云南人防建筑设计院有限公司广东分公司 523000
摘要：近些年地质灾害频发，对人防结构设计提出了更高的要求，而人防建设的关键在于人防地下室建设中。但是在地下室人防结构设计中存在一定的问题，影响人防地下室的使用效果。本文主要针对地下室人防结构设计中存在的问题做重点分析。
关键词：地下室人防结构；问题；预防措施
1 人防地下室设计基本原则
人防地下室设计需要遵循以下基本原则：①人防地下室属于建筑整体结构的一部分，既要满足建筑结构日常的使用要求，也需要满足战时的需求，保障战时运营工作的正常开展，因此在结构设计时需要满足日常使用与战时的荷载需求，满足实际的荷载承载力标准；②人防地下室结构设计需要满足规范要求的强度标准。通过延性比控制冲击波荷载作用下的结构构件达到的最大变形限度要求，并对结构构件的延性比做有效的确定，关注构件的变形限制与防护密闭需求，可减少对结构构件的裂缝与变形的单独验算；③在防空设施配备上需要考虑设施受到核武器爆炸破坏的影响，需要以爆炸最强烈的破坏力对防空设施进行设计，并确保其在爆炸破坏力作用下仍可保持正常的运行。
2 人防地下室结构设计中的问题
在人防地下室设计中需要考虑其长期准备、平战结合、重点建设的原则， 但是在人防地下室结构设计中存在结构选型、人防荷载确定、构件设计等方面的不足之处，影响人防地下室后期的日常使用与战时运营的效果。
2.1 消防结构设计问题
在人防地下室内部消防设计中，对于装饰设计，较多应用易燃性建筑材料，从而给地下室结构消防埋下了安全隐患。由于现代建筑占地面积较大，其结构形式相对较为复杂，尤其是高层建筑的人防地下室结构使用功能较其他建筑较多，从而增加了地下室消防结构的设计的难度。
2.2 结构选型问题
研究发现，人防地下室在结构选型方面主要包含两方面的内容：①在结构类别方面，主要可以分为砌体、钢筋混凝土结构两种类型。砌体结构使用受到一定的限制，仅可以应用在建筑上部为砌体结构，且对地下室的抗力能力相对较低，以及地下水位相对较低区域，从而一定程度上限制了砌体结构的应用范围；②在结构体系方面，要求人防地下室结构受力清晰明确、传力较为简单，不仅要求其可以作为上部建筑的基础，且可以在战时满足人防要求，常见结构类型如梁板结构、板柱结构、箱型结构。
2.3忽视结构的抗震设计
在现代建筑结构设计中，由于设计人员对结构抗震性能的忽视，导致一些重要建筑未进行抗震性能分析，从而导致结构抵抗地震灾害作用的能力相对较弱。在人防地下室的结构设计中仍存在忽视对结构抗震能力的设计。在地震发生时，人防地下室结构可能出现一定程度的结构损伤，造成结构破坏。
2.4 人防荷载的确定问题
在人防荷载设计方面，主要需要考虑核武器和常规武器产生的冲击波，其具有作用时间短、量值大的特点，作用次数可以按照一次进行考虑。在人防地下室结构设计时，在确定抗力级别的基础上，需要使用结构设计相关软件对底板、外墙、顶板等进行人防荷载的计算。同时，考虑到结构在静力工况和动力工况作用下结构破坏部位基本一致，则可以采用等效静荷载法，对人防地下室结构进行分析。
2.5 构件设计问题
在人防地下室构件设计方面，需要严格按照设计规范对人防构件进行设计。若部分人防构件可以套用人防图集时，则需要严格控制适用条件、计算假定等，并针对于图集条件不符的地方，需要及时做好调整。在人防构件设计时，需要考虑构件的延性设计，对构件截面进行延性分析，并确保构件分析模型与计算模型保持一致。
3人防地下室结构设计工程案例
某城市广场的地下室工程，该地下室主要用于商场、停车库，其上部无其他建筑物。地下室的南北、东西向长度分别为144 m、128 m，地下室建筑面积为9 900 m2，柱网尺寸为800 mm×800 mm，建筑抗震设防烈度8度。在地下室结构设计中，其停车库部分可作为战时的人防。
3.1 基础设计
在本工程中，地下水位相对较高，水位处于顶板面位置，其底板位置承受了5 m 的水头浮力，在进行基础设计时，选了3 种设计方案：（1）平板式筏基；（2）梁板式筏基+抗拔桩；（3）梁板式筏基+板面覆毛石混凝土。
根据施工经验可知，在方案1中，需要加强地下底板的设计厚度，其厚度可达到1.7 m，从而很大程度上了增加了基础造价，且该方案需要开挖深度-6.25 m；而在方案2中，需要开挖深度为-5.05m，造价成本相对较低；在方案3中，其开挖深度在-7.15m，从而导致基坑的开挖深度、支护措施等均需要提高，从而增加了建设成本。
通过对上述三种基础设计方案进行综合对比分析，方案2较为合适，其底板厚度为0.5m，柱下设置双向拉梁，其梁宽度和高度分别为0.8m和0.7m。通过对人防地下室的场地条件进行综合分析，采用沉管灌注桩，其直径为377mm，长度为6.5m和10.2m两种类型，单根桩基的抗拔力分别为75kN和170kN。
3.2消防结构设计优化
人防地下室的消防设计是否合理、科学直接影响后期使用的安全。因此，为了提高人防地下室结构的消防设计水准，需要完善以下几个方面：①在人防地下室结构设计中，需要设计合理的防火间距，若结构防火设计间距过长，会造成地下室防火性能不足，发生火灾时无法及时处理；②结构安全疏散通道设计，地下室结构的安全通道设计应科学合理，从而可以避免火灾发生时，人员出现慌乱，可以及时疏散人群。③安全疏散通道一定要设置防烟装置，从而可以保障在火灾发生时，对浓烟起到一定的隔绝作用。
3.3 隔震设计的原理
人防地下室隔震设计主要是设置隔震装置、改变结构刚度等措施保护建筑结构，以实现减轻地震对结构的危害，提升建筑结构的的抗震水平。研究发现，建筑隔震技术的实现途径主要如下。
（1）增大建筑结构的阻尼
通过在人防地下室结构中设置阻尼装置，例如，在立柱间设置黏滞阻尼器，从而不仅可以增大人防地下室结构阻力，且可以实现人防地下室结构在地震灾害作用下的减震耗能功能，降低地震灾害对人防地下室结构的破坏，减轻人防地下室的震害损失。
（2）分散建筑结构的水平地震力
研究发现，人防地下室受水平地震力的影响较大，为了降低地震水平力对人防地下室结构的影响，通过设置结构水平向刚度，减弱地震水平力对结构破坏的影响，促使人防地下室结构遭受的内力进行重新分布，使得结构受力分布更为合理。
（3）结构抗震性能分析。在人防地下室结构抗震性能设计中，可以应用sap2000有限元软件建立抗震分析模型，对于人防地下室结构的梁、柱、墙体结构，需要采用实际尺寸建模，减少抗震分析误差。针对结构中的一些附属结构，需要将该部分的结构换算为质量施加到有限元模型中，从而实现了有限元模型与实际结构受力情况基本一致。同时，需要对有限元抗震分析进行非线性分析，并对梁、柱等受力薄弱部位进行抗弯强度验算，从而保障了梁柱等关键截面的强度满足抗震需求。
图1 活载作用下的弯矩图
3.4荷载取值与内力分析
在本工程中顶板的厚度为350 mm，顶板上部覆土恒载取33 kN/m2，核爆破等效静荷载取65 kN/m2。本工程作为人防地下室工程结构设计中，采用PKPM 结构分析软件对梁构件进行荷载组合作用的弯矩分析，其弯矩图如图1所示。
4 结论
综上所述，在人防地下室结构设计中，需要综合考虑地下室的日常需求与战时需求，且需要考虑到结构选型、抗震设计、荷载组合等，确保人防地下室结构不仅满足日常的使用需求，且满足战时的运营需求。
参考文献
[1]袁正如.地下室外墙结构设计中的问题探讨[J].地下空间与工程学报，2010，6（03）：548-551.
[2]陈星.人防地下室门框墙荷载取值和内力计算方法[J].结构工程师，2014（06）：1-9.
[3]汤华，王松帆，陆少芹.某大型地下空间项目结构设计[J].地下空间与工程学报，2012，8（04）：772-776.
[4]王超，王向明.人防地下室建筑口部设计初探[J].煤炭工程，2016（04）：31-32，35.
论文作者:黄志伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/30
标签：人防论文; 地下室论文; 结构论文; 荷载论文; 结构设计论文; 构件论文; 战时论文; 《基层建设》2019年第5期论文;