高层建筑人防地下室结构设计中注意要点研究.doc

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1、高层建筑人防地下室结构设计中注意要点研究摘要：近年来，随着我国城市经济的迅速发展和城市土地开发的有限性，人们对城市地下空间的开发与利用越来越多，同时人们对城市综合防灾能力的要求也越来越高。作为与城市建设相结合的人民防空工程建设，尤其是人民防空地下室工程的建设得到空前发展。然而，目前在高层建筑人防地下室结构设计中仍存在着一些问题和不足，引起结构设计人员的广泛关注。文章主要结合工程实例，主要针对高层建筑人防地下室结构设计要点分析与研究，并提出了设计中注意事项。关键词：高层建筑；人防工程；地下室；结构设计1 引言近年业，由于结构设计人员对建筑人防设计规范的理解不透彻和不重视，对设计的规范的不严格执行

2、，再加上忽略人防工程性质的特殊性，造成人防工程结构设计过程中存在许多问题。因此，如何做好人防地下室结构设计工作具有重要的意义。本文结合笔者的工作经验和总结，主要论述了高层建筑人防地下室结构设计中注意要点。2 人防地下室结构设计特点人防地下室不同于一般的地下室，战时武器爆炸动荷载是其建筑结构设计的主要考虑因素之一。就荷载的分类看，武器爆炸的动荷载是一种数值很大、时间很短、不断衰减的，且在结构的设计使用年限内不一定出现的荷载。因此，人防地下室的结构设计有其独特之处：（1）人防地下室结构设计的可靠度低于一般地下室。根据建筑结构可靠度设计统一标 准GB50068-2001规定，一般混凝土结构构件延性破

3、坏时失效概率为0.069%，而人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）（以下简称规范）规定人防地下室的钢筋混凝土延性构件失效概率为6.1%。（2）钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段设计。考虑结构的动力响应，结构设计的可靠性可以降低；结构构件进入塑性工作状态时可吸收更多能量，充分发挥材料潜力，材料设计强度可以提高，具有较大的经济意义。（3）材料强度的设计值可以提高。试验证明在爆炸动荷载作用下，材料强度可提高20%40%。这对人防地下室结构是一个有利因素。（4）人防地下室的结构设计构造要求更为严格，如人防地下室在材料强度等级，结构构件最小厚度，最小保护层厚度和最小配筋率等各个方面比普通

4、地下室的要求更加严格。（5）人防地下室结构的动力分析。人防地下室是考虑了武器爆炸的动荷载作用的，可以采取等效静荷载法来分析其结构动力，然后用静力计算方法分析其结构内力。（6）人防地下室在武器爆炸动荷载作用下，应验算结构承载力，可不验算结构变形、裂缝开展和地基的变形等。（7）人防地下室战时与平时考虑的荷载效应组合不同，因此规范规定人防地下室结构尚应根据其上部建筑在平时使用条件下对人防地下室结构的要求进行设计，并取其中控制条件作为人防地下室结构设计的依据。3 人防地下室结构设计实例分析本文通过2个实例对防空地下室设计特点，就笔者设计中遇到的问题进行分析。3.1 工程概况（1）项目1某综合办公楼，主

5、楼17层，裙房4层，主楼为框架-剪力墙结构，裙房为框架结构，主楼高 68.7m，基础形式为桩基承台，埋深 5.8m。1层地下室面积为6910m2，其中含人防面积3908m2，平时使用功能为车库，战时使用功能为二等人员掩蔽部，共 2个防护单元，防护级别为甲类核6级，常6级。（2）项目2某住宅主楼25 层，裙房3 层，主楼为框架-剪力墙结构，裙房为框架结构，主楼高78.95m，基础形式为桩基承台，埋深5.2m。1 层地下室面积为6780m2，其中含人防面积3 320m2，平时使用功能为车库，战时使用功能为二等人员掩蔽部，共2个防护单元，防护级别为甲类核6级，常6级。3.2 结构布置项目1功能性质为

6、综合办公楼，共设两处车道出入口，一处位于人防结构范围外；每个防护单元各有主要及次要出入口一处，人防地下室主要位于裙房及室外地面下。项目2功能性质为高层住宅，设一处车道出入口，位于人防结构范围外；每个防护单元各有主要及次要出入口一处，人防地下室主要位于高层结构及室外地面下。项目1：由于办公楼主要设备房间需设置于地下室北侧，使得人防口部构件与高层竖向受力构件单独设计；直通室外通道及竖井多数位于防倒塌范围外，减少部分防倒塌构件设计。项目2：人防口部构件与高层竖向受力构件剪力墙及框架柱结合设计，传力构件布局合理；直通室外通道位于高层范围内，防倒塌结构需结合室外建筑布局和功能要求设计。人防结构与地上建筑

7、设计需紧密结合，尤其人防墙体利用上部结构受力构件共同布置，使地下结构得到充分利用。3.3 弹塑性设计在爆炸动荷载作用下，结构构件变形极限需要用允许延性比控制，规范在确定各种结构的允许延性比时已经考虑变形限制和防护密闭的要求，因而防空地下室结构在爆炸动荷载作用下不必进行变形裂缝验算；荷载取值只考虑一次核袭击；同时注意各部件的抗力协调，避免局部先行破坏。另外，笔者在项目1设计过程中，遇到以下问题：因办公楼柱网布置局部较大，所以结构设计中少数布置处混凝土梁延性比计算较难通过，但提高整体混凝土强度等级极不经济，最终采用如下方法解决：当受拉钢筋配筋率max，增配截面受压钢筋，有效降低受压区高度，使允许延

8、性比满足规范要求；当max，增大受弯构件截面尺寸使得受拉钢筋配筋率max，再增配受压钢筋。3.4 结构计算人防地下室结构设计的主要内容包含以下两方面：1）主体结构设计，包括顶、底板，外侧墙等构件设计。2）口部防护设计，防护密闭门与消波系统；通道临空墙门框墙设计；孔口构件，如风井防倒塌棚架以及相 邻单元间隔墙等设计。 对于人防荷载取值、荷载组合、计算模型以及内力分析相关规范及图集都有明确规定，笔者不重述，只提 出以下两点注意：1）在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则因地下室的结构形式、埋深、抗浮设计水位等因素取平时及战时不

9、利工况确定。2）在核武器荷载作用下的基础设计中，一般情况按平时使用条件下验算地基承载力（战时地基承载力和变形可不验算），按战时和平时使用条件下取不利情况进行基础验算。当防空地下室基础采用桩基础时，桩本身应按计入上部传来的核武器爆炸动荷载效应组合值来验算构件强度。3.5 构造要求项目1和项目2地下室结构均为超长结构，同时由于人防地下室密闭要求，且在防护单元内及口部不能设沉降缝，此时控制结构的差异沉 降成为结构设计的关键问题。就此问题，本工程均采取以下措施：1）高层与裙房及地下室结构连接部位设 置沉降后浇带，待高层沉降稳定后再浇筑，使地下结构连为一体，后浇带设置时应避开密闭通道等有防护密闭要求的部

10、位；2）在混凝土中掺加膨胀剂，利用膨胀剂的补偿收缩功能，减少混凝土硬化过程中的收缩应力；3）底板较厚时，混凝土采用分层浇筑，阶梯式推进，在每层混凝土初凝前完成上层浇筑；4）减小墙体 水平分布钢筋间距和提高其最小配筋率，以控制和减少混凝土结构裂缝的产生。3.6 平战转换由于人防工程是战时受袭时作为保障城市居民生命安全，并具有特殊功能要求的建筑物，因此结构需要承受的荷载较一般结构大几十倍至数百倍，此外结构密闭要求很高，所以在设计中应尽量减小结构跨度，减少并缩小直通大气的各种孔口，而这种原则，恰为平时功能使用造成困难，规范中对此点作指导性的规定，具体做法应根据平战要求和工程本身的实际条件综合确定。4 结束语综上所述，由于人防工程在战时承受的爆炸动荷载非常复杂，加上人防工程具有较大的特殊性，这就容易导致设计上出现偏差，本文通过结合实际工程阐述了人防工程的结构设计过程及注意事项，使设计人员对人防规范进一步加深理解，提高人防地下室结构设计质量。参考文献：1人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）2建筑抗震设计规范GB50011 2010.3刘佳伟.人防砼梁延性比问题探讨J.福建建筑，2008（11）.7