王立梅

(安徽省城建設計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230051)

1 人防地下室結(jié)構設計特點分析

人防地下室在設計選型階段必須要考慮到工程的實際用途。首先，作為人員掩蔽所建筑物，本身既要考慮到可容納的人數(shù)，同時更要考慮到一部分機動承載人數(shù)，本文選用工程案例的結(jié)構形式為框架結(jié)構。其次，相較于一般民用建筑結(jié)構，人防地下室主體結(jié)構設計時還應考慮戰(zhàn)時爆炸動荷載，以例在戰(zhàn)爭爆發(fā)時能夠有效保護掩蔽人員的人身安全。例如南斯拉夫戰(zhàn)爭，由于當時南斯拉夫沒有人防地下室，所以在戰(zhàn)時導致大量的人員傷亡。人防地下室能夠有效地應對戰(zhàn)時核武器、化學武器、生物武器以及其他的常規(guī)武器，而這也正是結(jié)構設計需要考慮的問題，在進行結(jié)構設計初期，要對這些武器有充分的了解。人防地下室既要考慮到日常使用的荷載，還要考慮到戰(zhàn)時爆炸動荷載，保證人防地下室工程在滿足平時使用的基礎上，還可以滿足戰(zhàn)時預定的抗力防護要求。但是由于在進行人防地下室結(jié)構設計時，無法將戰(zhàn)時爆炸荷載精確到具體的工程結(jié)構上，所以當前階段，在進行地下室結(jié)構設計的時候往往將戰(zhàn)時爆炸荷載等效為靜荷載來考慮，按照預定的防護要求，充分發(fā)揮結(jié)構構件材料潛力，降低結(jié)構可靠指標等。例如在人防結(jié)構設計中，大部分鋼筋混凝土結(jié)構構件按彈塑性工作狀態(tài)設計，再參照一般民用建筑結(jié)構設計的方法進行人防地下室結(jié)構設計。

2 人防地下室結(jié)構設計

2.1 工程概況

本文選用的工程案例為合肥市包河工業(yè)區(qū)科技創(chuàng)業(yè)園南麗灣小區(qū)高層建筑地下車庫項目。該項目地上為高層建筑，主要結(jié)構形式多為剪力墻結(jié)構。地下車庫2層，負二層局部按人防進行結(jié)構設計。地下室頂覆土厚度為1 500 mm,負一層結(jié)構層高4 m，負二層結(jié)構層高3.9 m。地下室總建筑面積為35 133 m2。負二層建筑面積為17 502 m2，其中人防建筑面積為10 210 m2，平時功能為小汽車庫，戰(zhàn)時為核6級二等人員掩蔽所。工程設計豎向標高為±0.000(絕對標高為24.900 m)。

2.2 建筑防護類別和抗力等級確定

本工程地下建筑為2層，負二層局部(6個防護單元)屬于人防地下室結(jié)構。該工程結(jié)構平時為地下小汽車庫，戰(zhàn)時為核6級二等人員掩蔽所，戰(zhàn)時防核武器等級為核6級,防常規(guī)武器等級為常6級。人防地下室結(jié)構形式為框架結(jié)構，抗震等級為2級。

2.3 工程設計荷載

工程設計荷載的確定需要根據(jù)工程現(xiàn)場地質(zhì)構造等情況來確定。

該工程所在區(qū)域為新華夏系第二隆起帶，地質(zhì)構造基底主要由變質(zhì)巖系構構成，但是由于工程施工現(xiàn)場并沒有此斷裂帶構造，所以整個區(qū)域地質(zhì)結(jié)構相對穩(wěn)定。

工程施工現(xiàn)場地層主要是由素填土層和黏土層構成，通過前期勘察發(fā)現(xiàn)地下雜填土下層有上層滯水類的地下水，靜止水位在22.46～22.50 m。

綜合以上因素，結(jié)合工程概況，本工程抗震設防強度為7度，場地類別為Ⅱ類場地，地段劃分為抗震有利地段。人防地下室戰(zhàn)時功能等效靜荷載標準值及設計壓力值見表1。

表1 人防地下室戰(zhàn)時功能等效荷載標準值及設計壓力值(單位：kN/m2)

2.4 人防荷載確定

人防地下室結(jié)構設計包含兩個方面內(nèi)容：

(1) 人防地下室主體結(jié)構設計，內(nèi)容包括頂板、外側(cè)墻體、底板等相關構件。

(2) 地下室孔口防護設計，地下室出入口防護以及消波系統(tǒng)設計。前者包括選擇防護密閉門、門框墻體、臨空墻體計算、出入口通道計算以及風井計算等。地下室結(jié)構設計需要重點考慮對于空氣沖擊波的抵抗性能，在戰(zhàn)爭時期，如果有核武器等大規(guī)模殺傷性武器爆炸，則沖擊波在傳播到地表時會產(chǎn)生一定的反射沖擊波。反射沖擊在被入射波壓密以及加熱過的空氣中傳播，加之壓力較高，所以反射波的傳播速度會比入射波快，當反射波波振面與入射波振面“持平”時會形成合成波。而合成波波振面在臨近地面的時候是垂直于地面的，也就是說合成波的傳播方向是水平的，故而對于抗力等級相對較低的人防地下室而言，其受到的沖擊波即為合成波。

人防地下室頂板通常需要直接承受地表沖擊波的超壓以及負壓作用，側(cè)墻壁和底板會因為空氣沖擊波對地表的作用間接壓迫土體使之產(chǎn)生運動。另外，上層的土體在受到?jīng)_擊波超壓作用的時候會連續(xù)向下傳遞壓力，此時一旦遇到側(cè)墻壁或者底板的阻擋便會產(chǎn)生超壓、動壓以及負壓作用。因此，設計側(cè)壁結(jié)構和底板結(jié)構時必須要考慮這些問題，具體有以下幾個方面：

(1)頂板荷載。人防地下室位于負二層，地面爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波需穿過上部建筑的外墻、門洞作用到防空地下室頂板，在空氣沖擊波傳播過程中，上部建筑的外墻、門洞對空氣沖擊波產(chǎn)生一定的削弱作用，故此時人防地下室頂板等效靜荷載標準值取值55 kN/m2。

(2)側(cè)墻荷載。由于上部建筑物為框架剪力墻結(jié)構，所以應該考慮上部建筑物對于地面空氣波超壓值的影響，結(jié)合該工程地質(zhì)狀況，側(cè)墻等效靜荷載取值為50 kN/m2。

(3)底板荷載。該工程為筏板基礎，為無樁基的防空地下室鋼筋混凝土底板，且位于地下二層，其上部為普通地下室工程，按核6級抗力級別取地下室底板等效靜荷載值50 N/m2。

(4)門框墻荷載。根據(jù)出入口的部位及形式，如頂板考慮上部建筑影響，則室內(nèi)出入口、室外豎井、樓梯、穿廊出入口、室外直通、單相出入口等處的防護密閉門的門框墻等效靜荷載有所不同。

(5)臨空墻荷載。根據(jù)本工程實際情況確定等效靜荷載，根據(jù)不同位置，車道位置為144 kN/M2、樓梯和豎井位置為117 kN/m2、防護單元隔墻為50 kN/m2。

人防地下室結(jié)構設計,一方面要考慮結(jié)構構造要求對于建筑,構件最小厚度的需求，另一方面還需考慮規(guī)范對于結(jié)構構件最小防護厚度的規(guī)定。例如附壁式室外出入口的臨空墻體構造，在進行結(jié)構設計的時候，由于需要考慮到戰(zhàn)時防護需求，尤其是防輻射所規(guī)定的墻體厚度要大于受力設計所要求的墻體厚度，所以在進行結(jié)構設計的時候，要綜合考慮取值以滿足各種防護要求對于厚度的規(guī)定，這樣既能夠滿足受力設計要求，又能確保滿足防輻射要求。簡而言之，就是要同時滿足一般地下室建筑結(jié)構設計要求以及人防結(jié)構設計相關的規(guī)定。

人防地下室按照抗力等級可劃分為常5級、常6級、核4級、核4B級、核5級、核6級以及核6B級，對于臥置于地基上的核5級、核6級以及核6B級的甲類防空地下室結(jié)構底板構件，如果底板內(nèi)力為平時設計荷載所控制，則結(jié)構設計可適當?shù)亟档偷装迨芾摻钭钚∨浣盥?，但最小配筋率不得低?.15%。本文選用的案例由于主樓地上建筑層數(shù)在26層以上，屬于高層建筑，如果單純地使用筏板基礎是無法滿足建筑荷載要求的，所以針對這種情況可以使用樁筏聯(lián)合的基礎結(jié)構，或者使用CFG樁復合地基筏板結(jié)構形式。借助厚筏基礎設計，結(jié)構截面內(nèi)力通過平時設計荷載控制，厚筏基礎不僅可以滿足最小配筋率0.15%控制要求，并且對于雙面配筋的結(jié)構底板也可省去拉結(jié)鋼筋。

3 結(jié) 論

總的來講，人防地下室結(jié)構設計不同于普通的地下室結(jié)構，它是一個綜合性要求較高的建筑項目，工程實施之前必須要對施工現(xiàn)場地質(zhì)、水文等情況有充分的了解，結(jié)合實際情況和工程需求，從地下室結(jié)構選型、荷載確定、平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換等方面入手來不斷優(yōu)化結(jié)構設計，使人防地下室結(jié)構更加穩(wěn)固和安全。