人防地下室顶板的结构选型

杨道林

摘要：人防地下室结构设计主要包含以下内容，即：顶板、底板、墙、柱以及出口及入口楼梯及行车道设计。人防地下室在功能上，不仅需要保证战时状态下的荷载工况，还要保证平时状态下经济性的荷载工况。本文通过对常见的人防地下室顶板结构形式及其特点进行分析，并结合实际工程案例以及顶板结构形式特点，对如何进行顶板结构选型作出详细阐述。

关键词：人防;地下室;顶板;结构选型

现阶段随着我国经济不断发展，我国城市化建设进程不断加快，推动我国居民生活水水平不断提升。在经济发展过程中，各个城市间为了保证对战时状态下对人员及物资进行掩蔽、保证医疗等条件，开始重视修建地下室人防工程。由于人防地下室顶板具有较大竖向静荷载、较大结构尺寸及配筋的特点，因此人防地下室顶板对于战时保护具有至关重要的作用。

一、人防地下室顶板结构形式及特点分析

目前，随着科学技术不断发展进步，在人防地下室顶板结构类型也向着多样化方向发展，不同结构类型具有独特的技术特点，主要常见的结构形式为梁板结构、无梁楼盖、墙板结构形式。其中梁板结构分为大板楼板形式（无次梁布置）、主次梁楼板形式及大板加腋形式;无梁楼盖分成现浇实心无梁楼盖及现浇空心无梁楼盖。

本文将对梁板结构的三种形式及实心楼板无梁楼盖结构形式的特点逐一进行阐述。

（一）传统梁板结构的大板楼板形式及主次梁楼板形式

传统梁板结构的大板楼板形式和主次梁楼板形式，作为地下室人防工程中最常见的结构形式，广泛应用与人防地下室结构设计施工中。梁+板的框架结构相对而言属于较为稳定的结构形式，结构受力传力较明确，结构计算清晰方便，市场上多种软件都支持较为简单或者复杂的梁板计算，结构形式成熟可靠。

相对而言，特别是大板楼板形式，由于下挂梁尺寸的限制，在地下室结构设计过程中，為了避免影响地下室正常使用，通常需要加大地下室层高，这样就无形中加大了土方开挖量、基坑支护费用，且增加抗浮措施，相应的增加造价。由于地下室人防工程空间及柱网布局较广，为保证地下室稳定性，很容易出现厚板高粱的现象发生，不仅影响着地下室消防设施，对于电气、暖通等管道布置也有一定影响。

（二）传统梁板结构的大板加腋楼板形式

大板加腋楼板的结构原理同大板楼板形式，通过在楼板四边支座梁腋下增加加腋构造措施，来减少大板楼板支座处弯矩的方法，且与顶板梁形成T字梁的方式加强顶板梁，来达到减小顶板厚度及梁截面尺寸的目的。大板加腋楼板形式常运用在顶板上有覆土或荷载较大的情况，人防工程中，相比传统无加腋梁板形式，较好的达到了结构形式安全性、层高及造价三者的平衡。

另一方面，对地下室顶板上荷载较小、地下室上顶板无覆土的情况，加腋板对造价的影响较小，这种情况下一般不建议采用该形式。

（三）实心无梁楼盖

在人防地下室施工设计过程中，整个工程荷载较大，对于板厚的要求也很高，实心无梁楼盖在人防工程顶板设计过程中也是常见的一种形式。对于实心无梁楼盖而言，通常在横纵两个方向上进行配筋，因此，如果地下室人防柱网相对整齐，则可以考虑应用现浇实心无盖楼板结构。实心无梁楼盖在应用过程中可以极大降低地下室层高，因此，可以从土方开挖量、基坑支护费用等多角度节约施工成本。

同时，由于无梁楼盖柱帽节点受力非常复杂，就是属于弯曲和冲切高度集中的复合应力状态，目前规范采用弯曲和冲切分算的方法，受弯塑性开展对抗冲切承载力有什么影响以及相互之间有多大的影响还没有明确研究，设计时不可大意。无梁楼盖结构的柱帽周围楼板内力突变且弹塑性变形高度集中，严格说来弹性假定的有限元分析不适合无梁楼盖结构，如果要用弹性有限元分析，其配筋也不应小于传统的按单向结构承担全部荷载的等代框架法，并按规定采取相应构造措施。这几年，国内地库设计采用无梁楼盖结构的地库事故频发，引起大家关注，采用无梁楼盖设计方案需谨慎，无梁楼盖传力较梁板结构复杂，对超载及荷载的不均匀性等特别敏感，结构设计关键还是要关注竖向荷载下的结构安全性，冲切验算要有足够的保证。

二、结合案例对地下室顶板结构选型进行分析

（一）工程概况

案例工程为南京某地地下一层人防车库工程，大小柱网7.8mx5.4m，柱尺寸500x600，顶板上覆土1.5m，建筑面积为5178平方米，结构砼等级均按C35，外墙300mm，工程底板选择厚度为500mm，φ400的预应力管桩箱筏基础，在抗拔桩选取上选择预应力管桩为φ400的，抗拔力标准值为300KN，项目常年地下水位按照自然地面以下0.5米进行计算。在数据分析过程中，为简化分析过程，将对底板厚度及配筋、柱尺寸配筋进行统一，只考虑地下室顶板梁、板的混凝土量及钢筋量。

（二）设定不同顶板结构

在对顶板结构进行比较分析时，采取控制变量法，针对不同顶板结构对整体工程施工成本进行对比分析，从而选出无论是结构性能还是成本造价都更加具备优势的顶板结构。

方案1：应用梁板结构，建筑层高3.7m，结构层高3.8m，在设计过程中不加次梁，只设置结构中框架柱之间的框架梁，采用300mm厚度顶板，框架梁截面长宽为550x950（长跨），450x650（短跨）。

方案2：应用梁板结构，建筑层高3.6m，结构层高3.7m，在设置框架梁的同时设置次梁（十字梁），采用250mm顶板厚度，框架梁截面长宽分别为550x850，450x850，次梁截面长宽分别为450x750，300x550。

方案3：采用传统梁板结构的大板加腋楼板形式，建筑层高3.7m，结构层高3.8m，在设计过程中设置结构中框架柱之间的框架梁，采用250mm厚度顶板，框架梁截面长宽为550x950（长跨），450x650（短跨），每块板板四边均采用板加腋，腋高250mm，腋长1000mm（从梁边或墙边算起）。

方案4：应用现浇实心无盖楼板，采用400mm顶板厚度，柱帽长宽高分别为2700mm、2700mm、800mm。

（三）不同顶板结构经济技术指标对比分析

以上方案底板长宽尺寸均为：400mm、800mm，现浇板厚度为400mm，忽略浮力对底板配筋影响。如下图一所示为4种方案经济技术指标分析结果：

土方单价28元/m3，C35砼单价550元/m3，螺纹钢筋4400元/吨。

通过对比试验数据分析可知，在保证底板混凝土用量一致情况下，混凝土用量，方案4用量最多，方案1混凝土用量最少。综合成本低到高排序为：方案4<方案1<方案3<方案2。

（四）结论分析

通过对比试验数据，在人防地下室顶板结构选择方面分析如下：

方案1应用大板梁板结构会导致层高较高，土方开挖量大，但综合考虑总成本相对并不高;

方案2应用主次梁梁板层高相对减少不多，因为人防最小板厚及最小配筋率要求，板厚减少的50mm砼量被梁的增加砼梁基本抵消，且因为梁的增多，人防配筋率要求下，钢筋量上升较多，导致该方案综合造价最高;

方案3应用加腋大板梁板结构层高与方案1无变化，板厚减少的50mm砼量被加腋的增加砼梁基本抵消，钢筋用量稍微减少，综合造价比方案1略高一点;

方案4应用无梁楼盖结构，结构需要加厚板厚，混凝土量相对较大，且按人防要求无梁楼盖配筋率需按0.3%，但无梁樓盖结构可以压低项目层高，梁的配置减少，综合成本相对较低，但考虑无梁楼盖人防构造要求较多，暗梁等构件基本构造量较大，其成本优势不明显。

无梁楼盖可以一定程度上减小层高，减少工程量的同时，降低施工总成本，具有较好经济性，但无梁楼盖的设计较复杂及施工难度较大，实际工程事故频发，应当谨慎选择;相对而言，普通的大板梁板结构相对主次梁结构及大板加腋板梁板结构成本具体优势，且施工相对简单成熟，适合大部分人防地下室结构设计。

当然，在选择顶板结构类型时，还应当充分考虑所需材料的价格变化，基础施工及基坑支护选择等对造价影响，综合考虑选择最合理且最经济的顶板结构。

结束语

综上所述，随着我国经济不断发展，人防工程项目逐渐增多，在地下人防工程设计过程中，对于顶板结构选取，不仅应当结合设计规范选择符合设计条件的顶板结构，同时也应当考虑经济效益，通过对项目总成本进行对比，选择最为适合的顶板结构，在保证地下人防工程稳定性的同时，使得项目经济性更强，推动地下室人防工程建设不断发展进步。

参考文献：

[1]曾桂新. 人防地下室顶板的结构选型分析[J]. 建筑工程技术与设计， 2017， 000（011）：2605-2606.

[2]韦熙玲. 人防地下室结构设计的选型分析[J]. 建筑技术开发， 2019（10）：7-8.

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