【摘要】隨著我國經(jīng)濟增長的速度不斷提升，我國城市地下室的開發(fā)利用也在不斷提升，因此本文主要就某高層建筑人防地下室設計實例出發(fā)，對人防地下室的組成結果進行詳細的分析后，簡單介紹了人防地下室設計時需要進行的荷載組合以及內力分析。

【關鍵詞】高層建筑；人防地下室；結構設計

0.前言

隨著社會經(jīng)濟和城市建設的不斷發(fā)展，人們對城市綜合防災能力提出了更高的要求，特別是集保障戰(zhàn)時人員與物資掩蔽、防空指揮、醫(yī)療救護等功能于一體的人民防空工程，更是得到了更多的關注。建國以來，人民防空工程得到了空前發(fā)展，已經(jīng)不是人們想象中的防空洞，而是與民用建筑設計緊密結合。當代新型人民防空工程主要遵循的是平戰(zhàn)結合的原則，平時就是高層住宅及寫字樓的地下室或是地下停車場，戰(zhàn)時則是作為人防地下室使用。因此，在進行人防地下室設計時，要滿足平時使用時的功能要求。

1工程實例

某高層住宅小區(qū)共6棟樓，人防工程位于每棟住宅樓的地下1， 2層和車庫，人防防護區(qū)平時作為儲藏間。該人防工程常規(guī)武器抗力級別為6級，抗震設防烈度為8度，人防防護區(qū)分為6個防護單元（見圖1和表1）。該人防工程設有主要出入口和次要出入口，主要出入口為獨立式外出入口，位于室內范圍以外，各出入口的凈寬之和滿足0.4 m/100人。由于人防要求，一般高層建筑的地下室要兼做人防防護區(qū)，普通民用建筑的防空地下室人防等級大多為5， 6級。在進行人防設計時，由于“平戰(zhàn)結合”的設計原則，其結構設計上要求兼顧平時和戰(zhàn)時兩種不同荷載效應組合。因此，如何協(xié)調兩種狀態(tài)下不同的使用要求，就成為人防地下室設計的關鍵。

2人防地下室的組成和設計特點

2. 1人防地下室的組成

人防地下室的結構主要包括兩個方面：一是地下室的主體結構；二是地下室口部。其中，主體是防空地下室中滿足戰(zhàn)時防護及主要功能要求的部分；口部是指主體與地表面的連接部分。

2.1.1主體

首先，頂板地面不高于室外地平面的全埋式防空地下室，根據(jù)國家規(guī)定，其外墻頂部應采用鋼筋混凝土，地下室頂部的最小防護距離t不應小于250 mm（見圖2） 。

其次，根據(jù)國家規(guī)定，平戰(zhàn)結合的防空地下室的頂板厚度不應小250 mm，如果不滿足最小防護厚度要求的頂板，應在其上覆土。最后，由于戰(zhàn)時人防地下室與外界隔絕，只能采用室內循環(huán)通風，無法及時補充新鮮空氣，所以必須保證人防地下室有足夠的凈體積容納空氣，防止空氣中的CO2含量超過標準范圍。

2.1.2口部

首先，根據(jù)規(guī)定，人員掩蔽所戰(zhàn)時出入口門洞凈寬之和必須不小于0. 375 m / 100人，每欄門的通過人數(shù)不應超過500人，出入口通道和樓梯的凈寬不小于該門洞的凈寬。

其次，密閉通道的防護密閉門最好采用活門檻，方便平時疏散，防毒通道的體積適當減少，降低換氣量。同時，注意應將濾毒室設置在密閉通道內，避免進排風短路。

最后，在消波設施的設置中，如果無法判斷沖擊波的方向，應將防爆波活門的嵌入深度設置為不小于300 mm。另外為了保證地下室的安全使用，在確定擴散室的尺寸后，應進行驗算。

2. 2人防地下室的設計特點

根據(jù)人防地下室的組成，可以將人防地下室的結構設計也分為兩個方面：一是地下室的主體結構設計，包括頂板設計、外側墻設計和底板設計等其他構件的設計；二是地下室孔口的防護設計，包括出入口的防護和消波系統(tǒng)等。

人防地下室和非人防地下室相比，由于戰(zhàn)時武器爆炸產(chǎn)生的動荷載要求，二者在結構設計上有較大區(qū)別，一般體現(xiàn)在構造規(guī)定、內力計算、材料強度和荷載及荷載組合等方面。

1）遵循平戰(zhàn)轉換原則。一般情況下，普通民用建筑的人防地下室設計以5，6級居多，結構的頂板基本由戰(zhàn)時控制，側墻和底板則是根據(jù)不同的地下室結構而定。

2）結構設計的可靠度要求降低。根據(jù)國家規(guī)定，人防地下室的鋼筋混凝土延性構件失效概率為6. 1 %，大約是一般鋼筋混凝土延性構件失效概率的100倍左右。

3）材料強度設計值提高。根據(jù)實驗表明，在快速加載的情況下，材料強度會提高，例如鋼材強度設計值可提高1. 2 ～ 1. 5倍，砌體強度設計值可提高1.2 ～ 1. 3倍。

4）可采用靜力計算方法分析結構動力。由于人防荷載為偶然荷載，即動荷載，是一種在結構的設計使用年限內不一定出現(xiàn)的荷載?？梢圆扇〉刃ъo荷載法來分析其結構動力，然后用靜力計算方法分析其結構內力。

5）可只進行強度計算。由于在爆炸動荷載作用下，結構構件變形極限已用允許延性比控制，所以結構可不必再單獨進行變形裂縫及地基承載力計算。

6）構造要求更嚴格。人防地下室的設計和非人防地下室相比，構造要求更為嚴格，不能只考慮受力，不考慮構造措施，如人防地下室結構構件最小厚度、最小配筋率等各個方面都要重視。

7）結構構件可按彈塑性工作狀態(tài)設計。由于人防荷載主要考慮的是常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，一般在設計人防地下室結構時均按一次作用考慮，作用時間為1s左右。因此，可考慮按彈塑性工作狀態(tài)計算結構內力，有利于承受更大的爆炸動荷載，具有較大的經(jīng)濟意義。

3人防地下室荷載組合和內力分析

3. 1人防地下室荷載組合

人防地下室的荷載主要是動荷載和靜荷載兩方面，其中，動荷載主要是戰(zhàn)時常規(guī)武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，靜荷載有上部建筑物自重、上部結構外荷載、土壓力、水壓力及防空地下室自重等。根據(jù)地下室結構，不同部位需要考慮不同的荷載組合，如表2所示。

表2 人防地下室各構件的荷載組合

3. 2人防地下室內力分析

由于人防地下室結構的獨特性，可以按照靜力計算方法進行結構內力分析。其中承載力設計應采用下列極限狀態(tài)設計表達式：

式中 ——結構重要性系數(shù)，取1. 0；

——永久荷載分項系數(shù)，當其效應對結構不利時取1. 2，有利時取1.0；

——永久荷載效應標準值；

——等效靜載分項系數(shù)，取1.0；

——等效靜載效應標準值；

R——結構構件承載力設計值；

R（·）結構構件承載力函數(shù)；

fcd——混凝土動力強度設計值；

fyd——鋼筋（鋼材）動力強度設計值；

——幾何參數(shù)標準值。

根據(jù)上述表達式，可以看到承載力設計中結構重要系數(shù)的取值為1，這是由于結構的重要性主要已體現(xiàn)在抗力級別上。其次，等效靜荷載是設計中的規(guī)定值，根據(jù)規(guī)定，動荷載屬于偶然荷載，偶然作用的代表值不乘以分項系數(shù)，所以等效靜荷載的分項系數(shù)取值為1。同時，由于人防地下室的可靠度要求降低，所以等效靜荷載的分項系數(shù)取值為不宜大于1；又由于即使是偶然荷載也是構件設計的重要荷載，所以等效靜荷載的分項系數(shù)取值為不宜小于1。

4結語

城市建設的不斷發(fā)展和地下空間開發(fā)利用水平的提高，使得高層建筑地下室設計成為建筑工程的一個重要部分，與普通地下室相比，防空地下室設計中由于需要遵循平戰(zhàn)結合的原則，既要考慮平時的利用，又要考慮戰(zhàn)時爆炸動荷載作用，同時還要兼顧經(jīng)濟性和合理性，對其結構設計提出了更高的要求。因此，在防空地下室設計中要求設計者了解防空地下室的設計規(guī)范，并能夠根據(jù)實際情況計算人防地下室各個部位的荷載及進行內力分析，在實際的建設過程中能夠不斷地總結相關技術問題，不斷提高防空地下室結構設計的合理性。

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