地下人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析和探討

地下人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析和探討當前國內(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和戰(zhàn)時雙重的使用功能，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計也相對復(fù)雜。在進行設(shè)計時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)計這兩大塊，這兩部分的設(shè)計必須按相應(yīng)的標準和流程進行，這樣才能有效確保人防工程設(shè)計的科學性和合理性，最大限度的發(fā)揮其在平時和戰(zhàn)時的雙重作用。

TU318文獻標識碼：A

引言

隨著社會經(jīng)濟和城市化進程的發(fā)展，當前城市里的高層和超高層建筑越來越普及。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)計現(xiàn)在已成為建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計不可或缺的組成部分。不過由于過去很長一段時間里對高層建筑基礎(chǔ)部分的利用不夠重視，再加上人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計非常復(fù)雜，可用于參考的設(shè)計資料很少，因此很多建筑設(shè)計人員對人防工程的設(shè)計認識還不深，相關(guān)的設(shè)計理念和設(shè)計方法還很欠缺[1]。所以，有必要對當前地下人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況進行分析總結(jié)，以便更好地對當前的人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行指導，有效發(fā)揮人防工程保障人們生命財產(chǎn)安全的作用。

1.人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要特點

人防工程建筑的使用功能具有雙重性，既可以在和平時期使用，也可以用于戰(zhàn)爭時期的避難，所以，在人防工程上作用的荷載也會相應(yīng)的出現(xiàn)差別，和平時期的為靜荷載，而在戰(zhàn)爭時期各種爆炸產(chǎn)生的沖擊波引發(fā)的動荷載則是成為了人防工程的主要荷載。由于這一特點，人防工程在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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行設(shè)計，這是因為構(gòu)件在這個階段工作遠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。因為人防工程防護設(shè)計方法是通過將動荷載等效為靜荷載來進行分析的，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取得的。當材料的強度應(yīng)用到人防工程的設(shè)計時，必須將它們在動載條件下的強度提高因素考慮進去[2]。也就是說，在進行設(shè)計時的材料強度要用動荷載強度增強系數(shù)來進行相應(yīng)調(diào)整后才能到用到結(jié)構(gòu)設(shè)計上，這也是當前人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的突出特點。

2.人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點

（1）在設(shè)計時要充分考慮到平時和戰(zhàn)時兩種情況的需要。

（2）在戰(zhàn)時爆炸動荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型和撓度曲線非常相近，同時破壞規(guī)律也與相應(yīng)靜荷載作用下基本一致，因此在進行動力分析的過程中可將構(gòu)件進一步簡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化設(shè)計流程，減少工作量，而且還能更好地滿足對計算精度的要求。

（3）只驗算強度。因為在出現(xiàn)爆炸動荷載時，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，同時在確定所有構(gòu)件允許延性比的過程中，也已將對變形的限制因素考慮了進去，因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不用再對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形和裂縫進行單獨驗算。

（4）不用對地基承載力和變形進行驗算。這是因為，國內(nèi)外的不同試驗均已顯示出在武器爆炸動荷載作用下整體基礎(chǔ)和單獨基礎(chǔ)，都沒有發(fā)現(xiàn)地基出現(xiàn)任何滑動或剪切破壞的現(xiàn)象，因此這方面的驗算就可以省略了。

（5）只考慮一次核襲擊。

（6）要做好各部件的協(xié)調(diào)。設(shè)計時要考慮周全，盡量站在全局的高度進行，對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)計控制標準不同而使得結(jié)構(gòu)的局部先行破壞，使整個人防工程失去應(yīng)有的防護作用。

3.地下人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計

人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，要考慮到多方面因素的影響和作用，就當前國內(nèi)這方面的設(shè)計情況而言，人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以細分為以下幾個方面：

3.1平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置、標注及定位

構(gòu)件的布置指的是將建筑平面的人防信息用結(jié)構(gòu)方式表達出來，根據(jù)功能的區(qū)別，一般通過使用線型填充來區(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，開始給各個墻體標上編號，而對門框墻，不僅要進行編號，同時還要標上門洞尺寸和相應(yīng)的荷載類型，這樣有利于接下去的計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

人防工程設(shè)計的最關(guān)鍵的問題就是其結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算方法以及構(gòu)件截面的設(shè)計方法。人防工程的設(shè)計程序主要有三個方面，分別是結(jié)構(gòu)方案、內(nèi)力分析和截面設(shè)計，當中的內(nèi)力分析指的就是人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，它有其鮮明的特點，因此，和其他建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相比區(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)計委托書里確定的工程抗力等級來確定工程應(yīng)具備的防護等級，在防護等級確定下來后，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期主要是靜載，戰(zhàn)爭時期則以動荷為主。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)力學的方法計算出結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)力。一般結(jié)構(gòu)進行內(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)件的順序進行，而人防工程的內(nèi)力分析和它并不相同，在進行分析時首先要將結(jié)構(gòu)分解成為獨立的構(gòu)件，這些構(gòu)件要各自按照相應(yīng)的防護要求及防護等級來計算出它們的等效靜荷載。

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

用等效靜載法進行設(shè)計的過程中，必須將整個人防工程分解為獨立的構(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)簡化為基本結(jié)構(gòu)，這樣便可以科學地計算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。這種方法的使用要求在進行人防工程的頂板設(shè)計時，不用考慮其它構(gòu)件對頂板的影響；在設(shè)計外墻的過程中，不用考慮其它構(gòu)件對外墻的影響。同時，在設(shè)計內(nèi)部承重墻柱的過程中也不再考慮其它構(gòu)件的影響[3]。

爆炸動荷載之所以能夠有效簡化為等效的靜荷載，最主要原因在于在爆炸荷載產(chǎn)生后，不同的工程部位達到最大荷載的時間點各不相同，所以不用把整個結(jié)構(gòu)當作整體來進行結(jié)構(gòu)整體分析，而是可以分別按照荷載的最大值來設(shè)計計算各個構(gòu)件。這也是人防工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的最基本特點。

4.結(jié)語

地下人防工程當前已經(jīng)隨著高層和超高層建筑不斷興建而越來越重要，不過由于其工程的復(fù)雜性，因此它的結(jié)構(gòu)設(shè)計有不小的難度。為了更好地發(fā)揮出地下人防工程在平時和戰(zhàn)時的作用，各相關(guān)建設(shè)單位和設(shè)計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)的科學性和安全性。

參考文獻