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深圳市某工程人防地下室設(shè)計若干問題探討

2008-12-05 綠維創(chuàng)景 標簽:

      

深圳市某工程人防地下室設(shè)計若干問題探討
萬衍   劉遠駿 
提要:本文通過對深圳市泰然實業(yè)有限公司306高層工業(yè)廠房地下室(含人防 )工程設(shè)計實例的分析,對含人防的高層建筑地下室的設(shè)計兩個問題提出幾點探討性意見。 
1.工程簡介:深圳市泰然實業(yè)有限公司306高層工業(yè)廠房是1棟18層(地下1 層)的框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的高層工業(yè)建筑。建筑面積31200m2,建筑高度79.8m,地震烈度為7度,框架等級為3 級,剪力墻等級為2級。地下室面積3908m2,其中含人防面積1390m2,分兩個人防單元 ,層高4.4m,樁基采用預(yù)應(yīng)力砼管樁。 
地下室的設(shè)計中考慮人防的問題,有一個平戰(zhàn)結(jié)合的問題,即既要考慮平常使用時荷載較小,需滿足建筑使用上大空間的問題,又要考慮人防時荷載較大,結(jié)構(gòu)上很難滿足大空間的問 題,如何協(xié)調(diào)兩種狀態(tài)下不同的使用要求,以下講幾點筆者在人防設(shè)計方面的一些體會,以資借鑒。 
2.人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點 
人防即人民防空,人民防空的任務(wù)是根據(jù)國防的需要,動員和組織群眾采取防護措施,防范和減輕空襲危害。除采取人員疏散的措施之外,也是戰(zhàn)時防空的最重要的措施之一。防空地 下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包含兩方面:一是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計,包括頂板、外側(cè)墻、底板等其它構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計,二是孔口防護設(shè)計,包括出入口的防護和消波系統(tǒng)(防護設(shè)備),其中出入口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道(包括風(fēng)井)的計算等幾個方面,而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門的選用和擴散室(箱)的設(shè)計,那么,這些內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計與一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計有何不同呢? 
第一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性可以降低,一般建筑結(jié)構(gòu)pf≈10,而人防結(jié)構(gòu)pf≈6% ,第二,考慮結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng),第三,結(jié)構(gòu)構(gòu)件可考慮進入塑性工作狀態(tài),第四、材料設(shè)計 強度可以提高,實驗表明,在快速加載的情況下,這時材料力學(xué)性能發(fā)生比較明顯的變化,主要表現(xiàn)為強度提高,但變形性能包括塑性性能等基本不變,這對結(jié)構(gòu)工作起到有利作用, 例如鋼材強度可提高1.15~1.5倍,對砼強度可提高1.5倍,這是在設(shè)計中考慮材料強度綜合 調(diào)整系數(shù)來完成的,第五,重視構(gòu)造要求,人防設(shè)計的許多構(gòu)造要求是與一般的建筑設(shè)計不同的,要求更為嚴格,故僅僅只考慮受力計算,不考慮構(gòu)造措施是不合理的。 
根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點,我們可以確定防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則,①平戰(zhàn)結(jié)合,取控制條件,在民用建筑的人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,一般只涉及5級或6級人防設(shè)計,結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時控制,而側(cè)墻和底板則因地下室的結(jié)構(gòu)型式的不同而由實際情況 確定;②只進行強度的驗算,由于在核爆動荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已用允許延性比的控制,且在確定各種構(gòu)件允許延性比時,已考慮了對變形的限制,因而在防空地下室結(jié)構(gòu) 設(shè)計中,不必再單獨對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫開展進行驗算;③只考慮一次核襲擊;④注意各部件的協(xié)調(diào),以免因設(shè)計控制標準不一致而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部先行破壞,失去整個防護建筑 的作用;⑤地面與地下承重結(jié)構(gòu)體系要協(xié)調(diào),不能出現(xiàn)兩者強弱相差較大的情況。 
了解了結(jié)構(gòu)人防設(shè)計的特點及原則之后,我們首先就必須確定計算所需的荷載值。 
3.人防荷載的確定 
如前所述,人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮抵抗空氣沖擊波。當(dāng)核武器在空中爆炸時,當(dāng)沖擊波傳播到地表時,形成反射沖擊波,因反射波是在被入射波壓密和加熱過的空氣中傳播,且 壓力又高,所以反射波的傳播速度要比入射波快,當(dāng)反射波波陣面終于趕上入射波波陣面后,則匯合成為一單一的沖擊波,即合成波,合成波波陣面靠近地面部分是垂直于地面的,即 合成波是水平方向傳播的,對抗力等級較低的防空地下室來說,所受的沖擊波即為這種合成 
波(即地面沖擊波)。防空地下室的頂板一般就直接承受地面沖擊波的超壓和負壓作用,而對于側(cè)壁和底板,因空氣沖作用于地表,壓迫土體并使其產(chǎn)生運動,上層土體受壓后連續(xù)向下 傳遞壓力,這種土體的壓縮狀態(tài)由上向下逐層傳播過程稱為土中壓縮波的傳播,當(dāng)遇到側(cè)壁或底板的阻擋后,則會產(chǎn)生超壓、動壓和負壓作用,這就是側(cè)壁和底板需考慮的問題。 
本工程人防地下室防護等級為6級(級別的確定是根據(jù)國家制訂的《人民防空工程戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要 求》確定的,是由人防部門確定后發(fā)文予設(shè)計單位),采用全埋式現(xiàn)澆鋼筋混凝土人防地下 室,各部位等效靜荷載取值分別為: 
3.1頂板:首層外墻為180mm實心磚填充墻,且墻面開孔面積大于50%,故不計上部建筑物對 地面空氣沖擊波超壓作用的影響,等效靜荷載標準值 
q=60KN/m2。 
3.2側(cè)墻:上部建筑物為抗震設(shè)防的框架―剪力墻結(jié)構(gòu),故應(yīng)放入上部建筑物對地面空氣沖擊波超壓值的影響,根據(jù)本工程地質(zhì)條件,人防地下室側(cè)壁范圍內(nèi)分別有非飽和土和飽和土 ,取其加權(quán)平均值,并考慮周圍基坑支護的阻隔作用,故地下室側(cè)壁等效靜載荷標準值q =40KN/m2。 
3.3底板:本工程采用樁基礎(chǔ),當(dāng)核爆荷載q作用于頂板時,荷載隨板、梁、柱傳至 樁上,因人防設(shè)計時不考慮地基承載力和地基變形,由q產(chǎn)生的q由樁與底 板共同承受,故小于規(guī)范中按箱形地下室底板的等效靜荷載值40~50KN/m2。,與平時荷 載作用下因樁不均勻沉降而產(chǎn)生的底板受力相比,不起控制作用,故不予考慮。 
3.4門框墻:所受荷載由兩部分組成,一是直接作用在墻上的荷載qe=200KN/m2。;二是 由門扇傳來的等效靜載標準值,分別按門扇的型號、大小計算確定。 
3.5臨空墻:依工程實際情況和規(guī)范表4.5.7取其等效靜荷載標準值為130KN/m2。 
3.6隔墻:隔墻分兩種,一是相鄰防護單元間隔墻的設(shè)計壓力值為50KN/m2。;二是6級人 防地下室與普通地下室相鄰間的隔墻,其普通地下室一側(cè)的設(shè)計壓力選用值為90KN/m2。 。 
其它各種防護密閉門、防爆波活門、擴散室的設(shè)計壓力均由規(guī)范中有關(guān)規(guī)定選用,當(dāng)所有構(gòu)件的等效靜荷載值確定后,即可進行結(jié)構(gòu)計算。 4.荷載組合和內(nèi)力分析 
作用在防空地下室結(jié)構(gòu)上的荷載,應(yīng)包括核爆動荷載、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及防空地下室的自重等,規(guī)范中對防空地下室不同部位應(yīng)考慮的荷載組合給出了一個表格,結(jié) 構(gòu)設(shè)計時可根據(jù)各工程的結(jié)構(gòu)特點結(jié)合表格確定所需進行荷載組合的項目,本工程各個部位參與組合的荷載分別為: 
4.1頂板:頂板核爆動荷載標準值,頂板靜荷載標準值。 
4.2側(cè)墻:豎向:頂板傳來的核爆動荷載標準值、靜荷載標準值,上部建筑物自重標準值(僅 有局部剪力墻部位),外墻自重標準值。橫向:核爆動荷載產(chǎn)生的水平動荷載標準值、土壓力、水壓力。 
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