摘要：建筑行业随着现代建筑经济的迅猛发展呈现出前所未有的繁荣景象，地下室人防工程是建筑工程中极为特殊的一个种类，其在墙体承载力、结构设计、材料选取等方面的要求都极为严格，以达到防护效果。这就要求相关结构设计人员在设计过程中充分了解人防地下室结构设计的要点，进行合理设计。基于此，本文就从高层建筑人防工程的结构设计展开分析。
关键词：高层建筑；人防工程；结构设计
1、人防地下室工程概述
人防工程就是地下室防空的工程，其中设计等级都是要分两种：甲种与乙种。甲种人防设计就是为了用来满足战时对核武器和常规武器以及生化武器的防护要求，乙类人防设计就是用来满足战时对常规武器和生化武器的防护要求。
人防地下室工程的设计可以分为专业人防设计和普通人防设计，专业人防设计主要是指挥工程、中心医院、防空专业队掩蔽所，普通人防设计主要是指人员掩蔽所和人防物资库，专业人防设计由人防办专业设计，我们通常说的人防工程设计都是指普通人防设计。根据人防面积的大小可将建筑地下室划分为人防区和非人防区，人防区又可按规范划分为多个防护单元，防护单元再分为多个抗爆单元。人防区又分为染毒区和清洁区，清洁区是满足防毒要求的区域，染毒区是允许染毒的区域，清洁区和染毒区间有防毒要求，染毒区和非人防区间有防毒和抗力要求。
人防地下室工程结构设计中应遵循以下原则：平战结合，取控制条件，一般按5级或6级人防设计标准进行民用建筑人防地下室的结构设计，按战时的标准来设计结构的顶板，并根据地下室的结构型式来进行墙板和底板的设计。若平时使用要求与战时防护要求不同，则需采取措施实现平战功能转换；可用等效静载法简化考虑人防荷载作用，并将其拆开为单个构件进行计算；只进行强度的验算，因在人防荷载作用下，已用允许延性比来控制结构构件变形极限，并且确定允许延性比时已考虑了对变形的限制，故人防结构设计中无须对结构构件的变形与裂缝进行单独验算；人防地下室墙、柱等承重结构，应同地面上部的承重结构相协调，二者强弱相差不能过大，以使地面建筑物的荷载能够顺利传递到地基上；做好各部件的协调，防止设计控制标准不一致而导致结构的局部破坏，使得建筑的整体防护作用降低。
2、高层建筑人防地下室结构设计中注意要点
2.1主要应考虑在核爆动荷载作用下对结构做动力分析，单建式与附建式荷载计算是不同的，也要考虑上部建筑在平时条件下的荷载作用，高层建筑下的人防地下室往往是顶板内力受核爆动荷载控制。
2.2新规范第4.5节给出的附建式人防地下室的常用结构等效静荷载际准值的几个表，比旧规范详细，而在“条文说明”中此部分对不同等级工事的不同跨度给出了顶板及墙体的厚度、混凝土标号供参考，设计时应结合正文查看“条文说明”，以防过大的偏差造成重复计算。
2.3内力分析和截面设计时应注意新规范4.6.1条与4.6.2条规定，人防地下室的顶板部分，一般属于超静定结构，应按非弹性变形产生的塑性内力重分布来计算内力，对板的内力采用极限平衡法计算四边支承塑性变形板比较合理。
2.4关于人防地下室构件的斜截面验算问题，新规范4.6.7条考虑跨高比的影响对受剪承载力进行了修正，具体方法可按给出的修正公式，并查阅《条文说明》中有关解释，不要直接按《混凝土设计规范》中的斜截面抗剪公式套用。
2.5高层建筑下的人防地下室，往往因为其大空间大柱网的结构布局造成厚板高梁，有时影响了室内净空及通风管道布置，其实只要顶板按防护等级做到规定厚度，可以考虑结合柱子做无梁楼盖。
3、高层建筑人防地下室结构设计要点
3.1荷载取值
当所有构件的等效静荷载值确定后，即可进行结构计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆人防荷载取值根据人防地下室抗力级别采用公式计算或规范查表，实际设计时常用“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，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，取较大值控制。
3.2荷载组合和内力分析
顶板战时工况可采用塑性算法，平时工况应采用弹性算法，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。顶板参与组合的荷载有人防等效静荷载、自重、覆土重等，平时使用活荷载战时不需要叠加，具体设计时，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，顶板也可用“理正软件”计算。
3.3人防地下室位置的确定
如果地下室有好几层，除非单层面积不足而需要将整个地下室均作为人防地下室，不然的话就应将地下室的最低一层设置为人防地下室，切不可将最上一层或中间层作为人防地下室，导致人防地下室悬空。如果是这样的话，为较好地形成防爆体，就须将人防地下室及其以下的地下室均按照人防地下室的要求进行设计，从而大大增加结构的造价成本。
3.4门框墙的设计
支承平板门的门框墙的计算模式主要有两种，即：其悬臂长度较小时按牛腿计算，悬臂长度较大时按悬臂梁计算。它们都应对门框墙的抗弯和抗剪进行验算，特别是要确保满足抗剪的要求。此外，由于和平时期使用时需要的出入口通道较宽，战时较窄，导致门框墙的悬臂长度过大，同时也导致水平钢筋过大，为解决这一问题，可加设梁、柱，改变门框墙的受力方式，但前提条件是不影响使用功能。
3.5底板的设计
地下室底板标高变化处应根据实际情况设置梁，梁宽不宜小于底板厚度，还应计算板的支座弯矩传递到梁所需的抗扭钢筋。桩箱、桩筏基础的地下室底板也是桩承台，还要满足冲切、剪切、抗弯、局部受压等要求。同外墙一样，底板除满足受力要求外，还要满足地下室抗渗、防水要求。因此，地下室底板厚度、配筋不宜太小，底板厚度一般取40～60cm，配筋率一般取0.25%。
3.6抗浮、抗渗及控制措施
南方地区地下水位一般较高，地下室结构设计中应特别注意只有地下室部分和地面上楼层不多时的抗浮计算，采用桩基时应计算桩的抗拔承载力。板、覆土的自重对结构有利，根据（荷载规范）计算强度时，荷载分项系数应取1.0。计算抗浮时，荷载分项系数应取0.9。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，实际设计时往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。实际中，同一整体大面积地下室上往往建有多栋高层和低层建筑，局部上方可能没有建筑，而地下室面积大。形状又不规则，抗浮问题相对比较难处理，须作细致分析。另外，斜坡道也应进行抗浮验算，其与主体连接处应作处理。
结束语
在高层建筑结构设计的过程中，地下人防工程已经得到了人们的广泛使用，它不仅提高了高层建筑结构空间的利用率，还保证了人们的生命财产安全。但是，在我国高层建筑人防工程结构设计中，由于施工管理技术不到位，导致在工程结构设计的时候出现了一定的问题，这就给人们的生命财产安全到来了一定的安全隐患，所以在工程施工前对其工程结构进行准确的技术，再通过的合理施工技术，对其进行施工，从而有效的保障人防工程的质量。
参考文献：
[1]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.
[2]刘艳山.试论高层建筑人防地下室的结构设计[J].中华民居，2014.
[3]卢国华.人防地下室结构设计中存在的若干问题分析[J].江西建材.2013.
论文作者:周亚罡
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/7/25
标签：人防论文; 地下室论文; 荷载论文; 结构设计论文; 顶板论文; 结构论文; 底板论文; 《基层建设》2018年第17期论文;