住宅樓人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計

住宅樓人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)言人防即人民防空，人民防空的任務(wù)是根據(jù)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(jié)合北京市某工程從人防結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，人防荷載確定，荷載組合和內(nèi)力分析等幾方面來介紹人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計。工程概況本工程為北京市某廠職工住宅樓工程。結(jié)構(gòu)型式為地上6層磚混結(jié)構(gòu)，地下室為1層現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。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(jié)構(gòu)設(shè)計的特點防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包含兩方面：一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括頂板、外側(cè)墻、底板等其它構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；二是孔口防護設(shè)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(shè)計，這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計與一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計有以下幾點不同：(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性可以降低；(2)考慮結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)；(3)結(jié)構(gòu)構(gòu)件可考慮進入塑性工作狀態(tài)；(4)材料設(shè)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(xué)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(jié)構(gòu)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(shè)計中是通過考慮材料強度綜合調(diào)整系數(shù)來完成的)；(5)重視構(gòu)造要求，人防設(shè)計的許多構(gòu)造要求是與一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的，要求更為嚴(yán)格，故不能只考慮受力計算，還要考慮規(guī)范中規(guī)定的構(gòu)造措施。根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，我們可以確定防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則：(1)平戰(zhàn)結(jié)合，在民用建筑的人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般只涉及5級或6級人防設(shè)計，結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時控制，而側(cè)墻和底板則因地下室的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已用允許延性比來控制，且在確定各種構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計中，不必再單獨對結(jié)構(gòu)構(gòu)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(diào)，以免因設(shè)計控制標(biāo)準(zhǔn)不一致而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系要協(xié)調(diào)，不能出現(xiàn)兩者強弱相差較大的情況。了解了結(jié)構(gòu)人防設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮抵抗空氣沖擊波。當(dāng)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(dāng)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(fù)壓作用，而對于側(cè)壁和底板，因空氣沖作用于地表，壓迫土體并使其產(chǎn)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(dāng)遇到側(cè)壁或底板的阻擋后，則會產(chǎn)生超壓、動壓和負(fù)壓作用，這就是側(cè)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(jù)國家制訂的《人民防空工程戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求》確定的，是由人防部門確定后發(fā)文予設(shè)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(jié)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(jù)規(guī)范提供的頂板等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值表確定等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值qe1=120KN/m202.外墻上部建筑物為抗震設(shè)防的砌體結(jié)構(gòu)，故應(yīng)計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，地下室側(cè)壁等效靜載荷標(biāo)準(zhǔn)值qe2=50KN/m2。.底板本工程采用筏板基礎(chǔ)，根據(jù)規(guī)范提供的鋼筋混凝土底板等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值表確定等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值qe=380KN/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(biāo)準(zhǔn)值表取其等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為210KN/m20.隔墻相鄰防護單元間隔墻水平等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為100KN/itf。其它各種防護密閉門、防爆波活門、擴散室的設(shè)計壓力均由規(guī)范中有關(guān)規(guī)定選用，當(dāng)所有構(gòu)件的等效靜荷載值確定后，即可進行結(jié)構(gòu)計算。荷載組合和內(nèi)力分析作用在防空地下室結(jié)構(gòu)上的荷載，應(yīng)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(yīng)考慮的荷載組合給出了一個表格，結(jié)構(gòu)設(shè)計時可根據(jù)各工程的結(jié)構(gòu)特點結(jié)合表格確定所需進行荷載組合的項目。防空地下室結(jié)構(gòu)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(zhì)自重標(biāo)準(zhǔn)值的確定，規(guī)范中已詳細(xì)說明了各種不同的上部結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)的設(shè)計中，具承載力設(shè)計應(yīng)采用下列極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式:州(YGSgK+&SqK)<R(fcd,fsd,ak,)需要指出的是幾個系數(shù)的定義：%一結(jié)構(gòu)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(shè)計值；fsd一鋼筋動力強度設(shè)計值。由上式可明顯看出人防設(shè)計的特點。求出構(gòu)件的內(nèi)力代入理正人防計算軟件即可分別計算出各構(gòu)件的配筋，剩下需注意的問題還有一些構(gòu)造要求，《規(guī)范》中已作了很詳細(xì)的規(guī)定在此不一一敘述?？卓诜雷o和平戰(zhàn)兼顧孔口防護包含三部分的設(shè)計內(nèi)容：一是防護密閉門與消波系統(tǒng)的設(shè)計，二是出入口通道內(nèi)臨空墻、門框墻的設(shè)計，三是孔口其它構(gòu)件，如風(fēng)井、防倒塌棚架、開敞式通道、相鄰單元之間的隔墻等的設(shè)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(jīng)談到了荷載的確定，而門框墻的設(shè)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(yīng)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(shè)柱、梁改變門框墻的受力型式，得到較為經(jīng)濟的設(shè)計效果。下面主要談?wù)劦谝粭l的設(shè)計內(nèi)容，當(dāng)空氣沖擊波到達(dá)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(yīng)大于空氣沖擊波的壓力，約為2.0?3.5倍。為方便工程設(shè)計人員，國家將防密門進行系列化處理，依據(jù)設(shè)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(chǎn)生是因為濾毒通風(fēng)設(shè)備所能承受的允許壓力遠(yuǎn)小于空氣沖擊波，若其防護措施不能與主體抗力相適應(yīng)，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(jié)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(nèi)部的壓力不超過設(shè)備的允許壓力。平戰(zhàn)兼顧設(shè)計是深入貫徹“平戰(zhàn)結(jié)合”建設(shè)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(jié)構(gòu)大幾十倍至數(shù)百倍，而且密閉要求很高，所以在設(shè)計中應(yīng)盡量減小結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(jié)束語2005年底建設(shè)部頒發(fā)了新版《人民防空地下室設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)應(yīng)能承受常規(guī)武器和核武器爆炸動