高層建筑人防地下室結構設計

【摘要】隨著經濟的快速發展，建筑工程行業成為了我國重要的經濟增長，加強高層建筑人防地下室結構設計，在人們的生活中起著至關重要的作用。本文將從高層建筑人防地下室的建筑設計應注意的事項、人防地下室結構設計特點及對深圳市某實業公司的分析等幾個方面進行分析。

【關鍵詞】高層建筑；人防地下室；結構設計

一、前言

目前，隨著建筑業的快速發展，高層建筑人防地下室的質量安全得到了人們的廣泛關注。雖然我國在高層建設人防地下室的設計上有所完善，但是仍然存在一些問題和不足需要改進。在建設社會主義和諧社會的新時期，進一步加強高層建筑物人防地下室的質量的控制，保證人們的生命安全是建筑設計的一個重要環節。

二、高層建筑人防地下室的建筑設計應注意的事項

1、主要應考慮在核爆動荷載作用下對結構做動力分析，單建式與附建式荷載計算是不同的，也要考慮上部建筑在平時條件下的荷載作用，高層建筑下的人防地下室往往是頂板內力受核爆動荷載控制。

2、新規范第4.5節給出的附建式人防地下室的常用結構等效靜荷載際準值的幾個表，比舊規范詳細，而在“條文說明”中此部分對不同等級工事的不同跨度給出了頂板及墻體的厚度、混凝土標號供參考，設計時應結合正文查看“條文說明”，以防過大的偏差造成重復計算。

3、內力分析和截面設計時應注意新規范4.6.1條與4.6.2條規定，人防地下室的頂板部分，一般屬于超靜定結構，應按非彈性變形產生的塑性內力重分布來計算內力，對板的內力采用極限平衡法計算四邊支承塑性變形板比較合理。

4、關于人防地下室構件的斜截面驗算問題，新規范4.6.7條考慮跨高比的影響對受剪承載力進行了修正，具體方法可按給出的修正公式，并查閱《條文說明》中有關解釋，不要直接按《混凝土設計規范》中的斜截面抗剪公式套用。

5、高層建筑下的防空地下室，往往因為其大空間大柱網的結構布局造成厚板高梁，有時影響了室內凈空及通風管道布置，其實只要頂板按防護等級做到規定厚度，可以考慮結合柱子做無梁樓蓋。

三、人防地下室結構設計特點

人防地下室不同于一般的地下室，人防地下室的結構設計有其獨特之處：

1、人防地下室結構設計的可靠度低于一般地下室。

2、大部分鋼筋混凝土結構構件可按彈塑性工作狀態設計。在人防地下室的設計中，一般用允許延性比來表示結構構件的工作狀態。按照塑性工作狀態設計的結構構件可以承受更大的爆炸動荷載，可吸收更多的能量，具有較大的經濟意義。

3、材料強度的設計值可以提高。試驗證明在爆炸動荷載作用下，材料強度可提高20%～40%。這對人防地下室結構是一個有利因素。

4、人防地下室的結構設計構造要求更為嚴格，如人防地下室在材料強度等級，結構構件最小厚度，最小保護層厚度和最小配筋率等各個方面比普通地下室的要求更加嚴格。

5、人防地下室結構的動力分析。人防地下室是考慮了武器爆炸的動荷載作用的，可以采取等效靜荷載法來分析其結構動力，然后用靜力計算方法分析其結構內力。

6、人防地下室在武器爆炸動荷載作用下，應驗算結構承載力，可不驗算結構變形、裂縫開展和地基的變形等。

四、工程概況

深圳市某實業有限公司306高層工業廠房是一棟18層（地下1層）的框架—剪力墻結構型式的高層工業建筑。建筑面積31200m2，建筑高度79.8m，地震烈度7度，框架等級3級，剪力墻等級2級。地下室面積3908m2，其中含人防面積1390m2，分兩個人防單元，層高4.4m，樁基采用預應力砼管樁。地下室的設計中考慮人防問題，要平戰結合，即既要考慮平時使用時載荷較小，需滿足建筑使用上大空間的問題，又要考慮人防時載荷較大，結構上很難滿足大空間的問題。

五、設計方案

1、人防載荷的確定

本工程人防地下室防護等級為6級，采用全埋式現澆鋼筋混凝土人防地下室，各部位等效靜載荷取值分別為：

（1）頂板。首層外墻為180 mm實心磚填充墻，且墻面開孔面積大于50%，故不計上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓作用的影響，等效靜載荷標準q=60KN/m2。

（2）側墻。上部建筑物為抗震設防的框架-剪力墻結構，故應放入上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓值的影響，根據本工程地質條件，人防地下室側壁范圍內分別有非飽和土和飽和土，取其加權平均值，并考慮周圍基坑支護的阻隔作用，故地下室側壁等效靜載荷標準值q=40KN/m2。

（3）底板。本工程采用樁基礎，當核爆載荷q作用于頂板時，載荷隨板、梁、柱傳至樁上，因人防設計時不考慮地基承載力和地基變形，由q產生的力由樁與底板共同承受，故小于規范中按箱形地下室底板的等效靜載荷值（40～50）KN/m2，與平時荷載作用下因樁不均勻沉降而產生的底板受力相比，不起控制作用，故不予考慮。

（4）門框墻。所受載荷分兩部分，一是直接作用在墻上載荷qe=200KN/m2；二是由門扇傳來的等效靜載標準值，分別按門扇的型號、大小計算確定。

（5）臨空墻。依工程實際情況和規范表4.5.7取其等效靜載荷標準值為130KN/m2。

（6）隔墻。隔墻分兩種，一是相鄰防護單元間隔墻的設計壓力值為50KN/m2；二是6級人防地下室與普通地下室相鄰間的隔墻，其普通地下室一側的設計壓力選用值為90KN/m2。

2、載荷組合和內力分析

作用在防空地下室結構上的載荷，應包括核爆動載荷、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及防空地下室的自重等，規范中對防空地下室不同部位應考慮的載荷組合給出了一個表格，結構設計時可根據各工程的結構特點結合表格確定所需進行載荷組合的項目，本工程各個部位參與組合的載荷分別為：

（1）頂板。頂板核爆動載荷標準值，頂板靜載荷標準值。

（2）側墻。豎向：頂板傳來的核爆動載荷標準值、靜載荷標準值，上部建筑物自重標準值（僅有局部剪力墻部位），外墻自重標準值。橫向：核爆動載荷產生的水平動載荷標準值、土壓力、水壓力。

（3）內承重墻（柱）。在本工程中，將平時和戰時的載荷值進行對比不難發現，戰時所增加的頂板核爆動載荷標準值小于平時各樓層的活載荷標準值之和，故此部位構件不由戰時條件控制。在防空地下室結構的設計中，其承載力設計應采用下列極限狀態設計表達式 ：

其中， 為結構重要性系數，取1.0； 為等效靜載荷分項系數，取1.0；f為混凝土動力強度設計值（參見文獻[2]表4.6.3）；f為鋼筋動力強度設計值。由上式可明顯看出人防設計的特點，與平時狀態下的內力情況進行比較，本工程中，頂板、側壁及人防區域內構件的水平受力由戰時控制，底板、基礎由平時控制。求出構件的內力和配筋后，剩下的問題就只有一些構造要求了，結構設計人員只需認真研究體會規范條文的條件和適用范圍，結合工程實際情況就可順利地完成人防地下室各主要構件的設計。

六、結束語

通過對人防地下室結構在高層建筑中的問題分析，進一步明確了人防地下室質量在高層建筑應用中的方向。因此，在高層建筑工程的后續發展中，要不斷提高人防地下室結構的設計技術，促進高層建筑工程的進一步發展。

參考文獻

[1]都軍花 建筑工程中地下室結構設計探討 中國高新技術企業 2009年

[2]文華 論述地下室結構設計存在的問題 建材與裝飾 2008年

[3]洪晏 淺談地下室人防結構設計 科技資訊 2010年

[4]朱杰利 談高層建筑人防地下室設計 建筑工程 2007年