人防地下室结构设计中结构选型分析

人防地下室结构设计中结构选型分析

刘潇

浙江南和工程检测有限公司 314000

摘要：人防工程在现代化的建筑设计中有新型的发展模式，早期的人防工程地下结构主要是战争时期对人员的撤离、物资的保护发挥作用，随着社会和平安稳地发展，地下室设计更加注重对现代化建筑的设计与经济适用性。人防地下室结构设计不仅需要满足平时设计的需求，而且要考虑战时设计，人防地下室结构设计越发复杂，文章就人防地下室结构设计加以分析。

关键词：人防地下室；结构设计；荷载确定

地下室结构设计的合理性直接影响着建筑设计优劣，人防工程中的地下室结构设计不同于一般的建筑结构，在人防地下室工程中需考虑平战结合设计，人防结构方案的设计上需要考虑更多的问题。为满足人防地下室平战使用要求、上部建筑结构类型、防护要求、节约成本等因素，需要从基础选型、楼盖（屋盖）结构选型、荷载确定等方面综合考虑。

1基础选型

在考虑地下室基础时一般根据工程地质资料中地质条件进行选型，当基础持力层较深可采用桩基，较浅可采用柱下独立基础，存在地下水时还需加防水底板。基础形式有柱下独立基础加防水板、满堂筏板正（反）帽柱，主次梁式底板等。以下仅对甲类防空地下室底板上的等效静荷载标准值进行分析，基础采用桩基且按单桩承载力特征值设计时，应按照《人民防空地下室设计规范》第4.8.15条要求，对底板上的等效静荷载标准值进行取值；若无桩基（筏形基础、箱型基础等）应按《人民防空地下室设计规范》第4.8.5条要求采用；若采用柱下独立基础加防水板或条形基础时，底板上的等效静荷载标准值应按《人民防空地下室设计规范》第4.8.16条要求采用。基于基础类型及底板人防荷载取值不同，人防结构设计可根据工程周边环境、绿化设计和地质资料所提供的内容选定基础型式，考虑提高基础整体刚度，地下室的整体抗毁能力，地基变形等因素，有桩、无桩，底板不同做法等进行经济比较。充分考虑以上内容为人防地下室打下了良好的基础。

2楼盖（屋盖）结构选型

一般人防地下室多采用钢筋混凝土结构，防空地下室的结构选型，应考虑上部建筑结构体系。竖向承重结构构件宜与上部建筑的竖向承重构件一一对应，让上部建筑的荷载结合人防地下室的结构有效传递到基础上，即受力清晰、内力传递简单和整体性、延性较高的结构。地下室结构楼盖布置通常选取形式有主次梁楼盖、十字梁楼盖、无梁楼盖等多种结构型式。人防地下室顶板不仅考虑平时较重的覆土荷载以及0.2mm的裂缝要求，还要满足战时较大的爆炸动荷载。当前地下室设计中，满足上部建筑功能要求同时仍需考虑地下室结构各部位（如出入口、防护设备、与主体结构）使用性、安全性，这也导致结构布置不规则、跨度大、局部转换等越趋复杂化。根据地下室结构柱网布置情况，采用主次梁、十字梁结构布置是较为合理的，梁板结构的分割均匀合理，楼板承担荷载内力分配对于平时弹性分析和战时塑性分析都起到有利作用。无梁楼盖以板柱型式为例，板柱结构以减低层高为最大优势，但在地下室设计中较难满足各种功能使用，基于人防荷载较大情况，常常设计造成问题，比如，结构柱网布置不规则，容易造成局部应力较大，板柱节点开裂或冲切破坏；给排水专业设计时，集水井放置致使层高问题产生，采用板柱结构优势丧失；根据《人民防空地下室设计规范》附录D规定，无梁楼盖的板内纵向受力钢筋的配筋率不应小于0.3%和0.45ftd/fyd，含钢量较大。个人认为，在满足建筑地下室设计使用（层高等）要求和各规范前提下，尽可能不采用无梁楼板结构型式。

3荷载确定

按《人民防空地下室设计规范》防护要求区分甲类、乙类防空地下室。甲类防空地下室战时需要防核武器、防常规武器、防生化武器等；乙类防空地下室不考虑防核武器，只防常规武器和防生化武器。按照抗力级别划分，可分为常5级、常6级、核4级、核4B级、核5级、核6级和核6B级。根据《人民防空地下室设计规范》第4.1.5条防空地下室结构在常规武器爆炸动荷载或核武器爆炸动荷载作用下，其动力分析均可采用等效静荷载法。人防结构设计中，按照防空地下室的防护要求、抗力级别、覆土厚度、楼板跨度、上部建筑等因素确定防空地下室各防护结构构件的等效静荷载。地下室的人防顶板、基础底板及外侧墙分别根据防护等级的要求确定计算控制作用的等效静荷载来计算结构构件。

4荷载组合

依据防空地下室战时荷载组合中不考虑一般活荷载，战时荷载组合中包括动荷载和静荷载两类。作用在防空地下室结构构件上的荷载，应包括爆动荷载、上部建筑物自重、上部结构荷载、土压力、水压力及防空地下室自重等。按《人民防空地下室设计规范》第4.9条相关规定，对人防地下室不同结构部位，根据项目防护级别应考虑的荷载参照规范列出的表格确定所需进行荷载组合。荷载组合时，需要明白以下两点：一是如何确定上部建筑物自重，《人民防空地下室设计规范》条文说明第4.9.3条解释说明了各种不同的上部结构型式，在进行荷载组合时可分为全部计入、计入一半和不计入三种情况，设计时应分析准确。二是顶板的组合中是否考虑上部建筑物的倒塌荷载值，按规范规定的倒塌荷载产生的静荷载值为50kN·m2，其小于冲击波对顶板的等效静荷载值，在顶板荷载组合中不必计入倒塌荷载值。

根据荷载组合计算出不同受力状态下结构构件的内力值后，应取其控制条件作为截面设计依据。在人防地下室结构的设计中，其承载力设计应采用极限状态设计，主要是将战时组合的内力与平时组合的内力情况进行比较，选取控制结果来设计结构构件。结构的顶板和埋置较浅的外侧墙基本上都由人防荷载控制，埋置较深的外侧墙和基础底板则因地下室的结构型式的不同而以实际情况确定，一般由平时荷载控制。设计结构柱时，一般人防地下室都在建筑物的最下面，当建筑物为高层或者活荷载很大的时候，柱子控制结果一般由平时荷载控制；单建式的人防地下室柱子控制结果是由战时控制。

人防地下室的结构设计，正确确定人防结构等效静荷载是人防设计的核心。应重点参照《人民防空地下室设计规范》中各图表和公式的使用范围，参透各个名词术语的解释，了解人防工程的设计原理。

5结束语

人防地下室的结构设计是一个综合性较强的专业，涉及内容繁多且复杂，要熟练做好人防工程结构设计，在人防建筑、设备、电气、暖通专业知识也需涉及掌握，积极贯彻防空地下室设计“长期准备、重点建设、平战结合”的方针，不断研究技术问题，总结工程经验，提高设计水平。

参考文献：

[1]曾艳.地下室建筑设计在人防工程中存在的问题分析[J].住宅与房地产,2017(12):117.

[2]叶丽珠.人防地下室结构设计常见问题分析[J].中国住宅设施,2017(11):34-35.

[3]GB50038-2005，人民防空地下室设计规范[S].