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摘要：随着我国经济的迅猛发展，我国城市建设的成果日益显著，高层建筑的频繁出现对于人们而言已经不足为奇。然而，城市建设的快速推进使得城市的空间越来越小，人们逐渐将城市建设的重点转向城市的地下空间。城市地下空间的研究开发不仅是城市发展的需要，更是保障人民生命财产安全的需要，一旦遇到紧急状况，城市地下空间如人防地下室将成为人们避灾躲难的主要场所，因此，建设好高层建筑的人防地下室具有非常重要的经济意义和现实意义。
关键词：建筑工程；人防地下室；结构设计
1 人防结构设计的特点
人防地下室结构设计主要包括顶板、外墙、底板等构件的主体结构设计和出入口的防护、消波系统等口部防护设计，其主要设计特点有以下几点。1、核武器、常规武器暴动荷载作用在整个结构寿命期内只考虑一次作用，并且其量值大、作用时间短，属于偶然性荷载，作用后会立即进行衰减；此外，钢筋混凝土构件还允许开裂，故可降低构件安全度，可将人防荷载的分项系数取1。2、设计应能兼顾满足平、战两种不同荷载效应组合的要求。3、地面多层或高层建筑物，对于常规武器及核爆炸的早期核辐射都有一定的削弱作用，人防设计时应考虑这一点。4、在人防荷载作用下，材料强度会提高，但其塑性性能等变形性能的改变很小，因而可在设计中通过材料强度综合调整系数体现。5、可按弹塑性进行钢筋混凝土结构构件的设计，对超静定结构可考虑塑性内力重分布。6、在核暴动的瞬间荷载作用下，通常不至于破坏地基作用而导致破坏上部结构，所以结构设计可不验算地基承载力及变形；但在任何情况下都必须对甲类防空地下室的桩基按计入上部墙、柱传来的核武器爆炸动荷载对构件强度进行验算。
2 人防工程结构设计的原则
防空地下室设计必须贯彻“长期准备、重点建设、平战结合”的方针，并应坚持人防建设与经济建设协调发展、与城市建设相结合的原则。对于防空地下室的位置选择、战时及平时用途的确定，必须符合城市人防工程规划的要求。同时也应考虑平时为城市生产、生活服务的需要以及上部地面建筑的特点及其环境条件、地区特点、建筑标准、平战转换等问题，地下、地上综合考虑确定。对于人防工程的结构设计，其原则主要有：
2.1 防空地下室的主体结构、出入口部、孔口和防护设备等应根据防护要求和受力情况做到各个部位抗力相协调，防止出现由于局部破坏而影响主体结构的防护密闭性。
2.2 防空地下室结构在满足设计抗力的前提下，对钢筋混凝土结构构件应采用“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的设计原则进行设计。
2.3 防空地下室应充分利用受弯构件和大偏心受压构件的变形来吸收核爆冲击波的能量，以减轻支座截面的抗剪与柱子抗压的负担，确保结构在屈服前不出现剪切破坏和屈服后有足够的延性，最终形成塑性破坏，而不是脆性破坏，从而提高结构的整体承载能力。
2.4 受弯构件应双面配筋。双面配筋对承受核爆动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下的构件坍塌十分重要。
3 人防结构设计的内容、方法及常见问题
3.1荷载组合和内力分析
1）顶板参与组合的荷载有人防等效静荷载、自重、覆土重等，平时使用活荷载战时不需要叠加，具体设计时，顶梁板可采用“PKPM-SATWE电算软件”进行内力分析，该软件有人防计算功能，顶板也可用“理正软件”计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆顶板战时工况可采用塑性算法，平时工况应采用弹性算法，板配筋取两种工况计算结果较大值，板面筋除按0.25%配筋率贯通外，支座筋不足者可另加非贯通筋，这样较经济，但要注意板底筋、板面贯通筋及非贯通筋间距应协调，以便拉筋布置；另外注意坡道作为战时主入口时，口部以外的顶盖板也应考虑人防荷载作用。
2）外墙参与组合的荷载有人防等效静荷载（包括水平荷载及顶板传来的荷载）、外墙自重、上部建筑自重、地面活荷载、土压力、水压力等，外墙配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯矩确定，设计时为简化计算通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算墙的配筋。地下室外墙可根据支承情况按双向板或单向板计算水平荷载作用下的弯矩。由于地下室内墙间距不等，有的相距较远，因此在工程设计中一般把楼板和基础底板作为外墙板的支点（单跨或多跨）计算， 在基础底板处按固端，顶板处按铰支座。具体设计时，外墙可采用“MorGain结构快速设计软件”按连续梁模型计算内力，也可用“理正软件”计算。按上述计算模式，外侧竖向筋宜设置在外排，与顶板类似，外墙外侧竖向筋也可采用贯通筋与非贯通筋交错布置方式。外墙选筋时宜按“直径细且间距密”的原则，最大间距不宜大于200mm，有利于控制裂缝。
3）底板对带桩基的底板，人防荷载与水压力及板自重组合；对无桩基的底板：a. 地基反力中没有计入水浮力时，人防荷载不与水压力组合；b.地基反力中计入水浮力时，人防荷载应与水压力组合。具体设计时，对无桩基的底板可采用“PKPM-JCCAD 电算软件”进行内力分析；对带桩基的底板可参照顶梁板类似建模，采用相同软件按倒楼盖算法即可，采用该软件作内力分析时，注意活载应输非0数，人防荷载才能传递，底板钢筋按倒楼盖配置。
4）内承重墙、柱荷载组合相对简单，要注意的是在进行荷载组合时，常规武器爆炸动荷载作用时上部建筑物自重全部考虑，核爆炸动荷载作用应根据抗力等级、上部结构形式，在进行荷载组合时上部建筑物自重可区分为全部考虑、考虑一半和不考虑三种情况，设计时应认真分析确定。具体设计时，对主楼塔数较多、地下室作为上部结构的嵌固端且大底盘地下室通常又不设缝时，为提高计算效率，各塔可独自带地下室分析计算，各塔的地下室结构层宜比主楼多出1~2跨参与内力分析计算，主楼的承重墙、柱计算结果即可采用。设计顶梁时可不带主楼，另行建模计算，其与带主体建模计算结果比较，多个实际工程均表明，顶梁配筋误差很小，其中支座筋误差约3%，梁底筋基本无误差，故可采用，这种方法对体量较大的多塔楼结构可有效缩短设计周期。
3.2 孔口防护和平战转换设计 孔口防护包含三部分的设计内容：1）防护密闭门与消波系统的设计，由建筑、通风专业完成；2）出入口通道内临空墙、相邻单元之间的隔墙、门框墙等的设计，其中临空墙、相邻单元之间的隔墙，设计人员可参照外墙的计算模式设计，而门框墙的设计一般是按悬臂梁计算，有时门框墙的悬臂长度过长，而使水平筋过大，这种情况下，加暗柱或暗梁、壁柱或壁梁，可得到较为经济的设计效果；3）孔口其他构件，如风井、通信、电力防爆波电缆井、防倒塌棚架、开敞式通道的设计，其中开敞式通道不考虑核爆炸动荷载，只考虑静土、水侧压力，而风井、通信、电力防爆波电缆井、防倒塌棚架的设计一般直接选用通用图，注意钢结构防倒塌棚架土建需配相应基础图。
平战转换设计的基本原则是：1）工程平战用途相近；2）转换工作要小；3）一次设计，分两步施工；4）考虑兼容性和通用性；5）转换措施要求快速、经济、简便、可靠。各部位封堵构件上的荷载种类较多，设计中一般直接选用通用的封堵构件，不再单独设计。
4 总结
随着城市的高速发展，城市建筑的高度越来越高，单位面积居住的人数也越来越多，因此对于危机的应对要求也越来越高。人防地下室作为战时人民生命财产的重要庇护所，对其结构设计进行研究具有非常重要的意义。只有树立一种危机意识，才能够在危机发生之时将损失将为最低。
参考文献
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[2]张雷，安鹏.高层建筑大体积混凝土施工工艺[A].土木建筑学术文库（第15卷）[C].2011年.
论文作者:李聪慧
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/3
标签：荷载论文; 人防论文; 地下室论文; 组合论文; 构件论文; 底板论文; 外墙论文; 《基层建设》2017年第34期论文;