對于戰時保護具有至關重要的作用。

一、人防地下室頂板結構形式及特點分析

目前，隨著科學技術不斷發展進步，在人防地下室頂板結構類型也向著多樣化方向發展，不同結構類型具有獨特的技術特點，主要常見的結構形式為梁板結構、無梁樓蓋、墻板結構形式。其中梁板結構分為大板樓板形式（無次梁布置）、主次梁樓板形式及大板加腋形式;無梁樓蓋分成現澆實心無梁樓蓋及現澆空心無梁樓蓋。

本文將對梁板結構的三種形式及實心樓板無梁樓蓋結構形式的特點逐一進行闡述。

（一）傳統梁板結構的大板樓板形式及主次梁樓板形式

傳統梁板結構的大板樓板形式和主次梁樓板形式，作為地下室人防工程中最常見的結構形式，廣泛應用與人防地下室結構設計施工中。梁+板的框架結構相對而言屬于較為穩定的結構形式，結構受力傳力較明確，結構計算清晰方便，市場上多種軟件都支持較為簡單或者復雜的梁板計算，結構形式成熟可靠。

相對而言，特別是大板樓板形式，由于下掛梁尺寸的限制，在地下室結構設計過程中，為了避免影響地下室正常使用，通常需要加大地下室層高，這樣就無形中加大了土方開挖量、基坑支護費用，且增加抗浮措施，相應的增加造價。由于地下室人防工程空間及柱網布局較廣，為保證地下室穩定性，很容易出現厚板高粱的現象發生，不僅影響著地下室消防設施，對于電氣、暖通等管道布置也有一定影響。

（二）傳統梁板結構的大板加腋樓板形式

大板加腋樓板的結構原理同大板樓板形式，通過在樓板四邊支座梁腋下增加加腋構造措施，來減少大板樓板支座處彎矩的方法，且與頂板梁形成T字梁的方式加強頂板梁，來達到減小頂板厚度及梁截面尺寸的目的。大板加腋樓板形式常運用在頂板上有覆土或荷載較大的情況，人防工程中，相比傳統無加腋梁板形式，較好的達到了結構形式安全性、層高及造價三者的平衡。

另一方面，對地下室頂板上荷載較小、地下室上頂板無覆土的情況，加腋板對造價的影響較小，這種情況下一般不建議采用該形式。

（三）實心無梁樓蓋

在人防地下室施工設計過程中，整個工程荷載較大，對于板厚的要求也很高，實心無梁樓蓋在人防工程頂板設計過程中也是常見的一種形式。對于實心無梁樓蓋而言，通常在橫縱兩個方向上進行配筋，因此，如果地下室人防柱網相對整齊，則可以考慮應用現澆實心無蓋樓板結構。實心無梁樓蓋在應用過程中可以極大降低地下室層高，因此，可以從土方開挖量、基坑支護費用等多角度節約施工成本。

同時，由于無梁樓蓋柱帽節點受力非常復雜，就是屬于彎曲和沖切高度集中的復合應力狀態，目前規范采用彎曲和沖切分算的方法，受彎塑性開展對抗沖切承載力有什么影響以及相互之間有多大的影響還沒有明確研究，設計時不可大意。無梁樓蓋結構的柱帽周圍樓板內力突變且彈塑性變形高度集中，嚴格說來彈性假定的有限元分析不適合無梁樓蓋結構，如果要用彈性有限元分析，其配筋也不應小于傳統的按單向結構承擔全部荷載的等代框架法，并按規定采取相應構造措施。這幾年，國內地庫設計采用無梁樓蓋結構的地庫事故頻發，引起大家關注，采用無梁樓蓋設計方案需謹慎，無梁樓蓋傳力較梁板結構復雜，對超載及荷載的不均勻性等特別敏感，結構設計關鍵還是要關注豎向荷載下的結構安全性，沖切驗算要有足夠的保證。

二、結合案例對地下室頂板結構選型進行分析

（一）工程概況

案例工程為南京某地地下一層人防車庫工程，大小柱網7.8mx5.4m，柱尺寸500x600，頂板上覆土1.5m，建筑面積為5178平方米，結構砼等級均按C35，外墻300mm，工程底板選擇厚度為500mm，φ400的預應力管樁箱筏基礎，在抗拔樁選取上選擇預應力管樁為φ400的，抗拔力標準值為300KN，項目常年地下水位按照自然地面以下0.5米進行計算。在數據分析過程中，為簡化分析過程，將對底板厚度及配筋、柱尺寸配筋進行統一，只考慮地下室頂板梁、板的混凝土量及鋼筋量。

（二）設定不同頂板結構

在對頂板結構進行比較分析時，采取控制變量法，針對不同頂板結構對整體工程施工成本進行對比分析，從而選出無論是結構性能還是成本造價都更加具備優勢的頂板結構。

方案1：應用梁板結構，建筑層高3.7m，結構層高3.8m，在設計過程中不加次梁，只設置結構中框架柱之間的框架梁，采用300mm厚度頂板，框架梁截面長寬為550x950（長跨），450x650（短跨）。

方案2：應用梁板結構，建筑層高3.6m，結構層高3.7m，在設置框架梁的同時設置次梁（十字梁），采用250mm頂板厚度，框架梁截面長寬分別為550x850，450x850，次梁截面長寬分別為450x750，300x550。

方案3：采用傳統梁板結構的大板加腋樓板形式，建筑層高3.7m，結構層高3.8m，在設計過程中設置結構中框架柱之間的框架梁，采用250mm厚度頂板，框架梁截面長寬為550x950（長跨），450x650（短跨），每塊板板四邊均采用板加腋，腋高250mm，腋長1000mm（從梁邊或墻邊算起）。

方案4：應用現澆實心無蓋樓板，采用400mm頂板厚度，柱帽長寬高分別為2700mm、2700mm、800mm。

（三）不同頂板結構經濟技術指標對比分析

以上方案底板長寬尺寸均為：400mm、800mm，現澆板厚度為400mm，忽略浮力對底板配筋影響。如下圖一所示為4種方案經濟技術指標分析結果：

土方單價28元/m3，C35砼單價550元/m3，螺紋鋼筋4400元/噸。

通過對比試驗數據分析可知，在保證底板混凝土用量一致情況下，混凝土用量，方案4用量最多，方案1混凝土用量最少。綜合成本低到高排序為：方案4<方案1<方案3<方案2。

（四）結論分析

通過對比試驗數據，在人防地下室頂板結構選擇方面分析如下：

方案1應用大板梁板結構會導致層高較高，土方開挖量大，但綜合考慮總成本相對并不高;

方案2應用主次梁梁板層高相對減少不多，因為人防最小板厚及最小配筋率要求，板厚減少的50mm砼量被梁的增加砼梁基本抵消，且因為梁的增多，人防配筋率要求下，鋼筋量上升較多，導致該方案綜合造價最高;

方案3應用加腋大板梁板結構層高與方案1無變化，板厚減少的50mm砼量被加腋的增加砼梁基本抵消，鋼筋用量稍微減少，綜合造價比方案1略高一點;

方案4應用無梁樓蓋結構，結構需要加厚板厚，混凝土量相對較大，且按人防要求無梁樓蓋配筋率需按0.3%，但無梁樓蓋結構可以壓低項目層高，梁的配置減少，綜合成本相對較低，但考慮無梁樓蓋人防構造要求較多，暗梁等構件基本構造量較大，其成本優勢不明顯。

無梁樓蓋可以一定程度上減小層高，減少工程量的同時，降低施工總成本，具有較好經濟性，但無梁樓蓋的設計較復雜及施工難度較大，實際工程事故頻發，應當謹慎選擇;相對而言，普通的大板梁板結構相對主次梁結構及大板加腋板梁板結構成本具體優勢，且施工相對簡單成熟，適合大部分人防地下室結構設計。

當然，在選擇頂板結構類型時，還應當充分考慮所需材料的價格變化，基礎施工及基坑支護選擇等對造價影響，綜合考慮選擇最合理且最經濟的頂板結構。

結束語

綜上所述，隨著我國經濟不斷發展，人防工程項目逐漸增多，在地下人防工程設計過程中，對于頂板結構選取，不僅應當結合設計規范選擇符合設計條件的頂板結構，同時也應當考慮經濟效益，通過對項目總成本進行對比，選擇最為適合的頂板結構，在保證地下人防工程穩定性的同時，使得項目經濟性更強，推動地下室人防工程建設不斷發展進步。

參考文獻：

[1]曾桂新. 人防地下室頂板的結構選型分析[J]. 建筑工程技術與設計， 2017， 000（011）：2605-2606.

[2]韋熙玲. 人防地下室結構設計的選型分析[J]. 建筑技術開發， 2019（10）：7-8.

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