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高层建筑人防地下室结构设计王熙元

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：王熙元

[导读] 摘要：现如今，我国高层建筑日益增多，高层建筑人防地下室设计受到重视。

        华优建筑设计院新疆分院新疆乌鲁木齐 830000
        摘要：现如今，我国高层建筑日益增多，高层建筑人防地下室设计受到重视。基于此，文章对高层建筑人防地下室结构设计的难点进行了研究，并提出了提升设计水平的对策，希望可以为相关人员提供一定的帮助。
        关键词：高层建筑；人防地下室；结构设计
        引言
        随着我国国民经济水平的快速发展，城市建筑规模以及建设质量也呈现出了大幅度上升的趋势，城市地下空间的开发与运用引起了社会各界人士的高度重视，并且也对防灾水平提出了诸多的要求。而高层建筑人防设计在建筑工程设计中扮演着重要的角色，特别是人民防空地下室工程的建设得到空前发展。文章以此为出发点，展开进一步论述。
        1人防工程概念及主要工程类型
        人防工程，全称是人民防空工程，工程建设目的是战争发生时期为人民群众提供安全防护场所，人们可以在该处进行物资隐藏、人员躲避及医疗救护等。近年来，人防工程主要形成了4种建筑类型，包括坑道式、地道式、附建式及单建式。其中，高层建筑中尤以附建式的应用最为广泛。附建式的人防工程，其建设步骤相对较少，建设方便，对建筑面积的要求不高，同时建设投入资金较少。对战争时期的避难有很好的应用效果，防空能力比较强。目前，其是防空工程建设的主体建设，应用最为广泛。值得一提的是该建筑形式的经济效益。因为附件式的结构多是建在建筑主体内部的地下，相比较其他结构来说，其相当于是一体的建筑结构，对节约建设成本的工程来说其是首选。目前，很多建筑尤其是高层建筑在建设最初就会设置地下室，人防工程建成后可以临时用来储藏各种物品，充当储藏室使用。此外，可以临时作车库使用，如图1所示。战时则可以转为避难场所。其使用价值显著，经济效益明显。
        2人防工程的结构设计原理
        简单来说，人防工程的含义以及全称实际为人民安全防空工程，对于目前国内的国情而言，在建筑设计中，国内将人防工程结构与建筑本身相结合，已达到安全覆盖率的要求。人防工程在世界范围内而言，美国与日本的完成度相对较高，国内的建筑设计和施工技术还有一定的进步空间。在进行高层建筑的设计环节时，设计人员需要考虑到建筑的功能实用性和结构的坚固性，要重视人防工程在非常时期时承受建筑本身负重以及战时随时可能发生的爆炸冲击，考虑到这些因素对于建筑结构的压力和冲击力需要加强人防工程结构的最终设计。但是就目前实际情况而言，在进行建筑设计的过程中，人防工程的实际承重力量仅仅只能计算建筑本身的负重，难以真正实际对于爆炸冲击进行测量，因此建筑结构难以进行实际的实验以检验人防工程的安全系数和坚固程度。所以国内的高层建筑在记性人防工程的设计时一般以等效静载法进行验算，考虑到战时爆炸力造成的承受力虽然威力巨大但是一般作用时间较短，因此在国内的建筑人防工程的验算过程中一般不将地基的承载力与裂缝情况纳入验算范围，一般也不需要对建筑在战时可能承受的荷载力进行硬性的要求和规划，而是将日常生活中的建筑结构与战时所需的最大承受力相结合进行试验和验算。
        3高层建筑人防地下室结构设计的难点
        第一，高层建筑人防地下室结构设计的可靠性不高。依照《建筑结构可靠度设计统一标准》可知，针对一般混凝土来说，其结构构件延性在破坏时，失效率为0.069%。而《人民防空地下室设计规范》明确要求，针对人防地下室的钢筋混凝土延性构件，其失效概率为6.1%。这一规定也在一定程度上提高了综合办公楼人防地下室结构设计工作的难度。
        第二，需要提升材料强度设计值。实践证明，在爆炸动荷载作用下，材料强度一般可以提升20%～40%。这一情况也很大程度上提高了综合办公楼人防地下室结构设计的难度。
        第三，需要对高层建筑人防地下室结构进行动力分析。

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与普通地下室设计工作不同，在对该工程综合办公楼人防地下室结构开展设计工作阶段，应该对武器爆炸的动荷载作用进行综合考量，借助等效静荷载法进行合理分析，有效地对动力结构进行研究，然后利用静力计算的方式剖析其结构内力。由于其涵盖的内容较多，涉及的方面也较复杂，因此也属于高层建筑人防地下室结构设计的一个难点。
        第四，人防地下室战时与平时所考量的荷载效应组合存在差异。通常，其规定在对综合办公楼人防地下室结构进行设计的过程中，应该依照其上部建筑平时的应用条件，科学地进行设计。
        4高层建筑人防地下室结构设计的要点
        4.1基础设计
        （1）结合相关调查研究可以发现，该工程项目主要是将锤击预应力高强混凝土管桩当作主要桩体的，同时该桩身混凝土强度以C80这一等级为主，而桩尖通常使用“圆锥形桩尖”，最终决定依据非端承桩设计。
        （2）针对基础设计来说，其往往是结合常规环境来对相关地基承载力进行详细计算的，依据战时以及常规环境下最不利情况加以计算。站在客观的立场来讲，如果地下室基础是将桩基础当作主要构造的，那么这个时候相关人员应当结合相关荷载效应组合值来对构件的实际强度进行科学预算。就非饱和土来说，相关人员在结合端承桩设计时，这个时候是不用把等效静荷载值考虑在内的。倘若依据非端承桩设计时，那么此时基于相关动荷载不断作用之下，地下室底板需要在充分结合相关地基反力的基础上来对等效静荷载值加以明确。而针对饱和土而言，倘若当核武器爆炸动荷载形成的地基反力所有都是由桩来担负抑或是当核武器爆炸动荷载形成的大部分由桩来担负时，那么此时就需要将压缩波从侧面绕射到地板上所形成的荷载值考虑在内。
        4.2对于设计参数的选取
        人防工程战时所受爆炸冲击波作用与常见的静荷载和动载明显不同，均属于偶然性荷载，具有量值大、作用时间短且不断衰减的特点。在爆炸动荷载作用下，为满足计算假定和设计精度，对各设计参数的合理选取要引起重视。
        在混凝土和钢筋强度取值时应考虑材料在快速加载下动力强度的提高，对强度和弹性模量乘以对应调整系数；对结构变形、裂缝开展以及地基承载力与地基变形虽不进行验算，但要控制构件的允许延性比；按等效静荷载法对构件人防荷载取值时，注意相关限制条件，如是否考虑上部建筑影响、覆土厚度、板跨等。
        4.3顶板设计研究
        对于高层建筑的人防工程而言，一般将这一建筑功能放置在地下，因此设计人员在进行人防结构的上部结构设计时需要注重其安全性和稳定性，以此保障建筑的整体稳定性。高层建筑由于上层建筑体积庞大，因此重量也相对较高，对于地基的承载力要求也极高，可以说对于高层建筑而言最重要的部分就是地基建设，一旦地基出现施工或设计问题就会直接影响高层建筑的整体稳定性，严重时还会使房屋倒塌，危害人民群众的生命财产安全。由此可见顶板设计对于高层建筑而言是非常重要的。在进行上层建筑的设计时，需要使上下两部分建筑结构相匹配相适应，需要设计人员选择好构建的结构尺寸以及合理的承载以保证建筑结构的稳定和安全。
        结语
        目前的高层建筑设计中，人防工程是其重要的结构设计部分之一。相关的人防设计结构不断优化，正在积极融合高层建筑理念，尽量满足高层建筑的设计要求。本文对其中的人防结构设计问题进行了相关论述与研究，概述了其设计概念与设计原理，并具体提出了相关的基础设计、顶板设计及构造设计等。
        参考文献:
        [1]许少洪.高层建筑下人防工程结构设计研究[J].河南科技，2016（9）：103-104.
        [2]罗新忠.简析高层建筑的人防工程结构设计[J].建筑工程技术与设计，2016（27）：577.
        [3]唐海明.关于高层建筑的人防工程结构设计原理及方法分析[J].科技展望，2017，27（8）：282.