基于人防建设的建筑地下室结构的设计分析

刘建立张茗涵

（1.驻马店诚达置业有限公司 河南 驻马店 463000 驻马店职业技术学院建筑工程系 河南 驻马店 463000)(2.驻马店职业技术学院建筑工程系 河南 驻马店 463000）

基于人防建设的建筑地下室结构的设计分析

刘建立1张茗涵2

（1.驻马店诚达置业有限公司 河南 驻马店 463000 驻马店职业技术学院建筑工程系 河南 驻马店 463000)(2.驻马店职业技术学院建筑工程系 河南 驻马店 463000）

随着我国经济建设快速的发展，高层和超高层等建筑在全国各个城市中，相继的拔地而起，同时随之而来的还有地下的停车库，以及地下的商场等大量的兴建，所以我国的人防工程建设，正在逐渐走向和城市建设相互结合的道路。下面就对地下室结构的人防建设进行分析。

人防建设 建筑地下室 城市建设 结构的设计

0.前言

在对地下室结构的设计中，尤其是人防建设的建筑，是建筑施工中非常有难度的一个施工方面。而在经济比较发达的地区和城市，或者是比较繁华的商业地段，已经是地下空间开发的主要地段，同时对地下空间的应用，一定是离不开防灾救灾的人防工程。下面就对人防工程中的要点问题做进一步的分析。

1. 在材料的选择方面

人防地下室在设计中，会涉及人防荷载参和结构计算，在这两个方面一定要乘以材料强度的综合调整系数γd。详见《人民防空地下室设计规范》，以下都简称为《人防规范》。

1.1 混凝土的选择

人防地下室对混凝土强度的要求非常高，一般选用混凝土强度等级是C30到C35。通常都不建议应用C40号以上的混凝土，第一点原因是在C40到C55 的混凝土中，其所受拉钢筋最小配筋比率是0.3，但是C25到C35的混凝土中，其受拉钢筋最小的配筋比率是0.25。根据这个条件可以得知，因为在人防地下室的设计中，一定是要考虑防辐射，还有密闭防毒作用的因素，因为墙体和顶板比较厚，所以在抗力等级比较低的人防地下室结构设计和计算中，会出现非常多的构造钢筋，这些构造钢筋就能满足受力要求的情况。所以在抗力等级还有平时荷载不太大的情况下，就可以选用强度等级低于 C40 的混凝土，这样不仅可降低工程的含钢量，同时还有非常好的经济性。因为人防地下室的墙体和顶底板需要承受一定的重力，所以其结构是非常厚的，而且所用的混凝土强度登记越高，它的水化热程度就越大，也就越容易发生开裂的问题，进而增加了对混凝土养护方面的难度。

1.2 钢筋的应用选择

人防地下室在钢筋的应用上，除了可以应用经过冷加工处理，而且延性比较差的钢筋，让其作为人防荷载参和计算过程中的受力钢筋。如果在核爆动荷载的作用下,这种情况结构构件的变形就会达到极限，就可以采用允许延性比进行控制。而且在确定各种构件所允许的延性比时，已经考虑到对钢筋变形的限制，所以在防空地下室结构的设计中，可以不考虑结构裂缝的问题。

2. 结构设计选型及计算要点

在实际的地下室结构设计和建设当中，一定要对人防地下室的载荷参数进行详细的计算，地下室载荷的重要性直接关系到人防结构的安全问题。在计算人防荷载参数和结构设计时，可以应用塑性的内力重新分布分析法来进行计算，这里的塑性元件应用的是弹塑性构件。这种方法可以不用考虑风的荷载和地震荷载的因素，这样就不需要对结构变形因素，还有裂缝开展因素，以及地基的承载力和地基变形因素进行验算了，但还是要对基础承载力的强度进行验算，因为基础承载力的强度地下室的载荷有很大的影响。所以在对人防地下室进行设计时，对平时人防地下室和战时的人防地下室都要进行计算，因为这两种不同的工况，其载荷的数据是不一样的，在计算过程中，选取配筋值一定要取其中最大值。

2.1 顶板

在对人防地下室的顶板进行计算时，在不同的工况下其取值也是不一样的，第一种是顶板静荷载加上活荷载的工况计算方法，在这种工况作用下，在计算顶板和顶板梁时，还是要按照平时的要求计算，其内容主要有整体的建模，考虑风和地震荷载的影响，还有对最大裂缝的验算等。在第二种工况的情况下计算，计算方式是顶板的静荷载加上爆炸等效静荷载。因为顶板和顶板梁都会受到竖方向荷载力的控制和约束，所以在计算中只进行一层计算内力，而且计算方法还用塑性极限思维分析法，在计算中所用到的跨中弯矩的调整系数是1.20，而支座弯矩的调整系数是0.80，这种计算方式不做活载布置计算，也不需要对裂缝验算。通过对两种工况作用下的最终结果进行比较，选择其中计算结果最大的值。在对人防地下室的顶板厚度取值方面，应该根据《人防规范》注意对最小防护厚度的选择,而且根据《人防规范》，施工中一定要选用防水混凝土。如果在建设多层的人防地下室，而且上下两个相邻楼层被划分成两个单独的防护单元时，它们之间的防护单元楼板一定要选用防护型密闭楼板，而且这种防护型密闭楼板的最小厚度应取 200mm。除此之外，还要注意对人防地下室的顶（底）板，还有墙体，都需要根据《人防规范》的要求设置拉结筋。人防地下室的顶板在一般情况下，都是用梁板式和无梁楼盖这两种结构形式进行设计。无梁的楼盖设计，对整体建筑的抗震性能比较差，在人防地下室的顶板，成为上部结构的嵌固部位时，或者是在柱网区格内，其长短的跨度比大于1.5的情况下，还有设计中，顶板标高变化程度比较多的时候，都不适合选用这种无梁的楼盖结构模式。而梁板式结构的抗震性能相对而言比较好，是人防地下室应用最多的结构形式。

2.2 墙体结构设计

对人防墙体的设计方面，主要包括外墙，临空墙，还有单元隔墙以及密闭隔墙。而密闭隔墙的受力设计不用考虑。这些需要考虑计算的墙体主要作用都是承受水平方向的爆炸荷载，而计算的模型是单向板，其下端是固端，上端是用顶板刚度来定固或者用简支。为了简化这些设计，通常把顶板的厚度要大于等于墙体的厚度，在这个约束条件下，对上端的固端进行设计方面的计算，相反就是对简支的计算约束条件。门框墙通常都是开孔口的临空墙，孔口四周被视为是悬臂梁的计算模型，所以要进行分别计算。如果悬臂梁悬挑的长度超过所在孔口边长的二分之一时，就需要在孔口的边缘设置一个立柱，或者设置一个横梁。因为对人防墙体的计算，通常都是以单独构件的方式拿出来计算的，所以在进行结构设计中，特别注意墙体和周边构件弯矩协调程度，加强节点的钢筋构造，避免因为对设计标准控的不一致，而导致有些结构的局部被先行破坏,进而失去了整个防护建筑的作用。

2.3 柱子，底板和基础的结构设计

在一般情况下，柱子，底板和基础构件是在平时工况下进行控制配筋的。在设计中，主要考虑柱子的承载力，其承载力会在人防的效静荷载作用下，随着材料强度不断提高而提高，柱子主要是依靠混凝土来承载压力，提高的力度在1.5 倍左右。如果在战时的工况下，不需要对活荷载进行考虑，而在平时的工况下就不同了，因为上部建筑每一层的叠加，其活荷载甚至比人防的效静荷载还要大，活荷载的分项系数是1.4，而人防效静荷载的分项系数是1.0，这在计算应用中是一定要记住的。当独立基础底板在非饱和的土层时，一定要按照平时的要求进行设计。再在人防等效静荷载作用下，同时材料的强度也有所提高的条件下，进行构件承载力强度验算。验算的过程也要注意满足《人防规范》的构造规定。

人防地下室结构需要确定准永久值荷载的标准值与等效静荷载的标准值，确定了两值后，承载力设计需要采用下列表达进行极限状态设计：

式中：γ0——结构的重要性系数，一般取 1.0；γG——永久荷载分项系数，如果其效应对结构有利时取1.0，不利时取 1.2；SGk——永久荷载效应的标准值；γQ——等效静载的分项系数，取 1.0；SQk——等效静载效应的标准值；R ——结构构件的承载力理论设计值；R (口)——结构构件的承载力函数；fcd——混凝土动力的强度设计值；fyd——钢筋(钢材)动力强度的设计值；ak——几何参数标准值。

3. 施工方面的设计应用

人防地下室不仅对防护性的要求高，而且对密闭性要求同样很高，在现场的施工操作中，混凝土要求在一次过程中就浇筑好，不能发生事后凿洞的情况。同时在施工中，一定不能破坏了人防地下室的防护密闭性，所以要求施工人员无论工序进行到了哪个环节，工期要求的多么紧迫，都不要着急，以免破坏了防护密闭性，那么会得不偿失。在对人防的钢筋混凝土墙的模板进行安装时，一定要选用中间的加止水片进行一次性螺栓的安装加固工作，一定不能采用PVC 套管穿越墙体的方式，还有重复使用螺杆的方式进行，这样会对墙体和防护层造成很大的破坏。而且在对人防地下室的钢筋施工中，要保证钢筋联成一个整体，而且还要设止水钢板，还有穿墙套管，以及埋设防爆波地漏。人防地下室在防护密闭性的需求很重要，一般是不需要设各种形式的缝，主要是设置施工后的浇带，以及混凝土添加剂的形式，以这种方式来替代变形缝和沉降缝。在施工后，浇带的位置一定要根据建筑工程的基础，还有其以上部位的结构布置，或者是根据具体的情况来确定。对后浇带的设置，一定要安排在结构受力非常小的地方,一般情况都是设置在梁，还有板跨度以内的三分之一处,因为这个位置的结构弯矩，还有剪力都非常的小。在平面布置方面，一定要注意对后浇带的布置情况，最好是要和梁达到平行的效果,避免梁的截断太多,而且在设置时，还要避开人防口部的墙体，还有人防门洞，如果不这样，在墙体上施工后，就会造成冷缝太多和人防门洞预埋角钢的截断问题，施工中可以根据具体的情况，沿着平面曲折进行通过。

4. 总结

在对城市地下空间的开发和利用进程中，一定要结合城市相关的建设，然后积极进行人防工程建设，其原则就是长期准备，重点建设，平战结合。保证了这三个方面的要求，一定会提高人防工程的工作效益，还有社会效益以及经济效益，同时为以后的建设和发展打下良好的基础。

[1]中华人民共和国国家标准《人民防空地下室设计规范》( GB50038 －2005)建设部、家质量监督检验检疫总局联合发布,2006 年 3 月 1 日实施．

[2]张剑芳 王中泽，某工程人防地下室结构设计的若干问题的探讨［J］.国外建材科技，2006.03．

[3]陈远森.浅议高层建筑地下室结构设计中应注意的几个问题[J].黑龙江科技信息，2008(29):276.

[4]陈璋.高层建筑地下室结构设计常见问题分析[J].中国高新技术企业，2009(12)：151-152.

[5]徐氢清.高层建筑超长地下室结构设计的若干问题[J].科技创业家,2012（10）

[6]中华人民共和国建设部．建筑抗震设计规范 (GB 50011—2010)[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010．

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