高层建筑地下人防工程结构的设计分析--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

高层建筑地下人防工程结构的设计分析

发表时间：2020/11/13 来源：《基层建设》2020年第21期作者：陈璨高扬冯帆

[导读] 摘要：随着我国经济的发展，城镇化的比率越来越高，城市为了吸纳和安置更多的人口，考虑到城市土地资源的有限性和稀缺性，必须在基础设施建设上扩大发展，而最主要的措施除了扩大城市的面积之外，就是建造越来越多的高层、超高层的建筑物。

        中国五洲工程设计集团有限公北京 100000
        摘要：随着我国经济的发展，城镇化的比率越来越高，城市为了吸纳和安置更多的人口，考虑到城市土地资源的有限性和稀缺性，必须在基础设施建设上扩大发展，而最主要的措施除了扩大城市的面积之外，就是建造越来越多的高层、超高层的建筑物。相对应的高层建筑物的地下人防工程也在逐步的发展。除了利用战争时期的地下人防工程以外，更多的地下人防工程也在各个城市中兴起。人防工程涉及人民的生命安全，是城市建设中的重要环节。本文对高层建筑的地下人防工程的设计进行探究。
        关键词：高层建筑；地下人防工程；设计
        1.高层建筑人防工程的概述
        所谓的人防工程被人们称为人民防空工程，它主要是了在战争发生的过程中，为人们提供疗救护，物质补给等的避难场所。目前，在高层建筑中人防工程主要分为以下几种：坑道式、单建式、地道式以及附建式等。其中附建式在高层建筑中应用的最为广泛。这主要是因为附建式人防地下工程施工工艺比较简便，成本消耗较低，而且可以有效的节约土地资源，所以受到了人们的青睐，成为当前人防工程建设的主体。附建式人防工程主要是以建筑物的结构为主，在高层建筑中本身就需要设置一定的地下空间结构，在平时的使用过程中人们就将人防工程可以当作车库或者地下储藏室来使用。而在发生战争时，人们就可以利用其地下建筑结构作为避难场所使用，这样充分的发挥出了建筑结构的使用价值。
        在进行地下人防工程结构设计的时候，要充分的考虑到在战争发生过程中存在的这个因素，尤其是核弹爆炸所认识的冲击波。这就要求人防工程结构有着一定的直接抵抗能力，在冲击波的作用下，爆炸人防工程结构的完整性，从而有效保障人们的生命财产安全。因此，在地下人防结构设计的时候，我们要通过准确的计算，来对其设计方案进行规划，进而得到一个有着超强防护能力的人防工程结构。
        2.高层建筑人防地下室结构设计特点
        2.1高层建筑人防地下室结构设计的可靠度低于一般地下室。根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001 规定，一般混凝土结构构件延性破坏时失效概率为 0.069%，而《人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）》（以下简称《规范》）规定人防地下室的钢筋混凝土延性构件失效概率为 6.1%。
        2.2钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段设计。考虑结构的动力响应，结构设计的可靠性可以降低；结构构件进入塑性工作状态时可吸收更多能量，充分发挥材料潜力，材料设计强度可以提高，具有较大的经济意义。
        2.3材料强度的设计值可以提高。试验证明在爆炸动荷载作用下，材料强度可提高 20% ～ 40%。这对人防地下室结构是一个有利因素。
        2.4人防地下室的结构设计构造要求更为严格，如人防地下室在材料强度等级，结构构件最小厚度，最小保护层厚度和最小配筋率等各个方面比普通地下室的要求更加严格。
        2.5人防地下室结构的动力分析。人防地下室是考虑了武器爆炸的动荷载作用的，可以采取等效静荷载法来分析其结构动力，然后用静力计算方法分析其结构内力。
        2.6人防地下室在武器爆炸动荷载作用下，应验算结构承载力，可不验算结构变形、裂缝开展和地基的变形等。
        2.7人防地下室战时与平时考虑的荷载效应组合不同，因此规范规定人防地下室结构尚应根据其上部建筑在平时使用条件下对人防地下室结构的要求进行设计，并取其中控制条件作为人防地下室结构设计的依据。
        3.高层建筑地下室人防结构设计应遵循的原则
        3.1 平战结合
        人防地下室的主要功能是作为战时的人员掩蔽区，起防护作用，同时兼有普通地下空间的作用，设计时应将人民防空建设和城市建设相结合，在满足人防建设要求的同时，也应具备其他使用功能，能够带来一定的效益。因二者的荷载效应组合有差异，在设计时，应取其中的控制条件。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

该建筑中，顶板均由战时控制，底板及侧墙则结合建筑实际状况而定。
        3.2 强度验算
        为充分发挥人防地下室的作用，必须提高建设质量，确保地下室有足够的强度可以承受荷载。受核爆动荷载的影响，地下室人防结构的各种构件变形极限都已得到控制，无需再对其裂缝、变形等进行计算，只需计算结构强度即可。
        3.3 整体协调
        结构的协调性极其重要，直接影响着整体质量，因此，各个部件必须保持高度的协调，在设计时，应保持同样的控制标准，以免局部遭到破坏，影响整体稳定。另外，承重结构和地面建筑也应相协调，强弱差值应控制在允许范围内。
        4.高层建筑人防工程的结构设计
        4.1基础设计
        高层建筑人防工程设计的时候，要对其结构的承载力和可靠性进行详细的分析计算，并且对其建筑结构的经济性进行充分的考虑，从而建筑一个优质的人防基础结构。为保证人防工程结构的安全性，必须对核弹爆炸动荷载作用下的结构承载力进行验算。但是由于其荷载作用时间非常短，所以对地基的承载力、变形、裂缝等可以不进行验算。虽然人防等效静荷载往往非常的大，但是不一定就可以将其作为设计的控制条件，而是应该与平常使用的情况对比，选择最不利的情况作为设计的主要控制依据。对于和平时期人防工程的验算，与其他普通工程基本相同，将恒载、活载都乘上规范规定的相应的分项系数。而战争时期的验算则需要同时考虑到核弹爆炸等效静荷载与恒载，而活载则可以不考虑，核爆荷载也不需要乘上分项系数。考虑到主楼的层数较多，结构自重较大，活载层数较多，通过对比分析，往往为平时的受力情况控制。
        4.2构造设计
        由于人防工程需要承受的荷载较大，而且需要承受核弹爆炸的动荷载作用，因此其结构材料、抗渗等级、构件的最小厚度等都要高于普通结构的要求。地下人防工程结构构件的截面尺寸往往比较大，因此，在进行配筋设计时，应该注意避免出现配筋率小于最小配筋率的情况，以防止结构物在荷载的作用下产生脆性破坏，出现突然压溃现象。地下人防工程的板、墙等都应该采用双面配筋，并且按照规范要求设置梅花形拉结筋，确保构件在震动状态下钢筋与混凝土结合良好，共同受力。地下人防工程不宜在防护单元内设置沉降缝、伸缩缝。因为，要想让这些缝又能够阻止抵抗巨大的冲击力又能起到其自身的功能几乎是不可能的。应该在室外出入口和主体结构相连接的位置设置沉降缝。
        4.3顶板设计
        人防工程与一般普通工程根本的区别在于普通工程只承受静荷载，而人防工程则要在极短的时间内承受爆炸产生的动荷载冲击波。人防工程在瞬时加载的时，其材料的强度得到了提高，因此利用普通情况下的材料强度应乘以一个大于 1 的材料强度综合调整系数。钢材按不同的种类有着不同的调整系数，混凝土按不同的强度等级、砌体按不同的材料也有着不同的调整系数。人防工程结构构件在承受延性破坏时，其安全储备大，当承受脆性破坏时，其安全储备小。所以，当构件承受脆性破坏力的状况时应该乘上一个小于1的强度折减系数，这样一来，易产生脆性破坏的部位则不会过快的破坏，从而延长整个结构的破坏时间。在以下两种情况下应该进行折减，一是按照等效静荷载对梁、柱斜截面承载力进行验算时，砼及砌体在动载作用下的设计强度值应该乘以一个折减系数，其数值为 0.8；另一种是按照等效静荷载对墙、柱受压正截面承载力进行验算时，砼及砌体在动载作用下的轴心抗压强度设计值应该乘上一个折减系数，其值为0.8。
        5.结语
        总之，高层建筑中的人防工程建筑设施至关重要，涉及到广大人民群众的生命安全和财产安全，这是任何高层建筑结构设计过程中都要严格遵循和重视的一个重要问题。但是人防工程的整体结构设计有着极其强烈的综合性特点，期间涉及较多复杂的内容，因而，在设计过程中，必须要融合行进设计理念，抓好细节问题的把控，才能有效实现双赢。
        参考文献：
        [1]汪蕾.高层建筑的人防工程结构设计方法[J].建材与装饰，2019（26）：106-107.
        [2]蒋卫卫.论高层建筑人防工程结构的设计[J].建材与装饰，2019（25）：121-122.