高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點分析

王丹 吳彬

【摘要】隨著大量高層民用建筑的建設(shè)，人們對地下空間的利用率越來越高，同時國家對人民防空工程也越來越重視，使人防配建建筑面積指標(biāo)不斷提升，人防工程規(guī)模不斷擴(kuò)大。但由于人防工程的特殊、復(fù)雜、綜合性特點，很多設(shè)計人員對人防工程設(shè)計原理掌握不全，導(dǎo)致在人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在一些設(shè)計不妥之處。筆者根據(jù)多年的工程實踐，總結(jié)歸納了人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中易忽視的一些問題，并進(jìn)行了詳細(xì)論述。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;人防地下室;結(jié)構(gòu)設(shè)計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.25.055

地下室結(jié)構(gòu)質(zhì)量會直接影響地上工程的牢固度和穩(wěn)定性，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計同時也能對施工起到指導(dǎo)作用，設(shè)計質(zhì)量關(guān)乎整體施工效果。因此，設(shè)計人員要重點關(guān)注地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高設(shè)計水平，完善地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計，發(fā)揮成本管控作用。以下通過采用案例分析的方法針對相關(guān)問題進(jìn)行研究。

1、工程概況

一座完整的辦公樓主樓有17層，講臺上有4層。主樓是框架剪力墻結(jié)構(gòu)，講臺是框架結(jié)構(gòu)。主樓高68.7米，地基形狀為埋深5.8米的塔頂，一樓地下室占地6910平方米，其中3908平方米為民防區(qū)。它在平時用作車庫，戰(zhàn)時用作二等職員的避難所。總共有兩個保護(hù)單元，保護(hù)級別是A 6級和常規(guī)6級。人防分區(qū)及構(gòu)造措施如圖1所示。

2、高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點

2.1人防等效靜載取值問題

人防地下室與普通地下室相鄰的單元隔墻等效靜載一般情況下可按相鄰防護(hù)單元間等效靜載取值。但有些特殊情況按上述取值可能欠妥。如有些地下室因場地存在較大高差，致使人防地下室部分位于場地較高一側(cè)，而普通地下室位于場地較低一側(cè)，普通地下室位于場地較低側(cè)外墻為非鋼筋砼墻，且該側(cè)外墻開有較多洞口時，防護(hù)單元隔墻等效靜載若按相鄰防護(hù)單元隔墻荷載取值可能偏小，建議按室外直通出入口臨空墻等效靜載選取。

2.2戰(zhàn)時出入口的設(shè)置問題

人防地下室戰(zhàn)時主要出入口的位置雖由建筑專業(yè)人員確定，但位置的選擇對結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計影響很大，應(yīng)引起結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員的足夠重視。戰(zhàn)時主要出入口在條件允許的前提下，應(yīng)優(yōu)先設(shè)于地面建筑的倒塌范圍之外。此做法結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、經(jīng)濟(jì)、合理。若條件受到限制，無法設(shè)于地面建筑的倒塌范圍之外時，應(yīng)設(shè)防倒棚架且與地面建筑主體結(jié)構(gòu)分開。

2.3人防地下室門框墻、封堵設(shè)計問題

隨著國家人防地下室門框墻、封堵相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖集的不斷完善，給工程設(shè)計人員在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計中減輕了很大的工作量。但國家標(biāo)準(zhǔn)圖集不可能完全解決工程實際中的所有復(fù)雜問題，且標(biāo)準(zhǔn)圖集的使用也有其適用范圍。故設(shè)計人員在套用標(biāo)準(zhǔn)圖集時應(yīng)搞清楚適用原則，并分析套用后在實際工程中可能帶來的問題。下面是近年來人防工程門框墻及封堵設(shè)計中碰到的一些問題。

3、高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點

3.1重視人防口部的設(shè)計

綜合辦公大樓的地下室結(jié)構(gòu)是根據(jù)其特殊性設(shè)計的，涵蓋了許多方面，包括地下室主要通道的設(shè)計和海浪控制系統(tǒng)的設(shè)計。門框的墻等是設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通常，應(yīng)嚴(yán)格控制墻的最小厚度，以更好地滿足封閉性和輻射性要求。如果未達(dá)到保護(hù)厚度標(biāo)準(zhǔn)，則必須在地下應(yīng)用磚，以進(jìn)一步增加墻厚度。消波設(shè)計也是國防部和外交部設(shè)計過程中的一個相對重要的部分，可能對綜合辦公樓地下室戰(zhàn)爭功能的運作產(chǎn)生重大影響?？偟膩碚f，沖擊波處理設(shè)計的主要目的是確保在空襲中迅速處理爆炸物沖擊波，以便有效減少其對進(jìn)入和提取系統(tǒng)的干擾。在這一階段，最常用的消波系統(tǒng)專門涵蓋防爆門+播音室等。鑒于消波系統(tǒng)的重要性，在具體設(shè)計工作中應(yīng)更加重視這種聯(lián)系。

3.2確保荷載組合具有較強(qiáng)的科學(xué)性、合理性

在綜合辦公樓人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)該對平時應(yīng)用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載組合等進(jìn)行綜合考量，合理進(jìn)行設(shè)計。在人防頂板設(shè)計階段，針對頂板靜荷載，除了要對樓蓋自重等進(jìn)行綜合考量，還應(yīng)該對因為砌體墻倒塌堆積而出現(xiàn)的靜荷載進(jìn)行合理考慮。并且，在對豎向構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計的過程中，如果上部建筑屬于砌體結(jié)構(gòu)，那么對于自重，應(yīng)該將標(biāo)準(zhǔn)值作為依據(jù)，選擇其一般的值。而上部建筑為其他結(jié)構(gòu)形式的時候，可以依照標(biāo)準(zhǔn)取值，以確保設(shè)計的合理性。

3.3門框墻合理設(shè)計

人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要執(zhí)行多重標(biāo)準(zhǔn)，要在滿足戰(zhàn)時需求的基礎(chǔ)上，增加人防地下室的實用性功能，遵循戰(zhàn)平結(jié)合的原則，通過這樣的方式，提升人防地下室的功能性作用。以常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行分析，門框墻的設(shè)計通常需要設(shè)置四個擋墻，分別位于上下左右4個方位，在這個基礎(chǔ)上，對擋墻的抗應(yīng)力能力進(jìn)行計算，然后進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行擋墻配筋。但是在戰(zhàn)時的角度上來看，擋墻的功能性作用有所提升，屬于戰(zhàn)時的一種重要防御構(gòu)件，除了承受建筑原有的荷載之外，還需要抵御外來的荷載，包括各種爆炸產(chǎn)生的振動以及沖擊。在實際的擋墻設(shè)計中，許多設(shè)計師忽略了墻的組合力，因此側(cè)墻彎曲力矩與左擋墻的負(fù)載能力，以及頂板彎曲力矩與下?lián)鯄Φ呢?fù)載能力不足，無法實現(xiàn)力的協(xié)調(diào)，因此無法套用此模型。為了提升擋墻設(shè)計合理性，充分地落實戰(zhàn)平結(jié)合的原則，就需要在整體的角度上考慮問題，針對擋墻位置的不同，對4個擋墻展開差異性的設(shè)計，增加當(dāng)前的協(xié)同性，整體性的提升擋墻防御能力。

3.4有效選擇人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

一般而言，人防工程在戰(zhàn)時受爆炸沖擊波作用，與普通的靜荷載和動載存在很大的差異，其屬于偶然性荷載，并且量值比較大，作用的時間不長，且會呈現(xiàn)不斷衰減的特點。同時，在爆炸動荷載作用下，為了最大限度地達(dá)到設(shè)計精度要求，全面提升設(shè)計水平，應(yīng)該有效選擇人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。在對鋼筋以及混凝土進(jìn)行取值的過程中，應(yīng)該綜合考量材料在快速加載下的動力強(qiáng)度，合理提升。并且，在設(shè)計階段，還需要對強(qiáng)度和彈性模量乘以對應(yīng)調(diào)整系數(shù)。針對結(jié)構(gòu)變形以及裂縫等問題，其雖然不需要進(jìn)行驗算，但是應(yīng)該對構(gòu)件的允許延性比進(jìn)行嚴(yán)格的把控。此外，在依照等效靜荷載法對構(gòu)件人防荷載進(jìn)行取值的過程中，需要側(cè)重對相關(guān)限制因素的關(guān)注，包括覆土厚度等。

結(jié)語：

在設(shè)計高層建筑的地下室基本結(jié)構(gòu)時，除了保證設(shè)計質(zhì)量外，還要注重成本控制，在不超過成本預(yù)算的同時，保證地下室結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，更好地發(fā)揮其實用功能。在設(shè)計中，最基本的工作是制定設(shè)計方案，后續(xù)的各項工作按照方案展開設(shè)計。做到精細(xì)化設(shè)計，設(shè)計與成本預(yù)算相結(jié)合，使地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足實用需求，且能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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