人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的若干問題分析

徐云中

（蘇州市天地民防建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

人民防空是我國(guó)城市建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。由于人防地下室除考慮平時(shí)使用外，還需按戰(zhàn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此與普通地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在諸多不同，文章就此問題展開探討，切實(shí)推動(dòng)我國(guó)城市穩(wěn)定發(fā)展。

1 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

人防地下室往往平時(shí)作為車庫(kù)、儲(chǔ)藏實(shí)等使用，也可承擔(dān)防災(zāi)、減災(zāi)指揮所、避難所的作用，戰(zhàn)時(shí)可用作防空。根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50038-2005）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）可知，防空地下室根據(jù)其功能有甲、乙兩種，區(qū)別在于是否防核武器，具體應(yīng)由當(dāng)?shù)厝朔乐鞴懿块T結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況合理確定，防常規(guī)武器抗力級(jí)別分為5、6級(jí)；防核武器抗力級(jí)別分為 4、4B、5、6、6B 級(jí)。

1.1 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括兩大內(nèi)容

1）主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如頂板、外墻、底板等；

2）孔口設(shè)計(jì)，如門框墻、臨空墻、防護(hù)單元隔墻等。

1.2 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）需考慮戰(zhàn)時(shí)核/常規(guī)武器爆炸所致的動(dòng)荷載；

2）兼顧平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩種不同效應(yīng)的組合的要求；

3）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性工作階段設(shè)計(jì)[1]；

4）材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高，混凝土、砌體彈性模量取靜荷載作用時(shí)1.2倍，鋼材取值不變；

5）核爆動(dòng)荷載是偶然性荷載，鋼筋混凝土構(gòu)件允許開裂，與靜荷載作用相比，構(gòu)件安全度可適當(dāng)降低。

2 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問題分析

人防地下室要求做到長(zhǎng)期準(zhǔn)備、重點(diǎn)建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合，文章結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從結(jié)構(gòu)選型、人防荷載的確定、荷載組合、構(gòu)件設(shè)計(jì)等方面分析了人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問題。

2.1 結(jié)構(gòu)選型問題

人防地下室的結(jié)構(gòu)選型主要包括兩方面的內(nèi)容：①結(jié)構(gòu)類別，分為砌體、鋼筋砼結(jié)構(gòu)兩種，前者只有在上部為砌體結(jié)構(gòu)、地下室抗力等級(jí)低、地下水位低的情況下方可使用；②結(jié)構(gòu)體系，要求受力明確、傳力簡(jiǎn)單，不僅可作為上部建筑基礎(chǔ)，更可滿足戰(zhàn)時(shí)要求，如梁板結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)、箱型結(jié)構(gòu)[2]。

2.2 人防荷載的確定問題

人防荷載來源于常規(guī)武器或核武器爆炸沖擊波，具有量值大、作用時(shí)間短的特點(diǎn)，其作用次數(shù)可按一次考慮，在人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需在明確抗力級(jí)別的基礎(chǔ)上，使用相關(guān)設(shè)計(jì)軟件確定頂板、外墻、底板人防荷載。由于動(dòng)、靜荷載下人防地下室結(jié)構(gòu)破壞規(guī)律具有一致性，因此可采用等效靜荷載法，確定各構(gòu)件等效靜荷載值后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

2.3 荷載組合問題

防空地下室不同部位等效靜荷載、靜荷載同時(shí)作用，需考慮荷載組合問題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)工程實(shí)際情況查看《規(guī)范》，合理確定荷載組合項(xiàng)目。

在對(duì)荷載組合進(jìn)行分析時(shí)，需考慮好以下兩個(gè)問題：上部建筑自重標(biāo)準(zhǔn)值問題，《規(guī)范》中對(duì)不同建筑結(jié)構(gòu)形式加以說明，具體需根據(jù)實(shí)際情況選擇全部考慮、考慮一半、不考慮；上部建筑物的倒塌荷載值問題，此荷載在沖擊波峰值之后方才作用，《規(guī)范》取值50kN/m2，＜沖擊波對(duì)頂板等效靜荷載值，頂板荷載組合中可不必考慮[3]。

2.4 構(gòu)件設(shè)計(jì)問題

嚴(yán)格按照規(guī)范對(duì)各類人防構(gòu)件展開設(shè)計(jì)，人防構(gòu)件配筋套用人防圖集時(shí)，必須要嚴(yán)格控制計(jì)算假定、適用條件等，若出現(xiàn)條件不符的情況，做好計(jì)算調(diào)整工作。此外，人防構(gòu)件需重視延性設(shè)計(jì)問題，嚴(yán)格遵循《規(guī)范》要求開展截面設(shè)計(jì)，人防結(jié)構(gòu)計(jì)算符合規(guī)定，人防構(gòu)件配筋形式與計(jì)算模型一致。

3 實(shí)例分析人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

文章僅以某城市廣場(chǎng)的地下室為例展開分析，此地下室主要用作商場(chǎng)、停車庫(kù)，上部無建筑物。此地下室面積南北、東西向長(zhǎng)度分別為128m、144m，地下面積為 9900m2，柱網(wǎng)尺寸為800mm×800mm，建筑抗震設(shè)防烈度7度、抗震類別丙類、場(chǎng)地土類別Ⅱ類，框架柱抗震等級(jí)4級(jí)。在此地下室中，停車庫(kù)部分兼作戰(zhàn)時(shí)人防，根據(jù)綜合分析決定按核6級(jí)人防物資儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)計(jì)。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程地下水位處于頂板面位置，底板承受5m水頭浮力，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)考慮了3種方案：（1）平板式筏基；（2）梁板式筏基+抗拔樁；（3）梁板式筏基+板面覆毛石混凝土。

根據(jù)分析可知：方案（1）中，地下底板的厚度需達(dá)到1.7m，造價(jià)最高，開挖深度-6.25m；方案（2）開挖深度-5.05m；方案（3）中，造價(jià)最低，開挖深度-7.15m，由此基坑開挖、支護(hù)要求均提高，因此也導(dǎo)致相應(yīng)的費(fèi)用提高[4]。

通過綜合分析，決定采用方案（2），地下底板厚500mm，柱下雙向拉梁，梁寬、高分別為800mm、700mm。通過對(duì)場(chǎng)地條件、工程地質(zhì)的綜合分析，決定采用沉管灌注樁作為抗拔樁，直徑377mm，有效樁長(zhǎng)分為6.5m（590根）、10.2m（345根），單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)值分別為75kN、170kN。

3.3 預(yù)應(yīng)力梁設(shè)計(jì)

本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，采用的方案（2）中開挖深度只有-6.25m，因此層高有限，同時(shí)地下商場(chǎng)部分需作暖通、消防噴淋系統(tǒng)等，因此主梁高度進(jìn)一步壓縮，經(jīng)綜合比較后決定采用寬扁梁，為設(shè)備管線布置提供足夠的空間。為減小撓度、控制裂縫，主梁按有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋砼梁設(shè)計(jì)，本工程中扁梁橫截面為1000mm×500mm，局部荷載大、考慮人防荷載大，則截面調(diào)整為1000mm×700mm。

3.4 荷載取值與內(nèi)力分析

本工程頂板厚350mm，板面覆土恒載取33kN/m2，活荷載不考慮上消防車取5kN/m2，核爆破等效靜荷載取65kN/m2。本工程作為人防地下室，主要考慮以下3種荷載組合，如表1所示。

本工程采用PKPM程序計(jì)算得到梁在不同的荷載組合下彎矩圖，并做好配筋設(shè)計(jì)，現(xiàn)以G軸梁YKLG（1000mm×700mm）為例展開分析。

表1 荷載組合

在PKPM計(jì)算荷載輸入時(shí)，活荷載=人防等效荷載÷（1.3（活荷載分項(xiàng)系數(shù)）×1.35（材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)）），見式（1）。

一般使用狀態(tài)下活荷載值5kN/m2，兩數(shù)值相差較大，因此組合一可不計(jì)算。如圖1所示即為各荷載工況下的彎矩包絡(luò)圖。

在對(duì)預(yù)應(yīng)力配筋進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，需估算好有效預(yù)應(yīng)力值，本工程恒載偏大，因此以預(yù)應(yīng)力鋼筋平衡80%恒載，張拉控制應(yīng)力σcon=0.75fptk，計(jì)算需21根j15.2鋼鉸線，本工程采用的是寬梁，因此鋼絞線分為3束（以7根為一束）排放至梁；同時(shí)根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算非預(yù)應(yīng)力鋼筋，得到：需要15根φ25非預(yù)應(yīng)力鋼筋。

3.5 構(gòu)件裂縫的控制

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010），預(yù)應(yīng)力梁在無腐蝕性水、也不與土壤直接接觸的情況下，裂縫控制等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：短期荷載組合下，低、中等侵蝕環(huán)境，允許裂縫寬度為0.2mm、0.10mm，本工程據(jù)決定按照裂縫0.10mm展開設(shè)計(jì)，以名義拉應(yīng)力法控制，根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示YKLG實(shí)際名義拉應(yīng)力≤允許值，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 各荷載工況下的彎矩包絡(luò)圖

3.6 實(shí)際效果

本項(xiàng)目已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)所念，未出現(xiàn)滲漏水問題，預(yù)應(yīng)力梁底部也未產(chǎn)生肉眼可看到的裂縫，整個(gè)地下室結(jié)構(gòu)可靠、安全[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人防地下室與普通地下室均為地下工程，在外表和平時(shí)用途上難以區(qū)分，但人防地下室除考慮平時(shí)使用外，還需按戰(zhàn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需結(jié)合工程實(shí)際，嚴(yán)格按照規(guī)范確定人防荷載，合理進(jìn)行荷載取值與內(nèi)力分析，做好各個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，保證整個(gè)結(jié)構(gòu)安全、可靠，真正為社會(huì)安全保障奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]湯華，王松帆，陸少芹.某大型地下空間項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012，8（04）：772-776.

[4]袁正如.地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題探討[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010，6（03）：548-551.

[5]李樹林，王先沛，趙中偉，等.已增景觀荷載的人防地下室結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)和施工新技術(shù)研究[J].工業(yè)建筑，2008（11）：109-111.