人防地下室结构设计

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浅谈人防地下室结构设计
摘要:根据已做工程总结人防地下室结构设计的要点和笔者认为需要注意的问题。

关键词:人防地下室;结构设计;荷载组合;平战转换;孔口防护
中图分类号:tu318文献标识码:a文章编号:
1.工程简介:杭政储出(2010)38号地块工程项目位于浙江省杭州市,有12栋18~34层的剪力墙结构住宅楼,局部住宅楼带有1~2层的商业或停车库裙房。

场地内设置有地下室共1层,结构类型为钢筋砼框架结构,其中防空地下室位于地下一层内,为附建式平、战结合使用地下室,设有4个防护单元,人防防护等级为核6级常6级,甲类防空地下室,地下室为全埋式,战时功能为二等人员掩蔽所,平时功能为车库。

本工程抗震设防烈度为6度。

以下讲几点笔者在人防设计方面的一些体会。

2.人防结构设计的特点
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。

防空地下室结构设计与一般的结构设计有何区别呢? 1)、结构设计的可靠性可降低,一般建筑结构pf≈10,而人防结构pf≈6% 。

2)、考虑结构的动力响应。

3)、结构构件可考虑进入塑性工作状态。

4)、材料设计强度可以提高,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。

5)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。

根据以上所述的结构设计的特点,我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则:
1)、平战结合,取控制条件,在民用建筑的人防地下室的结构设计中,一般只涉及5级或6级人防设计,结构的顶板基本上都由战时控制,而侧墙和底板则因地下室的结构型式的不同而由实际情况确定。

2)、只进行强度的验算,由于在核爆动荷载作用下,结构构件变形极限已用允许延性比的控制,且在确定各种构件允许延性比时,已考虑了对变形的限制,因而在防空地下室结构设计中,不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算。

3)、只考虑一次核袭击;
4)、注意各部件的协调,以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏,失去整个防护建筑的作用;
5)、地面与地下承重结构体系要协调,不能出现两者强弱相差较大的情况。

了解了结构人防设计的特点及原则之后,我们首先就必须确定计算所需的荷载值。

3.人防荷载的确定
人防荷载取值根据人防地下室抗力级别,可采用公式计算或规范查表。

设计时也可用理正人防工程结构设计软件或pkpm工具箱计算各种构件的人防荷载。

4.荷载组合和内力分析
作用在防空地下室结构上的荷载,包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等,规范中对防空地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格,结构设计时可根据各工程的结构特点结合表格确定所需进行荷载组合的项目,本工程各个部位参与组合的荷载分别为:
顶板:顶板核爆动荷载标准值,顶板静荷载标准值。

本工程顶板梁板用setwe计算分析。

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大值,板面筋可按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;另外本工程自行车坡道作为战时主入口时,口部以外的顶盖板也考虑人防荷载作用。

外墙:竖向:顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值,上部建筑物自重标准值(仅有局部剪力墙部位),外墙自重标准值。

横向:核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。

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。

本工程外墙计算采用省院计算软件ses v2.0进行计算。

内承重墙(柱):在本工程中,战时所增加的顶板核爆动荷载标准值小于平时各楼层的活荷载标准值之和,因此构件不由战时条件控制。

墙柱配筋采用setwe计算结果。

本工程中,顶板、侧壁及人防区域内构件的水平受力由战时控制,底板、基础由平时控制。

求出构件的内力和配筋后,需注意的就是人防地下室构件的构造要求。

根据人防规范第4.11节构造规定,就可顺利完成设计了。

笔者列举一些特别须注意的构造要求如下:
1)、梅花形拉结筋设置。

防空地下室顶板、底板、钢筋砼墙体均应按规范第4.11.11条要求设置梅花形拉结筋。

2)、人防门门框墙设计。

防护密闭门上挡墙或暗梁可参照2007
版fg01~05图集所示作暗梁或水平梁加强(本工程采用暗梁)。

防护密闭门门框墙若距固定端较长,宜设暗柱作结构加强以承受水平力。

人防门门框墙水平筋宜形成封闭配筋,和人防门门框垂直配置的受力钢筋锚固长度应符合规范要求。

活置式人防门须设置双道暗门槛,即门框主角钢和副角钢各设一道暗门槛,以利门框锚固筋锚入门槛结构筋中(底板结构找平后与预埋角钢平)。

3)、钢筋的锚固和搭接。

防空地下室区域钢筋按抗震三级考虑构造要求,如钢筋搭接和锚固须乘以1.05系数;防空地下室的外墙、临空墙与顶板交接处均承受较大的弯矩,按2007版fg01~05图集作板筋和墙筋的结构互锚有关要求;侧墙外侧竖向钢筋宜水平向伸
入人防顶板,不宜折回墙内;墙体中的暗梁设计不能有效起到锚固作用;防空地下室墙体为水平向受力,水平向的钢筋也须满足锚固长度要求。

4)、门框墙四角斜拉筋设置。

人防门、活门的四角一般设2φ16斜向钢筋,长度大于等于1000,当门框墙厚度大于400时设3φ16。

临战封堵门框墙、一框双门临战封堵门框墙须设3φ16斜向钢筋,长度大于等于1000。

5)、出入口楼梯及防倒塌设计。

防空地下室主出入口楼梯或坡道(包括汽车坡道和自行车坡道)须作结构加强,本工程为甲类工程按4.8.11条要求。

若战时从楼梯间进/排风,则该楼梯间梯段应考虑防倒塌荷载要求。

对地面以上一层范围内的楼梯也作结构加强,梯段考虑冲击动载和负压作用,其负筋配筋也应通长配置并双层配筋。

排风口部出入口出地面一层上方应设置挑出长度不小于1米的防倒塌挑檐。

6)、防空地下室墙板及出入口楼梯一般作全部拉通处理,若部分作断开处理也允许,但此时断开钢筋面积应小于同截面受拉钢筋的50%。

7)、施工后浇带设置。

结构设计需充分考虑大体积砼收缩问题,合理设置后浇带,施工后浇带设置位置应避开人防门、临战封堵门框墙。

8)、门框墙设计时应注意预埋人防门安装吊钩。

5.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,设计人员可按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。

6.结束语
本文总结了人防地下室结构设计的要点和笔者认为需要注意的问题。

人防地下室的结构设计是一个综合性很强的问题,涉及内容繁多且复杂,既要考虑平时工况又要考虑战时工况,且目前电算软
件功能都不是很完善,需要更深入地研究人防结构设计的技术问题,总结设计经验,提高设计水平。

参考资料:
《人民防空地下室设计规范》(gb50038-2005).。