住宅樓人防地下室結構設計

住宅樓人防地下室結構設計導言人防即人民防空，人民防空的任務是根據國防的需要，動員和組織群眾采取防護措施，防范和減輕空襲危害。除采取人員疏散的措施之外，也是戰(zhàn)時防空的最重要的措施之一。本文結合北京市某工程從人防結構設計特點，人防荷載確定，荷載組合和內力分析等幾方面來介紹人防地下室的結構設計。工程概況本工程為北京市某廠職工住宅樓工程。結構型式為地上6層磚混結構，地下室為1層現(xiàn)澆混凝土結構，基礎為筏板基礎。地下室為人防工程，人防抗力等級為5級二等人員掩蔽所。人防結構設計的特點防空地下室結構設計的主要內容包含兩方面：一是主體結構設計，包括頂板、外側墻、底板等其它構件的結構設計；二是孔口防護設計，包括出入口的防護和消波系統(tǒng)，其中出入口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道的計算等幾個方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆波活門的選用和擴散室的設計，這些內容的結構設計與一般的結構設計有以下幾點不同：(1)結構設計的可靠性可以降低；(2)考慮結構的動力響應；(3)結構構件可考慮進入塑性工作狀態(tài)；(4)材料設計強度可以提高(實驗表明，在快速加載的情況下，這時材料力學性能發(fā)生比較明顯的變化，主要表現(xiàn)為強度提高，但變形性能包括塑性性能等基本不變，這對結構工作起到有利作用，例如鋼材強度可提高1.2?1.5倍,對混凝土和砌體強度可提高1.5倍，這在設計中是通過考慮材料強度綜合調整系數(shù)來完成的)；(5)重視構造要求，人防設計的許多構造要求是與一般的結構設計不同的，要求更為嚴格，故不能只考慮受力計算，還要考慮規(guī)范中規(guī)定的構造措施。根據以上所述的結構設計的特點，我們可以確定防空地下室結構設計的一般原則：(1)平戰(zhàn)結合，在民用建筑的人防地下室的結構設計中，一般只涉及5級或6級人防設計，結構的頂板基本上都由戰(zhàn)時控制，而側墻和底板則因地下室的結構型式的不同而由實際情況確定。(2)只進行強度的驗算，由于在核爆動荷載作用下，結構構件變形極限已用允許延性比來控制，且在確定各種構件允許延性比時，已考慮了對變形的限制，因而在防空地下室結構設計中，不必再單獨對結構構件的變形與裂縫開展進行驗算。(3)只考慮一次核襲擊。(4)注意各部件的協(xié)調，以免因設計控制標準不一致而導致結構的局部先行破壞，失去整個防護建筑的作用。(5)地面與地下承重結構體系要協(xié)調，不能出現(xiàn)兩者強弱相差較大的情況。了解了結構人防設計的特點及原則之后，我們首先就必須確定計算所需的荷載值。人防荷載的確定如前所述，人防地下室結構設計主要考慮抵抗空氣沖擊波。當核武器在空中爆炸沖擊波傳播到地表時，形成反射沖擊波，因反射波是在被入射波壓密和加熱過的空氣中傳播，且壓力又高，所以反射波的傳播速度要比入射波快，當反射波波陣面趕上入射波波陣面后，則匯合成單一的沖擊波，即合成波。防空地下室的頂板一般就直接承受地面沖擊波的超壓和負壓作用，而對于側壁和底板，因空氣沖作用于地表，壓迫土體并使其產生運動，上層土體受壓后連續(xù)向下傳遞壓力，這種土體的壓縮狀態(tài)由上向下逐層傳播過程稱為土中壓縮波的傳播，當遇到側壁或底板的阻擋后，則會產生超壓、動壓和負壓作用，這就是側壁和底板需考慮的問題。本工程人防地下室防護等級為5級（級別的確定是根據國家制訂的《人民防空工程戰(zhàn)術技術要求》確定的，是由人防部門確定后發(fā)文予設計單位），采用全埋式現(xiàn)澆鋼筋混凝土人防地下室，各部位等效靜荷載取值分別為：1.頂板首層外墻為240mm燒結普通頁巖磚，且墻面開孔面積小于50%,故計入上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓作用的影響，頂板覆土厚度為0.8m,持力層為圓礫層，可根據規(guī)范提供的頂板等效靜荷載標準值表確定等效靜荷載標準值qe1=120KN/m202.外墻上部建筑物為抗震設防的砌體結構，故應計入上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓值的影響，根據本工程地質條件，地下室側壁等效靜載荷標準值qe2=50KN/m2。.底板本工程采用筏板基礎，根據規(guī)范提供的鋼筋混凝土底板等效靜荷載標準值表確定等效靜荷載標準值qe3=100KN/nf。.門框墻所受荷載由兩部分組成，一是直接作用在門框墻上的等效靜荷載標準值qe=380KN/m2；二是由門扇傳來的等效靜載標準值，分別按門扇的型號、大小計算確定。.臨空墻依工程實際情況和規(guī)范臨空墻的等效靜荷載標準值表取其等效靜荷載標準值為210KN/m20.隔墻相鄰防護單元間隔墻水平等效靜荷載標準值為100KN/itf。其它各種防護密閉門、防爆波活門、擴散室的設計壓力均由規(guī)范中有關規(guī)定選用，當所有構件的等效靜荷載值確定后，即可進行結構計算。荷載組合和內力分析作用在防空地下室結構上的荷載，應包括核爆動荷載、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考慮的荷載組合給出了一個表格，結構設計時可根據各工程的結構特點結合表格確定所需進行荷載組合的項目。防空地下室結構荷載組合在進行荷載組合時，需要明確兩個問題：一是上部建筑物質自重標準值的確定，規(guī)范中已詳細說明了各種不同的上部結構型式，在進行荷載組合時可分為全部考慮、考慮一半和不考慮三種情況。二是頂板的組合中是否考慮上部建筑物的倒塌荷載值,因為倒塌荷載的作用時間滯后于沖擊波峰值作用時間,且規(guī)范規(guī)定的倒塌荷載產生的靜荷載值為50KN/褶，小于沖擊波對頂板的等效靜荷載值，因此在頂板荷載組合中不必計入倒塌荷載值o在防空地下室結構的設計中，具承載力設計應采用下列極限狀態(tài)設計表達式:州(YGSgK+&SqK)<R(fcd,fsd,ak,)需要指出的是幾個系數(shù)的定義：%一結構重要性系數(shù)，取1.0;惟一等效靜荷載分項系數(shù)，取1.0；fcd一混凝土動力強度設計值；fsd一鋼筋動力強度設計值。由上式可明顯看出人防設計的特點。求出構件的內力代入理正人防計算軟件即可分別計算出各構件的配筋，剩下需注意的問題還有一些構造要求，《規(guī)范》中已作了很詳細的規(guī)定在此不一一敘述。孔口防護和平戰(zhàn)兼顧孔口防護包含三部分的設計內容：一是防護密閉門與消波系統(tǒng)的設計，二是出入口通道內臨空墻、門框墻的設計，三是孔口其它構件，如風井、防倒塌棚架、開敞式通道、相鄰單元之間的隔墻等的設計。其中第二、三條中的臨空墻、相鄰單元之間的隔墻已在上面已經談到了荷載的確定，而門框墻的設計一般是按懸臂梁計算，但需注意的就是因平時使用時需要的出入口通道均較寬，而戰(zhàn)時又相應較窄，這樣有可能會使門框墻的懸臂長度過長，而使水平筋過大，這種情況下，可考慮在不影響功能使用的前提下，加設柱、梁改變門框墻的受力型式，得到較為經濟的設計效果。下面主要談談第一條的設計內容，當空氣沖擊波到達出入口通道時，雖然有通道出入口的擴散作用，但遇墻體和門的反射作用使作用在門上的總效應大于空氣沖擊波的壓力，約為2.0?3.5倍。為方便工程設計人員，國家將防密門進行系列化處理，依據設計壓力和門洞尺寸就可直接選擇定型的防密門。而消波系統(tǒng)的產生是因為濾毒通風設備所能承受的允許壓力遠小于空氣沖擊波，若其防護措施不能與主體抗力相適應，將直接影響整體工程防護能力。消波系統(tǒng)的基本思想是以堵為主，堵消結合，堵就是采用防爆波活門將沖擊波的大部分阻擋在室外，消就是使從活門孔進入的少量沖擊波通過擴散室的擴散膨脹作用削弱其壓力，使其進入內部的壓力不超過設備的允許壓力。平戰(zhàn)兼顧設計是深入貫徹“平戰(zhàn)結合”建設方針一個重要環(huán)節(jié)，由于人防工程是戰(zhàn)時遭受敵襲擊時作為保障城市居民生命安全和堅持工作的一種具有特殊功能要求的建筑物，因此它需要承受的荷載較一般結構大幾十倍至數(shù)百倍，而且密閉要求很高，所以在設計中應盡量減小結構跨度，減少并縮小直通大氣的各種孔口，而這種處理原則，恰為平時使用造成諸多困難，《規(guī)范》中對此點也作了指導性的規(guī)定，本工程人防地下室在平時主要作為自行車庫使用。結束語2005年底建設部頒發(fā)了新版《人民防空地下室設計規(guī)范》，新規(guī)范自2006年3月1日起實施，同時宣布原規(guī)范作廢。由于本工程人防部分審批時在2005年7月，所以還是按照老規(guī)范進行設計。新老規(guī)范的區(qū)別主要是新規(guī)范中將人防地下室分為甲乙兩類，甲類人防地下室結構應能承受常規(guī)武器和核武器爆炸動