吳榮先 南京興華建筑設(shè)計研究院股份有限公司工程師

為了避免自然災害對高層建筑的居民造成影響，建筑設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合高層建筑的具體情況做好人民防空工程的建設(shè)工作。人民防空工程的建設(shè)目的主要是保證居民的生存安全，避免突發(fā)災害到來時造成集中性的人身傷亡。人防工程中不僅要重視工程建設(shè)質(zhì)量，還需為居民準備醫(yī)療救護裝備以及物資供給。

1 高層建筑人防工程概述

目前，高層建筑的人防工程主要分為附建式、單建式、地道式以及坑道式等，人防工程的種類需要依據(jù)建筑物的地形進行選擇。其中，地道式工程（見圖1）主要集中在平地地區(qū)，該類工程通常屬于暗挖工程；坑道式的工程主要集中在山地和丘陵地區(qū)，大部分是施工地面高于最低出口的暗挖工程，與地道式工程的實施原則正好相反；附建式工程是人們常說的防空地下室，主要用于阻擋外來的攻擊，應(yīng)用較為廣泛，通常上部為堅固的地面性建筑物，但是在修建前一定要根據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定開展建筑修建工作；單建式人防工程主要修建在地下土層中間，工程建設(shè)內(nèi)容復雜，并且需要較大的作業(yè)場地，可能會影響附近的地面建筑和地下管道[1]。

圖1 地道式工程

2 高層建筑人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

2.1 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

目前，為了減少突發(fā)性事件對高層建筑居民生活的影響，我國開始根據(jù)高層建筑的具體情況，制定人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)規(guī)定。但是在人防工程建設(shè)的過程中，因為計劃方案過于復雜，人口眾多，導致在設(shè)計方案的過程中出現(xiàn)了一些問題[2]。

人防工程主要是為了抵抗地震帶來的威脅，避免因為戰(zhàn)爭等不可抗力因素對居民造成傷害，由此可知人防工程需要抵抗強大的外力，因此應(yīng)該謹慎選擇建筑材料。我國地震頻發(fā)，不同地區(qū)的地震強度不同，由于高層建筑的數(shù)據(jù)測量較為頻繁，工程設(shè)計人員通常會根據(jù)個人的設(shè)計經(jīng)驗制定方案，從而會出現(xiàn)很多誤差，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計圖如圖2所示。

2.2 抗風結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

由于在較高的區(qū)域經(jīng)常會遇到強度較大的狂風，因此高層建筑物很容易受到大風的影響。工程設(shè)計人員在制定方案時，也需要從該角度出發(fā)進行抗風結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計（見圖3），但是由于高層建筑自身存在的問題，導致工程建設(shè)的進行受到了阻礙。

圖3 消防設(shè)施

第一，抗風結(jié)構(gòu)設(shè)計易受風力影響。高層建筑的風力強度也隨著天氣的變化不斷變化，如果風力過大，人防工程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會與建筑物之間產(chǎn)生摩擦和震動現(xiàn)象?？癸L結(jié)構(gòu)設(shè)計易受建筑風力影響，嚴重時會威脅人身安全，出現(xiàn)墻體裂縫、建筑塌陷等現(xiàn)象。第二，一些工程設(shè)計人員對于高層建筑結(jié)構(gòu)特點不夠了解，導致制定的方案不夠合理[3]。不同的建筑結(jié)構(gòu)需要選擇不同的重力點，如果建筑重力點判斷錯誤，很有可能造成重力方向與地面作用產(chǎn)生偏差。

2.3 消防結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

為了避免突發(fā)性的火災給居民帶來困擾，每一棟居民樓都需要安裝消防設(shè)施（見圖4），建筑設(shè)計人員在制定結(jié)構(gòu)方案時，應(yīng)當提前了解高層建筑物消防通道的所在位置，但是由于高層建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復雜，在進行工程建設(shè)時也產(chǎn)生了大量的問題。

圖4 人防工程組成

第一，高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復雜。因為高層建筑較普通建筑來說，內(nèi)部的建筑結(jié)構(gòu)過于繁瑣，并且不同建筑物需要的建筑材料有所不同，設(shè)計方案的內(nèi)容也較為復雜。其中，高層建筑內(nèi)部包括消防設(shè)施、逃生樓梯、電梯設(shè)備、戰(zhàn)士出口等建筑結(jié)構(gòu)，并且人員居住場所較為緊湊。為了盡可能減少建筑面積浪費情況，保證高層建筑居民的正常生活，建筑設(shè)計人員應(yīng)當提前了解建筑內(nèi)部的相關(guān)信息，制定出切實可行的方案。第二，因為高層建筑自身具有風力大、空氣流動性強的特點，因此在高層建筑產(chǎn)生火災時，短時間內(nèi)就會迅速蔓延，并且涉及面較廣，會對社會安全造成不良影響。第三，我國大部分地區(qū)都以高層建筑為主，并且所有高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大多數(shù)都是垂直的形態(tài)。一旦出現(xiàn)火災，這種建筑形態(tài)不僅不利于開展消防工作，還不利于疏散居民[4]。

3 高層建筑的人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計策略探究

高層建筑人防工程具有較大的特殊性，設(shè)計人員務(wù)必要保證工程結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟實用效果，不僅要充分突出其應(yīng)有的預防價值，還要保證工程結(jié)構(gòu)的使用壽命與防護性能。在強化人防工程綜合效能的基礎(chǔ)之上，一一落實必要性的設(shè)計需求。一方面，設(shè)計人員應(yīng)當從人防工程建筑的抗震結(jié)構(gòu)上、抗風結(jié)構(gòu)上、消防結(jié)構(gòu)上進行合理的優(yōu)化與完善，強化其內(nèi)部荷載能力。另一方面，設(shè)計人員要杜絕逃生通道成為逃生死角情況的發(fā)生，盡可能為人們與留出充足的疏散、逃離空間，人防工程組成如圖4 所示。

3.1 優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

人防工程建設(shè)是為了保障高層建筑居民的人身安全，其中工程的抗震性是否達到一定的水平，標志著地震到來時人防工程是否能夠抵御外來的威脅。因此建筑設(shè)計人員在方案設(shè)計中應(yīng)當注重提升工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，減少突發(fā)自然災害對居民的影響。

首先，嚴格按照實際情況選擇建筑材料。為保證內(nèi)部建筑材料的質(zhì)量，工作人員應(yīng)當做好調(diào)查工作，提前了解建筑內(nèi)部的具體情況，根據(jù)不同場所進行合理安裝，根據(jù)高層建筑的具體情況設(shè)計承載力的分布體系。為了使工程建設(shè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，不斷提高人防工程的穩(wěn)定性，設(shè)計人員應(yīng)當根據(jù)高層建筑垂直形態(tài)的特點選擇建筑構(gòu)件。

其次，制定合理的設(shè)計方案。如果地震的強度過大很有可能產(chǎn)生地基沉降現(xiàn)象，進而會破壞人防工程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，建筑設(shè)計人員在確定設(shè)計方案時，應(yīng)充分考慮地基的建設(shè)情況，并根據(jù)高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整方案[5]。

最后，保證上部結(jié)構(gòu)與樁箱的高度持平。建筑設(shè)計人員應(yīng)當詳細了解樁箱安裝的深度，及時根據(jù)樁箱上部的物體結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，盡量保證上部結(jié)構(gòu)與樁箱的高度持平[6]。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠增加建筑之間的承重力，從而間接提高人防工程的抗震能力。

3.2 優(yōu)化抗風結(jié)構(gòu)

首先，提高工程建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。為了保證工程建設(shè)不出現(xiàn)問題，工作人員應(yīng)當選擇級配比較高的砂石，并提前利用砂石進行回填，根據(jù)緊密程度進行選擇，盡可能保證建筑內(nèi)部不出現(xiàn)傾覆的可能[7]。其次，合理選擇非承重構(gòu)件。非承重構(gòu)件的合理選擇不僅能夠提高人防工程的建筑質(zhì)量，還可以減少風力對建筑物造成的損傷。在工程建設(shè)過程中，為保證工程建設(shè)順利進行，設(shè)計人員應(yīng)當合理選擇非承重構(gòu)件。在人防工程中，耗能減震系統(tǒng)起到了重要作用，該系統(tǒng)主要由剪刀墻、樓板、耗能支撐等建筑構(gòu)件組成。為了保證減震系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮作用，設(shè)計人員應(yīng)當合理設(shè)計減震系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不斷增強耗能減震的效果[8]。最后，減少因天氣情況對高層建筑造成的影響。風力過大可能會導致建筑出現(xiàn)裂縫，嚴重時會威脅居民的人身安全。因此工作人員應(yīng)當根據(jù)當?shù)氐木唧w情況，在高層建筑的基礎(chǔ)上，針對風力較大的區(qū)域?qū)ㄖM行加固，在保證工程建筑穩(wěn)固性的基礎(chǔ)上加強建筑內(nèi)部的荷載內(nèi)力[9]。

3.3 優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先，合理設(shè)計防火間距。為了減少人員傷亡，在制定人防工程計劃時，應(yīng)當充分考慮居民的人身安全，及時根據(jù)建筑物的內(nèi)部情況進行調(diào)整，合理設(shè)計防火間距。因為測量防火間距存在一定的危險性，因此工作人員應(yīng)當合理選擇測量方式，在保證工作人員人身安全的基礎(chǔ)上開展相關(guān)工作，詳細計算每棟建筑物之間的距離以及每棟建筑物中可燃物件邊緣之間的距離[10]。

其次，要優(yōu)化內(nèi)部分割結(jié)構(gòu)。為避免火勢蔓延，工作人員應(yīng)當重視內(nèi)部分割結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣不僅能夠為居民爭取更多的逃生時間，還可以避免煙霧快速擴散。

最后，合理設(shè)置疏散通道。大部分高層建筑的疏散路線為垂直型，并且在發(fā)生火災時所有電梯都會停用，整個建筑物斷電會導致逃生路口成為死角。因此，設(shè)計人員應(yīng)當將疏散通道設(shè)置在樓梯間，這樣不僅能夠減少火勢蔓延，還可以讓居民有序撤離，減少人員傷亡，疏散通道如圖5 所示。

圖5 疏散通道

4 結(jié)語

近年來，自然災害逐漸增多，國家更加重視建設(shè)高層建筑人防工程。為保證工程的質(zhì)量，設(shè)計人員應(yīng)當根據(jù)當?shù)亟ㄖ锏木唧w情況開展相關(guān)工作，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中不僅要考慮高層建筑存在的問題，還需要控制施工的成本。