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探讨地下室人防结构设计中的若干问题思考徐涛

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：徐涛

[导读] 摘要：随着我国经济发展和社会进步，城市建筑地下室的使用越来越普遍。

        北京华艺空间建筑设计有限公司北京 100035
        摘要：随着我国经济发展和社会进步，城市建筑地下室的使用越来越普遍。地下室结构的科学合理设计在建筑工程设计中起着重要的作用，直接影响到建筑物本身的正常使用和工程造价。社会各界高度重视城市地下空间的开发和应用，对防灾水平提出了许多要求。高层建筑的人防设计在建筑工程设计中占有重要地位，尤其是人防地下室。地下室结构设计是一个综合设计过程，既要满足功能要求，又要保证建筑安全的可靠性和经济合理性。结合工程实际情况，从结构布置、计算方法、工程地质条件等方面进行阐述。采用合适的设计方法对地下室的经济性和安全性有着重要的影响。因此，在当前的建设项目中，人防工程结构作为一项重要的工作内容，将直接影响工程的整体结构质量和整体造价。作为设计人员，我们应该重视人防工程的结构设计，提高专业技术水平，以保证建筑工程质量不受影响，建筑工程能够顺利进行。
        关键词：地下室；结构设计；设计方法
        引言
        在当前的人防工程建设中，人防结构的设计起着重要的作用，其设计质量直接影响到工程质量。因此，提高人防工程结构设计的质量，将对人防地下室和整个人防工程的质量和成本起到一定的作用，更好地实现人防工程的战备效益、社会效益和经济效益。
        1人防结构构件构造设计要求分析
        目前，在进行人防构件的设计计算时，应注意以下内容。一是认真检查混凝土的标号及掌握目前混凝土的抗渗性，混凝土的标号直接影响结构构件的配筋率。二是掌握人防结构设计的相关要求和尺寸。例如，人防顶层上面表层的混凝土厚度可计入防护厚度，一般不大于15厘米，而人防顶板的厚度不应小于20厘米。第三，要保证保护层的厚度满足目前的要求，不同的结构构件及外部环境相应的保护层厚度不同。第四，有效管理和控制钢筋及钢筋搭接长度。第五，需要分析和研究钢筋的分布和最小应力，在满足结构安全的条件下节约钢筋用量。第六，在设计混凝土墙、门和其他构件时，有必要将它们设计成一定的尺寸，可以方便施工。
        2地下室顶板设计分析
        首先，讨论了屋面结构的选择。以前地下室顶板设计采用十字梁结构或单向双梁结构，通过增加次梁达到减少板的目的。但是，由于地下室顶板被土壤覆盖且直接与水接触，在保证防水要求的情况下，其厚度应至少为25厘米。因此，当板的厚度不能很小时，可以考虑整体板结构或腋部整体板结构，即中间没有次梁。对于屋顶有配电室的情况，也可以考虑整个板加反柱墩的受力体系。整体板式结构，设计简单，受力清晰，施工方便。
        其次，讨论了屋面的计算方法。对于一般非人防地下室，板配筋可按弹性板计算，裂缝控制板顶部为0.2，板底部为0.3。板厚的选择是基于跨度和屋面覆盖荷载的综合考虑。根据经验，板厚可设计为中跨经济配筋率0.2%~0.35%，支座经济配筋率0.6%~0.9%。对于消防车荷载作用下的板跨，设计了考虑消防车荷载的塑性板和不考虑消防车荷载弹性板的计算结果包络设计。对于人防地下室，可根据战时人防荷载作用下的塑性板及消防车荷载作用下的塑性板计算结果与平时弹性板计算结果进行包络设计。根据经验，平时大跨度板支座的配筋受弹性裂缝控制，大跨度板底和小跨度板的板底配筋受战时塑性控制。
        3地下室外墙设计分析
        地下室外墙荷载主要考虑地下水压力、侧向土压力、地面活荷载和人防等效静荷载。地下室外墙在水平荷载作用下的弯矩可根据支撑条件采用双向板或单向板计算。在实际工程中，由于内墙间距不等，在工程设计中底板是固定的，顶板是铰接的，按单向板计算。对于汽车坡道、楼梯等开放场所的外墙计算，由于外墙顶部是开放的，但不与顶部相连，可按三边连续单侧自由板或水平多跨连续板的等效模型进行计算。由于地下室外墙的厚度一般小于基础底板的厚度，外墙按基础底板处的固定端计算，外墙外侧的竖向钢筋与基础底板的钢筋弯折后连接。根据这种结构，底板端部的承载力等于外墙固定端的弯矩，这种弯矩的有利影响可以在设计时底板的计算中考虑。
        4地下室底板设计分析
        （1）对于人防地下室，应考虑人防等效静荷载，其计算值与屋面相同。地下室底板厚度首先根据经验进行估计厚度，并且应充分考虑以下因素：一是充分考虑水的浮力和是否有大的板跨；第二，充分考虑底板作为外墙的嵌固端是否可行。

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然后进行相应的荷载组合进行内力计算，查看配筋是否满足计算要求及配筋是否经济，来反证采用的结构形式是否合理。当采用的底板较厚，可以相应省去设置次梁的步骤，以及地下室的砖墙可以直接铺设在大底板上，无需特殊处理或加筋补偿，而采用的底板较薄，可以相应减少板构造钢筋的用量，相应的其他部位则必须增加其他构造措施来满足相应的要求。所以板的厚度是要综合考虑后才可得出相应结论。
        （2）在计算基础底板水浮力配筋时，应充分考虑以下几个方面：一是不考虑人防荷载时，应充分考虑最高水位（设防水位），设防水位的水浮力与相应的荷载进行组合后进行内力计算；二是考虑人防荷载时，则必要充分考虑正常水位，正常水位的水浮力与相应的荷载进行组合后进行内力计算。
        （3）底板局部抗浮设计时，对地质勘察报告的深入分析，发现地下室局部部位水文条件偏高，则应考虑底板的局部抗浮设计。在结合地下室整体的荷载和向下恒载与向上水浮力的比值满足要求的条件下，局部不满足的地方可采用增加结构刚度的措施，局部地下室底板增加配筋来抵抗水浮力。
        5柱基础设计分析
        在基础设计中，通常结合常规环境详细计算相关基础的承载力，并根据战时最不利条件和常规环境进行计算。从客观的角度来看，如果地下室基础以桩基为主体结构，那么相关人员应根据相关荷载效应的综合值，科学地预算构件的实际强度。就非饱和土而言，当相关人员设计端承桩时，不需要考虑等效静荷载值。如果设计是基于非端承桩，那么在相关动荷载的连续作用下，等效静荷载值应在充分结合相关地基反力的基础上确定。对于饱和土，如果核爆炸动荷载引起的地基反力全部由桩承担，或者大部分核爆炸动荷载由桩承担，则应考虑压缩波从侧面向地面衍射引起的荷载值。
        6地下室整体抗浮设计分析
        地下室整体抗浮设计是地下室结构设计的关键环节。抗浮水位和抗浮措施的合理选择对地下室的安全性和经济性有重要影响。抗浮水位的选择应由岩土工程勘察部门根据工程场地的历史水位变化来确定，一般根据平整场地的室外地坪标高来确定，而不是根据场地周围市政道路的标高来确定，主要是为了防止暴雨入渗期间旧土和新建基坑排水不畅。这时，老土的边界就像锅碗瓢盆的边缘，把水和地下室隔开。此时，如果地下室根据市政道路标高采用抗浮水位，当结构自重和作用于其上的永久荷载标准值之和/地下水对地面的浮力阻力> 1.05时，地下室抗浮稳定性满足设计要求；当结构自重和作用于其上的永久荷载标准值之和/地下水对地面的浮力阻力< 1.05时，地下室抗浮稳定性不满足设计要求，应采取一些抗浮措施。
        当抗浮荷载与自重相差不大时，可以增加地下室顶板和底板厚度，增加地下室顶板土层厚度，设置反墩，回填地下室底板。当抗浮荷载与自重差异较大时，结合土质条件，可设置一定数量的抗拔桩，抗拔桩一般可用于粘土、淤泥、砂、卵石层，抗拔桩可布置在柱下或墙下；当底板下有稳定的岩层时，可以考虑锚杆。此时，单层地下室可布置在柱下或墙下，多层地下室应充分分布。
        结束语
        近年来，社会发展速度不断加快，人们对人防结构设计的要求越来越高。人防工程结构设计的重点已经从传统的单一模式转变为“设备”与“人防”并重的模式。人与设备的相互影响不仅加快了人防工程的建设，也带来了更加复杂和全面的内容。人防工程结构设计作为人防工程质量的基础，起着非常重要的作用。只有提高人员的技术水平，重视关键点，才能保证人防工程结构设计的质量，从而进一步推动人防工程的发展。
        参考文献：
        [1]浅析人防地下室结构设计[J].李罗.才智.2017（10）
        [2]人防地下室结构设计研究[J].陈思儒.住宅与房地产.2019（18）
        [3]人防地下室结构设计的选型分析[J].韦熙玲.建筑技术开发.2019（10）
        [4]人防地下室结构设计方法与工程应用[J].杨志翠.四川水泥.2019（05）
        [5]人防地下室工程结构设计分析[J].何宗泽.住宅与房地产.2019（16）
        [6]探析地下室人防工程结构设计的关键点[J].张政钦.建材与装饰.2018（31）