人防地下室结构设计与应用浅析_1

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人防地下室结构设计与应用浅析　　摘要：结合工程实例，从设计特点、原则、方法等方面对人防地下室结构设计作了简要阐述，为繁杂的人防地下室结构设计提供了清晰的思路。　　关键词：人防地下室；；结构设计方法；工程应用　　人防地下室是为战时服务，为保障人民防空指挥、通信、掩蔽等需要具有预定战时防空功能的特殊地下建筑，同时还具有在紧急时刻储存粮食淡水的作用。与普通地下建筑相比较，其使用对象、条件、要求均有明显差别，人防地下室结构设计应考虑常规武器和核武器爆炸动荷载的作用，还要考虑平战转换的要求，满足平时和战时两种不同荷载效应的组合情况。在进行人防地下室结构设计时如何考虑平时和战时的荷载作用，是结构设计人员最为关注的问题。　　1.人防地下室结构设计方法　　人防工程结构的设计特点 　　与普通地下室相比，防空地下室结构设计的主要特点是要考虑战时规定武器爆炸动荷载的作用。武器爆炸动荷载属于偶然性荷载，荷载具有量值大、作用时间短且不断衰减等特点。暴露于空气中的防空地下室结构构件，如高出地面不覆土的外墙、不覆土的顶板、口部防护密闭门及门框墙、临空墙等部位直接受空气冲击波的作用。其它埋入土中的围护结构构件，如有覆土的顶板、土中外墙及底板等，则直接受土中压缩波的作用。此外防空地下室内部的墙、柱等构件则间接承受围护结构及上部结构爆炸动荷载作用。　　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，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的设计，那么，这些内容的结构设计与一般的结构抗震设计有何不同呢？　　一般结构抗震设计方法通常为“三水准、二阶段”的设计方法，设防目标为“小震不坏，中震可修，大震不倒”。为实现设防目标取小震下地震动参数计算结构弹性下的地震作用效应，进行截面承载力验算。第二阶段是大震下的结构弹塑性变形验算。并通过概念设计和抗震构造措施来满第三水准的设计要求。 　　人防结构设计的动力分析一般采用等效静荷载法：由于在动荷载作用下，结构构件振型与相应静荷载作用下挠曲线很相近，且动荷载作用下结构构件的破坏规律与相应静荷载作用下破坏规律基本一致，所以在动力分析时，可将结构构件简化为单自由度体系，用动力系数乘以动荷载峰值得到等效静荷载，这时结构构件在等效静荷载作用下的各项内力就是动荷载作用下相应内力的最大值。按等效静荷载分析计算的模式代替动力分析，给防空地下室结构设计带来很大方便。采用等效静荷载分析时，为满足抗力要求，结构材料参数应乘以材料强度综合调整系数。最后结构构件在动荷载作用下的变形极限用允许延性比[β]来控制。按允许延性比进行弹塑性工作阶段的防空地下室，即可认为满足防护和密闭要求。　　人防设计与抗震结构设计的设计原则一样：　　结构应尽可能有足够的延性，避免脆性破坏，钢筋砼结构构件均应采取“强柱弱梁”“强剪弱弯”的设计原则。　　各结构构件抗力相协调的原则，避免出现薄弱部位。防空地下室的结构，应充分考虑各部位作用荷载值不同，破坏形态不同以及安全储备不同等因素，保证在规定的动荷载作用下，结构各部位都能正常地工作，防止由于存在个别薄弱环节致使整个结构抗力明显降低。如果某个部位失效，将导致整个人防区失效。同样抗震设计也十分强调避免出现薄弱环节，因为大震时薄弱层或软弱层出失效将导致建筑物倒塌，产生严重后果核武器与常规武器爆炸均属于偶然性荷载，具有量值大，作用时间短且不断衰减的特点，结构构件承受动荷载时已经处于弹塑性工作阶段，因此，结构构件具有较大的延性，对吸收动能，抵抗动荷载是十分有利的。人防结构设计时，构造上应采取“强剪弱弯” “强柱弱梁”“强节点弱杆件”的设计原则。如可充分利用受弯构件和大偏心受压构件的变形吸收武器爆炸动荷载作用的能量，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，提高结构的整体承载能力；又如受弯构件应双面配筋，对承受动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下构件坍塌十分重要，另外在节点区应有足够的抗剪、抗压能力和足够的钢筋锚固长度。上述这些措施和抗震设计的原则是一致的。　　人防工程结构设计的原则　　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，并应坚持人防建设与经济建设协调发展、与城市建设相结合的原则。对于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。对于人防工程的结构设计，其原则主要有：　　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。 　　城市地下空间结建式人防工程的开发，多是以经济利益为主，常常忽略人防工程的出入口防倒塌问题，多数出入口设置在建筑物倒塌范围之内，有的甚至没有采取防倒塌和堵塞措施，也没有进行战时防倒塌和堵塞的转换设计。这些对战时人防工程出入口构成了安全隐患，需要设计时合理布局出入口。　　防空地下室结构在满足设计抗力的前提下，对钢筋混凝土结构构件应采用“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的设计原则进行设计。　　防空地下室应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。　　受弯构件应双面配筋。双面配筋对承受核爆动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下的构件坍塌十分重要。　　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。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。　　2.工程应用 　　某工程由3栋高层住宅和两个地下车库组成，主楼部分为短肢剪力墙结构，地上11层跃12层、地下1层，建筑高度；地下车库部分为框架结构，地下1层，层高。地震烈度为7度，抗震等级为三级，安全等级二级，耐火等级为地上二级、地下一级，设计使用年限为50年，基础采用平板筏基，地基基础设计等级为乙级。根据地方人防办公室文件，城市的生命线工程和面积超过1万米的高层建筑，均须设置防空地下室。该工程总建筑面积为万m2，地下室面积约1万m2，按照规定，该工程须应设置防空地下室面积为3226m2。　　人民防空地下室设计规范明确规定人防工程按可能受到的空袭威胁划分为甲、乙两类，该工程是按甲类防空工程设计的，因此在设计时不仅考虑了满足核武器爆炸的防护要求，还考虑了按常规武器和生化武器的各项防护要求。该工程防空地下室防护等级为核6级，采用全埋式现浇钢筋混凝土防空地下室，战时为二等人员掩蔽所，平时为小型汽车停车库。人防车库共分两个防护单元、四个抗爆单元，考虑到小区内部的环境绿化问题，在地下室顶板上设置了厚的覆土，以满足绿化的需要。　　该工程硅墙的抗渗等级为56，硅强度等级为C30，地下室内没有设置沉降缝和伸缩缝，是设置了多条纵横交错的后浇带。对双面配筋的钢筋硅顶、底板及墙板，为保证震动环境中钢筋与受压区混凝土共同工作，在上、下层或内、外层钢筋之间设置一定数量的拉结筋。　　3.结语 　　人防地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，既要考虑平时工况又要考虑战时工况，需要更深入地研究人防结构设计的技术问题，总结设计经验，提高设计水平。　　参考文献：　　[1]人民防空地下室设计规范　　[2]李云贵；上部结构与地下室共同工作分析及地下室设计在SATWE中的实现[J]；建筑结构学报；XX年01期　　[3]刘俊希；PKPMCAD在人防地下室结构计算及绘图中的应用[J]；矿冶；XX年02期　　[4]李建，防空地下室设计中的几个问题探讨，山西建筑学报，，，