高層建筑地下室人防結構設計

胡彥

中圖分類號： TU208 文獻標識碼： A

摘 要：隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，城市建筑和人防建設的結合已經是司空見慣的現象。工程建設中經常會遇到高層建筑人防地下室結構設計的問題，包括它的荷載確定、內力分析和結構設計，都有它自身的特點。另外，地下室的建造費用與設計直接相關。怎樣保證高層建筑地下室人防結構安全，降低工程造價，是設計人員所要考慮的問題。

一、前言

近年來，我國經濟高速持續發展，城市建設規模和建設水平不斷提高，城市地下空間的開發與利用越來越受到人們的重視，同時人們對城市綜合防災能力的要求也越來越高。作為與城市建設相結合的人民防空工程建設，尤其是人民防空地下室工程的建設得到空前發展。在民用建筑設計中，高層住宅及寫字樓由于使用需要，通常設置裙房以及地下停車場，主樓地下室與裙房地下室連為一體，形成大底盤結構，平時用作地下車庫和設備房間，戰時部分用作人防地下室。此類地下室一般面積大，結構形式復雜，與平時使用關聯較多，設計中在結構本身強度滿足人防工程建設要求的前提下，還要考慮到平時使用時的功能特點和要求，統籌規劃才能達到平戰結合的設計要求。特別在經濟發達的地區和城市，繁華的商業地段成為地下空間開發的熱點和焦點，其地下空間的利用離不了以防災救災為目的的人防工程。

二、設計主要難點和問題分析

1、主要難點分析

(1)嵌固位置的確定

對于高層在進行結構分析之初就要考慮到結構嵌固端的位置。由于其對于受力的計算以及模型的分析上面有非常重要的影響?，F在，建設的很多高層建筑中都已經設計了非常多的地下室以及層級不高的裙房。在我國頒布的《建筑抗震設計規范》中進行了如下的規定：在條件允許的情況下，高層的嵌固端就是其下面設置的地下室。在確定嵌固體應該安放的位置時應該考慮如下幾點。

①高層在建造地下室的時候，最常用的結構嵌固就是基礎底板。由于基礎底板所擁有的無限剛的相關特點，因此將其選為底層的結構嵌固端是非常明智的，在進行施工時，建筑的首層就能夠靈活地設計和建造。如果在設計首層時，采用了無梁結構也不會對之后的計算產生任何影響。然而，要是在高層下面建造具有防控功能的地下室，則就會對剛性產生一定的要求。所以在墻體與頂板之久就要安置具有剛度的結構嵌固端。

②地下室樓蓋與樓板的要求的需要

現澆梁板結構在樓板的厚度要求上不能夠低于180 mm，對于混凝土強度的要求方面，不能夠小于C30，在配筋方面，應該選用雙層雙向配筋，而且單層單項的配筋方面不能夠低于0.25%。當第一層的結構嵌固是地下室的頂層時，應該有現澆梁板結構來做地下室及其裙房的頂層。當地上機構是空曠區時，地下室的相關頂板就能夠用無梁樓蓋。

③結構側向剛度的要求

在6.1.14 條第2 款中，在結構中，其在地上面的側向剛度要求小于地下面的剛度的0.5 倍。條文對“相關范圍”進行了說明：一般情況下是從地上結構的周邊進行向外延伸，但是一般不會超過20m。即，不論地下室的頂板有多大，但是依舊不能夠在計算剛度時進行無限放大，而是要在20 m的范圍之內。如果將地下室安放在第一和第二兩層，則在對地下室的上下兩層結構的剛度進行表示時可以用地下室隔壁的上層結構的等效剪切強度比γel 來進行表示。γel 理想情況是與1 相接近，在設計非抗震因素時γel 應該大于0.4，在設計抗震因素時γel 應該大于0.5。

(2)結構的抗震等級。

①在最近發布的規定中的第5.2.5 條，對于6 度地震的設計也有了要求，對于每個樓層中的水平地震剪力進行了規范，而之前的規范中只進行了7～9 度地震的說明。而且，在新規定中，對于6 度地震的αmax 值也進行了規范。在01 規范中，只對于8 度以上的地震規定要求增加0.05s的特征周期，現在的規范中，對于第6度地震也進行了規定。

②如果樓盤具有非常大的地盤，而且其地下室之上有很多塔樓，并且這些塔樓之間也是相對獨立的，如果嵌固的地方就是地下室的頂板，那么高層的下部，以及與高層有聯系的部分，在抗震等級方面應該與高層一樣。

③而且，在新規定中3.9.5條進行了相關的規定，在對民用高層建筑進行抗震設計時，如果將其地下室的頂部結構設置成為上面建筑的嵌固端時，地下室的抗震等級要求與上部建筑一樣，在地下室的設置過程中，如果超過了上部范圍，但是上部范圍內沒有任何建筑結構，則在抗震等級的設置上可以酌情考慮在三級左右。

2、設計常見問題分析

(1)底板

對于底板的設計，首先就要滿足防水和防滲透的要求，然后就是對于抗震方面的要求。因此，在配筋率以及厚度方面應該適當增加。一般情況下，在厚度方面，底板一般為50 cm，在配筋率方面一般也為0.25%。除此以外，要按照設計和施工中的具體情況，對于地下室在底板標高已經發生改變的地方進行橫梁設置。在設置橫梁是，其厚度要大于底板的厚度，而且，在支座產生的彎矩傳遞到梁上的力進行相關計算，同時合理安排鋼筋的數量。

(2)外墻

對于外墻的要求，不僅要能夠防水，防滲，足夠的受力強度而且還要對裂縫寬度進行計算。對于彎矩調幅：外墻的嵌固端可以用底板來進行完成、對載荷系數進行考慮、側壁底板與響鈴底板在彎矩上的值是不一樣的、底板在抗彎能力方面一定要大于側壁，對配筋量以及相關的厚度進行保證。

(3)頂板

對于新規范6.1.14，其進行了相關規定，在地下室頂板上面不要開很大的洞口，在這個范圍之外的頂板應該有現澆梁板來設置，對于厚度的要求一般要超過180 mm，在強度等級方面要高于C30，而且，在配筋方面依然使用雙層雙向配筋，而且對于配筋率也有要求，要至少達到0.25%。

(4)荷載

在荷載方面，地下室一定要滿足：本身重量、地表的壓力、地上建筑的重量同時還有在交付使用之后的能夠保證的在正常環境下的負載壓力。在設計地下室載荷時一定要根據國家規定來進行。

三、高層建筑人防地下室的建筑設計應注意的事項

1、主要應考慮在核爆動荷載作用下對結構做動力分析，單建式與附建式荷載計算是不同的，也要考慮上部建筑在平時條件下的荷載作用，高層建筑下的人防地下室往往是頂板內力受核爆動荷載控制。

2、新規范第4.5節給出的附建式人防地下室的常用結構等效靜荷載際準值的幾個表，比舊規范詳細，而在“條文說明”中此部分對不同等級工事的不同跨度給出了頂板及墻體的厚度、混凝土標號供參考，設計時應結合正文查看“條文說明”，以防過大的偏差造成重復計算。

3、內力分析和截面設計時應注意新規范4.6.1條與4.6.2條規定，人防地下室的頂板部分，一般屬于超靜定結構，應按非彈性變形產生的塑性內力重分布來計算內力，對板的內力采用極限平衡法計算四邊支承塑性變形板比較合理。

4、關于人防地下室構件的斜截面驗算問題，新規范4.6.7條考慮跨高比的影響對受剪承載力進行了修正，具體方法可按給出的修正公式，并查閱《條文說明》中有關解釋，不要直接按《混凝土設計規范》中的斜截面抗剪公式套用。

5、高層建筑下的防空地下室，往往因為其大空間大柱網的結構布局造成厚板高梁，有時影響了室內凈空及通風管道布置，其實只要頂板按防護等級做到規定厚度，可以考慮結合柱子做無梁樓蓋。

結語

實際上對高層建筑進行地下室設計的工作量及難度非常大，地下室的質量對地面建筑的質量和造價都有很大影響，因此設計人員要提高自身水平，加強地下工程設計和施工技術的研究，最終提高地下空間的安全舒適性和經濟性。

參考文獻

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