摘要：結(jié)合工程實(shí)例，從設(shè)計(jì)特點(diǎn)、原則、方法等方面對(duì)人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了簡(jiǎn)要闡述，為繁雜的人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了清晰的思路。
關(guān)鍵詞：人防地下室；；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；工程應(yīng)用
人防地下室是為戰(zhàn)時(shí)服務(wù)，為保障人民防空指揮、通信、掩蔽等需要具有預(yù)定戰(zhàn)時(shí)防空功能的特殊地下建筑，同時(shí)還具有在緊急時(shí)刻儲(chǔ)存糧食淡水的作用。與普通地下建筑相比較，其使用對(duì)象、條件、要求均有明顯差別，人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮常規(guī)武器和核武器爆炸動(dòng)荷載的作用，還要考慮平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換的要求，滿足平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩種不同荷載效應(yīng)的組合情況。在進(jìn)行人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的荷載作用，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員最為關(guān)注的問(wèn)題。
1.人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
1.1人防工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
與普通地下室相比，防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是要考慮戰(zhàn)時(shí)規(guī)定武器爆炸動(dòng)荷載的作用。武器爆炸動(dòng)荷載屬于偶然性荷載，荷載具有量值大、作用時(shí)間短且不斷衰減等特點(diǎn)。暴露于空氣中的防空地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如高出地面不覆土的外墻、不覆土的頂板、口部防護(hù)密閉門(mén)及門(mén)框墻、臨空墻等部位直接受空氣沖擊波的作用。其它埋入土中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如有覆土的頂板、土中外墻及底板等，則直接受土中壓縮波的作用。此外防空地下室內(nèi)部的墻、柱等構(gòu)件則間接承受?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)爆炸動(dòng)荷載作用。
防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括頂板、外側(cè)墻、底板等其它構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是孔口防護(hù)設(shè)計(jì)，包括出入口的防護(hù)和消波系統(tǒng)（防護(hù)設(shè)備），其中出入口的防護(hù)包含防護(hù)密閉門(mén)的選用、門(mén)框墻、臨空墻的計(jì)算、出入口通道（包括風(fēng)井）的計(jì)算等幾個(gè)方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門(mén)的選用和擴(kuò)散室（箱）的設(shè)計(jì)，那么，這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與一般的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)有何不同呢？
一般結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法通常為“三水準(zhǔn)、二階段”的設(shè)計(jì)方法，設(shè)防目標(biāo)為“小震不壞，中震可修，大震不倒”。為實(shí)現(xiàn)設(shè)防目標(biāo)取小震下地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)彈性下的地震作用效應(yīng)，進(jìn)行截面承載力驗(yàn)算。第二階段是大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算。并通過(guò)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施來(lái)滿第三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。
人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的動(dòng)力分析一般采用等效靜荷載法：由于在動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型與相應(yīng)靜荷載作用下?lián)锨�很相近，且動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞規(guī)律與相應(yīng)靜荷載作用下破壞規(guī)律基本一致，所以在動(dòng)力分析時(shí)，可將結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡(jiǎn)化為單自由度體系，用動(dòng)力系數(shù)乘以動(dòng)荷載峰值得到等效靜荷載，這時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在等效靜荷載作用下的各項(xiàng)內(nèi)力就是動(dòng)荷載作用下相應(yīng)內(nèi)力的最大值。按等效靜荷載分析計(jì)算的模式代替動(dòng)力分析，給防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大方便。采用等效靜荷載分析時(shí)，為滿足抗力要求，結(jié)構(gòu)材料參數(shù)應(yīng)乘以材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)。最后結(jié)構(gòu)構(gòu)件在動(dòng)荷載作用下的變形極限用允許延性比[β]來(lái)控制。按允許延性比進(jìn)行彈塑性工作階段的防空地下室，即可認(rèn)為滿足防護(hù)和密閉要求。
人防設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則一樣：
結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能有足夠的延性，避免脆性破壞，鋼筋砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)采取“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則。
各結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力相協(xié)調(diào)的原則，避免出現(xiàn)薄弱部位。防空地下室的結(jié)構(gòu)，應(yīng)充分考慮各部位作用荷載值不同，破壞形態(tài)不同以及安全儲(chǔ)備不同等因素，保證在規(guī)定的動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)各部位（如出入口和主體結(jié)構(gòu)）都能正常地工作，防止由于存在個(gè)別薄弱環(huán)節(jié)致使整個(gè)結(jié)構(gòu)抗力明顯降低。如果某個(gè)部位失效，將導(dǎo)致整個(gè)人防區(qū)失效。同樣抗震設(shè)計(jì)也十分強(qiáng)調(diào)避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)（如薄弱層，軟弱層等），因?yàn)榇笳饡r(shí)薄弱層或軟弱層出失效將導(dǎo)致建筑物倒塌，產(chǎn)生嚴(yán)重后果核武器與常規(guī)武器爆炸均屬于偶然性荷載，具有量值大，作用時(shí)間短且不斷衰減的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受動(dòng)荷載時(shí)已經(jīng)處于彈塑性工作階段，因此，結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較大的延性，對(duì)吸收動(dòng)能，抵抗動(dòng)荷載是十分有利的。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，構(gòu)造上應(yīng)采取“強(qiáng)剪弱彎” “強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的設(shè)計(jì)原則。如可充分利用受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件的變形吸收武器爆炸動(dòng)荷載作用的能量，以減輕支座截面的抗剪與柱子抗壓的負(fù)擔(dān)，確保結(jié)構(gòu)在屈服前不出現(xiàn)剪切破壞和屈服后有足夠的延性，最終形成塑性破壞，提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力；又如受彎構(gòu)件應(yīng)雙面配筋，對(duì)承受動(dòng)荷載作用下可能的回彈和防止在大撓度情況下構(gòu)件坍塌十分重要，另外在節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)有足夠的抗剪、抗壓能力和足夠的鋼筋錨固長(zhǎng)度。上述這些措施和抗震設(shè)計(jì)的原則是一致的。
1.2人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
防空地下室設(shè)計(jì)必須貫徹“長(zhǎng)期準(zhǔn)備、重點(diǎn)建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合”的方針，并應(yīng)堅(jiān)持人防建設(shè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展、與城市建設(shè)相結(jié)合的原則。對(duì)于防空地下室的位置選擇、戰(zhàn)時(shí)及平時(shí)用途的確定，必須符合城市人防工程規(guī)劃的要求。同時(shí)也應(yīng)考慮平時(shí)為城市生產(chǎn)、生活服務(wù)的需要以及上部地面建筑的特點(diǎn)及其環(huán)境條件、地區(qū)特點(diǎn)、建筑標(biāo)準(zhǔn)、平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，地下、地上綜合考慮確定。對(duì)于人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其原則主要有：
�。�1）防空地下室的主體結(jié)構(gòu)、出入口部、孔口和防護(hù)設(shè)備等應(yīng)根據(jù)防護(hù)要求和受力情況做到各個(gè)部位抗力相協(xié)調(diào)，防止出現(xiàn)由于局部破壞而影響主體結(jié)構(gòu)的防護(hù)密閉性。
�。�2）城市地下空間結(jié)建式人防工程的開(kāi)發(fā)，多是以經(jīng)濟(jì)利益為主，常常忽略人防工程的出入口防倒塌問(wèn)題，多數(shù)出入口設(shè)置在建筑物倒塌范圍之內(nèi)，有的甚至沒(méi)有采取防倒塌和堵塞措施，也沒(méi)有進(jìn)行戰(zhàn)時(shí)防倒塌和堵塞的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。這些對(duì)戰(zhàn)時(shí)人防工程出入口構(gòu)成了安全隱患，需要設(shè)計(jì)時(shí)合理布局出入口。
�。�3）防空地下室結(jié)構(gòu)在滿足設(shè)計(jì)抗力的前提下，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。
�。�4）防空地下室應(yīng)充分利用受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件的變形來(lái)吸收核爆沖擊波的能量，以減輕支座截面的抗剪與柱子抗壓的負(fù)擔(dān)，確保結(jié)構(gòu)在屈服前不出現(xiàn)剪切破壞和屈服后有足夠的延性，最終形成塑性破壞，而不是脆性破壞，從而提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力。 �。�5）受彎構(gòu)件應(yīng)雙面配筋。雙面配筋對(duì)承受核爆動(dòng)荷載作用下可能的回彈和防止在大撓度情況下的構(gòu)件坍塌十分重要。
�。�6）人防地下室外墻為一側(cè)與室外巖土接觸，直接承受土中壓縮波作用，另一側(cè)為防空地下室內(nèi)部的墻體。頂板與外墻之間二者剛度接近時(shí)，外墻上部可近似按固定端與鉸支之間的支座情況考慮；底板剛度遠(yuǎn)大于外墻時(shí)，外墻下部支座可視作固定端，各構(gòu)件之間支座條件應(yīng)相互協(xié)調(diào)一致，需注意配筋及構(gòu)造應(yīng)與實(shí)際受力狀況相符。
2.工程應(yīng)用
某工程由3棟高層住宅和兩個(gè)地下車(chē)庫(kù)組成，主樓部分為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，地上11層躍12層、地下1層，建筑高度33.3m；地下車(chē)庫(kù)部分為框架結(jié)構(gòu)，地下1層，層高3.6m。地震烈度為7度，抗震等級(jí)為 三級(jí)，安全等級(jí)二級(jí)，耐火等級(jí)為地上二級(jí)、地下一級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50 年，基礎(chǔ)采用平板筏基，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。根據(jù)地方人防辦公室文件，城市的生命線工程和面積超過(guò)1萬(wàn)米的高層建筑，均須設(shè)置防空地下室。該工程總建筑面積為4.12萬(wàn)m2，地下室面積約1萬(wàn)m2，按照規(guī)定，該工程須應(yīng)設(shè)置防空地下室面積為3226m2。
人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50038一2005）明確規(guī)定人防工程按可能受到的空襲威脅劃分為甲、乙兩類，該工程是按甲類防空工程設(shè)計(jì)的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)不僅考慮了滿足核武器爆炸的防護(hù)要求，還考慮了按常規(guī)武器和生化武器的各項(xiàng)防護(hù)要求。該工程防空地下室防護(hù)等級(jí)為核6級(jí)，采用全埋式現(xiàn)澆鋼筋混凝土防空地下室，戰(zhàn)時(shí)為二等人員掩蔽所，平時(shí)為小型汽車(chē)停車(chē)庫(kù)。人防車(chē)庫(kù)共分兩個(gè)防護(hù)單元、四個(gè)抗爆單元，考慮到小區(qū)內(nèi)部的環(huán)境綠化問(wèn)題，在地下室頂板上設(shè)置了0.45m厚的覆土，以滿足綠化的需要。
該工程硅墻的抗?jié)B等級(jí)為56，硅強(qiáng)度等級(jí)為C30，地下室內(nèi)沒(méi)有設(shè)置沉降縫和伸縮縫，是設(shè)置了多條縱橫交錯(cuò)的后澆帶。對(duì)雙面配筋的鋼筋硅頂、底板及墻板，為保證震動(dòng)環(huán)境中鋼筋與受壓區(qū)混凝土共同工作，在上、下層或內(nèi)、外層鋼筋之間設(shè)置一定數(shù)量的拉結(jié)筋。
3.結(jié)語(yǔ)
人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的問(wèn)題，涉及內(nèi)容繁多且復(fù)雜，既要考慮平時(shí)工況又要考慮戰(zhàn)時(shí)工況，需要更深入地研究人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)問(wèn)題，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)水平。
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