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建筑人防地下室的结构设计

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《中华民居杂志》2014年第八期

1主要特点

很多人由于对人防地下室的不了解而将人防地下室与普通地下室混为一谈,认为二者没有什么区别,实则不然。一般而言,普通的地下室大多是充当储物及应对一般险情的作用,而人防地下室则是更多的考虑到应对战时的情况,尤其是武器爆炸的动荷载问题。这种动荷载能够在瞬间产生巨大的数量,但是存在时间不长而且是不断的减弱的,属于偶然性荷载,这是武器爆炸所特有的荷载类型,而人防地下室的建造能够很好的应对这一类荷载。因此,相对于一般的地下室而言,人防地下室具有其自己的特点:首先,根据其应用的主要环境,人防地下室的结构设计的可靠度要低于一般的地下室,其钢筋混泥土延性构建的失效率高达6.1%,远要高于一般地下室的0.069%;其次,相对于一般地下室的结构构件而言,人防地下室的钢筋混泥土结构构件能够按照弹塑性工作状态来进行设计,这样一来不仅能够使得人防地下室能够在爆炸后承受更高爆炸动荷载保障人民生命财产安全,还能够在相关材料上有较大的选择空间,具有非常高的社会经济价值。此外,由于人防地下室关系到广大人民群众的生命财产安全,因此人防地下室的结构设计相对于一般地下室而言具有更高的要求,建造的过程也更为严格,在相关建造材料的选择上的要求都比一般地下室要高。另外,人防地下室主要是考虑应对武器爆炸的动荷载作用,因此要对其结构动力进行分析,这一分析能够用静力计算方法进行分析,并对其结构的承载力进行分析判断。最后,在进行高层建筑人防地下室结构设计时还应该充分考虑到期战时和平时的荷载转换问题,要根据人防地下室地面上的建筑高度制定相应的荷载量,来应对紧急状况。

2实例工程概况

通过相关资料的查阅及分析,笔者选取了一栋12层的高层建筑进行相关分析。该建筑位于较为繁华的市区,人口居住较为密集,建筑只有一层地下室,而且地下室的面积大概为2300m2,其中有效的人防面积大约为1800m2,是为战时准备的一个人防地下室。该地下室平时主要的作用是作为车库使用,而在特殊情况时则能够作为二等人员庇护中心,最大的庇护人数大约为1000人,这一人防地下室属于甲类核6级、常6级,在该工程中,忽略上层建筑对防空地下室顶板的影响,本工程主楼内的顶板区隔最大短边净跨小于9m,覆土的厚度大约为0.3m,主楼外单层地下室的附图厚度约为1.0m,最大短边净跨小于4.5m。

3结构设计

3.1主体结构设计建立电算模型:采用PK-PM软件设计本工程梁、板等部分构件,建立电算模型是以建筑专业提供材料后为前提,主要分为两个步骤:第一点,因为本工程属于附件式人防工程,所以需要与主楼的设计相适应,在以足人防为前提之下,人防地下室的竖向承重构件应该与主楼一致。在主楼结构电算模型的基础上添加如口部、车道布置等的人防结构构件,然后再在荷载输入菜单中布置各房间的人防等效荷载和恒活荷载。第二点,先确定电算参数,首先在PMCAD的“本层信息”中填入钢筋强度和板厚、混凝土等相关信息,然后在“设计参数”中逐个填写结构体系、地下室层数、梁柱保护层厚度和地震信息等,最后应用SATWE进行结构内力分析计算后就可以得到相关的梁配筋结果。再来分析计算结果,若结果显示梁超配筋。则可通过增加梁的宽度和高度来调整,也可以提高钢筋混凝土的等级来修正,最后是外墙、临空墙、人防底板等构件的设计,外墙除了要承受水平压力外,还有武器爆炸所产生的动荷载,所以需要根据最不利的荷载工况来决定是否施加人防荷载并设计,如果不考虑人防荷载,则按照弹性板设计,并验算挠度和裂缝,如果考虑人防荷载,则按照塑性板设计,不验算挠度和裂缝。

3.2人防口部设计人防口部设计包括防护密闭门与消波系统的设计、出入口通道内临空墙与门框墙的设计、孔口构件设计。开敞式通道只考虑静土侧压力,防倒塌棚架的设计分竖向和横向两项,竖向力和横向力存在时间间隔,所以不用考虑两者同时作用的情况。消波系统主要由扩散室和防爆波活门组成,其各部分尺寸由《规范》确定,扩散室前墙为临空墙活门传来的荷载和墙面的荷载一般按照临空墙等效静荷载标准取值,其他可按土中压缩波压力决定;临空墙可按照一般墙体进行计算,门框墙按悬臂梁计算。由于人防工程在战时承受较为复杂的爆炸荷载,再来人防工程的特殊性,所以容易出现设计误差。

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。

作者:刘艳山单位:重庆市轻工业设计院青海分院

中华民居杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次