淺談某地下室人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李小玉 劉蒲云

奧意建筑工程設(shè)計(jì)有限公司南京分公司 江蘇南京 210006

1 工程概況

項(xiàng)目用地位于江蘇省無錫市，人防部分設(shè)置在地下一層，為附建式防空地下室。地下共一層，總建筑面積為16617.28㎡，平時(shí)功能為自走式汽車停車庫；戰(zhàn)時(shí)劃分2個(gè)防護(hù)單元，防護(hù)區(qū)建筑面積為3983㎡，利用自行車坡道以及樓梯間為戰(zhàn)時(shí)主要出入口，戰(zhàn)時(shí)功能為核6級(jí)、常6級(jí)二等人員掩蔽部。本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地特征周期為0.45s，場地類別為Ⅲ類，地庫為混凝凝土框架結(jié)構(gòu)。

2 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與普通地下室設(shè)計(jì)不同之處在于，需要考慮戰(zhàn)時(shí)各種武器爆炸產(chǎn)生的動(dòng)荷載作用。武器爆炸的特點(diǎn)為時(shí)間短、量值大、不斷衰減，屬于偶然荷載[1]，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，采用等效靜荷載法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》查取各個(gè)部位的等效靜荷載值，即可以進(jìn)行人防結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

2.1 等效荷載取值

本項(xiàng)目的人防地下室設(shè)計(jì)類別為甲類核（常）6級(jí)，地下室頂板覆土-1.3米，為全埋式結(jié)構(gòu)，作用在地下室結(jié)構(gòu)的荷載包括核爆炸荷載、土壓力、水壓力和地下室的自重等，根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱人防規(guī)范），查取各個(gè)部位等效靜荷載，取值分別如下：

（1）人防地下室頂板荷載：人防部位在純地下室部位，頂板上覆土1.3米，板頂標(biāo)高-1.4米，頂板設(shè)計(jì)采用大板結(jié)構(gòu)，頂板板跨在5.5m-8.1m，板厚300mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，查人防規(guī)范表4.8.2，頂板的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值q=70kN/m2；

（2）人防地下室外墻荷載：人防部位在純地下室部位，根據(jù)本工程地質(zhì)勘查報(bào)告，人防地下室外墻主要位于飽和粘土中，查人防規(guī)范表4.8.3-2，地下室外墻等效靜載荷標(biāo)準(zhǔn)值q=50kN/m2；

（3）人防地下室底板荷載：本工程基礎(chǔ)形式采用筏板加下柱墩，筏板厚度400mm，下柱墩總厚度700mm厚，抗浮設(shè)計(jì)水位為-0.8m，地下室底板頂標(biāo)高為-5.1m，采用預(yù)制方樁抗拔，均勻布置，查人防規(guī)范表4.8.5，等效靜荷載值取為50kN/m2；

（4）人防隔墻：隔墻有兩種類型，一種是兩個(gè)防護(hù)單元之間的隔墻，查人防規(guī)范表4.8.9-1：水平等效靜荷載q=50kN/m2；另一種是普通地下室與人防地下室之間的隔墻，查人防規(guī)范表4.8.9-2：在普通地下室一側(cè)，其水平等效靜荷載值q=110kN/m2。

（5）臨空墻和門框墻：根據(jù)其在不同的位置荷載取值不同，本工程荷載取值詳見表1，另外，根據(jù)人防規(guī)范公式4.8.7，計(jì)算由各防護(hù)門門扇傳給門框墻的荷載。

表1 臨空墻和門框墻等效靜荷載取值

其他各人防構(gòu)件的等效靜荷載（如擴(kuò)散室、防護(hù)密閉門等）均可以在規(guī)范的相關(guān)條文中確定，當(dāng)所有構(gòu)件的等效靜荷載值定下后，即可開展下一步結(jié)構(gòu)計(jì)算。

2.2 人防構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮人防地下室平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩用的特點(diǎn)，對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)同時(shí)滿足戰(zhàn)時(shí)與平時(shí)兩種工況的載荷差異，保證人防地下室滿足全部的承載需求。

人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體上包含兩方面的內(nèi)容[2]：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括外側(cè)墻、頂板、底板以及其它構(gòu)件的設(shè)計(jì)；二是孔口防護(hù)設(shè)計(jì)，包括消波系統(tǒng)（防護(hù)設(shè)備）和出入口的防護(hù)。其中出入口的防護(hù)包含門框墻、出入口通道（包括風(fēng)井）的計(jì)算、臨空墻的計(jì)算等幾個(gè)方面。

人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則[3]：

（1）既要考慮平時(shí)正常使用的荷載要求，還要考慮戰(zhàn)時(shí)爆炸的荷載需求，取兩者最大控制條件。

（2）在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用等效靜荷載法進(jìn)行戰(zhàn)時(shí)爆炸設(shè)計(jì)。

（3）僅進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，在戰(zhàn)時(shí)荷載作用下，已經(jīng)用允許延性比控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形，不必再對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫和變形進(jìn)行驗(yàn)算。

（4）在戰(zhàn)時(shí)爆炸荷載作用下，鋼筋混凝土構(gòu)件可按彈塑性本構(gòu)來考慮，可充分利用材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度，可以提高材料構(gòu)件強(qiáng)度，如鋼材的強(qiáng)度可提高15%-50%，混凝土的強(qiáng)度可以提高50%。

本工程采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件盈建科進(jìn)行人防地下室結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，首先保證上部模型建模完整，然后在上部結(jié)構(gòu)計(jì)算中，荷載輸入命令欄中的人防命令下，設(shè)置人防設(shè)計(jì)新型，填入相應(yīng)的人防設(shè)計(jì)等級(jí)、頂板等效荷載、外墻等效荷載等信息，可以在修改命令欄下修改不同位置的人防等效荷載，無人防部位設(shè)置為0荷載。在前處理中的計(jì)算參數(shù)中，勾選計(jì)算人防荷載，這樣后續(xù)計(jì)算及基礎(chǔ)建模計(jì)算中才有人防荷載組合，否則無人防組合。在特殊墻命令下，結(jié)構(gòu)工程師可以根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際情況，修改人防地下室的人防外墻，臨空墻的范圍及荷載。軟件已經(jīng)自動(dòng)執(zhí)行了規(guī)范中相應(yīng)的內(nèi)力調(diào)整及強(qiáng)度提高，結(jié)構(gòu)師可以直接進(jìn)行計(jì)算。在設(shè)計(jì)結(jié)果中可以獲得考慮人防荷載作用下的構(gòu)件（梁、柱）配筋結(jié)果，在施工圖設(shè)計(jì)命令下的板施工圖中計(jì)算后，得到人防頂板的板配筋結(jié)果，計(jì)算過程中應(yīng)注意指定樓板最小配筋率滿足人防規(guī)范要求。在基礎(chǔ)建模中，參數(shù)設(shè)置中設(shè)置人防荷載參數(shù)，人防底板的頂部荷載通過上部結(jié)構(gòu)計(jì)算的計(jì)算結(jié)果傳下來，底板的底部荷載可以在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)中根據(jù)人防等級(jí)計(jì)算，輸入人防底板荷載，荷載方向向上，也可以在基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出命令欄下的補(bǔ)充定義欄中，局部修改人防等級(jí)，局部底板的人防荷載的修改可以在板面荷載-板面人防荷載中修改。對(duì)于筏板的荷載組合，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本工程的底板配筋由平時(shí)荷載組合控制，故底板最小配筋率可取0.15%，人防部位筏板雙層雙向配筋。

此外，人防的局部構(gòu)件計(jì)算可以采用理正人防計(jì)算軟件，操作比較簡單，不再詳述贅述。

2.3 人防構(gòu)件構(gòu)造要求

在設(shè)計(jì)人防地下室時(shí)，不僅要結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行整體分析，保證地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，還要結(jié)合各個(gè)部位構(gòu)件的實(shí)際情況，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。在構(gòu)件計(jì)算過程中，它和非人防結(jié)構(gòu)構(gòu)造存在許多差別，因此應(yīng)引起注意，主要包括：

（1）由于人防地下室的構(gòu)件的截面面積通常情況下都比較大，因此在設(shè)計(jì)配筋的過程中，要保證構(gòu)件的配筋率不小于規(guī)范規(guī)定的最小配筋率，有效防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生脆性破壞；

（2）在防護(hù)單元內(nèi)，要避免設(shè)置伸縮縫以及沉降縫，這是因?yàn)橐坏┤朔赖叵率覙?gòu)造存在這些縫隙，在遇到?jīng)_擊時(shí)就不能充分發(fā)揮其功能；對(duì)于對(duì)防毒密閉性要求嚴(yán)格的部位也要避免設(shè)置后澆帶；臨戰(zhàn)封堵的門框墻以及防護(hù)密閉門等重要部位也應(yīng)盡量避免設(shè)置后澆帶。

（3）應(yīng)在人防外墻、臨空墻、隔墻等部位設(shè)計(jì)設(shè)置梅花形拉結(jié)筋，保證人防構(gòu)件在處于震動(dòng)的狀態(tài)下，混凝土能夠與鋼筋可以有效的粘結(jié)，共同受力。

（4）人防頂板梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意梁下高度是否能滿足防護(hù)密閉門開閉范圍內(nèi)的凈高要求，避免密閉門在正常開啟范圍內(nèi)受到地下室頂板中混凝土梁的阻礙。封堵梁外箍筋作為受力筋，配筋應(yīng)滿足人防配筋率要求。

其它構(gòu)造要求還包括混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、混凝土的抗?jié)B等級(jí)、混凝土的保護(hù)層厚度、人防構(gòu)件的最小厚度等，人防規(guī)范均有明確要求，結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)時(shí)一定要熟悉條文，落實(shí)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去。

3 結(jié)語

人防地下室已經(jīng)是現(xiàn)代城市地下建筑設(shè)計(jì)中的重要組成部分，這就需要我們的設(shè)計(jì)人員綜合平時(shí)荷載和戰(zhàn)時(shí)荷載兩種因素綜合考慮，合理計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出安全可靠的工程，充分發(fā)揮出人防工程的優(yōu)勢作用，保證人民的生命及財(cái)產(chǎn)安全。