摘要：在城市地下空间开发利用进程中，应结合城市建设，积极推进人防工程建设进程，实现高技术局部战争对现代人防的要求。作为工程技术人员要不断加强对城市地下工程的改造设计和施工技术的研究，加强防水、防火、防护等防灾技术的研究，并创造条件，加以改造，提高地下空间的生活质量。本文结合某工程地下室的设计实例，对地下室浅埋、大板楼盖顶板、加腋框梁、人防顶板的塑性设计、超长结构无缝设计等作了探讨。
关键词：人防地下室；结构；无梁楼盖底板；无缝设计
0 前 言
合理利用地下空间，可以在旧城改造方面拓展思维，打破旧的拆迁模式及拆迁与文物保护方面矛盾，能合理解决新老建筑结合和功能拓展，并为地面创造了开敞空间，符合现代城巾建设紧凑化及人文关怀的新理念。地下室人防改造设计涉及到一个平战结合的问题。即既要考虑平常使用时荷载较小，满足建筑使用上大空间的问题；又要考虑人防时荷载较大，结构上很难满足大空间的问题。
1、人防结构设计的特点
防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计，二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备），其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计，那么，这些内容的结构设计与一般的结构设计有何不同呢？
第一、结构构件可考虑进入塑性工作状态，第二、材料设计 强度可以提高，实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，例如钢材强度可提高1.15～1.5倍，对砼强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的，第三，重视构造要求，人防设计的许多构造要求是与一般的建筑设计不同的，要求更为严格，故仅仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。
2、地下室结构选型和优化原则
根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则。地下室的结构选型和优化设计非常重要，在方案阶段就应该因地制宜地对多个方案进行详细的比较、论证，选出最优方案。选优原则如下：
1）根据地下室顶板板厚、荷载，满足净空要求的最大梁高等条件，进行井字梁、十字梁、单向板、大板楼盖、无梁楼盖、预应力等多种项板结构方案的比较，选出造价低、施工方便的最优结构方案。值得注意的是，最优方案不是一成不变的，关键在于要熟悉各种方案的特点。例如，在主梁梁高适中的条件下，十字梁比井字梁楼盖节约；但如果荷载特别大，允许梁高偏小时，井字梁楼盖更节省，原因是十字梁体体系主梁弯矩更大，配筋率接近超筋时用钢量会大幅增加；荷载较大时，一般情况下井字梁体系比大板楼盖节省。但当由于功能或构造需要，板厚较大，或存在人防荷载时，则大板楼盖体系更为节省，等等。
2）在满足功能及基础埋深前提下，地下室应尽量浅埋。浅埋可以减少土方成本，减小地下室外墙外侧的土压力，在沿海地下水位较高地区尤其可以减小水浮力，可有效节约底板造价及地下室抗浮成本，同时亦可减小地下室渗漏风险。所以，地下室尽量浅埋是地下室方案论证之“纲”。
3）充分利用地下室底板板厚较大的条件，根据情况，选用无梁楼盖底板或筏板基础。
4）采取措施，增大地下室净空，减小地下室埋深。例如，地下室用结构找坡，顶板主梁采用加腋梁（设备管线尽量布在梁跨中梁高较小处）等措施。
3、工程实例分析
某工程，地下1层地下室，大部分面积为甲类核6级常6级人防地下室，平时为停车库。地上11层，框剪结构，墙柱直接落地，只有个别墙段采用局部转换梁转换。高强预应力管桩基础，抗震设防烈度6度，基本风压0.85kN/m2（50a重现期）。场地土地层分层为第①层素填土，第②1层淤泥质粉质黏土，第②2层淤泥质粉砂，第③层粗砂等。地下室底板底标高土层为第②2层淤泥质粉砂，饱和，松散状，施工难度很大。
工程特点：地下水丰富，水位高；地下室底板底标高土层为淤泥质粉质黏土，软弱土层不宜扰动。地下室形状狭长（长约220m），人防地下室面积大。
结构特点：
1）相邻塔楼单元不设缝，合为一个单体建筑（上部）；
2）地下室底板为无梁楼盖；
3）地下室顶板为大板，无次梁，顶板主梁为加腋梁（小跨梁除外）；
4）地下室超长结构采用补偿收缩混凝土连续浇筑的无缝设计。
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3.1人防地下室顶板设计
地下室顶板采用无次梁大板结构体系：由于地下室顶板绝大部分均为人防顶板（只有局部配电室、水泵房等为非人防区域），为了充分利用人防顶板板厚较大（>200mm）的特点，本工程不设次梁，采用无次梁大板结构体系，可以显著降低用钢量。板的配筋方式：普通梁板结构体系（井字梁或十字梁）的板块尺寸小，板配筋多为双层双向通长构造配筋。但不设次梁的大板块尺寸大，配筋大多数是计算配筋，配筋方式为构造筋双层双向通长，另外布置附加钢筋。
板的弹塑性算法：由于顶板的人防等效荷载比较大，如果用弹性板计算，支座负筋太大，无法配置。而由于人防荷载作用下可以考虑塑性内力重分布，所以本项目采用PKPM塑性板算法计算板内力，配筋结果比较合理。普通梁板体系顶板配筋由战时人防荷载组合控制，但由于顶板上景观需要覆土1.2m厚，消防车道需考虑消防车荷载，平时荷载非常大。完全按战时荷载工况有时难以满足平时荷载工况下的配筋及裂缝要求，还应对平时工况进行复核。结果发现大板块的弹塑性算法板面筋比弹性板算法小很多，部分板块，尤其是板上恒载、活载较大的板块，其面筋小于平时荷载工况的弹性板算法结果，最后按照平时、战时计算配筋包络值配筋。
塑性板计算配筋应注意的两个问题：①较狭长板块，接近单向板时，板块支座面筋偏大，与相当于其2倍尺寸的双向板塑性算法的面筋相当。采用理正人防塑性算法验算，结果相同，按计算结果配筋；②部分板块支座面筋非常大，与弹性算法结果比较，两者相同。而理正人防塑性算法结果支座面筋小很多，较合理。比较发现此类板块均不是矩形板块，是存在斜边的梯形或异型板。PKPM无法对异型板进行塑性算法计算，只能利用其他软件简化计算。
3.2地下室底板采用无梁楼盖结构体系
无梁楼盖底板特点：①省去底板地粱，节约钢筋，减少含钢量。由于本工程地下水位高，水头大，底板厚度取400mm，适合采用无梁楼盖底板。无梁楼盖底板配筋与梁板式底板相比，板厚较大，只有局部柱上板带支座附加底筋略大，其他部位均为构造配筋，总的配筋量基本相当，但是节省了地梁钢筋；②施工方便。由于地下室底板标高处土层为淤泥质粉质黏土，非常软弱，地下水丰富，水位高，地梁施工难度很大。无梁楼盖底板省去了地梁的基槽开挖和砖模砌筑，尤其减少了对板底软弱土层的扰动，极大地降低了施工难度。
无梁楼盖底板计算：采用PKPM、SLABCAD复杂楼板分析设计软件建模计算，分向上、向下两种荷载工况分别计算配筋。计算模型将主梁定义为100mm~100mm的虚梁，板厚定义为400mm。计算工况：①平时、向下荷载组合：考虑底板、垫层、隔墙自重，车库活载；②平时、向上荷载组合（倒楼盖算法）：底板、垫层、隔墙自重，水浮力；③战时、向上荷载组合（倒楼盖算法）：底板、垫层、隔墙自重、水浮力及向上人防等效荷载。
板带配筋计算：先运行SATWE计算，再运行SLABCAD计算，自动划分板带时柱上板带各取两边板宽的比例为0.25，将承台按柱帽输入，选板柱结构类型，选择适当的有限元网格尺寸（严重影响计算，时间的长短），得出板带计算结果（配筋、挠度、裂缝验算）。程序给出的板带配筋数据为程序自动划分板带宽度范围板的配筋总量。
底板设计：①配筋：板厚400mm，多数板带均为构造配筋，只有部分大跨度的柱上板带板底支座、板顶钢筋为计算配筋，需要另外标注附加钢筋；②板带划分：由于柱网，尤其是塔楼处柱网不规则，板带交错，很难按照常规规则柱网划分板带。而且由于绝大部分板带均为构造配筋，故按照构造双层双向通长配筋，对配筋较大的板带进行板带划分，并标注板带内的附加钢筋。无梁底板配筋的主要工作就是找出非构造配筋板带，进行板带划分、定位，并标注出附加钢筋；③注意验算柱下承台处底板冲切。柱下承台即是无梁底板的柱帽，多桩承台平面尺寸较大，底板冲切一般能满足，重点验算单桩承台情况是否满足冲切要求。
3.3超长地下室无缝设计
由于地下室平面狭长，长度约220m，原设计沿地下室长向置了三条1000mm宽伸缩后浇带，塔楼位置设二道2000mm宽膨胀加强带。由于后浇带一般浇筑二个月后方可封闭，然后才可进行基坑回填，从而需要长时问基坑降水，费用高，难度大。施工期问根据甲方意见，将三条1000mm宽伸缩后浇带修改为2000mm宽膨胀加强带。本工程采用了补偿收缩混凝土连续浇筑的超长结构无缝设计，2000mm宽膨胀加强带采用水中养护14d限制膨胀率>0.035％的大膨胀混凝土（掺ZY型膨胀剂或UEA），膨胀加强带外侧采用水中养护14d限制膨胀率≥0.025％的小膨胀混凝土（掺ZY或UEA膨胀剂）。混凝土一次连续浇筑，缩短了基坑暴露时间，降低了施工复杂程度，结构基本没出现裂缝，自防水性能良好。
4、结语
人防地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，设计过程中，涉及内容繁多且复杂，为了解决遇到的多个难题，需要更深入地研究人防结构设计的技术，总结设计经验，提高设计水平。围绕尽量减小地下室底板埋深这一主线，经过多方案比较、优化设计，采用了无梁楼盖底板、无次梁大板块顶板、加腋梁，超长结构采用补偿收缩混凝土连续浇筑的无缝设计。节约了用钢量，降低了施工难度，取得了经济合理、施工方便的良好效果。
参考文献：
[1]谢金容，杨延军.《人民防空地下室建筑设计》.中国计划出版社
[2]倪宋健. 人防地下室底板无梁楼盖的设计探讨[J]. 建材与装饰. 2017（38）
[3]余浩瀚. 民用建筑人防地下室的防护设计分析[J]. 建材与装饰. 2017（29）
[4]於翠. 谈高层建筑人防地下室设计[J]. 建筑知识. 201
论文作者:赵操
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/5
标签：地下室论文; 底板论文; 人防论文; 荷载论文; 楼盖论文; 顶板论文; 塑性论文; 《基层建设》2018年第11期论文;