談高層建筑人防地下室設計

李小會

摘要：近些年來，我國經濟有了高速的發展，使得城市建設規模和建設水平也在不斷的提高，從而使得城市建設和人防建設在不斷結合。由于高層建筑人防地下室設計具有荷載確定以及結構復雜等特點，這樣就能使得它在建設過程中經常會遇到各種問題，本文主要針對高層建筑人防地下室設計進行了分析和探究。

關鍵詞：高層建筑、人防地下室、地下室設計

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

一、前言

現階段，隨著建筑行業的不斷壯大，高層建筑人防地下室的質量安全引起人們的高度關注，雖然我國在高層建設人防地下室的設計上有所完善，但是還是存在著很多方面的不足，所以，在社會主義新時期，一定要重視高層建筑物人防地下室設計，這樣才能保證人們的生命安全。

二、工程概況

本工程位于某市中心的矩形地塊內。地面建筑為4棟26層的高層住宅建筑，地上建筑總面積為62792.33m2。地下共1層，整個地下室為人防工程，面積為10938.9 m2，人防抗力等級為核5級常5級。

三、高層建筑地下室人防設計要點分析

1、人防工程結構形式以及計算要點

（1）人防頂板是整個人防工程中受最大人防荷載的結構構件。人防頂板的荷載結構分析主要分為以下兩種組合：

頂板靜荷載+活荷載，需要考慮結構構件的裂縫；頂板靜荷載+爆炸等效靜荷載，此工況下可不考慮構件的裂縫。

人防頂板的結構形式現行可分為以下幾種：梁板框架結構和無梁樓蓋結構，而無梁樓蓋又可分為普通無梁樓蓋；預應力無梁樓蓋以及現澆空心樓板無梁樓蓋。以下作深入分析各種結構形式的合理性以及經濟性

梁板框架結構為結構形式中最普遍的一種結構形式，但由于人防荷載比較大，采用梁板框架結構的人防地下室層高需要比較高。以最低的人防抗力等級為例，主梁的高度最小取柱跨的1/7，如8m的柱網跨度，主梁的高度為1.2m，加上設備管道的高度約0.5m，合共約1.7m。由此可知，該人防地下室的層高需在4m以上。從而導致地下室的埋深較深。地下室的埋深是決定地下室工程造價的一個重要因素，而且也會影響結構的計算的難度。當地下室埋深較深時，地下水反力增大，挖土方量增加以及基坑支護的難度也會增大，最終會影響工程造價。

普通無梁樓蓋結構是一種常用于對凈空要求比較高，荷載比較大，柱網跨度比較大的工程，現在的人防地下室工程多采用無梁樓蓋這一結構形式。但當人防地下室頂板作為上部結構的嵌固部位或柱網區格內長短跨之比大于1.5，以及頂板標高變化比較多的時候，均不宜選用該結構形式。無梁樓蓋相對梁板結構來說，具有一定的優勢：

①在鋼筋及混凝土量上，與梁板結構相差不多，但由于無梁樓蓋以平板為主，在模板的施工上會帶來很多便利，可以使工期縮短。而在鋼筋施工方面上，由于無梁樓蓋的主要為板鋼筋，分布比較均勻，施工操作相對簡單，更能保證施工的質量。而梁板結構的梁鋼筋比較集中，特別是梁支座面筋比較密，經常造成施工時梁面筋過密而難以澆筑混凝土及放震動棒，從而容易形成蜂窩，施工質量難以得到保證。

②人防地下室的層高與埋深是影響地下室造價的關鍵因素，如例：本工程的人防地下室，人防抗力等級為核5級常5級，覆土厚度為0.9m，柱跨為8mX8m。在結構設計初期，嘗試采用梁板結構形式，但由于荷載比較大，無論是平時還是戰時，從而導致主框架梁的截面比較大。需要做到600X1300，井字梁需做到400X900，但由于地下室層高只有3.6m，不滿足凈高的要求，所以只有增加高度或者改變頂板的結構形式這兩種方法。而采用無梁樓蓋結構形式，樓板厚度只要0.45m后就可以滿足要求，滿足甲方的使用要求。從此例子可知，地下室的凈空采用無梁樓蓋的時候凈高可以多出0.85m。而地下室凈高一樣的情況，無梁樓蓋的人防地下室的基坑可以少開挖0.85m，外墻以及支護樁的計算長度，施工高度少了0.85m，底板的水壓反力可減少8.5KN/㎡.所以最終采用無梁樓蓋結構形式。

預應力無梁樓蓋，在《人民防空地下室設計規范》GB50038-2005中沒有明確規定人防頂板不可以用預應力無梁樓蓋這一種結構形式。但筆者認為由于預應力無梁樓蓋在平時工況下，結構構件受到相當于戰時的作用反力，由此可見結構構件一直受到相當大的荷載。會使結構構件出現疲勞破壞。不利于整個工程的安全性。

2、人防工程結構設計的材料選擇

（1）由于人防地下室屬于地下工程，人防地下室選用混凝土的強度等級一般為C25～C35。筆者不建議選用C40以上的混凝土。主要原因有：

①由于人防地下室的頂板、底板及墻體比較厚。采用越高強度等級的混凝土，其水化熱越大，混凝土越容易開裂。

②根據《混凝土結構設計規范》GB50010-2010，C25～C35混凝土縱向受力鋼筋的最小配筋率相對C40～C55混凝土中縱向受力鋼筋的最小配筋率要小，對于低抗力等級的人防地下室，采用低強度等級的混凝土，可減少構造鋼筋，從而降低含鋼量，減少造價。

（2）人防地下室鋼筋混凝土結構構件可采用除冷軋帶肋鋼筋，冷拉鋼筋等經冷加工處理的鋼筋以外的鋼筋。根據《人民防空地下室設計規范》GB 50038-2005中的材料強度綜合調整系數rd，可知HRB335的綜合調整系數rd為1.35.（300x1.35=405 N/m㎡），而HRB400的綜合調整系數為rd為1.2（360x1.2=432 N/m㎡）?？梢奌RB400級無論在平時或戰時的抗拉強度都比HRB335高。

四、高層建筑人防地下室的建筑結構設計應注意的事項

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。

五、結束語

綜上所述，本文主要對高層建筑人防地下室設計進行了分析和探究，由于人防地下室設計是一個綜合性很強的設計，并且要保證人防地下室經濟性和舒適性，這樣就必須要求政府部門、業主、設計以及施工單位做好配合與協調，此外，還要結合工程的實際情況，多跟其他專業溝通，多到工地現場去發現設計中的不足，這樣才能保證高層建筑人防地下室的質量。

參考文獻：

[1] 全國民用建筑工程設計技術措施-防空地下室（2009年版）[M].北京：中國計劃出版社，2009.

[2]洪晏 淺談地下室人防結構設計 科技資訊 2010年

[3]中華人民共和國建設部.高層民用建筑混凝土結構技術規程(JGJ3-2010)[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.