人防地下室構(gòu)造設(shè)計

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1工程概況

佛山某建筑工程由一座高層辦公塔樓和兩座高層商務(wù)辦公、公寓樓以及商業(yè)裙房組成，用地面積約為12800m2，其中A塔地上26層，B塔地上15層，C塔地上24層，均為框架剪力墻結(jié)構(gòu)；建筑群地下3層，在地下3層局部設(shè)人防地下室，按戰(zhàn)時二等人員掩蔽所6級防空設(shè)計，人防區(qū)設(shè)置3個防護單元，每個單元又分為兩個抗爆單元。該工程基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，地基持力層為中風(fēng)化板巖層和中風(fēng)化輝綠巖層。

2人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括頂板、外側(cè)墻、底板等構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；二是孔口防護設(shè)計，包括出入口的防護和消波系統(tǒng)（防護設(shè)備）。其中出入口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道（包括風(fēng)井）的計算等幾個方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門的選用和擴散室（箱）的設(shè)計。這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計與一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計有如下不同：

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性可以降低，一般建筑結(jié)構(gòu)pf＝l0%，而人防結(jié)構(gòu)pf＝6%。

（2）考慮結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件可考慮進入塑性工作狀態(tài)。對防空地下室中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如頂板、外墻、臨空墻）來說，處于屈服后開裂狀態(tài)仍屬正常的工作狀態(tài)，這樣可充分利用材料的潛力，如受彎構(gòu)件，在屈服后還要經(jīng)歷很大變形才會完全坍塌，因此考慮塑性階段工作，可承受更大動力荷載，有較大經(jīng)濟意義。

（4）材料設(shè)計強度可以提高。實驗表明，在快速加載的情況下，材料力學(xué)性能發(fā)生比較明顯的變化，主要表現(xiàn)為強度提高，但變形性能包括塑性性能等基本不變，這對結(jié)構(gòu)工作起到有利作用。例如鋼材強度可提高1.15～1.5倍，混凝土強度可提高1.5倍，這是在設(shè)計中考慮材料強度綜合調(diào)整系數(shù)來完成的。

（5）重視構(gòu)造要求。人防設(shè)計的許多構(gòu)造要求是與一般的建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的，要求更為嚴格，故僅僅只考慮受力計算，不考慮構(gòu)造措施是不合理的。

根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，我們可以確定防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則：①平戰(zhàn)結(jié)合，取控制條件，在民用建筑的人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般只涉及5級或6級人防設(shè)計，結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時控制，而側(cè)墻和底板則由地下室結(jié)構(gòu)型式的不同而由實際情況確定；②在動荷載作用下結(jié)構(gòu)變形極限，規(guī)范（GB50038－2005）規(guī)定用允許延性比控制，由于在確定各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性比時，已考慮了對變形的限制和防護密閉的要求，因而在結(jié)構(gòu)計算中不必再單獨對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫開展進行驗算；③只考慮一次核襲擊，并且根據(jù)防護要求和受力情況做到結(jié)構(gòu)各個部位的抗力相協(xié)調(diào)，以免因設(shè)計控制標準不一致而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部先行破壞，失去整個防護建筑的作用，地面與地下承重結(jié)構(gòu)體系要協(xié)調(diào)，不能出現(xiàn)兩者強弱相差較大的情況。了解了結(jié)構(gòu)人防設(shè)計的特點及原則之后，首先必須確定計算所需的荷載值。

3等效靜荷

等效靜荷載是對核爆動荷載進行簡化動力分析得出的荷載值，為作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上動荷載最大值與系數(shù)的相乘積，其值與地面超壓值、動荷載波形、構(gòu)件工作階段及允許延性比有關(guān)。當條件符合時可由規(guī)范（GB50038－2005）中直接查取，當條件不符合時，應(yīng)按規(guī)范中公式進行計算。

4荷載組合

作用在防空地下室結(jié)構(gòu)上的荷載，應(yīng)包括核爆動荷載、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及防空地下室的自重等，結(jié)構(gòu)設(shè)計時可根據(jù)工程的結(jié)構(gòu)特點結(jié)合表格確定所需進行荷載組合的項目，本工程各個部位參與組合的荷載分別為：①頂板。頂板核爆動荷載標準值，頂板靜荷載標準值。②側(cè)墻。豎向：頂板傳來的核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重標準值（僅有局部剪力墻部位），外墻自重標準值。橫向：核爆動荷載產(chǎn)生的水平動荷載標準值、土壓力、水壓力。③內(nèi)承重墻（柱）。在本工程中，將平時和戰(zhàn)時的荷載值進行對比不難發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)時所增加的頂板核爆動荷載標準值小于平時各樓層的活荷載標準值之和，故此部位構(gòu)件不由戰(zhàn)時條件控制。

5孔口防護

孔口防護包含3部分設(shè)計內(nèi)容：一是防護密閉門與消波系統(tǒng)的設(shè)計；二是出入口通道內(nèi)臨空墻、門框墻的設(shè)計；三是孔口其它構(gòu)件，如風(fēng)井、防倒塌棚架、開敞式通道、相鄰單元之間的隔墻等設(shè)計。其中第二、三條中的臨空墻、相鄰單元之間的隔墻上面已說到了荷載的確定，可按一般墻體的計算模式，考慮人防設(shè)計的特點計算出內(nèi)力和鋼筋，而門框墻的設(shè)計一般是按懸臂梁，但必須注意的是因平時使用時需要的出入口通道較寬，而戰(zhàn)時又相應(yīng)較窄，這樣有可能會使門框墻的懸臂長度過長，而使水平筋過大，這種情況下，可考慮在不影響功能使用的前提下，加設(shè)柱、梁改變門框墻的受力型式，得到較為經(jīng)濟的設(shè)計效果，風(fēng)井的設(shè)計中只計算土中壓縮波的壓力，對空氣沖擊波則不予考慮，因兩者不會同時作用。開敞式通道更不考慮核爆動荷載，只考慮靜土側(cè)壓力，而防倒塌棚架的設(shè)計分豎向和橫向兩項，豎向為倒塌荷載50kN/m2，屬靜載，橫向力即動壓設(shè)計值q，由規(guī)范（GB50038－2005）第4.5.10條確定，這兩項受力作用時間存在間隔，不考慮同時作用。

6結(jié)束語

總之，防空地下室設(shè)計是工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的問題。它的荷載確定、內(nèi)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計都具有自身的特點。防空地下室作為建筑的一部分，平時的用途也越來越廣泛，因此如何協(xié)調(diào)好技術(shù)與經(jīng)濟在建設(shè)工程中的相互關(guān)系，是每個設(shè)計人員應(yīng)該認真考慮的。