摘要：随着经济发展，土地的减少，地下建筑越来越被开发商重视。单建掘挖式人防工程越来越少，附建人防工程及地下综合体将是未来的主导项目。附件工程怎样做到经济合理，将是开发商关注的重点。附建式人防工程因上部有建筑的影响，地下室的柱网受上部建筑的影响，地下室的柱网比较凌乱，经常出现不规则分布，大部分区域也无法根据停车位要求进行柱网布置与修改。对于附建式人防工程的优化设计对我们带来了不少的难题。结构设计的优劣，将直接影响到地下建筑的美观和和建筑的整体造价。设计时，可根据柱网大小，选择不同的结构形式，使结构设计经济合理。
关键词：人防工程；柱网；结构；经济性
一、附建式人防工程结构优化的思路和方法
结构设计的优化主要可以从前期的概念设计和施工图设计的详细设计入手。下面对上述的设计思路加以阐述。
结构设计前期的概念设计优化主要有几个方面：一、重视柱网的优化布置，根据现有建筑及场地的实际情况优化调整地下建筑的柱网。因地下建筑受上部建筑及场地的影响，大部分建筑均为不规则建筑。建筑专业设计布置的柱网比较凌乱。方案设计时，需要对地下建筑的竖向构件进行整体把控。在满足建筑使用功能的情况下，综合调整竖向构件及柱网布置，减少局部大跨度及异形楼板的数量。同时，设计中应尽量减少柱跨中的大小跨的区域。使竖向构件均布受力，减少扭转效应。其原因是，异形板受力比较复杂，计算偏差比较大。同时，战时工况下，板的内力无法进行塑性计算，计算程序计算处理时，只能采用弹性计算。这样计算出来的板的配筋会比较大，将增大工程用钢量。同时，异形板受力中容易出现应力集中及砼收缩等不利因素，导致工程开裂，还将影响结构的正常使用和使用年限。当柱网不均匀时，梁端的弯矩不平衡，框架柱需要分配梁端弯矩，影响到柱的截面和配筋。因此，柱网的布置对建筑功能及成本影响比较大，是结构优化设计的基础和关键点。二、顶板结构形式的选择，顶板结构形式选择对工程的含钢量和成本产生重大影响。顶板结构选择的合理与否，将直接影响到结构设计的。现以三车位的标准柱网为例加以阐述，柱网布置如下：
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结构设计计算
结构设计计算条件为：顶板覆土按1.5米，活荷载为5.0KN/m2，人防荷载根据不同的结构形式按《人民防空地下室设计规范》相关的要求选取。现对本柱网采用不同的结构布置形式做了如下几种结构布置的计算，将顶板、梁的配筋含量和砼的量进行计算，找出合理的结构布置供建设方进行选择。具体如下：
柱网的尺寸为：8.1x（5.4+6.3+5.4）数据如下：
通过计算比较发现，采用沿长跨设置次梁的单向板时，顶板的含钢量和砼用量均比较低。说明在此条件下，采用单向板设计时，工程的建设成本比较低。但顶板结构跟设计计算条件有关。当设计条件变化时，不同的顶板结构的成本也不同。例如，同样是上述的柱网，当人防布置在地下二层时，情况就完全不一样了。由于顶板的恒荷载变小，而人防工程的顶板有最小厚度的要求。在此条件的限制下，顶板采用主框架梁的大板结构反而比较经济。所以，顶板结构形式的选择要根据设计条件进行选择，没有固定的最优的结构形式。有时，也可以根据设计条件，选择不同的结构布置形式进行设计达到最优设计效果。例如，闸北体育中心设计时，因A楼、B楼及射击馆的设计条件及要求不同，根据设计条件采用了不同的结构形式进行设计，既满足了建筑的各个功能要求，也降低工程造价成本。本工程为体育馆综合项目，柱网比较复杂。A楼为8.6m×8.6m的大柱网结构，局部为1.05m的场馆环道，同时本区域的覆土也较薄，恒荷载较小。根据A楼柱网特点及荷载情况，该区域采用十字梁结构。主梁高度控制在1100mm范围，确保本区域的净高满足2.9m的要求；顶板厚度采用《人民防空地下室设计规范》中规定的最小厚度250mm，通过计算发现顶板配筋由最小配筋率控制。板的含钢量比较低，间接地降低了工程造价。B楼的柱网为6.0m×6.5m左右的小柱网。根据这一特点，本区域采用主梁板结构，顶板厚250mm。顶板通长钢筋按最小配筋率进行配置，支座钢筋采用附加钢筋，顶板梁高基本为700mm左右，增大了此局域的净高；同时也降低了钢筋用量，节约了工程成本。射击馆区域的柱网为13.0m×6.5m，跨度较大，也是影响层高的主要部分，根据这部分的特点，部区域采用井字梁结构，为控制净高，主梁采用600mm×1100mm，梁的配筋比较大，若增加梁高，将增加整个工程的埋深，使本项目成本增加。因本区域面积比较小，虽然梁的配筋比较大，但对整个工程的造价的影响比较小。总体来说，本工程的结构设计比较合理经济。
施工图的详细优化主要有以下方面：临空墙等墙板若满足双向板要求时，宜采用双向板进行设计；顶板的配筋应尽量接近计算配筋，顶板的通长钢筋应按最小配筋率配置；拉结钢筋等构造钢筋宜按规范下限设置；对不同的框架梁采用不同的负弯矩调幅系数等措施，以降低工程的整体钢筋的用量。例如在康桥新天地项目的民防工程设计中采取以下措施：（1）顶板通长钢筋采用C12\10@150双层双向配法（即配筋面积为634mm2）。由于柱网为8.1m×8.1m部分采用井字梁布置，7m×5.4m部分采用十字梁布置，所以绝大部分板区格的尺寸小于3m，战时工况跨中及支座计算结果比较小，可以按最小配筋率0.25%配筋（即625mm2和500 mm2），同时平时工况下的裂缝验算也是满足《混凝土结构设计规范》中0.2mm的要求；所有支座采用通长钢筋加附加支座钢筋的配筋形式。而顶板配筋的常规做法一般采用C12@150双层双向(即配筋面积为754mm2)，优化后在顶板配筋这一项就节省了15.9%。(2) 将常规做法“顶板和外墙设拉结筋，直径 A8，间距不大于 500，梅花形布置”中拉结筋A8调整为A6，这一项可节省25%。(3)附加吊筋根据剪力大小分级设置。在覆土1.5米的区域，因主次梁相交处剪力较大，单独在主梁两侧各增设附加箍筋3根，直径C10,肢数同该处梁箍筋；同时梁底增设3C25附加吊筋。而其它剪力较小区域则在主梁两侧各增设附加箍筋3根，直径C10,肢数同该处梁箍筋；同时梁底增设2C20
附加吊筋。(4)满足受力要求的次梁箍筋直径从C10改成C8。(5)采用不同的负弯矩调幅系数。对于跨中配筋较大的梁，可不进行负弯矩调幅。当“PKPM的SATWE调整信息中梁端负弯矩调幅系数0.85”执行后计算的结果是将支座弯矩向跨中进行调整放大，减少两支座的弯矩和配筋。因本工程采用十字梁结构，主梁计算的跨中弯矩比较大，配筋率已超1.5%，设计计算时需满足3.0的延性比要求，需在梁的受压区增加受压钢筋，增加了支座的通长钢筋。当不采用两端负弯矩调幅时（计算不勾选负弯矩调幅系数），梁配筋计算按不打钩进行计算时，因没有进行调幅，梁的跨中配筋率小于1.5%，满足延性比要求，不需要设置抗压钢筋。这样有效减少上部跨中通长筋。同时该选项PKPM计算软件考虑是为了让梁端负弯矩筋不要过大，当地震效应时可以在梁端产生塑性铰，增加节点延性。但采用此调幅后出现这一问题，就是增大跨中钢筋，同时也增大了跨中的受压钢筋（参见图1如KL24第二跨的跨中配筋为18C25，跨中上部受压钢筋为9C25），这样就很不经济。当不采用负弯矩调幅时，
计算结果如图2所示。 通过对比配筋，图2比图1节省了5跟上部通长钢筋，支座负筋增加了2根，底部钢筋减少了2根，总的来说节省了5根钢筋。（6）本工程结构形式为框架剪力墙结构，布置在主楼范围的临空墙被垂直于墙体的剪力墙分隔，可采用双向板的计算模
型。图3 是LKQ1的双向板计算模型,含钢量103.6kg/m2，图4是LKQ1的单向板计算模型，含钢量157.2kg/m2，这一项双向板计算模型降低含钢量34.1%。
（7）顶板梁可采用不同直径的钢筋组合配筋，降低工程的含钢量。如当梁的配筋计算结构为50cm2，当采用C25直径配置时，配筋为11根，实配面积为54.1cm2；当采用C25和C20直径组合配置时，配筋为9C25+2C20，实配面积为50.4cm2。采用组合配筋时比选用一种钢筋配置节省了8%。
二、结论
通过上述分析，附建式人防工程的优化方法主要有以下几点：（1）根据建筑布局调整柱网，使柱网尽量规则，减少异形板和大小跨的数量。可有效降低工程的含钢量和建筑工程成本。（2）根据不同的设计条件，选择合理的顶板结构形式，是降低工程的含钢量和建筑成本的有效手段。（3）对细部精细优化，如墙体计算采用双向板计算、减小构造配筋、对框架梁采用不同的调幅系数及梁配筋时采用两种以上直径的钢筋结合配筋等手段可降低工程的含钢量。
论文作者:王海林
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：顶板论文; 钢筋论文; 弯矩论文; 结构论文; 工程论文; 调幅论文; 人防论文; 《基层建设》2017年第16期论文;