人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及應對策略

徐飛元

（河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，河南鄭州 450000）

隨著我國民用建筑數(shù)量的提升，人們愈發(fā)注重地下空間利用，再加上國家相關(guān)部門加大了人防工程的建設(shè)力度，使人防配建面積越來越多，規(guī)模逐步擴大。因此，在人防工程設(shè)計過程中，相關(guān)工作人員需要對設(shè)計科學性提高重視度。但由于人防工程自身具備較強的特殊性和復雜性等特點，容易在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中出現(xiàn)一系列問題，這也是人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要重點關(guān)注的內(nèi)容。

1 人防地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點

1.1 爆炸動載荷

與普通地下室對比，人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計需要將爆炸動載荷作用考慮其中。爆炸所產(chǎn)生的動載荷屬于偶然載荷，實際荷載量值高，持續(xù)時間短，且處于持續(xù)衰減狀態(tài)。進行人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時，會存在一些暴露在空氣中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)，如臨空墻、沒有覆土的頂板等，這些結(jié)構(gòu)均容易受到空氣波的影響。被埋進土中的構(gòu)件，會受到土內(nèi)壓縮波影響，人防地下室內(nèi)部的柱子和墻體等構(gòu)件，需要承擔上部和圍護結(jié)構(gòu)在爆炸中遭遇的荷載壓力。

1.2 建筑構(gòu)件的彈塑性工作階段

基于人防地下室外墻、臨空墻等設(shè)計角度，會應用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如果屈服后出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，且仍處于正常使用范疇，在上述方式的作用下，能夠更好地激發(fā)建筑材料。例如，在受彎構(gòu)件應用中，即使是在屈服后，依舊能夠承受較大程度的變形狀態(tài)，才會出現(xiàn)完全坍塌現(xiàn)象。在實際人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中，相關(guān)工作人員同樣需要對塑性階段工作進行考慮，保證工程能夠承擔更多的動力荷載數(shù)量，維護工程主體的經(jīng)濟效益[1]。

1.3 材料設(shè)計強度可提升

加載速率后，建筑材料力學性能會出現(xiàn)明顯變化，爆炸會帶來很大的動載荷，人防地下室結(jié)構(gòu)需要承受秒級的變形壓力，比標準化靜載荷試驗速率提升百倍，影響材料的力學性能。爆炸動載荷具備偶然性特點，再加上鋼筋混凝土構(gòu)件的正常開裂，相較于靜載荷作用，人防地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全度可以適當下調(diào)。

2 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

2.1 結(jié)構(gòu)選型科學性不足

實際人防地下室結(jié)構(gòu)選型操作應以防護需求為出發(fā)點，其中涉及突然情況和日常情況的需求，相關(guān)工作人員還應對周圍環(huán)境的地質(zhì)情況和水文等進行全面考慮，明確上部建筑使用結(jié)構(gòu)狀態(tài)，將各種因素綜合在一起考慮人防地下室結(jié)構(gòu)選型。從實際工作中可以了解到，由于諸多因素影響，實際人防地下室結(jié)構(gòu)選型難以與實際需求保持同步，引發(fā)嚴重的浪費現(xiàn)象，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計比較復雜，導致主體工程無法與特殊情況、常規(guī)情況的需求相符。

2.2 漏荷載和取值較小

研究載荷情況時，如漏底板上水池自重載荷情況，以及設(shè)備房火災與隔墻自重荷載等，容易出現(xiàn)荷載取值較少等問題。滿足抗浮標準后，頂板覆土厚度有所提升，此時，覆土內(nèi)應增加輕質(zhì)材料設(shè)計數(shù)量，如硬質(zhì)泡沫、混凝土砌塊等，不可統(tǒng)一用土開展覆蓋處理?；谕鈮υO(shè)計角度分析，工作人員還需要對上部建筑所產(chǎn)生的影響進行考慮，明確核武器作用下外墻需要承受的靜荷載取值，根據(jù)不同情況進行最具的經(jīng)濟性選擇。針對漏出入口的人防通道底板和頂板荷載，實際結(jié)構(gòu)構(gòu)件等效荷載標準取值能夠得到明確，此時工作人員需要對適合各種條件狀態(tài)的取值提高關(guān)注度，如果與查表條件不相符，專業(yè)人員需要提供更嚴謹?shù)恼撟C，保證按照板跨數(shù)據(jù)明確取值的差異性選擇。針對底板等效靜載荷取值，還需要對地質(zhì)狀態(tài)進行考慮，明確樁的受力類型。除此之外，在使用PKPM依照按倒樓蓋法計算，實際底板水反力在應對突發(fā)情況時和平時狀態(tài)之間的輸入值應展示出差異性，PM之中輸入的水反力是恒載狀態(tài)下的標準值，在取值過程中，如果與人防荷載建立組合關(guān)系，軟件會將對應系數(shù)自動顯示出來，因此需要對相關(guān)系數(shù)進行綜合考慮，避免出現(xiàn)浪費的情況[2]。

2.3 計算缺漏與錯誤

在部分工程外墻配筋計算和操作中，外墻設(shè)置有扶壁柱，但沒有開閘有效的扶壁柱尺寸差異分析，均按照單向板或者是雙向板執(zhí)行配筋計算。針對扶壁柱，應按照地下室結(jié)構(gòu)整體電算分析情況，保證配筋的合理性，但無法按照外墻雙向板載荷傳遞情況對配筋進行驗算。根據(jù)外墻和扶壁柱變形協(xié)調(diào)原理，大多數(shù)情況下與外墻保持垂直，為計算工作帶來了較大挑戰(zhàn)。在實際底板計算模型中，同樣存在問題，如缺乏人防工況下的計算以及整箱荷載情況計算問題等，相關(guān)計算控制條件狀況也不具備參考依據(jù)，引發(fā)更多人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷。

2.4 地下室柱網(wǎng)問題

人防地下室在使用過程中，具備十分明顯的特點，不僅要滿足人防結(jié)構(gòu)防護要求，還應保證地下室車庫應用的合理性，因此需要保證人防地下室柱網(wǎng)布置與規(guī)定內(nèi)容相符。如果人防地下室柱網(wǎng)布置存在問題，容易影響平時和突發(fā)情況時的有效銜接和轉(zhuǎn)換，此時，人防地下室也無法保護人們的生命和財產(chǎn)安全，自身價值無法展示出來。現(xiàn)階段人防地下室建設(shè)過程中，地下室柱網(wǎng)布置問題比較明顯，實際人防設(shè)計人員在前期設(shè)計時，沒有對平時和突發(fā)情況間的銜接進行充分考慮，導致人防地下室始終處于不合理使用狀態(tài)，建筑結(jié)構(gòu)受到嚴重的負面影響。

3 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計問題解決措施

3.1 優(yōu)化人防地下室柱網(wǎng)布置

在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，各個設(shè)計工作者們需要根據(jù)當前需求，對柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行全面優(yōu)化。例如，在無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要保證對柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體性優(yōu)化，并根據(jù)實際情況設(shè)計頂板厚度。一般情況下，頂板厚度不宜過大，盡可能選擇最小配筋率，實現(xiàn)頂板配筋管理。為了更好地將預期成效體現(xiàn)出來，設(shè)計人員在頂板厚度選擇上應盡可能縮小，柱帽尺寸應盡可能大一。還需要對柱帽鋼筋進行控制，每次截斷面積應保持在1/3以內(nèi)，提前考慮可能出現(xiàn)的多次截斷問題，保證主體操作與國家相關(guān)部門設(shè)計規(guī)范要求同步。分析實際設(shè)計規(guī)范和工程狀況，柱距范圍通常為7.8～8 m。如果地下室跨度超過12 m，還需要設(shè)計臨戰(zhàn)加柱的預埋件，具體加柱數(shù)量應保持在4根左右。

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

設(shè)計人員在工作開展前，需要對平時階段和突發(fā)狀況時的應用要求進行考慮，并對工程所在地周圍地質(zhì)情況、水文特征等因素進行深入分析，明確工程建筑選型條件?；诋斍敖ㄖ攸c角度，人防地下室在建設(shè)過程中，可以選擇以下兩種類型，即鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)。

工作人員還要根據(jù)地下室頂板厚度以及承載力需求，確定具體的設(shè)計理論，其中還涉及井字梁、十字梁等結(jié)構(gòu)，選擇最具安全性且成本投入較低的結(jié)構(gòu)開展設(shè)計。工程需求和基礎(chǔ)埋深等得到滿足后，工作人員應盡可能保持淺埋特點，降低地下室建設(shè)和使用過程中對外墻和建筑頂部的壓力。與此同時，還應對地下室中底板厚度進行全面考慮，以無梁樓蓋底板等應用為主[3]。

3.3 做好人防地下室出入口設(shè)計工作

做好出入口通道中的臨空墻和門框墻等設(shè)計工作，設(shè)工作人員還可以將普通墻體計算模型應用其中，實現(xiàn)對鋼筋和內(nèi)力的充分考慮，在實際門框墻設(shè)計中，還應按照懸臂梁形式開展設(shè)計操作。

保證消波系統(tǒng)和防護密閉門的充分設(shè)計，設(shè)計人員還應將地下室人防結(jié)構(gòu)設(shè)計門洞尺寸大小和壓力作為基本依據(jù)，確定最佳的密閉門型號[4]。

做好孔口和其他構(gòu)件設(shè)計工作，如風井、開敞式通道等，加強對出入口結(jié)構(gòu)戰(zhàn)時設(shè)計力度。實際防護單元中需要設(shè)立一個具備洗消功能的出入口，該類出入口的平臺板和踏步板厚度應控制在200 mm左右。采用雙面對稱配筋模式，引入合適的拉結(jié)筋。

3.4 人防荷載設(shè)計

在頂板設(shè)計的過程中，如果地下室人防位置處于地下一層，具體的頂板等效靜載荷標準取值可以直接從規(guī)定中獲取。如果是5級或6級的地下室人防結(jié)構(gòu)，實際頂板覆土厚度應超過2.5 m和1.5 m，頂板也可以不在地面爆炸所產(chǎn)生的等效靜載荷中計入[5]。由于受到特殊因素影響，如果地下室人防位置設(shè)置在地下一層或一層以下的位置，爆炸所產(chǎn)生的等效靜載荷有限，此時不需要對頂板等效靜載荷進行考慮。

在外墻設(shè)計方面，涉及的建造工藝內(nèi)容較多，最常見的是鋼筋混凝土和砌體外墻。如果是爆炸，外墻會承受較高作用力，此時外墻等效靜載荷容易受到多種因素影響。例如，在飽和土式外墻設(shè)計方面，等效靜載荷標準值選擇需要根據(jù)頂板頂面埋深情況確定。防常規(guī)武器5級和6級地下室人防結(jié)構(gòu)中的頂板板面，應比室外地面高出一部分，容易受到爆炸的直接沖擊。

4 結(jié)語

綜上所述，地下室人防結(jié)構(gòu)設(shè)計具有十分重要的作用，不僅能夠帶來新的商業(yè)往來空間，還能夠在突發(fā)狀況下維護人們的生命安全，如果該項目的設(shè)計工作開展不合理，人防地下室結(jié)構(gòu)作用也無法得到有效發(fā)揮。人們應根據(jù)具體設(shè)計方案創(chuàng)新，使地下室人防結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更高效，最終實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展。