1、施 工 技 术CONSTRUCTION TECHNOLOGY2012 年 12 月第 41 卷 增刊高层建筑人防地下室结构设计李 艳 ， 杨家骅( 天津市市政工程设计研究院轨道建筑分院 ， 天津 300051) 摘要 随着社会经济的发展 ， 城市建设和人防建设不断结合 。人防地下室设计是工程建设中 ， 尤其是多高层建筑中 ， 经常会遇到的问题 。结合工程实例 ， 对高层建筑人防地下室结构设计的若干问题进行了分析与探讨 。 关键词 高层建筑 ; 人防工程 ; 地下室 ; 结构设计 中图分类号 TU927; TU318 文献标识码 A 文章编号 1002-8498( 2012) S1-0344-0
2、3Structure Design of Civil Air DefenseBasement of High-rise BuildingLi Yan， Yang Jiahua( Tianjin Municipal Engineering Design Research Institute， Tianjin 300051， China)Abstract: With the rapid development of social economy， the combination between urban construction and civil air de-fense constructi
3、on gets an unprecedented development The design of the civil air defense basement construction projects，especially in high-rise buildings， which is the problem that always must handle appropriately In this paper， authors dis-cussed a number of issues for the design in couple with the specific engine
4、ering casesKey words: tall buildings; civil defence fortifications; basement; structure design 收稿日期 2012-08-29 作者简介 李 艳 ， 工程师 ， E-mail: violary126 com0 引言近年来 ， 我国经济高速持续发展 ， 城市建设规模和建设水平不断提高 ， 城市地下空间的开发与利用越来越受到人们的重视 ， 同时人们对城市综合防灾能力的要求也越来越高 。作为与城市建设相结合的人民防空工程建设 ， 尤其是人民防空地下室工程的建设得到空前发展 。在民用建筑设计中 ， 高层住宅及
5、写字楼由于使用需要 ， 通常设置裙房以及地下停车场 ， 主楼地下室与裙房地下室连为一体 ， 形成大底盘结构 ， 平时用作地下车库和设备房间 ， 战时部分用作人防地下室 。此类地下室一般面积大 ， 结构形式复杂 ， 与平时使用关联较多 ，设计中在结构本身强度满足人防工程建设要求的前提下 ， 还要考虑到平时使用时的功能特点和要求 ， 统筹规划才能达到 “平战结合 ”的设计要求 。本文就此通过工程实例分析 ， 对包含人防结构的多高层建筑地下室结构设计中遇到的问题进行分析与探讨 。1 防空地下室设计特点多高层建筑的防空地下室结构是整个建筑体系的一部分 ， 其结构设计应同时满足平时和战时两种不同荷载效应
6、组合的要求 。其设计特点包括以下几点 。1) 防空地下室结构体系布置应结合地面建筑体系特点布置 。建筑前期方案协同设计时 ， 防空地下室结构承重构件应尽量与地面建筑结构承重构件对应 ， 以使荷载通过防空地下室的承重构件直接传至地基基础上 。2) 钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段设计 。考虑结构的动力响应 ， 结构设计的可靠性可以降低 ; 结构构件进入塑性工作状态时可吸收更多能量 ， 充分发挥材料潜力 ， 材料设计强度可以提高 ， 具有较大的经济意义 。3) 在爆炸动荷载作用下 ， 结构可只进行强度计算 ，不进行变形 、裂缝及地基承载力计算 。4) 重视人防结构构造要求 ， 提高抗塌毁性能
7、。如人防地下室在材料强度等级 、结构构件最小厚度 、保护层厚度和最小配筋率等各个方面 ， 此外在嵌固端构造要求以及超长结构差异沉降处理等方面需结合上部高层结构共同考虑 。5) 平战转换设计 。人防地下室战时与平时考虑的荷载效应组合不同 ， 取其中控制条件作为人防地下室结构设计的依据 ; 此外平时使用要求与战时防护要求不一致时 ， 应采取平战功能转换措施 ， 并能在规定时限内快速有效地完成功能转换 。2 工程实例分析本文通过 2 个实例对防空地下室设计特点 ， 就笔者设计中遇到的问题进行分析和小结 。21 工程简介1) 项目 1 某综合办公楼 ， 主楼 17 层 ， 裙房 4 层 ，443主楼为
8、框架 -剪力墙结构 ， 裙房为框架结构 ， 主楼高687m， 基础形式为桩基承台 ， 埋深 5 8m。1 层地下室面积为 6 910m2， 其中含人防面积 3 908m2， 平时使用功能为车库 ， 战时使用功能为二等人员掩蔽部 ， 共 2 个防护单元 ， 防护级别为甲类核 6 级 ， 常 6 级 。人防分区及构造措施如图 1 所示 。图 1 项目 1 人防分区及构造措施示意2) 项目 2 某住宅主楼 25 层 ， 裙房 3 层 ， 主楼为框架 -剪力墙结构 ， 裙房为框架结构 ， 主楼高 78 95m， 基础形式为桩基承台 ， 埋深 5 2m。1 层地下室面积为6 780m2， 其中含人防面积
9、 3 320m2， 平时使用功能为车库 ， 战时使用功能为二等人员掩蔽部 ， 共 2 个防护单元 ， 防护级别为甲类核 6 级 ， 常 6 级 。人防分区及构造措施如图 2 所示 。22 结构布置项目 1 功能性质为综合办公楼 ， 共设两处车道出入口 ， 一处位于人防结构范围外 ; 每个防护单元各有主要及次要出入口一处 ， 人防地下室主要位于裙房及室外地面下 。项目 2 功能性质为高层住宅 ， 设一处车道出入口 ， 位于人防结构范围外 ; 每个防护单元各有主要及次要出入口一处 ， 人防地下室主要位于高层结构及室外地面下 。通过对比 ， 项目 1: 由于办公楼主要设备房间需设置于地下室北侧 ，
10、使得人防口部构件与高层竖向受力构件单独设计 ; 直通室外通道及竖井多数位于防倒塌范围外 ， 减少部分防倒塌构件设计 。项目 2: 人防口部构件与图 2 项目 2 人防分区及构造措施示意高层竖向受力构件剪力墙及框架柱结合设计 ， 传力构件布局合理 ; 直通室外通道位于高层范围内 ， 防倒塌结构需结合室外建筑布局和功能要求设计 。人防结构与地上建筑设计需紧密结合 ， 尤其人防墙体利用上部结构受力构件共同布置 ， 使地下结构得到充分利用 。23 弹塑性设计在爆炸动荷载作用下 ， 结构构件变形极限需要用允许延性比控制 ， 规范在确定各种结构的允许延性比时已经考虑变形限制和防护密闭的要求 ， 因而防空地
11、下室结构在爆炸动荷载作用下不必进行变形裂缝验算 ; 荷载取值只考虑一次核袭击 ; 同时注意各部件的抗力协调 ， 避免局部先行破坏 。此外 ， 笔者在项目 1 设计过程中 ， 遇到以下问题 :因办公楼柱网布置局部较大 ， 所以结构设计中少数布置处混凝土梁延性比计算较难通过 ， 但提高整体混凝土强度等级极不经济 ， 最终采用如下方法解决 : 当受拉钢筋配筋率 max， 增配截面受压钢筋 ， 有效降低受压区高度 ， 使允许延性比满足规范要求 ; 当 max， 增大受弯构件截面尺寸使得受拉钢筋配筋率 max， 再增配受压钢筋 。24 结构计算人防地下室结构设计的主要内容包含以下两方面 : 主体结构设计
12、 ， 包括顶 、底板 ， 外侧墙等构件设计 。口部防护设计 ， 防护密闭门与消波系统 ; 通道临空墙门框墙设计 ; 孔口构件 ， 如风井防倒塌棚架以及相邻单元间隔墙等设计 。5432012 增刊 李 艳等 : 高层建筑人防地下室结构设计对于人防荷载取值 、荷载组合 、计算模型以及内力分析相关规范及图集都有明确规定 ， 笔者不重述 ， 只提出以下两点注意 : 在民用建筑的人防地下室的结构设计中 ， 一般只涉及 5 级或 6 级人防设计 ， 结构的顶板基本上都由战时控制 ， 而侧墙和底板则因地下室的结构形式 、埋深 、抗浮设计水位等因素取平时及战时不利工况确定 。在核武器荷载作用下的基础设计中 ，
13、一般情况按平时使用条件下验算地基承载力 ( 战时地基承载力和变形可不验算 ) ， 按战时和平时使用条件下取不利情况进行基础验算 。当防空地下室基础采用桩基础时 ， 桩本身应按计入上部传来的核武器爆炸动荷载效应组合值来验算构件强度 。25 构造要求如图 1a， 2a 所示 ， 项目 1 和项目 2 地下室结构均为超长结构 ， 同时由于人防地下室密闭要求 ， 且在防护单元内及口部不能设沉降缝 ， 此时控制结构的差异沉降成为结构设计的关键问题 。就此问题 ， 本工程均采取以下措施 : 高层与裙房及地下室结构连接部位设置沉降后浇带 ， 待高层沉降稳定后再浇筑 ， 使地下结构连为一体 ， 后浇带设置时应
14、避开密闭通道等有防护密闭要求的部位 。在混凝土中掺加膨胀剂 ， 利用膨胀剂的补偿收缩功能 ， 减少混凝土硬化过程中的收缩应力 。底板较厚时 ， 混凝土采用分层浇筑 ， 阶梯式推进 ， 在每层混凝土初凝前完成上层浇筑 。减小墙体水平分布钢筋间距和提高其最小配筋率 ， 以控制和减少混凝土结构裂缝的产生 。26 平战转换由于人防工程是战时受袭时作为保障城市居民生命安全 ， 并具有特殊功能要求的建筑物 ， 因此结构需要承受的荷载较一般结构大几十倍至数百倍 ， 此外结构密闭要求很高 ， 所以在设计中应尽量减小结构跨度 ， 减少并缩小直通大气的各种孔口 ， 而这种原则 ， 恰为平时功能使用造成困难 ， 规
15、范中对此点作指导性的规定 ， 具体做法应根据平战要求和工程本身的实际条件综合确定 。3 结语随着城市地下空间开发利用的程度提高 ， 人防工程规划建设的力度日益加大 ， 地下结构合理有效的设计工作也面临越来越多的挑战 。本文结合工程实例 ，针对笔者在人防地下室高层结构设计过程中遇到的主要问题提出几点探讨性意见 ， 以期对初学者或类似工程提供借鉴 。参考文献 : 1 国家人民防空办公室 GB500382005 人民防空地下室设计规范 S 北京 : 中国建筑工业出版社 ， 2005 2 上海市地下建筑设计研究院 ， 中国建筑标准设计研究院 07FG0105 防空地下室结构设计 ( 2007 年合订本 ) M 北京 : 中国计划出版社 ， 2007 3 中国建筑科学研究院 JGJ32010 高层建筑混凝土结构设计规范 S 北京 : 中国建筑工业出版社 ， 2010 4 中国建筑科学研究院 GB500112010 建筑抗震设计规范 S 北京 : 中国建筑工业出版社 ， 2010 5 刘佳伟 人防砼梁延性比问题探讨 J 福建建筑 ， 2008( 11) :54-56643 施工技术 2012 增刊
