谈高层建筑人防地下室设计

李小会

摘要：近些年来，我国经济有了高速的发展，使得城市建设规模和建设水平也在不断的提高，从而使得城市建设和人防建设在不断结合。由于高层建筑人防地下室设计具有荷载确定以及结构复杂等特点，这样就能使得它在建设过程中经常会遇到各种问题，本文主要针对高层建筑人防地下室设计进行了分析和探究。

关键词：高层建筑、人防地下室、地下室设计

中图分类号：TU208文献标识码： A

一、前言

现阶段，随着建筑行业的不断壮大，高层建筑人防地下室的质量安全引起人们的高度关注，虽然我国在高层建设人防地下室的设计上有所完善，但是还是存在着很多方面的不足，所以，在社会主义新时期，一定要重视高层建筑物人防地下室设计，这样才能保证人们的生命安全。

二、工程概况

本工程位于某市中心的矩形地块内。地面建筑为4栋26层的高层住宅建筑，地上建筑总面积为62792.33m2。地下共1层，整个地下室为人防工程，面积为10938.9 m2，人防抗力等级为核5级常5级。

三、高层建筑地下室人防设计要点分析

1、人防工程结构形式以及计算要点

（1）人防顶板是整个人防工程中受最大人防荷载的结构构件。人防顶板的荷载结构分析主要分为以下两种组合：

顶板静荷载+活荷载，需要考虑结构构件的裂缝；顶板静荷载+爆炸等效静荷载，此工况下可不考虑构件的裂缝。

人防顶板的结构形式现行可分为以下几种：梁板框架结构和无梁楼盖结构，而无梁楼盖又可分为普通无梁楼盖；预应力无梁楼盖以及现浇空心楼板无梁楼盖。以下作深入分析各种结构形式的合理性以及经济性

梁板框架结构为结构形式中最普遍的一种结构形式，但由于人防荷载比较大，采用梁板框架结构的人防地下室层高需要比较高。以最低的人防抗力等级为例，主梁的高度最小取柱跨的1/7，如8m的柱网跨度，主梁的高度为1.2m，加上设备管道的高度约0.5m，合共约1.7m。由此可知，该人防地下室的层高需在4m以上。从而导致地下室的埋深较深。地下室的埋深是决定地下室工程造价的一个重要因素，而且也会影响结构的计算的难度。当地下室埋深较深时，地下水反力增大，挖土方量增加以及基坑支护的难度也会增大，最终会影响工程造价。

普通无梁楼盖结构是一种常用于对净空要求比较高，荷载比较大，柱网跨度比较大的工程，现在的人防地下室工程多采用无梁楼盖这一结构形式。但当人防地下室顶板作为上部结构的嵌固部位或柱网区格内长短跨之比大于1.5，以及顶板标高变化比较多的时候，均不宜选用该结构形式。无梁楼盖相对梁板结构来说，具有一定的优势：

①在钢筋及混凝土量上，与梁板结构相差不多，但由于无梁楼盖以平板为主，在模板的施工上会带来很多便利，可以使工期缩短。而在钢筋施工方面上，由于无梁楼盖的主要为板钢筋，分布比较均匀，施工操作相对简单，更能保证施工的质量。而梁板结构的梁钢筋比较集中，特别是梁支座面筋比较密，经常造成施工时梁面筋过密而难以浇筑混凝土及放震动棒，从而容易形成蜂窝，施工质量难以得到保证。

②人防地下室的层高与埋深是影响地下室造价的关键因素，如例：本工程的人防地下室，人防抗力等级为核5级常5级，覆土厚度为0.9m，柱跨为8mX8m。在结构设计初期，尝试采用梁板结构形式，但由于荷载比较大，无论是平时还是战时，从而导致主框架梁的截面比较大。需要做到600X1300，井字梁需做到400X900，但由于地下室层高只有3.6m，不满足净高的要求，所以只有增加高度或者改变顶板的结构形式这两种方法。而采用无梁楼盖结构形式，楼板厚度只要0.45m后就可以满足要求，满足甲方的使用要求。从此例子可知，地下室的净空采用无梁楼盖的时候净高可以多出0.85m。而地下室净高一样的情况，无梁楼盖的人防地下室的基坑可以少开挖0.85m，外墙以及支护桩的计算长度，施工高度少了0.85m，底板的水压反力可减少8.5KN/㎡.所以最终采用无梁楼盖结构形式。

预应力无梁楼盖，在《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005中没有明确规定人防顶板不可以用预应力无梁楼盖这一种结构形式。但笔者认为由于预应力无梁楼盖在平时工况下，结构构件受到相当于战时的作用反力，由此可见结构构件一直受到相当大的荷载。会使结构构件出现疲劳破坏。不利于整个工程的安全性。

2、人防工程结构设计的材料选择

（1）由于人防地下室属于地下工程，人防地下室选用混凝土的强度等级一般为C25～C35。笔者不建议选用C40以上的混凝土。主要原因有：

①由于人防地下室的顶板、底板及墙体比较厚。采用越高强度等级的混凝土，其水化热越大，混凝土越容易开裂。

②根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，C25～C35混凝土纵向受力钢筋的最小配筋率相对C40～C55混凝土中纵向受力钢筋的最小配筋率要小，对于低抗力等级的人防地下室，采用低强度等级的混凝土，可减少构造钢筋，从而降低含钢量，减少造价。

（2）人防地下室钢筋混凝土结构构件可采用除冷轧带肋钢筋，冷拉钢筋等经冷加工处理的钢筋以外的钢筋。根据《人民防空地下室设计规范》GB 50038-2005中的材料强度综合调整系数rd，可知HRB335的综合调整系数rd为1.35.（300x1.35=405 N/m㎡），而HRB400的综合调整系数为rd为1.2（360x1.2=432 N/m㎡）。可见HRB400级无论在平时或战时的抗拉强度都比HRB335高。

四、高层建筑人防地下室的建筑结构设计应注意的事项

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。

五、结束语

综上所述，本文主要对高层建筑人防地下室设计进行了分析和探究，由于人防地下室设计是一个综合性很强的设计，并且要保证人防地下室经济性和舒适性，这样就必须要求政府部门、业主、设计以及施工单位做好配合与协调，此外，还要结合工程的实际情况，多跟其他专业沟通，多到工地现场去发现设计中的不足，这样才能保证高层建筑人防地下室的质量。

参考文献：

[1] 全国民用建筑工程设计技术措施-防空地下室（2009年版）[M].北京：中国计划出版社，2009.

[2]洪晏 浅谈地下室人防结构设计 科技资讯 2010年

[3]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.