人防地下室构造设计

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1工程概况

佛山某建筑工程由一座高层办公塔楼和两座高层商务办公、公寓楼以及商业裙房组成，用地面积约为12800m2，其中A塔地上26层，B塔地上15层，C塔地上24层，均为框架剪力墙结构；建筑群地下3层，在地下3层局部设人防地下室，按战时二等人员掩蔽所6级防空设计，人防区设置3个防护单元，每个单元又分为两个抗爆单元。该工程基础为钢筋混凝土筏板基础，地基持力层为中风化板岩层和中风化辉绿岩层。

2人防结构设计的特点

防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等构件的结构设计；二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备）。其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计。这些内容的结构设计与一般的结构设计有如下不同：

（1）结构设计的可靠性可以降低，一般建筑结构pf＝l0%，而人防结构pf＝6%。

（2）考虑结构的动力响应

（3）结构构件可考虑进入塑性工作状态。对防空地下室中钢筋混凝土结构构件（如顶板、外墙、临空墙）来说，处于屈服后开裂状态仍属正常的工作状态，这样可充分利用材料的潜力，如受弯构件，在屈服后还要经历很大变形才会完全坍塌，因此考虑塑性阶段工作，可承受更大动力荷载，有较大经济意义。

（4）材料设计强度可以提高。实验表明，在快速加载的情况下，材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用。例如钢材强度可提高1.15～1.5倍，混凝土强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的。

（5）重视构造要求。人防设计的许多构造要求是与一般的建筑与结构设计不同的，要求更为严格，故仅仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。

根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则：①平战结合，取控制条件，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则由地下室结构型式的不同而由实际情况确定；②在动荷载作用下结构变形极限，规范（GB50038－2005）规定用允许延性比控制，由于在确定各种结构构件的延性比时，已考虑了对变形的限制和防护密闭的要求，因而在结构计算中不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算；③只考虑一次核袭击，并且根据防护要求和受力情况做到结构各个部位的抗力相协调，以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏，失去整个防护建筑的作用，地面与地下承重结构体系要协调，不能出现两者强弱相差较大的情况。了解了结构人防设计的特点及原则之后，首先必须确定计算所需的荷载值。

3等效静荷

等效静荷载是对核爆动荷载进行简化动力分析得出的荷载值，为作用在结构构件上动荷载最大值与系数的相乘积，其值与地面超压值、动荷载波形、构件工作阶段及允许延性比有关。当条件符合时可由规范（GB50038－2005）中直接查取，当条件不符合时，应按规范中公式进行计算。

4荷载组合

作用在防空地下室结构上的荷载，应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等，结构设计时可根据工程的结构特点结合表格确定所需进行荷载组合的项目，本工程各个部位参与组合的荷载分别为：①顶板。顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值。②侧墙。竖向：顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重标准值（仅有局部剪力墙部位），外墙自重标准值。横向：核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。③内承重墙（柱）。在本工程中，将平时和战时的荷载值进行对比不难发现，战时所增加的顶板核爆动荷载标准值小于平时各楼层的活荷载标准值之和，故此部位构件不由战时条件控制。

5孔口防护

孔口防护包含3部分设计内容：一是防护密闭门与消波系统的设计；二是出入口通道内临空墙、门框墙的设计；三是孔口其它构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等设计。其中第二、三条中的临空墙、相邻单元之间的隔墙上面已说到了荷载的确定，可按一般墙体的计算模式，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，但必须注意的是因平时使用时需要的出入口通道较宽，而战时又相应较窄，这样有可能会使门框墙的悬臂长度过长，而使水平筋过大，这种情况下，可考虑在不影响功能使用的前提下，加设柱、梁改变门框墙的受力型式，得到较为经济的设计效果，风井的设计中只计算土中压缩波的压力，对空气冲击波则不予考虑，因两者不会同时作用。开敞式通道更不考虑核爆动荷载，只考虑静土侧压力，而防倒塌棚架的设计分竖向和横向两项，竖向为倒塌荷载50kN/m2，属静载，横向力即动压设计值q，由规范（GB50038－2005）第4.5.10条确定，这两项受力作用时间存在间隔，不考虑同时作用。

6结束语

总之，防空地下室设计是工程建设中经常遇到的问题。它的荷载确定、内力分析和结构设计都具有自身的特点。防空地下室作为建筑的一部分，平时的用途也越来越广泛，因此如何协调好技术与经济在建设工程中的相互关系，是每个设计人员应该认真考虑的。