劉建立張茗涵

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基于人防建設的建筑地下室結(jié)構(gòu)的設計分析

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（1.駐馬店誠達置業(yè)有限公司 河南 駐馬店 463000 駐馬店職業(yè)技術(shù)學院建筑工程系 河南 駐馬店 463000)(2.駐馬店職業(yè)技術(shù)學院建筑工程系 河南 駐馬店 463000）

隨著我國經(jīng)濟建設快速的發(fā)展，高層和超高層等建筑在全國各個城市中，相繼的拔地而起，同時隨之而來的還有地下的停車庫，以及地下的商場等大量的興建，所以我國的人防工程建設，正在逐漸走向和城市建設相互結(jié)合的道路。下面就對地下室結(jié)構(gòu)的人防建設進行分析。

人防建設 建筑地下室 城市建設 結(jié)構(gòu)的設計

0.前言

在對地下室結(jié)構(gòu)的設計中，尤其是人防建設的建筑，是建筑施工中非常有難度的一個施工方面。而在經(jīng)濟比較發(fā)達的地區(qū)和城市，或者是比較繁華的商業(yè)地段，已經(jīng)是地下空間開發(fā)的主要地段，同時對地下空間的應用，一定是離不開防災救災的人防工程。下面就對人防工程中的要點問題做進一步的分析。

1. 在材料的選擇方面

人防地下室在設計中，會涉及人防荷載參和結(jié)構(gòu)計算，在這兩個方面一定要乘以材料強度的綜合調(diào)整系數(shù)γd。詳見《人民防空地下室設計規(guī)范》，以下都簡稱為《人防規(guī)范》。

1.1 混凝土的選擇

人防地下室對混凝土強度的要求非常高，一般選用混凝土強度等級是C30到C35。通常都不建議應用C40號以上的混凝土，第一點原因是在C40到C55 的混凝土中，其所受拉鋼筋最小配筋比率是0.3，但是C25到C35的混凝土中，其受拉鋼筋最小的配筋比率是0.25。根據(jù)這個條件可以得知，因為在人防地下室的設計中，一定是要考慮防輻射，還有密閉防毒作用的因素，因為墻體和頂板比較厚，所以在抗力等級比較低的人防地下室結(jié)構(gòu)設計和計算中，會出現(xiàn)非常多的構(gòu)造鋼筋，這些構(gòu)造鋼筋就能滿足受力要求的情況。所以在抗力等級還有平時荷載不太大的情況下，就可以選用強度等級低于 C40 的混凝土，這樣不僅可降低工程的含鋼量，同時還有非常好的經(jīng)濟性。因為人防地下室的墻體和頂?shù)装逍枰惺芤欢ǖ闹亓?，所以其結(jié)構(gòu)是非常厚的，而且所用的混凝土強度登記越高，它的水化熱程度就越大，也就越容易發(fā)生開裂的問題，進而增加了對混凝土養(yǎng)護方面的難度。

1.2 鋼筋的應用選擇

人防地下室在鋼筋的應用上，除了可以應用經(jīng)過冷加工處理，而且延性比較差的鋼筋，讓其作為人防荷載參和計算過程中的受力鋼筋。如果在核爆動荷載的作用下,這種情況結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形就會達到極限，就可以采用允許延性比進行控制。而且在確定各種構(gòu)件所允許的延性比時，已經(jīng)考慮到對鋼筋變形的限制，所以在防空地下室結(jié)構(gòu)的設計中，可以不考慮結(jié)構(gòu)裂縫的問題。

2. 結(jié)構(gòu)設計選型及計算要點

在實際的地下室結(jié)構(gòu)設計和建設當中，一定要對人防地下室的載荷參數(shù)進行詳細的計算，地下室載荷的重要性直接關系到人防結(jié)構(gòu)的安全問題。在計算人防荷載參數(shù)和結(jié)構(gòu)設計時，可以應用塑性的內(nèi)力重新分布分析法來進行計算，這里的塑性元件應用的是彈塑性構(gòu)件。這種方法可以不用考慮風的荷載和地震荷載的因素，這樣就不需要對結(jié)構(gòu)變形因素，還有裂縫開展因素，以及地基的承載力和地基變形因素進行驗算了，但還是要對基礎承載力的強度進行驗算，因為基礎承載力的強度地下室的載荷有很大的影響。所以在對人防地下室進行設計時，對平時人防地下室和戰(zhàn)時的人防地下室都要進行計算，因為這兩種不同的工況，其載荷的數(shù)據(jù)是不一樣的，在計算過程中，選取配筋值一定要取其中最大值。

2.1 頂板

在對人防地下室的頂板進行計算時，在不同的工況下其取值也是不一樣的，第一種是頂板靜荷載加上活荷載的工況計算方法，在這種工況作用下，在計算頂板和頂板梁時，還是要按照平時的要求計算，其內(nèi)容主要有整體的建模，考慮風和地震荷載的影響，還有對最大裂縫的驗算等。在第二種工況的情況下計算，計算方式是頂板的靜荷載加上爆炸等效靜荷載。因為頂板和頂板梁都會受到豎方向荷載力的控制和約束，所以在計算中只進行一層計算內(nèi)力，而且計算方法還用塑性極限思維分析法，在計算中所用到的跨中彎矩的調(diào)整系數(shù)是1.20，而支座彎矩的調(diào)整系數(shù)是0.80，這種計算方式不做活載布置計算，也不需要對裂縫驗算。通過對兩種工況作用下的最終結(jié)果進行比較，選擇其中計算結(jié)果最大的值。在對人防地下室的頂板厚度取值方面，應該根據(jù)《人防規(guī)范》注意對最小防護厚度的選擇,而且根據(jù)《人防規(guī)范》，施工中一定要選用防水混凝土。如果在建設多層的人防地下室，而且上下兩個相鄰樓層被劃分成兩個單獨的防護單元時，它們之間的防護單元樓板一定要選用防護型密閉樓板，而且這種防護型密閉樓板的最小厚度應取 200mm。除此之外，還要注意對人防地下室的頂（底）板，還有墻體，都需要根據(jù)《人防規(guī)范》的要求設置拉結(jié)筋。人防地下室的頂板在一般情況下，都是用梁板式和無梁樓蓋這兩種結(jié)構(gòu)形式進行設計。無梁的樓蓋設計，對整體建筑的抗震性能比較差，在人防地下室的頂板，成為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時，或者是在柱網(wǎng)區(qū)格內(nèi)，其長短的跨度比大于1.5的情況下，還有設計中，頂板標高變化程度比較多的時候，都不適合選用這種無梁的樓蓋結(jié)構(gòu)模式。而梁板式結(jié)構(gòu)的抗震性能相對而言比較好，是人防地下室應用最多的結(jié)構(gòu)形式。

2.2 墻體結(jié)構(gòu)設計

對人防墻體的設計方面，主要包括外墻，臨空墻，還有單元隔墻以及密閉隔墻。而密閉隔墻的受力設計不用考慮。這些需要考慮計算的墻體主要作用都是承受水平方向的爆炸荷載，而計算的模型是單向板，其下端是固端，上端是用頂板剛度來定固或者用簡支。為了簡化這些設計，通常把頂板的厚度要大于等于墻體的厚度，在這個約束條件下，對上端的固端進行設計方面的計算，相反就是對簡支的計算約束條件。門框墻通常都是開孔口的臨空墻，孔口四周被視為是懸臂梁的計算模型，所以要進行分別計算。如果懸臂梁懸挑的長度超過所在孔口邊長的二分之一時，就需要在孔口的邊緣設置一個立柱，或者設置一個橫梁。因為對人防墻體的計算，通常都是以單獨構(gòu)件的方式拿出來計算的，所以在進行結(jié)構(gòu)設計中，特別注意墻體和周邊構(gòu)件彎矩協(xié)調(diào)程度，加強節(jié)點的鋼筋構(gòu)造，避免因為對設計標準控的不一致，而導致有些結(jié)構(gòu)的局部被先行破壞,進而失去了整個防護建筑的作用。

2.3 柱子，底板和基礎的結(jié)構(gòu)設計

在一般情況下，柱子，底板和基礎構(gòu)件是在平時工況下進行控制配筋的。在設計中，主要考慮柱子的承載力，其承載力會在人防的效靜荷載作用下，隨著材料強度不斷提高而提高，柱子主要是依靠混凝土來承載壓力，提高的力度在1.5 倍左右。如果在戰(zhàn)時的工況下，不需要對活荷載進行考慮，而在平時的工況下就不同了，因為上部建筑每一層的疊加，其活荷載甚至比人防的效靜荷載還要大，活荷載的分項系數(shù)是1.4，而人防效靜荷載的分項系數(shù)是1.0，這在計算應用中是一定要記住的。當獨立基礎底板在非飽和的土層時，一定要按照平時的要求進行設計。再在人防等效靜荷載作用下，同時材料的強度也有所提高的條件下，進行構(gòu)件承載力強度驗算。驗算的過程也要注意滿足《人防規(guī)范》的構(gòu)造規(guī)定。

人防地下室結(jié)構(gòu)需要確定準永久值荷載的標準值與等效靜荷載的標準值，確定了兩值后，承載力設計需要采用下列表達進行極限狀態(tài)設計：

式中：γ0——結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，一般取 1.0；γG——永久荷載分項系數(shù)，如果其效應對結(jié)構(gòu)有利時取1.0，不利時取 1.2；SGk——永久荷載效應的標準值；γQ——等效靜載的分項系數(shù)，取 1.0；SQk——等效靜載效應的標準值；R ——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力理論設計值；R (口)——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力函數(shù)；fcd——混凝土動力的強度設計值；fyd——鋼筋(鋼材)動力強度的設計值；ak——幾何參數(shù)標準值。

3. 施工方面的設計應用

人防地下室不僅對防護性的要求高，而且對密閉性要求同樣很高，在現(xiàn)場的施工操作中，混凝土要求在一次過程中就澆筑好，不能發(fā)生事后鑿洞的情況。同時在施工中，一定不能破壞了人防地下室的防護密閉性，所以要求施工人員無論工序進行到了哪個環(huán)節(jié)，工期要求的多么緊迫，都不要著急，以免破壞了防護密閉性，那么會得不償失。在對人防的鋼筋混凝土墻的模板進行安裝時，一定要選用中間的加止水片進行一次性螺栓的安裝加固工作，一定不能采用PVC 套管穿越墻體的方式，還有重復使用螺桿的方式進行，這樣會對墻體和防護層造成很大的破壞。而且在對人防地下室的鋼筋施工中，要保證鋼筋聯(lián)成一個整體，而且還要設止水鋼板，還有穿墻套管，以及埋設防爆波地漏。人防地下室在防護密閉性的需求很重要，一般是不需要設各種形式的縫，主要是設置施工后的澆帶，以及混凝土添加劑的形式，以這種方式來替代變形縫和沉降縫。在施工后，澆帶的位置一定要根據(jù)建筑工程的基礎，還有其以上部位的結(jié)構(gòu)布置，或者是根據(jù)具體的情況來確定。對后澆帶的設置，一定要安排在結(jié)構(gòu)受力非常小的地方,一般情況都是設置在梁，還有板跨度以內(nèi)的三分之一處,因為這個位置的結(jié)構(gòu)彎矩，還有剪力都非常的小。在平面布置方面，一定要注意對后澆帶的布置情況，最好是要和梁達到平行的效果,避免梁的截斷太多,而且在設置時，還要避開人防口部的墻體，還有人防門洞，如果不這樣，在墻體上施工后，就會造成冷縫太多和人防門洞預埋角鋼的截斷問題，施工中可以根據(jù)具體的情況，沿著平面曲折進行通過。

4. 總結(jié)

在對城市地下空間的開發(fā)和利用進程中，一定要結(jié)合城市相關的建設，然后積極進行人防工程建設，其原則就是長期準備，重點建設，平戰(zhàn)結(jié)合。保證了這三個方面的要求，一定會提高人防工程的工作效益，還有社會效益以及經(jīng)濟效益，同時為以后的建設和發(fā)展打下良好的基礎。

[1]中華人民共和國國家標準《人民防空地下室設計規(guī)范》( GB50038 －2005)建設部、家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布,2006 年 3 月 1 日實施．

[2]張劍芳 王中澤，某工程人防地下室結(jié)構(gòu)設計的若干問題的探討［J］.國外建材科技，2006.03．

[3]陳遠森.淺議高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設計中應注意的幾個問題[J].黑龍江科技信息，2008(29):276.

[4]陳璋.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設計常見問題分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009(12)：151-152.

[5]徐氫清.高層建筑超長地下室結(jié)構(gòu)設計的若干問題[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2012（10）

[6]中華人民共和國建設部．建筑抗震設計規(guī)范 (GB 50011—2010)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010．

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