蒋奇胜
南京地下工程建筑设计院有限公司
江苏省南京市210019
摘要：当代新型人民防空工程主要遵循的是平战结合的原则，平时就是高层住宅及写字楼的地下室或是地下停车场，战时则是作为人防地下室使用。因此，在进行人防地下室设计时，既要满足其结构强度和满足人防工程建设要求，也要满足平时使用时的功能及经济性要求。
关键词：高层建筑；人防地下室；结构设计
前言
在高层建筑中，地下室是一项十分重要的内容，为了切实提高建筑工程质量，满足平时和战时各专业的不同需要，就要求结构设计方案不断地优化，并确保设计的科学性与合理性，进而提升整个建筑结构的可靠性及经济性。
1人防工程的基本概念
人民防空工程,它主要是了在战争发生的过程中,为人们提供医疗救护,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。
2高层建筑地下室结构的主要设计内容
2.1现代高层建筑人防地下室的顶板结构设计探讨
现代高层建筑人防地下室顶板结构设计主要具有以下两方面特点：一、相对于普通地下室，人防地下室顶板设计荷载大。且需要对顶板覆土恒荷载、活荷载、消防车荷载及人防荷载分别在平时及战时工况组合进行包络设计;二、地下室层高在满足建筑、设备专业的空间要求前提下，降低地下室层高对地下室整体造价影响显著。
目前地下室常见的7.8m（三车位）或5.4m（两车位）的柱网，顶板结构方案多采用大板梁板式布置方案或无梁楼板方案。
使用无梁楼板方案可降低层高,减小地下室埋深,有明显的综合经济效益，因此受到众多开发商的青睐。但根据《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010中的第6.1.14条以及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3—2010中的3.6.3条:“地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下室在地上结构的相关范围的顶板应采用现浇梁板结构”,由于地下室顶板作为地上部分的嵌固部位具有结构加强部位明确、地下室结构加强范围高度小、结构设计经济性好的优势，因此,采用普通无梁楼板时,审图专家一般要求在主楼外3跨且不少于20m才能采用无梁楼盖。
在结构设计中，抗震设计也是一项十分重要的内容，所以在进行抗震设计过程中，应严防存在任何缺陷，否则就会对整个建筑的抗震性能带来直接的影响。在实际设计时，除了应对地下室结构水平的地震作用进行计算，更重要的是进行抗震概念设计。并在设计过程中严格按照建筑抗震设计规范进行，如果地上带高层建筑，还应按照规范针对性地将其抗震要求提升。
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在高层建筑结构中，地下室顶板是一个水平的约束支座，其刚度的大小直接决定着其约束作用。若将其作为上部结构的嵌固端，应严格按照建筑抗震设计规范中的有关规定，针对性地确定混凝土的强度和楼板的厚度以及配筋率等，以满足侧向刚度要求。此时地下室的层数往往不能低于2层，并在设计过程中将其设计成梁板结构。当顶板没有设置梁板式楼盖以及顶板室内外的板面高度变化大于梁高范围且形成了错层，若无有效措施，那么就不得将其作为上部结构嵌固的位置。
受此影响，地下室顶板能够应用无梁楼盖的范围大打折扣,难以充分发挥其降低层高的优势。故普通无梁楼板的实施难度在于难以解决其抗震能力不足以满足嵌固端要求的不足。
而在以下两类情况下仍然具有实施无梁楼盖方案的可行性。一、朱炳寅在所著《建筑结构设计问答及分析》一书中提出：相对于梁板结构而言，无梁楼盖结构面外刚度较小，当无梁楼盖的楼板足够厚，如楼板厚度不小于跨度的1/20且不小于180 mm时，可认为其属于梁板结构。在满足此前提下应在方案阶段提前与施工图审查单位沟通以便实施。二、当大底盘为纯地下室，但地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，一般也可不归类为高规规定的大底盘多塔楼复杂高层建筑结构，应按高规第10.6节的规定并进行包络设计。
2.2现代高层建筑人防地下室出入口临空墙、门框墙设计探讨
防空地下室的临空墙应同时满足在核爆炸冲击波、常规武器爆炸动荷载和平时使用工况下的不同荷载效应组合, 配筋采用包络设计。平时临空墙为竖向受力构件，当武器爆炸空气冲击波荷载垂直作用于临空墙墙面时，临空墙既受竖向荷载作用，又受水平面荷载作用，一般来说，在武器爆炸等效静载作用下，临空墙为大偏心受力构件，可按大偏心受力构件分析其内力及配筋计算。大偏心受力构件可不考虑轴力影响，是偏于安全的。
通常情况下防空地下室临空墙主要受水平向爆炸荷载的控制作用。临空墙与顶板和底板相交处均应按构造要求将钢筋锚入顶板和底板。各构件应该锚固成一个整体, 战时共同抵御爆炸动荷载。
在设计时应该根据顶板和外墙相对厚度的不同，采用相应钢筋的锚固节点详图。通常顶板和临空墙厚度相当, 当临空墙两端为支撑上部建筑的框架柱时, 采用上下端固端, 两侧简支的结构计算简图;当临空墙两端为有支撑上部建筑的墙柱时, 采用四边固端的计算简图。相对于采用三边固端, 上端简支的计算简图, 底部配筋减小, 四边受力及配筋更加经济合理。
防空地下室的人防门框墙, 因直接承受核爆动冲击波作用, 故除了满足结构的强度要求外, 还应该具有一定的刚度。门框墙可以看做四边固定中间开洞的平板，因门洞尺寸较大，一般将各边独立计算。当门洞边墙体悬挑长度小于1 /2倍该边边长时，可按一端固定的悬臂构件计算。当门洞边墙体悬挑长度大于或等于1 /2倍该边边长时，可在门框墙的内侧增设明柱或暗柱, 在上挡墙的下端增设明梁或暗梁以抵抗冲击波荷载，此时可将其看做四边支承板计算。
3结论
城市建设的不断发展和地下空间开发利用水平的提高，使得高层建筑地下室设计成为建筑工程的一个重要部分，与普通地下室相比，防空地下室设计中由于需要遵循平战结合的原则，既要考虑平时的利用，又要考虑战时爆炸动荷载作用，同时还要兼顾经济性和合理性，对其结构设计提出了更高的要求。因此，在防空地下室设计中要求设计者了解防空地下室的设计规范，并能够根据实际情况计算人防地下室各个部位的荷载及进行内力分析，在实际的建设过程中能够不断地总结相关技术问题，不断提高防空地下室结构设计的合理性。
参考文献：
［1］曹继勇,张尚根.人民防空地下室结构设计[M]. 中国计划出版社, 2006
［2］朱炳寅.建筑结构设计问答及分析.北京:中国建筑工业出版社, 2013
［3］陈喆，杜宜东．浅谈人防地下室结构设计［J］．价值工程，2010
论文作者:蒋奇胜
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年3月上
论文发表时间:2018/11/16
标签：地下室论文; 顶板论文; 人防论文; 荷载论文; 结构论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 《中国住宅设施》2018年3月上论文;