高层地下人防工程结构的设计

2015-03-19孟景丽

产业与科技论坛 2015年14期

□孟景丽

战争时期人防工程是国家防御体系中重要的组成部分，在和平时期中人防工程对经济建设同样具有十分重要的地位，受空间限制，高层的地下室成为人防工程组成的重要部分。这对广大人防地下室结构设计工程师也提出了更高的要求，因此，必须对人防地下室结构设计中的问题进行必要分析。

一、人防基础设计

根据《人民防空地下室设计规范》GB 50038 -2005 第4．9．3 条，需先计算作用于基础上的荷载。例如防核武器抗力级别为核五时，作用于基础上的荷载包括底板核武器爆炸等效静荷载、顶板传来静荷载、防空地下室墙体(柱)自重。若建筑很高，楼体自重远大于核武器爆炸等效静荷载时，可不考虑核武器爆炸等效静荷载，按照常规计算基础即可;若建筑不高，小高层或多层，其内力不由平时设计荷载控制，或核武器爆炸等效静荷载起控制作用时，必须按照以上组合计算基础，同时必须满足《人民防空地下室设计规范》GB 50038-2005 第4．11．7 条最小配筋率的要求，表中最小配筋率比较大，例如C25 ～C35 的受弯构件，最小配筋率是0．25%，此处设计人员应注意。例如鹿泉市某小区住宅楼，主体为剪力墙结构，地上11 层，地下2 层，主楼结构主体高度33．800m(大屋面至室外地坪)，地下2 层1、2 单元人防部分防核武器抗力级别为5 级(甲类);防常规武器抗力级别5 级，基础采用筏板基础，混凝土强度等级C35，与附近车库共用一个防护单元，车库基础形式为柱下独立基础加防水底板。计算得知，平时荷载控制的主楼筏板地基反力标准值为235KN/m2，查《人民防空地下室设计规范》GB 50038 -2005 表4．8．5 得筏板等效静荷载标准值为75 KN/m2，则基础内力不是由平时设计荷载控制，查表4．11．7，筏板最小配筋率为0．25%，而非平时的0．15%，这点经常被设计人员忽略，导致基础筏板配筋严重不足。当基础形式为独立基础或条形基础加防水底板时，核五时底板等效静荷载标准值为50 KN/m2，地下水埋深在基础以下时，不用考虑水浮力作用。

二、人防地下室外墙计算

计算防空地下室围护结构外墙，首先确定荷载组合，共有非饱和土和饱和土中钢筋混凝土外墙等效荷载标准值两种情况，另外还有地下室顶板传来的荷载以及墙土压力、水压力等标准值组成。墙的结构计算简图，应根据外墙墙体与基础和顶板的刚度比例来确定，一般取墙与基础固接。当墙厚度大于顶板厚度时，取铰接;等于顶板的厚度时，取弹性固接;小于顶板厚度时，取固接;两侧支点，如果挡土墙在垂直于外墙的方向有钢筋混凝土墙，或者外墙扶壁柱截面尺寸比较大，则外墙可以按双向板计算配筋(同时需要注意，应把挡土墙荷载导入计算扶壁柱配筋。扶壁柱作为支撑构件受力比较大，所以一般地下车库，例如柱截面600 ×600，如果按照扶壁柱计算的话，配筋相当大，甚至超筋，故此种情况外墙不宜按照双向板计算)，其余情况外墙宜按竖向单向板计算配筋。当外墙按照单向板计算时，可以用理正软件中的连续梁计算配筋及裂缝，需要注意的是，如果顶板开洞时，例如有楼梯间或车库出入口时，地下室外墙顶部没有楼板支撑，外墙应按照下端固结，上端悬臂计算。

三、人防顶板

人防顶板荷载包括核武器爆炸等效荷载标准值、顶板自重、顶板上部覆土等其它静荷载标准值。当甲类防空地下室为多层时，例如邯郸市某项目，地下1、2 层人防部分防核武器抗力级别为6 级(甲类)，防常规武器抗力级别6 级，需要注意的是负二层顶板的等效静荷载标准值与防护单元隔墙上的等效静荷载标准值相同，即50KN/m2，而且只需计算作用在负二层楼板上表面的等效静荷载标准值。人防顶板计算时，可以按照塑性算法计算，这样配筋能减少不少。顶板厚度应满足《人民防空地下室设计规范》GB 50038 -2005 第3．2．2 条规定，顶板厚度包括顶板结构层上的混凝土地面厚度。

四、其它

(一)临空墙。临空墙一般位于防空地下室的人员、车辆、物资出入口、进(排)风竖井、电梯口、管道井等直接承受冲击波作用的部位，临空墙是防空地下室结构设计的主要部分之一。临空墙的等效静荷载可按照《人民防空地下室设计规范》查表使用，当主楼一层外墙开洞面积大于外墙面积的50%时，就不能计入上部荷载的作用了，此处应注意。

(二)门框墙。防空地下室的人防门框墙，因直接承受核爆动冲击波作用，故除了满足结构的强度要求外，还应该具有一定的刚度。当门框墙两侧宽度或上挡墙的高度较大时，按悬臂梁进行内力分析和计算的结果不够精确;可在门框墙的内侧增设明柱或暗柱，在上挡墙的下端增设明梁或暗梁以抵抗冲击波荷载。对于核五常五，采用明柱、明梁的结构形式比较合理。对于核六常六，因门框墙的厚度不小于300mm，可采用暗柱、暗梁的结构形式，这样墙面平整、美观，而且施工比较方便，两者视不同情况而定。

(三)出入口。防空地下室的每个防护单元应有一个主要出入口和一个或若干个次要出入口。主要出入口应设在直通室外的阶梯式或坡道式出入口。对核五、核六防空地下室阶梯式或坡道式的室外出入口，当没有设置封闭的钢筋混凝土上部建筑时，则楼梯踏步和休息平台上的核武器爆炸动荷载，必须按照正面和反面分别计算。核五时，正面荷载:qd=120KN/m2，反面荷载:qd =60KN/m2;核六时，正面荷载:qd =60KN/m2，反面荷载:qd =30KN/m2，详见《人民防空地下室设计规范》GB 50038 -2005 表4．8．11。

(四)防倒塌棚架。规范对防倒塌棚架的解释是:设置在出入口通道出地面段上方，用于防止口部堵塞的棚架。棚架能在预定的冲击波和地面建筑物倒塌荷载作用下不至于坍塌。当因规划或周围建筑受到限制时，宜在防倒塌范围内设置开敞式防倒塌棚架。开敞式防倒塌棚架在核武器爆炸动荷载作用下，产生的水平等效荷载标准值，核五为55KN/m2，核六为15KN/m2，详见《人民防空地下室设计规范》GB 50038 -2005 表4．8．10。