地下室人防结构设计中的主要构件设计

       摘要：人防地下室意义重大，在设计时应遵循整体协调、强度验算等原则，满足“平战结合”的要求。地下室结构设计是否合理直接影响着工程质量，应从其整体结构布置、顶板、墙体、底板、出入口、防护设备等多方面进行考虑，对其荷载进行准确计算，以提高结构的承重能力，进而确保整个人防地下室的建筑质量。 

　　关键词：地下室人防结构设计；平战结合；等效静荷载；出入口设计 

　　0 引言 

　　作为人民防空建设的重要组成部分，人防地下室的作用极为重要，通常是借助地面建筑而修建的具有防护功能的地下建筑，在战时能够用于人员物资掩蔽，降低空袭灾害，和平时期能够当做地下室使用，鉴于其重要性，对其要求较高，因此，在结构设计中，应进行合理布置，确保结构的强度和抗塌毁能力符合标准。 

　　1 工程概况 

　　某高层建筑由主楼、裙房、地下室组成，采用桩基承台的基础形式，埋深为5.6m，主楼28层，采用剪力墙结构；另有裙房2层，采用框架结构；地下室1层，总面积6500m2，人防面积为3000m2，战时作为二等人员掩蔽部，平时则作为车库用，防护类别为甲类，抗力等级为核6级和常6级，防化级别为丙级，共有两个防护单元。主要对其人防地下室的结构设计做了分析。 

　　2 地下室人防结构设计应遵循的原则 

　　2.1 平战结合 

　　人防地下室的主要功能是作为战时的人员掩蔽区，起防护作用，同时兼有普通地下空间的作用，设计时应将人民防空建设和城市建设相结合，在满足人防建设要求的同时，也应具备其他使用功能，能够带来一定的效益。因二者的荷载效应组合有差异，在设计时，应取其中的控制条件。该建筑中，顶板均由战时控制，底板及侧墙则结合建筑实际状况而定。 

　　2.2 强度验算 

　　为充分发挥人防地下室的作用，必须提高建设质量，确保地下室有足够的强度可以承受荷载。受核爆动荷载的影响，地下室人防结构的各种构件变形极限都已得到控制，无需再对其裂缝、变形等进行计算，只需计算结构强度即可。 

　　2.3 整体协调 

　　结构的协调性极其重要，直接影响着整体质量，因此，各个部件必须保持高度的协调，在设计时，应保持同样的控制标准，以免局部遭到破坏，影响整体稳定。另外，承重结构和地面建筑也应相协调，强弱差值应控制在允许范围内。 

　　3 地下室人防结构的具体设计 

　　人防结构设计可分为两部分：①主体结构，如顶板、底板、侧墙等构件；②孔口防护，如出入通道、防护密闭门及其他防护设备。 

　　3.1 结构布置 

　　在设计人防结构时，首先应考虑整体的布置，关键在于和地面建筑保持一致，尤其是承重构件，应保证荷载从地面到地基之间的顺利传递。该高层建筑中，地下人防空间多位于室外地面下，且在室外有安全出口，在人防结构的范围之外，设置一个出入口作为车库的出入口；防护单元各设置两处出入口，一为主要口，一为次要口。为实现与地面建筑的结合，充分发挥地下结构的作用，人防墙体尽量按照建筑上部结构的受力构件进行布置，根据室外建筑的布局和功能设计防倒塌结构。 

　　3.2 弹塑性设计 

　　从上面分析中可知，在爆炸动荷载的作用下，地下室人防结构各种构件的变形或裂缝无需单独考虑，关于荷载的取值，按照一次核袭击进行考虑即可。该工程设计时，因柱网布置不合理，致使局部过大，给梁延性比计算造成了很大麻烦，通过提升混凝土的强度等级可解决此问题，，但成本较高，所以该工程做了如下考虑：如果受拉钢筋配筋率ρ ≤ ρmax，可通过增配截面受压钢筋的方法使得受压区高度有所降低，确保允许延性比能够满足相关要求。如果ρ > ρmax，可通过增加受弯构件截面尺寸的方法将配筋率控制在最大值之内，再按照前一种方法进行操作。 

　　3.3 底板不利荷载的设计 

　　除了承重，人防地下室还有应具备极强的抗震能力，并能够抵抗爆炸时形成的冲击波。底板的设计相当重要，不但受人防冲击波荷载作用，同时也受地下水的压力作用，一般而言，冲击力的设计应结合基础形式而定。若基础采用摩擦型桩基，人防冲击力的不利组合应加以重视；若采用桩基，且端承桩无沉降时，冲击力的组合可以不予考虑；若地下室采用的是箱型基础，水上浮力已提前被考虑，则可以不对人防冲击力进行组合。 

　　3.4 等效静荷载的取值 

　　将核爆动荷载简化分析，获得的荷载值便是等效静荷载，通常是最大动荷载和系数的乘积，影响因素很多，如动荷载波形、允许延性比、地面超压值等。若条件符合，则需从相关规范中直接获取；否则，需要结合特定的公式求得。该工程的等效静荷载值有标准值，如顶板和底板分别为55kN/m2、25kN/m2。 

　　3.5 顶板的计算及口部设计 

　　该高层建筑的人防地下室属于6级，在设计顶板时，需考虑上部建筑对地面空气冲击波超压作用的影响，顶板厚度为260mm，无覆土，达到了规定的标准。 

　　静荷载的自重为0.25 × 25 × 1.2 = 7.5 kN/m2，加上顶板的重量，总共为62.5kN/m2 .然后按照相关公式，对中间大板块进行计算，并逐步向周边的板块推进，将所获得的支座内力作为已知内力，按照此方法依次对其他板块进行计算。 

　　口部设计的内容主要包括门框墙、防倒塌楼梯等设计，如在设计出入口的楼梯荷载时，应按照双向受力的作用对楼梯板及平台板进行考虑，正面等效静荷载取值60kN/m2。结合棚架防倒塌设计出口或入口的顶盖，房屋倒塌的垂直等效荷载为50kN/m2，水平荷载为15kN/m2。 

　　4 人防结构设计中的注意事项 

　　该建筑的人防地下室结构较长，具备良好的密闭性，口部和防护单元内均不能设置沉降缝，这就要求加强对控制结构的差异沉降的重视，为解决此问题，选择了如此做法：①因混凝土在硬化时会产生很大的收缩应力，因此，在混凝土中适当的添加优质膨胀剂，借助其补偿收缩功能，可有效缓解此状况；②在建筑、地下室以及裙房的连接处设置沉降后浇带，不得和密闭通道产生冲突，直至高层建筑的沉降稳定之后，再进行浇筑工作，将地下结构连为一体；③如果底板的厚度过大，在浇筑混凝土时应采用分层浇筑的方法，逐步完成，在混凝土初凝之前必须完成上层浇筑；④受诸多因素影响，混凝土结构常会出现裂缝，为降低裂缝的发生率，应尽量减小墙体水平分布钢筋的间距，并提高其最小配筋率。 

　　5 结束语 

　　随着城市现代化进程加快，人口过于饱和，土地资源日益减少，对地下空间的利用显得尤为重要，同时也加大了人防建设力度，意义重大，应加强重视，做好相关的设计工作。 

　　参考文献： 

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