高层建筑地下室人防结构设计

胡彦

中图分类号： TU208 文献标识码： A

摘 要：随着社会经济和科学技术的不断发展，城市建筑和人防建设的结合已经是司空见惯的现象。工程建设中经常会遇到高层建筑人防地下室结构设计的问题，包括它的荷载确定、内力分析和结构设计，都有它自身的特点。另外，地下室的建造费用与设计直接相关。怎样保证高层建筑地下室人防结构安全，降低工程造价，是设计人员所要考虑的问题。

一、前言

近年来，我国经济高速持续发展，城市建设规模和建设水平不断提高，城市地下空间的开发与利用越来越受到人们的重视，同时人们对城市综合防灾能力的要求也越来越高。作为与城市建设相结合的人民防空工程建设，尤其是人民防空地下室工程的建设得到空前发展。在民用建筑设计中，高层住宅及写字楼由于使用需要，通常设置裙房以及地下停车场，主楼地下室与裙房地下室连为一体，形成大底盘结构，平时用作地下车库和设备房间，战时部分用作人防地下室。此类地下室一般面积大，结构形式复杂，与平时使用关联较多，设计中在结构本身强度满足人防工程建设要求的前提下，还要考虑到平时使用时的功能特点和要求，统筹规划才能达到平战结合的设计要求。特别在经济发达的地区和城市，繁华的商业地段成为地下空间开发的热点和焦点，其地下空间的利用离不了以防灾救灾为目的的人防工程。

二、设计主要难点和问题分析

1、主要难点分析

(1)嵌固位置的确定

对于高层在进行结构分析之初就要考虑到结构嵌固端的位置。由于其对于受力的计算以及模型的分析上面有非常重要的影响。现在，建设的很多高层建筑中都已经设计了非常多的地下室以及层级不高的裙房。在我国颁布的《建筑抗震设计规范》中进行了如下的规定：在条件允许的情况下，高层的嵌固端就是其下面设置的地下室。在确定嵌固体应该安放的位置时应该考虑如下几点。

①高层在建造地下室的时候，最常用的结构嵌固就是基础底板。由于基础底板所拥有的无限刚的相关特点，因此将其选为底层的结构嵌固端是非常明智的，在进行施工时，建筑的首层就能够灵活地设计和建造。如果在设计首层时，采用了无梁结构也不会对之后的计算产生任何影响。然而，要是在高层下面建造具有防控功能的地下室，则就会对刚性产生一定的要求。所以在墙体与顶板之久就要安置具有刚度的结构嵌固端。

②地下室楼盖与楼板的要求的需要

现浇梁板结构在楼板的厚度要求上不能够低于180 mm，对于混凝土强度的要求方面，不能够小于C30，在配筋方面，应该选用双层双向配筋，而且单层单项的配筋方面不能够低于0.25%。当第一层的结构嵌固是地下室的顶层时，应该有现浇梁板结构来做地下室及其裙房的顶层。当地上机构是空旷区时，地下室的相关顶板就能够用无梁楼盖。

③结构侧向刚度的要求

在6.1.14 条第2 款中，在结构中，其在地上面的侧向刚度要求小于地下面的刚度的0.5 倍。条文对“相关范围”进行了说明：一般情况下是从地上结构的周边进行向外延伸，但是一般不会超过20m。即，不论地下室的顶板有多大，但是依旧不能够在计算刚度时进行无限放大，而是要在20 m的范围之内。如果将地下室安放在第一和第二两层，则在对地下室的上下两层结构的刚度进行表示时可以用地下室隔壁的上层结构的等效剪切强度比γel 来进行表示。γel 理想情况是与1 相接近，在设计非抗震因素时γel 应该大于0.4，在设计抗震因素时γel 应该大于0.5。

(2)结构的抗震等级。

①在最近发布的规定中的第5.2.5 条，对于6 度地震的设计也有了要求，对于每个楼层中的水平地震剪力进行了规范，而之前的规范中只进行了7～9 度地震的说明。而且，在新规定中，对于6 度地震的αmax 值也进行了规范。在01 规范中，只对于8 度以上的地震规定要求增加0.05s的特征周期，现在的规范中，对于第6度地震也进行了规定。

②如果楼盘具有非常大的地盘，而且其地下室之上有很多塔楼，并且这些塔楼之间也是相对独立的，如果嵌固的地方就是地下室的顶板，那么高层的下部，以及与高层有联系的部分，在抗震等级方面应该与高层一样。

③而且，在新规定中3.9.5条进行了相关的规定，在对民用高层建筑进行抗震设计时，如果将其地下室的顶部结构设置成为上面建筑的嵌固端时，地下室的抗震等级要求与上部建筑一样，在地下室的设置过程中，如果超过了上部范围，但是上部范围内没有任何建筑结构，则在抗震等级的设置上可以酌情考虑在三级左右。

2、设计常见问题分析

(1)底板

对于底板的设计，首先就要满足防水和防渗透的要求，然后就是对于抗震方面的要求。因此，在配筋率以及厚度方面应该适当增加。一般情况下，在厚度方面，底板一般为50 cm，在配筋率方面一般也为0.25%。除此以外，要按照设计和施工中的具体情况，对于地下室在底板标高已经发生改变的地方进行横梁设置。在设置横梁是，其厚度要大于底板的厚度，而且，在支座产生的弯矩传递到梁上的力进行相关计算，同时合理安排钢筋的数量。

(2)外墙

对于外墙的要求，不仅要能够防水，防渗，足够的受力强度而且还要对裂缝宽度进行计算。对于弯矩调幅：外墙的嵌固端可以用底板来进行完成、对载荷系数进行考虑、侧壁底板与响铃底板在弯矩上的值是不一样的、底板在抗弯能力方面一定要大于侧壁，对配筋量以及相关的厚度进行保证。

(3)顶板

对于新规范6.1.14，其进行了相关规定，在地下室顶板上面不要开很大的洞口，在这个范围之外的顶板应该有现浇梁板来设置，对于厚度的要求一般要超过180 mm，在强度等级方面要高于C30，而且，在配筋方面依然使用双层双向配筋，而且对于配筋率也有要求，要至少达到0.25%。

(4)荷载

在荷载方面，地下室一定要满足：本身重量、地表的压力、地上建筑的重量同时还有在交付使用之后的能够保证的在正常环境下的负载压力。在设计地下室载荷时一定要根据国家规定来进行。

三、高层建筑人防地下室的建筑设计应注意的事项

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、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。

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。

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。

5、高层建筑下的防空地下室，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。

结语

实际上对高层建筑进行地下室设计的工作量及难度非常大，地下室的质量对地面建筑的质量和造价都有很大影响，因此设计人员要提高自身水平，加强地下工程设计和施工技术的研究，最终提高地下空间的安全舒适性和经济性。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.高层民用建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] 中国建筑设计研究院. GB50038- 2005人民防空地下室设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社，2005，1.

[3] 中国建筑科学研究院. GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社，2002，1.