何靖宇

摘要：人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計既要保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、荷載能力，又要強(qiáng)調(diào)其平站轉(zhuǎn)換性能，本文結(jié)合實(shí)際工程，探討了人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題，包括人防地下室設(shè)計原則、結(jié)構(gòu)選型等，希望給同行提供借鑒。

關(guān)鍵詞：人防地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)形式

1.工程概況

本工程位于某市中心的矩形地塊內(nèi)。地面建筑為4棟26層的高層住宅建筑，地上建筑總面積為62792.33m2。地下共1層，整個地下室為人防工程，面積為10938.9 m2。人防抗力等級為核5級常5級

2.人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

人防是根據(jù)國防的需要，動員和組織群眾采取防護(hù)措施，防范和減輕空襲災(zāi)害。與普通的地下室相比，人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點(diǎn)是要考慮戰(zhàn)時武器爆炸動荷載的作用。人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)本著以下原則：

2.1人防地下室結(jié)構(gòu)要進(jìn)行強(qiáng)度驗算。在核爆炸動荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形達(dá)到極限使用延性比來控制確定各種構(gòu)件允許延性比時，充分考慮變形的限制和防護(hù)密閉要求，那樣就沒必要對結(jié)構(gòu)變形和裂縫進(jìn)行單獨(dú)的驗算了。

2.2無論防空設(shè)施面對常規(guī)武器，還是核武器的摧毀，設(shè)計時要求只考慮收到一次作用力的后果，受常規(guī)武器襲擊可暫不考慮直接命中。對于一級防空地下室結(jié)構(gòu)，以可能受到最強(qiáng)烈的情況進(jìn)行設(shè)計計算。

3. 人防工程結(jié)構(gòu)形式以及計算要點(diǎn)

3.1 人防頂板是整個人防工程中受最大人防荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。人防頂板的荷載結(jié)構(gòu)分析主要分為以下兩種組合：①頂板靜荷載+活荷載，需要考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫；②頂板靜荷載+爆炸等效靜荷載，此工況下可不考慮構(gòu)件的裂縫。

人防頂板的結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)行可分為以下幾種：梁板框架結(jié)構(gòu)和無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，而無梁樓蓋又可分為普通無梁樓蓋；預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋以及現(xiàn)澆空心樓板無梁樓蓋。以下作深入分析各種結(jié)構(gòu)形式的合理性以及經(jīng)濟(jì)性

3.1.1梁板框架結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)形式中最普遍的一種結(jié)構(gòu)形式，但由于人防荷載比較大，采用梁板框架結(jié)構(gòu)的人防地下室層高需要比較高。以最低的人防抗力等級為例，主梁的高度最小取柱跨的1/7，如8m的柱網(wǎng)跨度，主梁的高度為1.2m，加上設(shè)備管道的高度約0.5m，合共約1.7m。由此可知，該人防地下室的層高需在4m以上。從而導(dǎo)致地下室的埋深較深。地下室的埋深是決定地下室工程造價的一個重要因素，而且也會影響結(jié)構(gòu)的計算的難度。當(dāng)?shù)叵率衣裆钶^深時，地下水反力增大，挖土方量增加以及基坑支護(hù)的難度也會增大，最終會影響工程造價。

3.1.2普通無梁樓蓋結(jié)構(gòu)是一種常用于對凈空要求比較高，荷載比較大，柱網(wǎng)跨度比較大的工程，現(xiàn)在的人防地下室工程多采用無梁樓蓋這一結(jié)構(gòu)形式。但當(dāng)人防地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位或柱網(wǎng)區(qū)格內(nèi)長短跨之比大于1.5，以及頂板標(biāo)高變化比較多的時候，均不宜選用該結(jié)構(gòu)形式。無梁樓蓋相對梁板結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)來說，具有一定的優(yōu)勢：①在鋼筋及混凝土量上，與梁板結(jié)構(gòu)相差不多，但由于無梁樓蓋以平板為主，在模板的施工上會帶來很多便利，可以使工期縮短。而在鋼筋施工方面上，由于無梁樓蓋的主要為板鋼筋，分布比較均勻，施工操作相對簡單，更能保證施工的質(zhì)量。而梁板結(jié)構(gòu)的梁鋼筋比較集中，特別是梁支座面筋比較密，經(jīng)常造成施工時梁面筋過密而難以澆筑混凝土及放震動棒，從而容易形成蜂窩，施工質(zhì)量難以得到保證。②人防地下室的層高與埋深是影響地下室造價的關(guān)鍵因素，如例：本工程的人防地下室，人防抗力等級為核5級常5級，覆土厚度為0.9m，柱跨為8mX8m。在結(jié)構(gòu)設(shè)計初期，嘗試采用梁板結(jié)構(gòu)形式，但由于荷載比較大，無論是平時還是戰(zhàn)時，從而導(dǎo)致主框架梁的截面比較大。需要做到600X1300，井字梁需做到400X900，但由于地下室層高只有3.6m，不滿足凈高的要求，所以只有增加高度或者改變頂板的結(jié)構(gòu)形式這兩種方法。而采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式，樓板厚度只要0.45m后就可以滿足要求，滿足甲方的使用要求。從此例子可知，地下室的凈空采用無梁樓蓋的時候凈高可以多出0.85m。而地下室凈高一樣的情況，無梁樓蓋的人防地下室的基坑可以少開挖0.85m，外墻以及支護(hù)樁的計算長度，施工高度少了0.85m，底板的水壓反力可減少8.5KN/㎡.所以最終采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式。

3.1.3預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋，在《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》GB50038-2005中沒有明確規(guī)定人防頂板不可以用預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋這一種結(jié)構(gòu)形式。但筆者認(rèn)為由于預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋在平時工況下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到相當(dāng)于戰(zhàn)時的作用反力，由此可見結(jié)構(gòu)構(gòu)件一直受到相當(dāng)大的荷載。會使結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)疲勞破壞。不利于整個工程的安全性。因此筆者認(rèn)為人防地下室不宜采用預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋這一種結(jié)構(gòu)形式。

4. 人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的材料選擇

4.1. 由于人防地下室屬于地下工程，人防地下室選用混凝土的強(qiáng)度等級一般為C25～C35。筆者不建議選用C40以上的混凝土。主要原因有：（1）由于人防地下室的頂板、底板及墻體比較厚。采用越高強(qiáng)度等級的混凝土，其水化熱越大，混凝土越容易開裂。（2）根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010，C25～C35混凝土縱向受力鋼筋的最小配筋率相對C40～C55混凝土中縱向受力鋼筋的最小配筋率要小，對于低抗力等級的人防地下室，采用低強(qiáng)度等級的混凝土，可減少構(gòu)造鋼筋，從而降低含鋼量，減少造價。

4.2 人防地下室鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可采用除冷軋帶肋鋼筋，冷拉鋼筋等經(jīng)冷加工處理的鋼筋以外的鋼筋。根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》GB 50038-2005中的材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)rd，可知HRB335的綜合調(diào)整系數(shù)rd為1.35.（300x1.35=405 N/m㎡），而HRB400的綜合調(diào)整系數(shù)為rd為1.2（360x1.2=432 N/m㎡）?？梢奌RB400級無論在平時或戰(zhàn)時的抗拉強(qiáng)度都比HRB335高。

5. 人防地下室設(shè)計要注意的問題

5.1 甲類防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載的分別作用。設(shè)計時均按一次作用。 設(shè)計人員有時可能習(xí)慣認(rèn)為人防是由核爆動起控制，但以下兩種情況由常規(guī)爆動荷載起控制，設(shè)計時應(yīng)著重注意。

5.1.1頂板底面高出室外地面的常5、常6級防空地下室，其外墻在彈塑性工作階段設(shè)計時，其等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值qce2較核爆動大。注意，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為鋼筋砼結(jié)構(gòu)時，頂板底面不允許高出室外地面。

5.1.2出入口臨空墻的等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值在室外直通式及室外單向式，且其L（L為室外出入口至防密門的距離）≤5m時，常規(guī)武器爆動等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值較核爆動等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值大。

6. 結(jié)束語

人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，在設(shè)計工作中應(yīng)參考相關(guān)規(guī)范和指導(dǎo)，結(jié)合人防地下室具體施工條件和施工環(huán)境，選擇最合適的設(shè)計方法。通過該工程的設(shè)計，筆者發(fā)現(xiàn)含人防地下室設(shè)計的關(guān)鍵是要求防空地下室在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)，除了要滿足平時使用功能要求外，甲類防空地下室還應(yīng)滿足“能夠承受常規(guī)武器爆炸動負(fù)荷的分別作用”的戰(zhàn)時防護(hù)功能的要求，通過“平站轉(zhuǎn)換設(shè)計”這一設(shè)計方法來解決平時與戰(zhàn)時使用要求上可能出現(xiàn)的矛盾并實(shí)現(xiàn)長期準(zhǔn)備，重點(diǎn)建設(shè)，使其在確保戰(zhàn)備效益的前提下充分發(fā)揮社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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