摘要：在现阶段的高层建筑当中，人防工程结构，引起了社会上的广泛关注，需要坚持在设计工作中按照科学、合理的模式来应对。笔者针对高层建筑人防工程结构的设计展开讨论，并提出合理化建议。
关键词：高层建筑；人防工程；结构设计
随着国内城市化进程的不断推进，城市内部甚至周边开发区都出现了许多高层施工项目。这些项目在设计初期就需要将人防工程考虑在建筑设计以内，在高层建筑中人防工程占有极重要的位置。对于建筑本身而言，高层建筑中的人防工程不仅能够满足社区居民日常生活的需求，还能够满足在特殊时期对于人民生命安全和财产安全的保护作用，是极为重要的建筑设计的一环和重要的建筑组成部分。因此高层建筑中人防工程的结构设计和施工质量直接关系着人民的生命财产安全，并且直接影响着建筑的使用寿命和功能运行。目前国内的高层建筑的设计中，对于人防工程的设计和实施的重视度还有待提高，该文将浅谈高层建筑的人防工程的结构设计。
1 高层建筑的人防工程设计理念
当前的人防工程和之前有很大的不同，主要发展出了4种建筑类型，主要涉及单建式、地道式、坑道式和附建式。在对高层建筑进行设计中，为了有效节约空间，科学利用有限的空间，相关技术人员都选用了附建式的人防工程设计模式。和其他的人防工程相比，这一模式的施工步骤少，施工建设较为方便，而且对建筑面积没有很高的要求，整体的施工建设资金较少，因此受到相关设计人员的青睐。对人防工程实施设计过程中，人防内部结构构件需要直接抵抗战争时核弹爆炸产生的冲击荷载，必须对其防护能力进行全面考虑，这种动力荷载的设计计算十分复杂，一般设计中要简化计算动荷载的内力计算，即使在动荷载作用下，其受力状态还能保持一致，因此设计人员都采用等效静荷载法。
2 工程案例
下面就以某高层住宅楼为基础进行分析，该建筑的主楼两栋均为28层，地上有两层扩大的裙楼，建筑下面有2层的地下室，平时作为地下停车库，设备用房；战时主要功能是人防地下室人员掩蔽部和物资库。对于该工程而言，其防护等级达 到了核6级。在主楼的周围还扩大建立了地下停车场，主楼与地下室连成一体。为了确保主体结构的安全，结合使用功能，设计人员将裙楼及扩大的地下室设计为框架结构，独立柱基础形式。在建筑顶板设计中，用 0.5m 的覆土以满足主体设备管道铺设及室外绿化。
3 案例分析
3.1人防区位与结构设计的关系
本案例工程把人防工程设置在地下二层，这主要是从节约成本方面去考虑，相较于设在负二层，人防区设在负一层的方案中，人防外墙高度就得多增高一层，同时，人防荷载很大，再加上顶板覆土作用，地下室顶板负荷过大，顶板粱截面必须增大满足要求，为满足使用，负一层层高得加高，成本增加较多，付出代价太大。另外，在作为人员掩蔽部使用时，尽量避免利用地下室汽车出入口坡道作为人防主出入口，人防坡道作为主出人口要对坡道板进行人防设计，坡道板的人防荷 载很大，将会造成不必要的浪费。因此，人防工程在地下室中的位置选择亦至关重要，在确保建筑整体的安全性的前提下，控制造价成本，设计阶段尤为重要。
3.2基础设计方案
进行人防工程基础设计，一方面，必须确保建筑整体的承载力，提高建筑结构的可靠性，这样才能发挥人防的防护作用。另一方面，设计整个过程中都要考虑经济方面因素，通过全面的分析和研究，就能建立很好的人防工程。设计要考虑建筑的安全性，需对人防结构的承载力进行验算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了保证设计的合理性，设计人员可通过判断分析，取正确的不利组合，对不同工况下计算结果进行包络设计，得出最不利结果。所以，在人防工程计算时，需做好两个方面的工作，第一，做好战争时期荷载组合验算；第二，做好和平时期的荷载组合验算。分析核弹爆炸等效静荷载和恒载，在这种情况下不需要对活荷载进行考虑，分析核爆炸荷载过程中，不需要进行分项系数的分析。通过这一理论的分析，设计建筑基础时，可得出2个不同时期的竖向构件轴力数值，然后进行数值比较，选择其中最大值。另外，基础形式的选择在人防工程中受到等效静荷载也不一样，上述案例工程的甲类防空地下室，基础采用独立柱基加防水底板设计，底板上的等效静荷载标准值可以减少一半左右，这就大大的减少了计算配筋，节约了造价。
3.3人防区柱网结构布置
根据人防工程特点，设计中要对结构方案进行优化，通过方案的优化，可以减少施工工序，缩减施工流程，降低施工成本，提高施工进程。对工程进行平面布局设计时，要结合实际使用情况，合理的进行设计，有效节约施工资源，避免增加工程量。选择工程使用的柱网，必须考虑该工程整体结构，分析各个部分使用的技术，同时掌握在该位置设计的结构，以及该结构在整体结构中的作用，将这些结构合理的组合到一起，做到平战结合，优化设计，将作用发挥到最大。本案例工程中，地下室平时作为汽车库使用，柱网选择在8米左右，柱截面 600X6OOmm。柱位布置尽量结合人防封堵门框墙边柱设计，尽量减少不必要的框架柱，以满足平时汽车停放数量要求。
3.4顶板结构设计
对于高层建筑而言，人防工程设置在地下最为合理，如果人防工程一旦使用，说明出现了危险，或者处于战争、地震状态，必须保证上部建筑结构的安全稳定，否则发生倾塌，那么人防工程也失去了实际作用。当前很多高层建筑结构设计，常把地下室顶板作为上部结构的嵌固端来考虑，要满足此条件，其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移，且能承受或平衡柱根弯矩，因此，对案例工程来说，作为嵌固端的顶板结构刚度已经很大，而把人防区选在负二层，就可大大减少人防荷载对顶板的不利影响，节约工程成本。同时，只需要对负二层顶板采用等效静荷载进行计算就很容易满足要求，从而加快人防设计的速度。本工程设计尽量加大梁截面宽度，顶板次梁均采用单跨双道布置，相较于井式梁、十字梁等布置经济性有所提高；在计算参数选取上，针对主楼剪力墙结构和地下室中庭部分框架结构，对地下室连梁进行不同的刚度折减，地下室该系数与上部主体不同，采用框架结构的填充墙较少的 0.7 系数进行计算，使结果更符合实际工作状态。
3.5人防工程构造设计
和普通的建筑工程相比，人防工程承受的动力荷载很大，设计时，必须考虑使用的材料，设计的抗渗等级，合理调整结构构件的厚度，这些指标都要比普通工程高。首先，人防受力构件截面尺寸必须比平时状态的大，其最小配筋率也大，采用的构建截面尺寸过小，及其容易产生超筋现象，因此必须控制好各构件截面，使其在满足最小配筋率的情况下，又能达到平时地下室对层高，柱距、经济性等的要求。其次，在人防结构设计中，由于墙体结构、板等结构构件尺寸较大，都采用双层双向钢筋，并设置能拉住最外层受力钢筋的梅花形拉结筋，使得双层钢筋的砼板延性更好，可以提高人防工程的整体稳定性。最后，在人防防护单元内，不宜设置沉降缝和伸缩缝，因为从当前的人防施工技术、人防施工材料分析，在沉降缝、伸缩缝中应用还有很多不足，在设计伸缩缝和沉降缝时就存在很多不足，导致防护单元质量不到位，不设置这样就避免了冲击波过大，导致建筑安全系数降低的问题。
结束语
高层人防建筑主要的设计方式是将工程本身与地下室相结合，但是地下室本身在建筑设计中就是必不可少的一部分，设计的目的不仅是关注人防安全工程，更多的是关注建筑本身的贮存作用，在日常生活中为居民提供物件存储的功能分区。地下室在高层建筑中的设计一般作为地下车库来进行使用，但是在非常时期，高层建筑中的地下室设计就能够起到人防工程的作用，作为坚固的防空工事保证人民的生命财产安全。
论文作者:赵光标
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
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