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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