地下人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析和探討

地下人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析和探討當(dāng)前國(guó)內(nèi)高層建筑和超高層建筑不斷普及，這些建筑的基礎(chǔ)部分往往被做成地下人防工程。由于地下人防工程具有平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)雙重的使用功能，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)通常需要分為平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置、等效靜荷載的設(shè)計(jì)這兩大塊，這兩部分的設(shè)計(jì)必須按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和流程進(jìn)行，這樣才能有效確保人防工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，最大限度的發(fā)揮其在平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的雙重作用。

TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的發(fā)展，當(dāng)前城市里的高層和超高層建筑越來(lái)越普及。由于這些建筑的基礎(chǔ)都很大很深，為了充分利用這部分空間，目前國(guó)內(nèi)各地普遍將其做成人防工程，人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)在已成為建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可或缺的組成部分。不過(guò)由于過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里對(duì)高層建筑基礎(chǔ)部分的利用不夠重視，再加上人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，可用于參考的設(shè)計(jì)資料很少，因此很多建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)人防工程的設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)還不深，相關(guān)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法還很欠缺[1]。所以，有必要對(duì)當(dāng)前地下人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況進(jìn)行分析總結(jié)，以便更好地對(duì)當(dāng)前的人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，有效發(fā)揮人防工程保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全的作用。

1.人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)

人防工程建筑的使用功能具有雙重性，既可以在和平時(shí)期使用，也可以用于戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期的避難，所以，在人防工程上作用的荷載也會(huì)相應(yīng)的出現(xiàn)差別，和平時(shí)期的為靜荷載，而在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期各種爆炸產(chǎn)生的沖擊波引發(fā)的動(dòng)荷載則是成為了人防工程的主要荷載。由于這一特點(diǎn)，人防工程在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足正常使用需求的基礎(chǔ)上，還得考慮到如何才能夠保證有效抵擋戰(zhàn)時(shí)的爆炸荷載。為保證具有符合規(guī)定的承載爆炸荷載能力，人防工程所使用的鋼筋混凝土構(gòu)件要盡量按彈塑性工作階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，這是因?yàn)闃?gòu)件在這個(gè)階段工作遠(yuǎn)比在彈性階段工作能夠吸收更多的能量，也更能有效發(fā)揮出材料的潛力。因?yàn)槿朔拦こ谭雷o(hù)設(shè)計(jì)方法是通過(guò)將動(dòng)荷載等效為靜荷載來(lái)進(jìn)行分析的，所以，它的結(jié)構(gòu)材料承載能力通常情況下是按靜載試驗(yàn)取得的。當(dāng)材料的強(qiáng)度應(yīng)用到人防工程的設(shè)計(jì)時(shí)，必須將它們?cè)趧?dòng)載條件下的強(qiáng)度提高因素考慮進(jìn)去[2]。也就是說(shuō)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的材料強(qiáng)度要用動(dòng)荷載強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整后才能到用到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，這也是當(dāng)前人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的突出特點(diǎn)。

2.人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

（1）在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩種情況的需要。

（2）在戰(zhàn)時(shí)爆炸動(dòng)荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型和撓度曲線非常相近，同時(shí)破壞規(guī)律也與相應(yīng)靜荷載作用下基本一致，因此在進(jìn)行動(dòng)力分析的過(guò)程中可將構(gòu)件進(jìn)一步簡(jiǎn)化成單自由度體系采用等效靜荷載法，這樣的好處在于能夠大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，減少工作量，而且還能更好地滿足對(duì)計(jì)算精度的要求。

（3）只驗(yàn)算強(qiáng)度。因?yàn)樵诔霈F(xiàn)爆炸動(dòng)荷載時(shí)，人防工程的結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已經(jīng)用允許延性比控制，同時(shí)在確定所有構(gòu)件允許延性比的過(guò)程中，也已將對(duì)變形的限制因素考慮了進(jìn)去，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不用再對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形和裂縫進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)算。

（4）不用對(duì)地基承載力和變形進(jìn)行驗(yàn)算。這是因?yàn)椋瑖?guó)內(nèi)外的不同試驗(yàn)均已顯示出在武器爆炸動(dòng)荷載作用下整體基礎(chǔ)和單獨(dú)基礎(chǔ)，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)地基出現(xiàn)任何滑動(dòng)或剪切破壞的現(xiàn)象，因此這方面的驗(yàn)算就可以省略了。

（5）只考慮一次核襲擊。

（6）要做好各部件的協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮周全，盡量站在全局的高度進(jìn)行，對(duì)工程各部件的使用情況要協(xié)調(diào)好，這樣可以有效避免因設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)不同而使得結(jié)構(gòu)的局部先行破壞，使整個(gè)人防工程失去應(yīng)有的防護(hù)作用。

3.地下人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，要考慮到多方面因素的影響和作用，就當(dāng)前國(guó)內(nèi)這方面的設(shè)計(jì)情況而言，人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以細(xì)分為以下幾個(gè)方面：

3.1平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置、標(biāo)注及定位

構(gòu)件的布置指的是將建筑平面的人防信息用結(jié)構(gòu)方式表達(dá)出來(lái)，根據(jù)功能的區(qū)別，一般通過(guò)使用線型填充來(lái)區(qū)分人防區(qū)和非人防區(qū)；除此之外，還要分出人防外墻、人防臨空墻、人防隔墻和人防門框墻這幾種結(jié)構(gòu)。在劃分完畢的基礎(chǔ)上，開始給各個(gè)墻體標(biāo)上編號(hào)，而對(duì)門框墻，不僅要進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)還要標(biāo)上門洞尺寸和相應(yīng)的荷載類型，這樣有利于接下去的計(jì)算以及配筋表的配置工作；完成上述步驟后就可以定位墻體厚度了。

3.2等效靜荷載的設(shè)計(jì)

人防工程設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵的問(wèn)題就是其結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算方法以及構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)方法。人防工程的設(shè)計(jì)程序主要有三個(gè)方面，分別是結(jié)構(gòu)方案、內(nèi)力分析和截面設(shè)計(jì)，當(dāng)中的內(nèi)力分析指的就是人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它有其鮮明的特點(diǎn)，因此，和其他建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比區(qū)別顯著。人防工程的結(jié)構(gòu)分析有一定的流程和步驟，按先后順序介紹如下：首先是根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)委托書里確定的工程抗力等級(jí)來(lái)確定工程應(yīng)具備的防護(hù)等級(jí)，在防護(hù)等級(jí)確定下來(lái)后，接著就可以根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范確定人防工程的荷載作用數(shù)值。人防工程的荷載和平時(shí)期主要是靜載，戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期則以動(dòng)荷為主。在如何選用人防工程荷載以及將荷載作用于結(jié)構(gòu)方面，首先，要把爆炸動(dòng)荷載合理地轉(zhuǎn)化成等效的靜荷載，接著根據(jù)荷載組合情況，采用一般靜力結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)力。一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析的方法最常用的是從整體開始，按照從整體結(jié)構(gòu)到具體構(gòu)件的順序進(jìn)行，而人防工程的內(nèi)力分析和它并不相同，在進(jìn)行分析時(shí)首先要將結(jié)構(gòu)分解成為獨(dú)立的構(gòu)件，這些構(gòu)件要各自按照相應(yīng)的防護(hù)要求及防護(hù)等級(jí)來(lái)計(jì)算出它們的等效靜荷載。

等效靜載法通常來(lái)說(shuō)只能用于單個(gè)構(gòu)件，而人防工程結(jié)構(gòu)具有多構(gòu)件的特點(diǎn)，所以在使

用等效靜載法進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須將整個(gè)人防工程分解為獨(dú)立的構(gòu)件，在求出不同構(gòu)件所具備的等效靜載的基礎(chǔ)上，再將復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為基本結(jié)構(gòu)，這樣便可以科學(xué)地計(jì)算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。這種方法的使用要求在進(jìn)行人防工程的頂板設(shè)計(jì)時(shí)，不用考慮其它構(gòu)件對(duì)頂板的影響；在設(shè)計(jì)外墻的過(guò)程中，不用考慮其它構(gòu)件對(duì)外墻的影響。同時(shí)，在設(shè)計(jì)內(nèi)部承重墻柱的過(guò)程中也不再考慮其它構(gòu)件的影響[3]。

爆炸動(dòng)荷載之所以能夠有效簡(jiǎn)化為等效的靜荷載，最主要原因在于在爆炸荷載產(chǎn)生后，不同的工程部位達(dá)到最大荷載的時(shí)間點(diǎn)各不相同，所以不用把整個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)作整體來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，而是可以分別按照荷載的最大值來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算各個(gè)構(gòu)件。這也是人防工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的最基本特點(diǎn)。

4.結(jié)語(yǔ)

地下人防工程當(dāng)前已經(jīng)隨著高層和超高層建筑不斷興建而越來(lái)越重要，不過(guò)由于其工程的復(fù)雜性，因此它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有不小的難度。為了更好地發(fā)揮出地下人防工程在平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的作用，各相關(guān)建設(shè)單位和設(shè)計(jì)人員必須加大研究和投入的力度，更好地確保地下人防工程建設(shè)的科學(xué)性和安全性。

參考文獻(xiàn)