人防工程建設(shè)是國(guó)家建設(shè)的重要組成部分。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，人防主管部門規(guī)定許多建筑都要建設(shè)附建式人防工程，以保證戰(zhàn)時(shí)人民生命的安全，因此人防工程的設(shè)計(jì)需要我們進(jìn)行研究和總結(jié)。人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，取決于計(jì)算方法是否正確、基礎(chǔ)選型是否合適、電算計(jì)算程序所用的系數(shù)是否合理。本文以某工程為例對(duì)高層建筑下設(shè)置附建式人防工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。
該工程為某小區(qū)的高層住宅，主樓26層，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)。主樓之下設(shè)有兩層地下室，地下一層為儲(chǔ)藏室，地下二層為人防地下室，人防等級(jí)為核6級(jí)。主樓的四周設(shè)有普通地下車庫(kù)，框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立式基礎(chǔ)。車庫(kù)的基礎(chǔ)底與主樓基礎(chǔ)底標(biāo)高相同，車庫(kù)頂板的標(biāo)高位于主樓地下一層的層間。頂板之上有1.6米厚的覆土，車庫(kù)的結(jié)構(gòu)與主樓連成一體。主樓的一側(cè)設(shè)有兩層的裙房，框架結(jié)構(gòu)，是由下面的地下車庫(kù)上延而成的，此部分從車庫(kù)頂板開始與主樓脫開。2 人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
人民防空工程簡(jiǎn)稱人防工程，是為保障戰(zhàn)時(shí)人員、物資掩蔽、人防指揮、醫(yī)療救護(hù)等需要而建造的防護(hù)建筑。人防工程分為坑道式、地道式、單建式、附建式四類，我們廣為應(yīng)用的防空地下室多為附建式。附建式防空地下室是結(jié)合地面建筑修建的戰(zhàn)時(shí)用于人民防空的具有一定防護(hù)能力的地下室，是人防工程的主體，具有國(guó)家規(guī)定的防護(hù)能力和各項(xiàng)戰(zhàn)時(shí)防空功能，是實(shí)施人民防空最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是戰(zhàn)時(shí)保障城市居民就近就地掩蔽、減少傷亡損失的重要途徑。附建式人防地下室是經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)型式。尤其是高層建筑，總是要設(shè)置地下室的，設(shè)置地下室是高層建筑的穩(wěn)定計(jì)算所必需的。對(duì)保定市區(qū)而言，如果能設(shè)置兩層地下室，就能較好的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)躍過(guò)軟弱土層。這些人防地下室在平時(shí)(非戰(zhàn)時(shí))還可以用作其他用途，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是要考慮戰(zhàn)時(shí)承受核爆炸動(dòng)荷載的作用，人防構(gòu)件則直接承受空氣沖擊波和土中壓縮波的作用。由于動(dòng)荷載的內(nèi)力計(jì)算較為復(fù)雜，需要進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并滿足動(dòng)荷作用狀態(tài)的受力情況，因此采用等效靜荷載法是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的最好途徑。此種方法使人防設(shè)計(jì)得到充分的簡(jiǎn)化，并且能保證戰(zhàn)時(shí)防護(hù)功能的要求。2.2人防工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人防工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與普通建筑一樣，需要兼顧經(jīng)濟(jì)性、合理性和耐久性的要求，從中選擇最優(yōu)的基礎(chǔ)型式。人防工程應(yīng)驗(yàn)算核武器爆炸動(dòng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)承載力，用以保證結(jié)構(gòu)的安全。因?yàn)槠涫芎蛇^(guò)程時(shí)間很短，因此對(duì)地基承載力、地基變形、裂縫可不進(jìn)行驗(yàn)算。值得注意的是，人防等效靜荷載顯然很大，但不一定就能作為設(shè)計(jì)的控制條件，需要與平時(shí)使用條件下的情況進(jìn)行對(duì)比，選擇不利的情況作為設(shè)計(jì)的主控依據(jù)。平時(shí)即和平時(shí)期，驗(yàn)算時(shí)與無(wú)人防的工程大致相仿，恒荷、活荷均乘以荷載規(guī)范中規(guī)定的分項(xiàng)系數(shù)。而戰(zhàn)時(shí)的驗(yàn)算需同時(shí)考慮戰(zhàn)時(shí)核武器爆炸等效靜荷載和恒荷，不再考慮活荷，且恒荷不乘以分項(xiàng)系數(shù)。由于主樓層數(shù)較多，從而恒荷較重、活荷層數(shù)較多，經(jīng)過(guò)比較，往往為平時(shí)的受力狀態(tài)所控制。主樓的基礎(chǔ)計(jì)算按無(wú)人防情況下的計(jì)算方法即可，但結(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)該按人防要求進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)分析研究之后基礎(chǔ)型式設(shè)計(jì)成筏板基礎(chǔ)，滿足了各方面的設(shè)計(jì)要求。主樓周圍的裙房部分層數(shù)少、荷載小，如果采用筏板基礎(chǔ)是不經(jīng)濟(jì)的，于是采用的獨(dú)立基礎(chǔ)。但是地下工程有防水要求，獨(dú)立基礎(chǔ)本身是不能做到的。為此在獨(dú)立基礎(chǔ)之間加了防水板，這樣做既滿足了防水功能的要求，而且經(jīng)濟(jì)性得到了實(shí)現(xiàn)。人防地下室與普通地下室一樣，當(dāng)主樓地下室四周不是直接與土壤相連時(shí)，要關(guān)注主體結(jié)構(gòu)是否有可靠的側(cè)限，它關(guān)乎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問(wèn)題。該工程四周的車庫(kù)結(jié)構(gòu)有著較好的剛度，車庫(kù)頂板之上的覆土也能起到側(cè)限的作用。車庫(kù)頂板的標(biāo)高在主樓地下一層的層間，對(duì)于傳遞主樓的傾覆力是一個(gè)不利的因素，為此在頂板與主樓地下室外墻交接處采取了加強(qiáng)措施。關(guān)于主樓基礎(chǔ)下地基承載力的深度修正問(wèn)題，當(dāng)主樓地下室四周有裙房地下室時(shí)，如果基礎(chǔ)為筏型基礎(chǔ)，并且基礎(chǔ)之上的重量能夠等同挖出土體的重量時(shí)，主樓基礎(chǔ)下承載力的深度修正可以按室外地坪至主樓基底的距離進(jìn)行。該工程附房基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)，深度修正的深度應(yīng)該按主樓基底至附房地下室室內(nèi)地坪的距離。 2.3人防工程頂板設(shè)計(jì)
上部結(jié)構(gòu)的作用是眾所周知的，它關(guān)系到各層的安全以及建筑功能的充分發(fā)揮，上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選型要與人防工程的結(jié)構(gòu)選型相匹配。作為本工程來(lái)說(shuō)，地面之上部分不設(shè)人防，只要荷載、構(gòu)件尺寸選取得當(dāng)，很容易滿足要求，因此我們著重對(duì)地下二層頂?shù)娜朔理敯暹M(jìn)行討論。
普通工程承受的是靜荷載，而人防工程承受的是爆炸產(chǎn)生的動(dòng)荷載，空氣沖擊波的升壓時(shí)間是非常短的，這也是人防工程與普通工程的根本區(qū)別。人防工程在快速加載的情況下，材料的強(qiáng)度得到了提高，因此利用普通情況下的材料強(qiáng)度應(yīng)乘以一個(gè)大于1的材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)rd。鋼材按不同的種類有著不同的rd，混凝土按不同的強(qiáng)度等級(jí)、砌體按不同的材料也有著不同的rd。人防工程與普通工程一樣，當(dāng)構(gòu)件是延性破壞時(shí)的安全儲(chǔ)備大，脆性破壞時(shí)的安全儲(chǔ)備小。因此對(duì)脆性破壞的受力情況需乘以一個(gè)小于1的動(dòng)荷載作用下的強(qiáng)度折減系數(shù)，使脆性破壞的部位不會(huì)過(guò)早地破壞，并且使整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞時(shí)間得到延長(zhǎng)。有兩種情況需要進(jìn)行折減，其一是按等效靜荷載進(jìn)行梁、柱斜截面承載力驗(yàn)算時(shí)，混凝土及砌體在動(dòng)荷載作用下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以折減系數(shù)0.8;其二是按等效靜荷載進(jìn)行墻、柱受壓正截面承載力驗(yàn)算時(shí)，混凝土及砌體在動(dòng)荷載作用下的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以折減系數(shù)0.8。當(dāng)進(jìn)行構(gòu)件計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的計(jì)算項(xiàng)目分別對(duì)材料強(qiáng)度進(jìn)行修正，有的只乘材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)rd，有的則乘以材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)rd與折減系數(shù)(0.8)的乘積。人防梁、板的傳統(tǒng)算法，計(jì)算過(guò)程比較繁瑣。隨著計(jì)算軟件的不斷開發(fā)和完善，PKPM等軟件已有了計(jì)算人防梁、板的程序，大大減小了工作量，但對(duì)于人防梁、板計(jì)算原理的理解是設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)分析所采用的電算程序應(yīng)經(jīng)考核和驗(yàn)證，其技術(shù)條件應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)于電算的計(jì)算結(jié)果應(yīng)依靠經(jīng)驗(yàn)和其他有效的方法進(jìn)行檢查后方可使用，不能盲目地采用計(jì)算結(jié)果。2.3.3計(jì)算系數(shù)的選取問(wèn)題隨著PKPM計(jì)算軟件的廣泛應(yīng)用，在計(jì)算本工程梁、板時(shí)只要根據(jù)本工程的建筑形狀輸入相符的模型，并輸入正確的梁、板相關(guān)信息之后，即可根據(jù)電算得到的梁、板配筋做出施工圖。因此計(jì)算結(jié)果的合理性是至關(guān)重要的。輸入模型時(shí)主樓與裙房是連在一起的，樓板為非抗震構(gòu)件，其計(jì)算結(jié)果與SATWE中的系數(shù)選取并無(wú)關(guān)系。但是，梁是重要的抗震構(gòu)件，軟件中人工輸入的SATWE中各個(gè)調(diào)整系數(shù)對(duì)梁配筋量的影響很大。主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，而其周圍的地下車庫(kù)及商業(yè)用房均為框架結(jié)構(gòu)，兩種不同的結(jié)構(gòu)體系使用相同的設(shè)計(jì)參數(shù)顯然是不合理的。首先，兩種結(jié)構(gòu)體系的周期折減系數(shù)應(yīng)有所差別?；炷两Y(jié)構(gòu)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移分析時(shí)，只考慮梁、柱、墻等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，而沒(méi)有考慮框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)中填充墻的剛度，造成計(jì)算結(jié)果中的周期較長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果偏小。在實(shí)際計(jì)算中，應(yīng)根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)類型和填充墻的多少通過(guò)調(diào)整周期折減系數(shù)使計(jì)算結(jié)果更加真實(shí)。主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，墻體較多，車庫(kù)及商業(yè)用房為框架結(jié)構(gòu)，墻體較少，因此兩者應(yīng)區(qū)別對(duì)待。其次，主樓需要考慮連梁的剛度折減。在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中，高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用彈性剛度參與整體分析。但剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度相對(duì)墻體剛度較小，而承受的彎矩和剪力往往較大，超筋現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當(dāng)開裂而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體等其他構(gòu)件上。本工程是將連梁的剛度折減系數(shù)定為0.55。再者，主樓為核6級(jí)人防，而其周圍的裙房無(wú)人防要求，也應(yīng)區(qū)別對(duì)待。本工程地下二層頂梁、板的計(jì)算采用了下面的方法。第一次計(jì)算時(shí)，輸入人防荷載，考慮連梁剛度折減系數(shù)0.55，結(jié)構(gòu)體系選定為剪力墻結(jié)構(gòu)，周期折減系數(shù)取為0.9，此次計(jì)算只選取主樓部分的計(jì)算結(jié)果。另外拷貝一個(gè)計(jì)算文件進(jìn)行第二次計(jì)算，去掉人防荷載，不考慮連梁剛度折減系數(shù)，結(jié)構(gòu)體系選定為框架結(jié)構(gòu)，周期折減系數(shù)取為0.8，此次計(jì)算只選取裙房部分的計(jì)算結(jié)果。這樣一來(lái)，雖然計(jì)算的工作量有所增加，但其計(jì)算結(jié)果比較真實(shí)地符合結(jié)構(gòu)的受力狀況。人防工程的構(gòu)造規(guī)定是根據(jù)其承受動(dòng)荷載以及荷載較大的特點(diǎn)而制定的，是保證核爆炸動(dòng)荷載作用的工作所必需的。防空地下室結(jié)構(gòu)使用的材料、地下室的抗?jié)B等級(jí)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最小厚度等都比普通結(jié)構(gòu)要求高。由于防空地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸通常較大，某些部分的受力鋼筋如果不注意會(huì)出現(xiàn)小于最小配筋百分率的情況，這種現(xiàn)象應(yīng)該避免出現(xiàn)?？刂谱钚∨浣畎俜致示涂梢愿纳破浯嘈蕴卣鳎苊饣炷镣蝗粔簼?。地下人防的鋼筋混凝土板、墻體都是雙面配筋，應(yīng)該按要求設(shè)置梅花形排列的拉結(jié)鋼筋。這項(xiàng)構(gòu)造措施能保證構(gòu)件在振動(dòng)環(huán)境下鋼筋與混凝土很好地共同工作。若在防護(hù)單元內(nèi)設(shè)置沉降縫、伸縮縫，防護(hù)縫的處理是非常困難的。這些結(jié)構(gòu)縫的處理目標(biāo)是既能阻止沖擊波又不能影響沉降縫和伸縮縫的功能。目前還沒(méi)有合適的材料也沒(méi)有合適的連接方法來(lái)解決這一問(wèn)題，因此在防護(hù)單元內(nèi)不宜設(shè)置沉降縫和伸縮縫。在室外出入口與主體結(jié)構(gòu)連接處，宜設(shè)置沉降縫。因?yàn)槌两悼p設(shè)在防護(hù)密閉門之外，沒(méi)有結(jié)構(gòu)縫需要防護(hù)的問(wèn)題。另外，室外出入口及走道一般都是狹長(zhǎng)的，從協(xié)調(diào)變形的角度考慮也應(yīng)該在此處設(shè)置沉降縫。單建式人防工程一般都是由專業(yè)設(shè)計(jì)單位去完成，我們遇到的較少，而我們接觸到的附建式人防工程卻越來(lái)越多，需要不斷深入地學(xué)習(xí)和探討。我們要選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，計(jì)算中要明了其與普通結(jié)構(gòu)的相同和不同之處，充分利用人防工程的電算程序，做到既簡(jiǎn)化計(jì)算又要與工程的實(shí)際情況相符合，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
