人防地下室結構選型分析

梁冠華

（山西筑城建筑設計有限公司 山西太原 030006）

0 引言

人防工程按工程的構筑方式分為明挖和暗挖工程。其中上部無固定地面建筑的明挖工程稱為單件式人防工程；上部有地面建筑的明挖工程稱為附件式人防工程，又稱作人防地下室。暗挖工程按修建方式可分為地道式和坑道式工程。本文通過人防地下室的設計原則和特點對結構設計的選型進行分析和探討。

1 人防地下室結構設計

人防地下室的結構設計，主要是人防頂板、底板、柱，人防臨空墻、人防門框墻及外墻，主要出入口樓梯、車道及防倒塌措施的設計。設計的內容不多，但根據平戰結合的方針，人防地下室要兼顧平時和戰時兩種使用功能的要求，在滿足戰時荷載工況的同時又要滿足平時荷載工況的經濟合理性。人防地下室采用等效靜荷載法進行結構動力計算，將結構體系構件分別按等效單自由度體系進行動力分析。人防地下室雖然荷載大，但計算時可采用塑性內力重分布分析法計算，對于裂縫開展、結構變形以及地震和風荷載都可不進行驗算，且人防荷載作用下有一個材料強度綜合調整系數。因此不是每個構件配筋結果均是人防荷載控制，一般有以下四種情況：

（1）人防墻體、樓梯、地下2層及以下人防頂板（當人防地下室位于地下2層及以下時），這些構件由于不需要考慮裂縫，配筋以戰時荷載控制。當人防地下室位于地下1層，人防頂板則根據平時荷載和戰時荷載的最不利狀況下的配筋取大值。

（2）由于人防荷載與平時活荷載不疊加，分為2個工況分別計算，因此塔樓內的柱子，上部疊加的可變荷載往往比人防荷載更大，一般為平時荷載控制；而塔樓外的柱則按兩種荷載工況下取大值。

（3）地下室底板及外墻，當設計水位較高時，是平時荷載條件下裂縫控制配筋。

（4）人防地下室的結構選型，由于底板結構涉及到自然水土及基礎的選型，有較多的不定性因素，大多數情況下，控制整個人防地下室結構的經濟選型主要在于人防頂板的結構形式。

2 人防頂板的結構形式

人防頂板的結構選型要根據層高，跨度，柱網的規整性，以及含鋼量的控制來選型。人防地下室頂板的主要結構形式有：普通梁板式（有次梁），普通梁板（無次梁），普通無梁樓蓋，現澆混凝土空心樓蓋，預應力無梁樓蓋，加腋梁板。

2.1 普通梁板式結構

一般而言，人防地下室位于地下2層及以下，可采用無次梁的普通梁板式結構，可節省模板及人工費用，方便施工。若地下室位于地下1層，且覆土較厚，宜采用有次梁的普通梁板式結構，可根據軸網和覆土厚度選擇十字形、井字形、單向板結構形式。梁板式結構整體性好，抗震性也較好，是比較普遍使用的結構形式之一。

2.2 普通無梁樓蓋結構

普通無梁樓蓋在柱網較為規整時可采用。由于人防地下室荷載大，梁板式結構的梁高較高，加上要預留給綜合管道的空間，地下室層高自然較高。無梁樓蓋結構的設備綜合管道可以安裝在無柱帽區，在同等條件下有效控制層高，減少基坑開挖的深度，控制成本。由于柱網較規整，無梁樓蓋施工起來也比較方便，支模快，節省工期。但無梁樓蓋整體性能差，設計時要特別注意柱帽的抗沖切承載力是否滿足，柱帽的大小也要滿足相關構造的要求。

當頂板標高變化較多，柱網不規整時，板跨的長短跨之比大于1.5時，當頂板作為上部結構嵌固部位時，均不宜采用無梁樓蓋。

2.3 現澆混凝土空心樓蓋結構

現澆混凝土空心樓蓋按頂板結構形式可分為梁板式空心樓蓋和無梁板空心樓蓋（空心板無梁樓蓋）。空心板無梁樓蓋工程上較為常見，空心板無梁樓蓋的適用條件為：

（1）柱距較大（一般大于7m），荷載較大（需要較大板厚，可放內模）。

（2）不需要結構自防水（地下2層及以下頂板比較合適）。

2.4 預應力無梁樓蓋結構

預應力無梁樓蓋作為新材料新工藝，具備了普通無梁樓蓋的大部分優點，還具備以下三點：

（1）預應力技術的實施賴于高強度低松她鋼絞線的使用，其設計強度約為普通鋼筋的4.5倍，能充分利用高強度材料（高強度混凝土、高強度鋼筋），使之構件截面小，且可以解決大跨度結構的設計難點。

（2）預應力結構可以減小結構構件變形，控制水平構件的撓度，或增強豎向結構的剛度，其抗裂性能和整體性能好，可改善結構平面由于開洞等原因造成的薄弱帶。

（3）預應力是可以度量的物理力學作用，在結構中可以產生壓應力，抵消結構中的拉應力；對解決超長地下室結構因溫度變化和混凝土長期收縮產生的裂縫有較明顯的作用。但需要注意的是人防地下室必須采用有粘結的預應力鋼筋混凝土技術。

采用預應力無梁樓蓋的缺點是施工復雜程度提高，對質量的要求比普通混凝土高，需要專業的人員操作。

2.5 加腋梁板結構

（1）梁加腋分為垂直加腋和水平加腋，梁底垂直加腋是局部加梁截面以滿足抗剪和承載力的要求，可以減少對建筑凈空的影響和降低造價；水平加腋是為了保證梁柱中心線不能重合時，梁偏心對梁柱節點核心區的不利影響。

（2）板加腋主要為增大支座處板截面計算高度，減少支座配筋和混凝土用量。

（3）梁板加腋的原理及優勢為：按靜力手冊計算，梁板的支座彎矩一般是跨中彎矩的兩倍以上。為了滿足支座處彎矩計算要求，而整梁加高，既不經濟也影響地下室的使用凈高。只增大支座處截面的做法比整體加大截面更合適。

（4）加腋梁板的應用范圍是加腋梁板在土建造價和對建筑層高占用均比普通梁板節省，僅次于無梁樓蓋結構。且加腋梁板適用于荷載和跨度較大，不能采用無梁樓蓋，且層高受限或限額設計的項目。

（5）加腋梁板結構尚缺乏簡潔準確的計算軟件和充足有效的試驗數據，但該結構受力合理，經濟效益明顯，具有很大的發展潛力。

3 結構構件截面尺寸的選擇

（1）當跨度大于9m時不管是普通無梁樓蓋還是普通梁板式，截面尺寸都是比較大，假如整個工程大多數跨度大于9m，可以考慮加腋梁板結構形式或采用新型材料例如預應力無梁樓蓋，有效提高鋼筋強度，減小構件截面尺寸。

（2）在不對比含鋼量或其他因素的情況下，柱網在9m以下，且較為規整，普通無梁樓蓋較普通梁板式結構優勢在于有效減小層高，外形美觀。

（3）中間無次梁的普通梁板式結構適合在地下2層或地下1層覆土較薄時使用，當人防地下室設置在地下一層時，覆土小或小跨度也可使用中間無次梁的梁板式結構，但大跨度或覆土較厚的從經濟角度上考慮，建議使用中間有次梁的普通梁板式結構。

（4）以上數據也適合預應力無梁樓蓋及空心板無梁樓蓋，優缺點和使用范圍在前已描述。以及在大跨度時采用加腋梁板，可使框架各部位受力更趨合理，且可節省鋼筋減小裂縫。

4 結論

附建式人防地下室作為最常見的防空地下室，在設計過程中充分利用規范和現有的設計條件，做好結構的選型，為業主設計出平戰結合，更經濟合理的人防地下室創造出優質的建筑。