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摘要：随着社会经济和城市建设的不断发展，人们对城市综合防灾能力提出了更高的要求，特别是在战时人员与物资掩蔽、防空指挥、医疗救护等功能于一体的人民防空工程。在高层建筑人防地下室结构设计中，不仅要考虑到地下室的用处还有考虑地下室使用的荷载问题，满足建筑使用上大空间的问题。本文结合高层建筑人防地下室结构设计及原则，总结了一些高层建筑人防地下室结构设计要点。
关键词：高层建筑；人防地下室；结构设计
引言：根据我国的国防要求，现代许多高层建筑都必须要建设人防地下室。民防空工程是国防工程的重要组成部分，它对战时保护人民的生命财产安全起到了重要作用。在和平年代，人防地下室又可作为地下车库及地下商场等来使用，提高了建筑的利用效率，但在满足平时使用功能的同时，还应保证其满足人防地下室的各项要求，以确保战时能发挥其防护功效。
一、高层建筑人防地下室结构设计特点
高层建筑人防地下室不同于一般的地下室，人防地下室的结构设计有其独特之处：高层建筑人防地下室结构设计的可靠度高于一般地下室。人防地下室的大部分钢筋混凝土结构构件要按弹塑性工作状态设计。在人防地下室的设计中，按照结构的延性比来设计能够表示地下室结构的工作状态。然而按照塑性来设计可以使地下室的结构能承受更大的爆炸动荷载，吸收更多的能量，还具有较大的经济意义。人防地下室是考虑了武器爆炸的动荷载作用的，可以采取等效静荷载法来分析其结构动力，然后用静力计算方法分析其结构内力。高层建筑人防地下室在武器爆炸动荷载作用下，应验算结构承载力，可不验算结构变形、裂缝开展和地基的变形等。高层建筑的人防地下室材料强度的设计值可以提高。试验证明在爆炸动荷载作用下，材料强度可提高20%～40%。高层建筑人防地下室的结构设计构造要求更为严格，如人防地下室在材料强度等级，结构构件最小厚度，最小保护层厚度和最小配筋率等各个方面比普通地下室的要求更加严格。
二、高层建筑人防地下室结构设计的原则
防空地下室设计必须贯彻“长期准备、重点建设、平战结合”的方针，坚持人防建设与经济发展建设相协调、与城市建设相结合的原则。根据我国的防空要求，对防空地下室的位置选择、战时及平时用途的确定，必须符合城市人防工程规划的要求。同时也应考虑平时为城市生产、生活服务的需要以及上部地面建筑的特点及其环境条件、地区特点、建筑标准、平战转换等问题，地下、地上综合考虑确定人防地下室的结构设计。对于人防工程的结构设计，其设计的问题主要有：
①防空地下的各个结构设计问题。防空地下室的主体结构、出入口部、孔口和防护设备等应根据防护要求和受力情况做到各个部位抗力相协调，防止出现由于局部破坏而影响主体结构的防护密闭性。
②防空地下室出口设计问题。目前城市地下人防地下室的建设，多是以经济利益为主，忽略了人防工程的出入口防倒塌问题，许多出入口设置在建筑物倒塌范围之内，这对战时人防工程出入口构成了安全隐患。
③提高地下室结构的承载能力问题。防空地下室可以充分利用受弯构件和大偏心受压构件的变形来吸收核爆冲击波的能量，以减轻支座截面的抗剪与柱子抗压的负担，确保结构在屈服前不出现剪切破坏和屈服后有足够的延性，最终形成塑性破坏，而不是脆性破坏，从而提高结构的整体承载能力。
④地下室结构内外墙手里问题。人防地下室外墙为一侧与室外岩土接触，直接承受土中压缩波作用，另一侧为防空地下室内部的墙体。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆顶板与外墙之间二者刚度接近时，外墙上部可近似按固定端与铰支之间的支座情况考虑；底板刚度远大于外墙时，外墙下部支座可视作固定端，各构件之间支座条件应相互协调一致，需注意配筋及构造应与实际受力状况相符。
三、高层建筑人防地下室结构设计要点
1.荷载取值。现在人防地下室的建设一般是在高层建筑的地下，高层建筑由其自身的原因，其荷载就比低层建筑的要小，因此对其地下室的荷载取值要更加的严格精细。根据人防地下室抗力级别采用公式计算或规范查表，采用理正人防工程结构设计软件，计算顶板、侧墙及无桩基底板人防荷载取值。另外在确定各构件人防荷载时要注意比较核武器和常规武器爆炸动荷载作用，取较大值进行控制。当所有构件的等效静荷载值确定后，才可进行结构计算。
2.荷载组合和内力分析。在人防地下室的具体设计中，顶梁板可采用PKPM-SATWE电算软件进行内力分析，该软件有人防计算功能，顶板可用理正软件计算。顶板参与组合的荷载有人防等效静荷载、自重、覆土重等，平时使用活荷载与战时不需要叠加。战时顶板可采用塑性算法，平时应采用弹性算法，板配筋取两种工况计算结果较大值，板面筋除按0.25%配筋率贯通外，支座筋不足者可另加非贯通筋，这样较经济，但要注意板底筋、板面贯通筋及非贯通筋间距应协调，以便拉筋布置；另外注意坡道作为战时主入口时，口部以外的顶盖板也应考虑人防荷载作用。
3.外墙设计。外墙的荷载主要有人防等效静荷载、外墙自重、上部建筑自重、地面活荷载、土压力、水压力等，外墙配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯矩确定，设计时为简化计算通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算墙的配筋。地下室外墙可根据支承情况按双向板或单向板计算水平荷载作用下的弯矩。由于地下室内墙间距不等，有的相距较远，因此在工程设计中一般把楼板和基础底板作为外墙板的支点计算，在基础底板处按固端，顶板处按铰支座。按上述计算模式，外侧竖向筋宜设置在外排，与顶板类似，外墙外侧竖向筋也可采用贯通筋与非贯通筋交错布置方式。外墙选筋时宜按“直径细且间距密”的原则，最大间距不宜大于200mm，有利于控制裂缝。
4.底板的设计。在人防地下室的底板设计中，对无桩基的底板可采用“PKPM-JCCAD 电算软件”进行内力分析；对带桩基的底板可参照顶梁板类似建模，采用相同软件按倒楼盖算法，采用该软件作内力分析时，注意活载应输非0数，人防荷载才能传递，底板钢筋按倒楼盖配置。对无桩基的底板，地基反力中没有计入水浮力时，人防荷载不与水压力组合；地基反力中计入水浮力时，人防荷载应与水压力组合。
5.内承重墙设计。在人防地下室的内承重墙设计中，对主楼塔数较多、地下室作为上部结构的嵌固端且大底盘地下室通常又不设缝时，为提高计算效率，各塔可独自带地下室分析计算，各塔的地下室结构层宜比主楼多出1~2跨参与内力分析计算，主楼的承重墙、柱计算结果即可采用。设计顶梁时可不带主楼，另行建模计算，其与带主体建模计算结果比较，多个实际工程均表明，顶梁配筋误差很小，其中支座筋误差约3%，梁底筋基本无误差。在进行荷载组合时，常规武器爆炸动荷载作用时上部建筑物自重全部考虑，核爆炸动荷载作用应根据抗力等级、上部结构形式，在进行荷载组合时上部建筑物自重可区分为全部考虑、考虑一半和不考虑三种情况，设计时应认真分析确定。
四、结语
城市建设的不断发展和地下空间开发利用水平的提高，使得高层建筑地下室设计成为建筑工程的一个重要部分，与普通地下室相比，防空地下室设计中由于需要遵循平战结合的原则，既要考虑平时的利用，又要考虑战时爆炸动荷载作用，同时还要兼顾经济性和合理性，对其结构设计提出了更高的要求。因此，在高层建筑的人防地下室结构设计中，要根据人防地下室结构的特点，对地下室的荷载取值、荷载组合和内力分析、外墙设计、底板的设计、内承重墙设计等加强研究设计，不断提高防空地下室结构设计的合理性。
参考文献
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[2]王宇.建筑工程地下室结构设计探究[J]科技与企业，2015.
[3]陈红.浅谈高层建筑人防地下室的结构设计要点[J].建设科技，2014.
论文作者:孙静宇
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/8/31
标签：地下室论文; 人防论文; 荷载论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 外墙论文; 结构论文; 《基层建设》2016年12期论文;