高层建筑人防地下室结构设计

摘要：随着社会经济的不断发展, 城市建设和人防建设不断结合。高层建筑人防地下室结构设计是工程建设中经常会遇到的问题,它的荷载确定、内力分析和结构设计都具有自身的特点。本文首先阐释了人防地下室结构设计主要内容，接着研究了人防地下室结构设计特点，最后探讨了结构设计的几个关键方面，供业内人士参考。

关键词：高层建筑；人防地下室；内容；特点；结构设计

中图分类号： TU97 文献标识码： A

近年来，我国经济高速持续发展，城市建设规模和建设水平不断提高，城市地下空间的开发与利用越来越受到人们的重视，同时人们对城市综合防灾能力的要求也越来越高。作为与城市建设相结合的人民防空工程建设，尤其是人民防空地下室工程的建设得到空前发展。在民用建筑设计中，高层住宅及写字楼由于使用需要，通常设置裙房以及地下停车场，主楼地下室与裙房地下室连为一体，形成大底盘结构，平时用作地下车库和设备房间，战时部分用作人防地下室。此类地下室一般面积大，结构形式复杂，与平时使用关联较多，设计中在结构本身强度满足人防工程建设要求的前提下，还要考虑到平时使用时的功能特点和要求，统筹规划才能达到平战结合的设计要求。特别在经济发达的地区和城市，繁华的商业地段成为地下空间开发的热点和焦点，其地下空间的利用离不了以防灾救灾为目的的人防工程。

一人防地下室结构设计主要内容

人防即人民防空，是一国现代国防系统的重要内容，也是城市安全建设的需要。人防地下室的结构设计主要包括：地下室的主体结构设计和地下室孔口的防护设计两个方面的内容，前者又包括了地下室顶板设计、地下室底板设计以及地下室外侧墙设计等三方面，后者又包括地下室出入口的防护设计和消波系统的防护设计等两个方面。

二人防地下室结构设计特点

1结构设计的可靠度可以降低。对裂缝开展以及地基承载力与地基变形可不进行验算。

2考虑结构的动力效应,结构构件可考虑进入塑性工作状态。只要动荷载引起的最大变形不超过允许最大变形,则在这种瞬间动荷载作用消失以后, 由于阻尼影响,其振动变形将不断衰减, 最后能达到某一静止平衡状态。在防空地下室设计中, 结构构件工作状态是用允许延性比来表示。允许延性比为构件允许最大变位与其弹性极限变位的比值。

3材料强度设计值可以提高。钢材强度设计值可提高1.120-1.150倍, 混凝土强度设计值可提高1.140-.1150倍,砌体强度设计值可提高1.120-1.130倍。这是根据普通工业与民用建筑规范中材料分项系数、材料在快速加载作用下的动力强度提高系数和对防空地下室结构构件进行可靠度分析后综合确定的, 故称为材料强度综合调整系数。在截面承载力验算中, 对材料设计强度应取静力作用下材料强度设计值乘以材料强度综合调整系数, 即取材料动力强度设计值。

4构造要求的不同，人防设计的许多构造要求与一般的建筑设计不同,要求更为严格。

5常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载作用下, 人防地下室结构动力分析可采用等效静荷载法, 在等效静荷载和静荷载确定后按静力计算方法进行结构内力分析。

6由于常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载均只按一次作用考虑,因此结构构件可考虑进入塑性工作状态,按弹塑性工作阶段计算结构内力,可承受更大的动力荷载,因此有较大的经济意义。

三结构设计

1主体结构设计

建立电算模型：一般的工程梁、板等部分构件采用PK-PM软件进行设计，电算模型的建立是在建筑专业提供资料后进行的，主要从以下两个步骤出发：

第一步，在附建式人防工程中，需要和主楼的设计相互协调配合，在满足人防要求的前提下，人防地下室的竖向承重构件应与主楼保持一致。在主楼结构电算模型基础上增添人防结构构件，如口部、车道布置等，然后进行梁板区格划分，在荷载输入菜单中布置各个房间的恒活荷载和人防等效荷载。第二步，确定电算参数，首先在PMCAD的“本层信息”中填写混凝土和钢筋强度等级、板厚等信息，在“设计参数”中填写逐一填入结构体系、地下室层数、梁柱保护层厚度和地震信息等参数，以上信息都输入完成以后，再应用SATWE进行结构内力分析计算后，就可以得到考虑人防荷载作用的梁配筋结果。

对计算结果的分析：若SATWE的计算结果表明是梁超配筋的话，则可以通过增加梁的高度或宽度的办法来修正，如果增加梁的高度，则需要与其他专业商量，以保证地下室的净高。也可以通过提高混凝土强度等级或钢筋级别的办法来调整。

外墙、临空墙、人防底板等构件的设计：人防外墙除承受由土压力、水压力及地面堆载活荷载产生的水平压力，还要考虑武器爆炸产生的水平动荷载和顶板传来的动荷载。所以人防外墙需要按照是否施加人防荷载分别设计，并取其中最不利荷载工况作为控制条件进行设计。当不考虑人防荷载时，就是普通的地下室挡土墙，按照上端铰支、下端固结支承的弹性板进行设计，并验算其裂缝和挠度。当考虑人防荷载时，按照上端铰支、下端固结支承的塑性板进行设计，不验算其裂缝和挠度。

临空墙在水平荷载作用下可根据墙长与墙宽的不同按四边支承双向板或两边支承的单向板用弹塑性方法计算分析内力各构件之间支承条件应按接近于实际情况选取。人防地下室底板可不考虑常规武器爆炸作用，由武器爆炸产生的动荷载可不验算地基承载力和地基变形。

2人防口部设计

人防口部设计包含出入口通道内临空墙与门框墙的设计、防护密闭门与消波系统的设计和孔口其它构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道的设计三部分内容。临空墙、相邻单元之间的隔墙可按一般墙体的计算模型,考虑人防设计的特点计算出内力和钢筋；而门框墙的设计一般是按悬臂梁计算。开敞式通道(室外通道无顶盖段)不考虑核爆动荷载,只考虑静土侧压力。防倒塌棚架的设计分竖向和横向两项,竖向力即为倒塌荷载50 kN /㎡；横向力即动压设计值qe ,由《规范》第4.8.10条确定,这两项受力作用时间存在间隔,故不考虑同时作用。消波系统一般由防爆波活门及扩散室组成,防爆波活门的选用和扩散室各部分的尺寸均可在《规范》中找到相应的表格和公式来确定。扩散室前墙即安装悬板活门的墙面为临空墙,墙面本身承受的荷载及活门传来的荷载均按临空墙等效静荷载标准取值,扩散室与土直接接触的顶板、底板及外墙可按土中压缩波压力确定荷载。

四结语

在城市地下空间开发利用进程中，结合城市建设积极推进人防工程建设进程，坚持贯彻“长期准备，重点建设，平战结合”的人防建设方针，大力提高人防工程的战备效益、社会效益、经济效益和环境效益，适应市场经济发展要求，实现高技术局部战争对现代人防的要求。合理利用地下空间，为地面创造开敞空间，符合现代城市建设紧凑化及人文关怀的新理念，同时发展地下工程技术和各项保障技术，提高建设、规划和管理的科技含量，提高城市地下空间开发利用的现代化水平，加强地下工程的设计和施工技术的研究，加强防水、防火、防护、防灾技术的研究，提高地下空间安全性舒适性及经济性。

参考文献：

[1]GB50038-94. 人民防空地下室设计规范[S].

[2]GBJ68-84. 建筑结构设计统一标准[S].

[3]GBJ9- 87. 建筑结构荷载规范[S] .

[4] 中国建筑设计研究院. GB50038- 2005人民防空地下室设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社,2005,1.

[5] 中国建筑科学研究院. GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2002,1.