人防地下室構(gòu)造設(shè)計(jì)

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1工程概況

佛山某建筑工程由一座高層辦公塔樓和兩座高層商務(wù)辦公、公寓樓以及商業(yè)裙房組成，用地面積約為12800m2，其中A塔地上26層，B塔地上15層，C塔地上24層，均為框架剪力墻結(jié)構(gòu)；建筑群地下3層，在地下3層局部設(shè)人防地下室，按戰(zhàn)時(shí)二等人員掩蔽所6級防空設(shè)計(jì)，人防區(qū)設(shè)置3個(gè)防護(hù)單元，每個(gè)單元又分為兩個(gè)抗爆單元。該工程基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，地基持力層為中風(fēng)化板巖層和中風(fēng)化輝綠巖層。

2人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括頂板、外側(cè)墻、底板等構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；二是孔口防護(hù)設(shè)計(jì)，包括出入口的防護(hù)和消波系統(tǒng)（防護(hù)設(shè)備）。其中出入口的防護(hù)包含防護(hù)密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計(jì)算、出入口通道（包括風(fēng)井）的計(jì)算等幾個(gè)方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門的選用和擴(kuò)散室（箱）的設(shè)計(jì)。這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有如下不同：

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性可以降低，一般建筑結(jié)構(gòu)pf＝l0%，而人防結(jié)構(gòu)pf＝6%。

（2）考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件可考慮進(jìn)入塑性工作狀態(tài)。對防空地下室中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如頂板、外墻、臨空墻）來說，處于屈服后開裂狀態(tài)仍屬正常的工作狀態(tài)，這樣可充分利用材料的潛力，如受彎構(gòu)件，在屈服后還要經(jīng)歷很大變形才會(huì)完全坍塌，因此考慮塑性階段工作，可承受更大動(dòng)力荷載，有較大經(jīng)濟(jì)意義。

（4）材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度可以提高。實(shí)驗(yàn)表明，在快速加載的情況下，材料力學(xué)性能發(fā)生比較明顯的變化，主要表現(xiàn)為強(qiáng)度提高，但變形性能包括塑性性能等基本不變，這對結(jié)構(gòu)工作起到有利作用。例如鋼材強(qiáng)度可提高1.15～1.5倍，混凝土強(qiáng)度可提高1.5倍，這是在設(shè)計(jì)中考慮材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)來完成的。

（5）重視構(gòu)造要求。人防設(shè)計(jì)的許多構(gòu)造要求是與一般的建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的，要求更為嚴(yán)格，故僅僅只考慮受力計(jì)算，不考慮構(gòu)造措施是不合理的。

根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，我們可以確定防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則：①平戰(zhàn)結(jié)合，取控制條件，在民用建筑的人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般只涉及5級或6級人防設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時(shí)控制，而側(cè)墻和底板則由地下室結(jié)構(gòu)型式的不同而由實(shí)際情況確定；②在動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)變形極限，規(guī)范（GB50038－2005）規(guī)定用允許延性比控制，由于在確定各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性比時(shí)，已考慮了對變形的限制和防護(hù)密閉的要求，因而在結(jié)構(gòu)計(jì)算中不必再單獨(dú)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫開展進(jìn)行驗(yàn)算；③只考慮一次核襲擊，并且根據(jù)防護(hù)要求和受力情況做到結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的抗力相協(xié)調(diào)，以免因設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)不一致而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部先行破壞，失去整個(gè)防護(hù)建筑的作用，地面與地下承重結(jié)構(gòu)體系要協(xié)調(diào)，不能出現(xiàn)兩者強(qiáng)弱相差較大的情況。了解了結(jié)構(gòu)人防設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及原則之后，首先必須確定計(jì)算所需的荷載值。

3等效靜荷

等效靜荷載是對核爆動(dòng)荷載進(jìn)行簡化動(dòng)力分析得出的荷載值，為作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上動(dòng)荷載最大值與系數(shù)的相乘積，其值與地面超壓值、動(dòng)荷載波形、構(gòu)件工作階段及允許延性比有關(guān)。當(dāng)條件符合時(shí)可由規(guī)范（GB50038－2005）中直接查取，當(dāng)條件不符合時(shí)，應(yīng)按規(guī)范中公式進(jìn)行計(jì)算。

4荷載組合

作用在防空地下室結(jié)構(gòu)上的荷載，應(yīng)包括核爆動(dòng)荷載、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及防空地下室的自重等，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)合表格確定所需進(jìn)行荷載組合的項(xiàng)目，本工程各個(gè)部位參與組合的荷載分別為：①頂板。頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，頂板靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值。②側(cè)墻。豎向：頂板傳來的核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，上部建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)值（僅有局部剪力墻部位），外墻自重標(biāo)準(zhǔn)值。橫向：核爆動(dòng)荷載產(chǎn)生的水平動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、土壓力、水壓力。③內(nèi)承重墻（柱）。在本工程中，將平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的荷載值進(jìn)行對比不難發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)時(shí)所增加的頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于平時(shí)各樓層的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值之和，故此部位構(gòu)件不由戰(zhàn)時(shí)條件控制。

5孔口防護(hù)

孔口防護(hù)包含3部分設(shè)計(jì)內(nèi)容：一是防護(hù)密閉門與消波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；二是出入口通道內(nèi)臨空墻、門框墻的設(shè)計(jì)；三是孔口其它構(gòu)件，如風(fēng)井、防倒塌棚架、開敞式通道、相鄰單元之間的隔墻等設(shè)計(jì)。其中第二、三條中的臨空墻、相鄰單元之間的隔墻上面已說到了荷載的確定，可按一般墻體的計(jì)算模式，考慮人防設(shè)計(jì)的特點(diǎn)計(jì)算出內(nèi)力和鋼筋，而門框墻的設(shè)計(jì)一般是按懸臂梁，但必須注意的是因平時(shí)使用時(shí)需要的出入口通道較寬，而戰(zhàn)時(shí)又相應(yīng)較窄，這樣有可能會(huì)使門框墻的懸臂長度過長，而使水平筋過大，這種情況下，可考慮在不影響功能使用的前提下，加設(shè)柱、梁改變門框墻的受力型式，得到較為經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)效果，風(fēng)井的設(shè)計(jì)中只計(jì)算土中壓縮波的壓力，對空氣沖擊波則不予考慮，因兩者不會(huì)同時(shí)作用。開敞式通道更不考慮核爆動(dòng)荷載，只考慮靜土側(cè)壓力，而防倒塌棚架的設(shè)計(jì)分豎向和橫向兩項(xiàng)，豎向?yàn)榈顾奢d50kN/m2，屬靜載，橫向力即動(dòng)壓設(shè)計(jì)值q，由規(guī)范（GB50038－2005）第4.5.10條確定，這兩項(xiàng)受力作用時(shí)間存在間隔，不考慮同時(shí)作用。

6結(jié)束語

總之，防空地下室設(shè)計(jì)是工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的問題。它的荷載確定、內(nèi)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都具有自身的特點(diǎn)。防空地下室作為建筑的一部分，平時(shí)的用途也越來越廣泛，因此如何協(xié)調(diào)好技術(shù)與經(jīng)濟(jì)在建設(shè)工程中的相互關(guān)系，是每個(gè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該認(rèn)真考慮的。