摘要：近年來，隨著我國城市經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市土地開發(fā)的有限性，人們對城市地下空間的開發(fā)與利用越來越多，同時人們對城市綜合防災能力的要求也越來越高。作為與城市建設相結(jié)合的人民防空工程建設，尤其是人民防空地下室工程的建設得到空前發(fā)展。然而，目前在高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設計中仍存在著一些問題和不足，引起結(jié)構(gòu)設計人員的廣泛關注。文章主要結(jié)合工程實例，主要針對高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設計要點分析與研究，并提出了設計中注意事項。
關鍵詞：高層建筑；人防工程；地下室；結(jié)構(gòu)設計
1 引言
近年業(yè)，由于結(jié)構(gòu)設計人員對建筑人防設計規(guī)范的理解不透徹和不重視，對設計的規(guī)范的不嚴格執(zhí)行，再加上忽略人防工程性質(zhì)的特殊性，造成人防工程結(jié)構(gòu)設計過程中存在許多問題。因此，如何做好人防地下室結(jié)構(gòu)設計工作具有重要的意義。本文結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗和總結(jié)，主要論述了高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設計中注意要點。
2 人防地下室結(jié)構(gòu)設計特點
人防地下室不同于一般的地下室，戰(zhàn)時武器爆炸動荷載是其建筑結(jié)構(gòu)設計的主要考慮因素之一。就荷載的分類看，武器爆炸的動荷載是一種數(shù)值很大、時間很短、不斷衰減的，且在結(jié)構(gòu)的設計使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn)的荷載。因此，人防地下室的結(jié)構(gòu)設計有其獨特之處：
�。�1）人防地下室結(jié)構(gòu)設計的可靠度低于一般地下室。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標 準》GB50068-2001規(guī)定，一般混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性破壞時失效概率為0.069%，而《人民防空地下室設計規(guī)范（GB50038-2005）》（以下簡稱《規(guī)范》）規(guī)定人防地下室的鋼筋混凝土延性構(gòu)件失效概率為6.1%。
（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性工作階段設計。考慮結(jié)構(gòu)的動力響應，結(jié)構(gòu)設計的可靠性可以降低；結(jié)構(gòu)構(gòu)件進入塑性工作狀態(tài)時可吸收更多能量，充分發(fā)揮材料潛力，材料設計強度可以提高，具有較大的經(jīng)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(jié)構(gòu)是一個有利因素。
�。�4）人防地下室的結(jié)構(gòu)設計構(gòu)造要求更為嚴格，如人防地下室在材料強度等級，結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)動力，然后用靜力計算方法分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力。
（6）人防地下室在武器爆炸動荷載作用下，應驗算結(jié)構(gòu)承載力，可不驗算結(jié)構(gòu)變形、裂縫開展和地基的變形等。
�。�7）人防地下室戰(zhàn)時與平時考慮的荷載效應組合不同，因此規(guī)范規(guī)定人防地下室結(jié)構(gòu)尚應根據(jù)其上部建筑在平時使用條件下對人防地下室結(jié)構(gòu)的要求進行設計，并取其中控制條件作為人防地下室結(jié)構(gòu)設計的依據(jù)。
3 人防地下室結(jié)構(gòu)設計實例分析
本文通過2個實例對防空地下室設計特點，就筆者設計中遇到的問題進行分析。
3.1 工程概況
�。�1）項目1
某綜合辦公樓，主樓17層，裙房4層，主樓為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)，主樓高 68.7m，基礎形式為樁基承臺，埋深 5.8m。1層地下室面積為6910m2，其中含人防面積3908m2，平時使用功能為車庫，戰(zhàn)時使用功能為二等人員掩蔽部，共 2個防護單元，防護級別為甲類核6級，常6級。
�。�2）項目2
某住宅主樓25 層，裙房3 層，主樓為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)，主樓高78.95m，基礎形式為樁基承臺，埋深5.2m。1 層地下室面積為6780m2，其中含人防面積3 320m2，平時使用功能為車庫，戰(zhàn)時使用功能為二等人員掩蔽部，共2個防護單元，防護級別為甲類核6級，常6級。
3.2 結(jié)構(gòu)布置
項目1功能性質(zhì)為綜合辦公樓，共設兩處車道出入口，一處位于人防結(jié)構(gòu)范圍外；每個防護單元各有主要及次要出入口一處，人防地下室主要位于裙房及室外地面下。項目2功能性質(zhì)為高層住宅，設一處車道出入口，位于人防結(jié)構(gòu)范圍外；每個防護單元各有主要及次要出入口一處，人防地下室主要位于高層結(jié)構(gòu)及室外地面下。
項目1：由于辦公樓主要設備房間需設置于地下室北側(cè)，使得人防口部構(gòu)件與高層豎向受力構(gòu)件單獨設計；直通室外通道及豎井多數(shù)位于防倒塌范圍外，減少部分防倒塌構(gòu)件設計。項目2：人防口部構(gòu)件與高層豎向受力構(gòu)件剪力墻及框架柱結(jié)合設計，傳力構(gòu)件布局合理；直通室外通道位于高層范圍內(nèi)，防倒塌結(jié)構(gòu)需結(jié)合室外建筑布局和功能要求設計。人防結(jié)構(gòu)與地上建筑設計需緊密結(jié)合，尤其人防墻體利用上部結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件共同布置，使地下結(jié)構(gòu)得到充分利用。
3.3 彈塑性設計
在爆炸動荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限需要用允許延性比控制，規(guī)范在確定各種結(jié)構(gòu)的允許延性比時已經(jīng)考慮變形限制和防護密閉的要求，因而防空地下室結(jié)構(gòu)在爆炸動荷載作用下不必進行變形裂縫驗算；荷載取值只考慮一次核襲擊；同時注意各部件的抗力協(xié)調(diào)，避免局部先行破壞。
另外，筆者在項目1設計過程中，遇到以下問題：因辦公樓柱網(wǎng)布置局部較大，所以結(jié)構(gòu)設計中少數(shù)布置處混凝土梁延性比計算較難通過，但提高整體混凝土強度等級極不經(jīng)濟，最終采用如下方法解決：當受拉鋼筋配筋率ρ≤max，增配截面受壓鋼筋，有效降低受壓區(qū)高度，使允許延性比滿足規(guī)范要求；當ρ�ρmax，增大受彎構(gòu)件截面尺寸使得受拉鋼筋配筋率ρ≤ρmax，再增配受壓鋼筋。
3.4 結(jié)構(gòu)計算
人防地下室結(jié)構(gòu)設計的主要內(nèi)容包含以下兩方面：1）主體結(jié)構(gòu)設計，包括頂、底板，外側(cè)墻等構(gòu)件設計。2）口部防護設計，防護密閉門與消波系統(tǒng)；通道臨空墻門框墻設計；孔口構(gòu)件，如風井防倒塌棚架以及相 鄰單元間隔墻等設計。 對于人防荷載取值、荷載組合、計算模型以及內(nèi)力分析相關規(guī)范及圖集都有明確規(guī)定，筆者不重述，只提 出以下兩點注意：1）在民用建筑的人防地下室的結(jié)構(gòu)設計中，一般只涉及5級或6級人防設計，結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時控制，而側(cè)墻和底板則因地下室的結(jié)構(gòu)形式、埋深、抗浮設計水位等因素取平時及戰(zhàn)時不利工況確定。2）在核武器荷載作用下的基礎設計中，一般情況按平時使用條件下驗算地基承載力（戰(zhàn)時地基承載力和變形可不驗算），按戰(zhàn)時和平時使用條件下取不利情況進行基礎驗算。當防空地下室基礎采用樁基礎時，樁本身應按計入上部傳來的核武器爆炸動荷載效應組合值來驗算構(gòu)件強度。
3.5 構(gòu)造要求
項目1和項目2地下室結(jié)構(gòu)均為超長結(jié)構(gòu)，同時由于人防地下室密閉要求，且在防護單元內(nèi)及口部不能設沉降縫，此時控制結(jié)構(gòu)的差異沉 降成為結(jié)構(gòu)設計的關鍵問題。就此問題，本工程均采取以下措施：1）高層與裙房及地下室結(jié)構(gòu)連接部位設 置沉降后澆帶，待高層沉降穩(wěn)定后再澆筑，使地下結(jié)構(gòu)連為一體，后澆帶設置時應避開密閉通道等有防護密閉要求的部位；2）在混凝土中摻加膨脹劑，利用膨脹劑的補償收縮功能，減少混凝土硬化過程中的收縮應力；3）底板較厚時，混凝土采用分層澆筑，階梯式推進，在每層混凝土初凝前完成上層澆筑；4）減小墻體 水平分布鋼筋間距和提高其最小配筋率，以控制和減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。
3.6 平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換
由于人防工程是戰(zhàn)時受襲時作為保障城市居民生命安全，并具有特殊功能要求的建筑物，因此結(jié)構(gòu)需要承受的荷載較一般結(jié)構(gòu)大幾十倍至數(shù)百倍，此外結(jié)構(gòu)密閉要求很高，所以在設計中應盡量減小結(jié)構(gòu)跨度，減少并縮小直通大氣的各種孔口，而這種原則，恰為平時功能使用造成困難，規(guī)范中對此點作指導性的規(guī)定，具體做法應根據(jù)平戰(zhàn)要求和工程本身的實際條件綜合確定。
4 結(jié)束語
綜上所述，由于人防工程在戰(zhàn)時承受的爆炸動荷載非常復雜，加上人防工程具有較大的特殊性，這就容易導致設計上出現(xiàn)偏差，本文通過結(jié)合實際工程闡述了人防工程的結(jié)構(gòu)設計過程及注意事項，使設計人員對人防規(guī)范進一步加深理解，提高人防地下室結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量。
參考文獻：
[1]《人民防空地下室設計規(guī)范》（GB50038-2005）
[2]《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011 2010.
[3]劉佳偉.人防砼梁延性比問題探討[J].福建建筑，2008（11）.
