高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑工程行業(yè)成為了我國重要的經(jīng)濟(jì)增長，加強(qiáng)高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在人們的生活中起著至關(guān)重要的作用。本文將從高層建筑人防地下室的建筑設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)、人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及對深圳市某實(shí)業(yè)公司的分析等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

高層建筑；人防地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、前言

目前，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑人防地下室的質(zhì)量安全得到了人們的廣泛關(guān)注。雖然我國在高層建設(shè)人防地下室的設(shè)計(jì)上有所完善，但是仍然存在一些問題和不足需要改進(jìn)。在建設(shè)社會主義和諧社會的新時(shí)期，進(jìn)一步加強(qiáng)高層建筑物人防地下室的質(zhì)量的控制，保證人們的生命安全是建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

二、高層建筑人防地下室的建筑設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)

1、主要應(yīng)考慮在核爆動(dòng)荷載作用下對結(jié)構(gòu)做動(dòng)力分析，單建式與附建式荷載計(jì)算是不同的，也要考慮上部建筑在平時(shí)條件下的荷載作用，高層建筑下的人防地下室往往是頂板內(nèi)力受核爆動(dòng)荷載控制。

2、新規(guī)范第4.5節(jié)給出的附建式人防地下室的常用結(jié)構(gòu)等效靜荷載際準(zhǔn)值的幾個(gè)表，比舊規(guī)范詳細(xì)，而在“條文說明”中此部分對不同等級工事的不同跨度給出了頂板及墻體的厚度、混凝土標(biāo)號供參考，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合正文查看“條文說明”，以防過大的偏差造成重復(fù)計(jì)算。

3、內(nèi)力分析和截面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意新規(guī)范4.6.1條與4.6.2條規(guī)定，人防地下室的頂板部分，一般屬于超靜定結(jié)構(gòu)，應(yīng)按非彈性變形產(chǎn)生的塑性內(nèi)力重分布來計(jì)算內(nèi)力，對板的內(nèi)力采用極限平衡法計(jì)算四邊支承塑性變形板比較合理。

4、關(guān)于人防地下室構(gòu)件的斜截面驗(yàn)算問題，新規(guī)范4.6.7條考慮跨高比的影響對受剪承載力進(jìn)行了修正，具體方法可按給出的修正公式，并查閱《條文說明》中有關(guān)解釋，不要直接按《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》中的斜截面抗剪公式套用。

5、高層建筑下的防空地下室，往往因?yàn)槠浯罂臻g大柱網(wǎng)的結(jié)構(gòu)布局造成厚板高梁，有時(shí)影響了室內(nèi)凈空及通風(fēng)管道布置，其實(shí)只要頂板按防護(hù)等級做到規(guī)定厚度，可以考慮結(jié)合柱子做無梁樓蓋。

三、人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

人防地下室不同于一般的地下室，人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有其獨(dú)特之處：

1、人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度低于一般地下室。

2、大部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性工作狀態(tài)設(shè)計(jì)。在人防地下室的設(shè)計(jì)中，一般用允許延性比來表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài)。按照塑性工作狀態(tài)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以承受更大的爆炸動(dòng)荷載，可吸收更多的能量，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。

3、材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值可以提高。試驗(yàn)證明在爆炸動(dòng)荷載作用下，材料強(qiáng)度可提高20%～40%。這對人防地下室結(jié)構(gòu)是一個(gè)有利因素。

4、人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)造要求更為嚴(yán)格，如人防地下室在材料強(qiáng)度等級，結(jié)構(gòu)構(gòu)件最小厚度，最小保護(hù)層厚度和最小配筋率等各個(gè)方面比普通地下室的要求更加嚴(yán)格。

5、人防地下室結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析。人防地下室是考慮了武器爆炸的動(dòng)荷載作用的，可以采取等效靜荷載法來分析其結(jié)構(gòu)動(dòng)力，然后用靜力計(jì)算方法分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

6、人防地下室在武器爆炸動(dòng)荷載作用下，應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)承載力，可不驗(yàn)算結(jié)構(gòu)變形、裂縫開展和地基的變形等。

四、工程概況

深圳市某實(shí)業(yè)有限公司306高層工業(yè)廠房是一棟18層（地下1層）的框架―剪力墻結(jié)構(gòu)型式的高層工業(yè)建筑。建筑面積31200m2，建筑高度79.8m，地震烈度7度，框架等級3級，剪力墻等級2級。地下室面積3908m2，其中含人防面積1390m2，分兩個(gè)人防單元，層高4.4m，樁基采用預(yù)應(yīng)力砼管樁。地下室的設(shè)計(jì)中考慮人防問題，要平戰(zhàn)結(jié)合，即既要考慮平時(shí)使用時(shí)載荷較小，需滿足建筑使用上大空間的問題，又要考慮人防時(shí)載荷較大，結(jié)構(gòu)上很難滿足大空間的問題。

五、設(shè)計(jì)方案

1、人防載荷的確定

本工程人防地下室防護(hù)等級為6級，采用全埋式現(xiàn)澆鋼筋混凝土人防地下室，各部位等效靜載荷取值分別為：

（1）頂板。首層外墻為180mm實(shí)心磚填充墻，且墻面開孔面積大于50%，故不計(jì)上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓作用的影響，等效靜載荷標(biāo)準(zhǔn)q=60KN/m2。

（2）側(cè)墻。上部建筑物為抗震設(shè)防的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，故應(yīng)放入上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓值的影響，根據(jù)本工程地質(zhì)條件，人防地下室側(cè)壁范圍內(nèi)分別有非飽和土和飽和土，取其加權(quán)平均值，并考慮周圍基坑支護(hù)的阻隔作用，故地下室側(cè)壁等效靜載荷標(biāo)準(zhǔn)值q=40KN/m2。

（3）底板。本工程采用樁基礎(chǔ)，當(dāng)核爆載荷q作用于頂板時(shí)，載荷隨板、梁、柱傳至樁上，因人防設(shè)計(jì)時(shí)不考慮地基承載力和地基變形，由q產(chǎn)生的力由樁與底板共同承受，故小于規(guī)范中按箱形地下室底板的等效靜載荷值（40～50）KN/m2，與平時(shí)荷載作用下因樁不均勻沉降而產(chǎn)生的底板受力相比，不起控制作用，故不予考慮。

（4）門框墻。所受載荷分兩部分，一是直接作用在墻上載荷qe=200KN/m2；二是由門扇傳來的等效靜載標(biāo)準(zhǔn)值，分別按門扇的型號、大小計(jì)算確定。

（5）臨空墻。依工程實(shí)際情況和規(guī)范表4.5.7取其等效靜載荷標(biāo)準(zhǔn)值為130KN/m2。

（6）隔墻。隔墻分兩種，一是相鄰防護(hù)單元間隔墻的設(shè)計(jì)壓力值為50KN/m2；二是6級人防地下室與普通地下室相鄰間的隔墻，其普通地下室一側(cè)的設(shè)計(jì)壓力選用值為90KN/m2。

2、載荷組合和內(nèi)力分析

作用在防空地下室結(jié)構(gòu)上的載荷，應(yīng)包括核爆動(dòng)載荷、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及防空地下室的自重等，規(guī)范中對防空地下室不同部位應(yīng)考慮的載荷組合給出了一個(gè)表格，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)各工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)合表格確定所需進(jìn)行載荷組合的項(xiàng)目，本工程各個(gè)部位參與組合的載荷分別為：

（1）頂板。頂板核爆動(dòng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值，頂板靜載荷標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）側(cè)墻。豎向：頂板傳來的核爆動(dòng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值、靜載荷標(biāo)準(zhǔn)值，上部建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)值（僅有局部剪力墻部位），外墻自重標(biāo)準(zhǔn)值。橫向：核爆動(dòng)載荷產(chǎn)生的水平動(dòng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值、土壓力、水壓力。

（3）內(nèi)承重墻（柱）。在本工程中，將平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的載荷值進(jìn)行對比不難發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)時(shí)所增加的頂板核爆動(dòng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值小于平時(shí)各樓層的活載荷標(biāo)準(zhǔn)值之和，故此部位構(gòu)件不由戰(zhàn)時(shí)條件控制。在防空地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，其承載力設(shè)計(jì)應(yīng)采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：

其中，為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0；為等效靜載荷分項(xiàng)系數(shù)，取1.0；f為混凝土動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（參見文獻(xiàn)[2]表4.6.3）；f為鋼筋動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。由上式可明顯看出人防設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，與平時(shí)狀態(tài)下的內(nèi)力情況進(jìn)行比較，本工程中，頂板、側(cè)壁及人防區(qū)域內(nèi)構(gòu)件的水平受力由戰(zhàn)時(shí)控制，底板、基礎(chǔ)由平時(shí)控制。求出構(gòu)件的內(nèi)力和配筋后，剩下的問題就只有一些構(gòu)造要求了，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員只需認(rèn)真研究體會規(guī)范條文的條件和適用范圍，結(jié)合工程實(shí)際情況就可順利地完成人防地下室各主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)。

六、結(jié)束語

通過對人防地下室結(jié)構(gòu)在高層建筑中的問題分析，進(jìn)一步明確了人防地下室質(zhì)量在高層建筑應(yīng)用中的方向。因此，在高層建筑工程的后續(xù)發(fā)展中，要不斷提高人防地