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人防地下室结构选型及设计优化 摘要：人防地下室的建设不仅仅是充分利用地下空间的举措，还是安国安民的工程，在人防地下室结构的选型上不但要考虑结构的稳定性，还要考虑采用的结构的经济性，本文结合案例探讨人防地下结构的选型及优化设计。 关键词：人防地下室；结构选型；设计 引言：随城市的发展，建筑如“洪水猛兽”般占据着地球的土地，根据国家的规定，在某些建筑中需要建设人防地下室，不仅方便平时的使用，还是战时的堡垒，人们越来越关注地下室结构的设计。根据建筑结构的不同，选用不同的建筑结构，人防地下室的结构常见的有十字梁、井字梁、单向板水平结构，以下结合实例对其经济性进行探讨。 一、人防地下室结构设计的特点 防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计，二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备），其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道（包括风井）的计算等几个方面，其特点是： 1.结构构件可考虑进入塑性工作状态 2.材料设计 强度可以提高。实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，例如钢材强度可提高1.15～1.5倍，对砼强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的。 3.重视构造要求，人防设计的许多构造要求是与一般的建筑设计不同的，要求更为严格，故仅仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。 二、人防地下室人防荷载的确定 1.项目概述 6栋22~28层剪力墙结构的高层住宅建筑和一个两层框架结构的地下室。建筑面积12万余平米。上部建筑高度80m，地震烈度为6度，框架抗震等级为3级，剪力墙抗震等级为3级。地下室面积45000m2，其中含人防面积6489m2，分4个人防防护单元，层高4m，桩基采用泥浆护壁的钻孔灌注桩。 2.人防荷载的确定。 人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当核武器在空中爆炸时，冲击波传播到地表，形成地面冲击波。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用，而对于侧壁和底板，则承受土体压缩波产生的超压、动压和负压作用。 本工程人防地下室防护等级为核6级（级别的确定是根据国家制订的《人民防空工程战术技术要求》确定的，是由人防部门确定后发文予设计单位），采用全埋式现浇钢筋混凝土人防地下 室，各部位等效静荷载取值分别为： 2.1顶板：人防地下室上层为地下一层，钢筋混凝土结构，墙面开孔面积小于50%，故计入上部建筑物对地面空气冲击波超压作用的影响，另人防区顶板覆土厚度为0，等效静荷载标准值取q=55KN/m2. 2.2侧墙：上部建筑物为抗震设防的框架结构，故应放入上部建筑物对地面空气冲击波超压值的影响，根据本工程地质条件，人防地下室侧壁范围内为饱和土，并考虑周围基坑支护的阻隔作用，故地下室侧壁等效静载荷标准值q=55KN/m2. 2.3底板：本工程采用桩基础，当核爆荷载q作用于顶板时，荷载随板、梁、柱传至桩上，且人防区底板处于饱和土，根据规范查表得地下室有桩基的钢筋混凝土底板等效静荷载取q=25KN/m2.。 2.4门框墙：所受荷载由两部分组成，一是直接作用在墙上的荷载qe=200KN/m2.；二是由门扇传来的等效静载标准值，分别按门扇的型号、大小计算确定。 2.5临空墙：依工程实际情况和规范表4.5.7取其等效静荷载标准值为130KN/m2. 2.6隔墙：隔墙分两种，一是相邻防护单元间隔墙的设计压力值为50KN/m2.；二是6级人防地下室与普通地下室相邻间的隔墙，其普通地下室一侧的设计压力选用值为90KN/m2. 其它各种防护密闭门、防爆波活门、扩散室的设计压力均由规范中有关规定选用，当所有构件的等效静荷载值确定后，即可进行结构计算。 三、人防地下室顶板结构经济性对比及优化设计 人防地下室的结构有很多，包括顶板、侧墙、底板、门框墙、临空墙、隔墙等，以下对地下室顶板的结构进行一个经济性对比，以作参考。 1.考虑消防车的经济性对比 十字梁、井字梁、单向板水平结构布置方案是较为常见的形式（考虑到单向板布置时，消防车荷载取值较大和梁高较高，不满足使用要求，故有消防车时仅对比十字梁和井字梁），按照规范要求这几种结构形式取最小板厚为 160mm，通过材料使用量，即钢筋量、混凝土量、模板量三部分进行比较。 该小区地下室顶板结构布置方案分析比较表 ( 考虑消防车） 注：①假设钢筋为 5300 元/吨，混凝土为 340 元/立方；模板为 35 元/平米 ②不考虑人工与工期成本。 由上表可看出，考虑消防车时，同等条件下的三种结构布置方案比较，单向板结构方案的综合造价最低，井字梁居中，十字梁最浪费。地下室顶板单向板结构方案比十字梁方案的综合造价节省约37.31元/m 2 。 2.结论 ①单向板结构在无消防车的工况下造价较低，且传力路径简单，施工难度小，但其对净高影响较大，故在荷载不大的情况下，如无覆土和无人防等情况下，较为推崇使用； ②十字梁、井字梁作为传统的结构形式，其传力路径较为简单，施工难度不大，但十字梁的综合造价最浪费，井字梁的模板量最大即对工期影响较大。 根据上述分析比较结构提交给甲方后，甲方考虑到其经济性和技术性等综合因素，对该工程塔楼外地下室顶板采用单向板结构方案，并已应用到初步设计当中。通过上述多种地下室顶板结构方案的分析比较，对工程实践中的标准跨地下室设计能起到一定优化设计的参考价值，能较好的提升经济效益，适应市场的发展。 结语 在人防地下室结构设计中，不仅要考虑结构的可靠性，还有考虑结构的经济性，将人防地下室结构的顶板、侧墙、底板、门框墙、临空墙、隔墙等考虑在内，本文结合案例通过人防地下室顶板的结构进行经济性的对比，选择经济合理的结构，再进行优化设计，这样才能确保人防地下室的安全实用。 参考文献 [1]黄洲.大型地下人防工程结构空间受力分析研究[D].广州大学，2011 [2]郭胜军.山地建筑地下室外墙设计理论与应用研究[D].湖南大学 2008 [3] 07FG01-05，防空地下室结构设计[S] 本文来源：https://www.dywdw.cn/b8b93effb107e87101f69e3143323968001cf402.html
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2023-03-27
