深圳市某工程人防地下室設(shè)計若干問題探討

1、深圳市某工程人防地下室設(shè)計若干問題探討萬衍劉遠(yuǎn)駿提要：本文通過對深圳市泰然實業(yè)有限公司306高層工業(yè)廠房地下室(含人防)工程設(shè)計實例的分析，對含人防的高層建筑地下室的設(shè)計兩個問題提出幾點探討性意見。1.工程簡介：深圳市泰然實業(yè)有限公司306高層工業(yè)廠房是1棟18層(地下1層)的框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的高層工業(yè)建筑。建筑面積31200m2，建筑高度79.8m，地震烈度為7度，框架等級為3級，剪力墻等級為2級。地下室面積3908m2，其中含人防面

2、積1390m2，分兩個人防單元，層高4.4m，樁基采用預(yù)應(yīng)力砼管樁。地下室的設(shè)計中考慮人防的問題，有一個平戰(zhàn)結(jié)合的問題，即既要考慮平常使用時荷載較小，需滿足建筑使用上大空間的問題，又要考慮人防時荷載較大，結(jié)構(gòu)上很難滿足大空間的問題，如何協(xié)調(diào)兩種狀態(tài)下不同的使用要求，以下講幾點筆者在人防設(shè)計方面的一些體會，以資借鑒。2.人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點人防即人民防空，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(hù)措施，防范和減輕空襲危害。除采取

3、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。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(hù)設(shè)計，包括出入口的防護(hù)和消波系統(tǒng)(防護(hù)設(shè)備)，其中出入口的防護(hù)包含防護(hù)密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道(包括風(fēng)井)的計算等幾個方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門的選用和擴散室(箱)的設(shè)計，那么，這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計與一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計有何不同呢第一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性可

4、以降低，一般建筑結(jié)構(gòu)pf≈10，而人防結(jié)構(gòu)pf≈6%，第二，考慮結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，第三，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可考慮進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，第四、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1.15～1.5倍，對砼強度可提高1.5倍，這是在設(shè)計中考慮材料強度綜合調(diào)整系數(shù)來完成的，第五，重視構(gòu)造要求，人防設(shè)計的許多構(gòu)造要

5、求是與一般的建筑設(shè)計不同的，要求更為嚴(yán)格，故僅僅只考慮受力計算，不考慮構(gòu)造措施是不合理的。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，取控制條件，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(jìn)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的控制，且在確定各種構(gòu)件允許

6、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(jìn)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(hù)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。3.人防荷載的確定4.2側(cè)墻：豎向：頂板傳來的核爆動荷載標(biāo)準(zhǔn)值、靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，上部建

7、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：核爆動荷載產(chǎn)生的水平動荷載標(biāo)準(zhǔn)值、土壓力、水壓力。4.3內(nèi)承重墻(柱)：在本工程中，將平時和戰(zhàn)時的荷載值進(jìn)行對比不難發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)時所增加的頂板核爆動荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于平時各樓層的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值之和，故此部位構(gòu)件不由戰(zhàn)時條件控制。在進(jìn)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)范的條文說明中第4.3.14條已詳細(xì)說明了各種不同的上部結(jié)構(gòu)型式，在進(jìn)行荷載組合時可氛圍全

8、部考慮、考慮一半和不考慮三種情況，設(shè)計時應(yīng)認(rèn)真分析確定。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50KNm2。，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。在防空地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，其承載力設(shè)計應(yīng)采用下列極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式：γ0(γGSγQS)≤R(f，f，αk，……)(見規(guī)范第4.6.2條)，需要指出的是幾個系數(shù)的定

9、義：γ0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0；γQ—等效靜荷載分項系數(shù)，取1.0；f—混凝土動力強度設(shè)計值(參規(guī)范表4.6.3)；f—鋼筋動力強度設(shè)計值。(參規(guī)范表4.6.3)由上式可明顯看出人防設(shè)計的特點(如前所述)，這樣與平時狀態(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)時控制，底板、基礎(chǔ)由平時控制。求出構(gòu)件的內(nèi)力和配筋后，剩下需注意的問題就只有一些構(gòu)造要求了，《規(guī)范》第4.7節(jié)中已作了很詳細(xì)的規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員

10、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)計了。解決了主要構(gòu)件的問題，人防地下室孔口防護(hù)的設(shè)計和平戰(zhàn)結(jié)合就成了剩下需研究的問題。5.孔口防護(hù)和平戰(zhàn)兼顧孔口防護(hù)包含三部分的設(shè)計內(nèi)容：一是防護(hù)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節(jié)中談到

11、了荷載的確定，設(shè)計人員可按一般墻體的計算模式，考慮人防設(shè)計的特點計算出內(nèi)力和鋼筋，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，風(fēng)井的設(shè)計中只計算土中壓縮波的壓力，對空氣沖擊波則不予考慮，因兩者不會同時作用。開敞式通道更不考慮核爆動

12、荷載，只考慮靜土側(cè)壓力，而防倒塌棚架的設(shè)計分豎向和橫向兩項，豎向力即為倒塌荷載50KNm2，屬靜載，橫向力即動壓設(shè)計值q，由《規(guī)范》第4.5.10條確定，這兩項受力作用時間存在間隔，故不考慮同時作用，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(jìn)行系列化處理，依據(jù)設(shè)計壓力和門洞