对人防地下室结构设计问题探讨

　　摘要：文章主要针对甲类五、六级防空地下室结构设计中的一些问题进行分析探讨，提出了自己的观点和解决问题的方法，并提出了采用PKPM系列软件一次完成地下室底板平时和战时计算的方法。
　　关键词：防空地下室，结构设计，等效静荷栽
　　1板柱结构的特点
　　目前，单建式防空地下室由于顶板标高无变化、作用荷载较大，特别适宜采用板柱结构。在甲类防空地下室结构施工中，它具有以下特点：
　　（1）地下室采用板柱结构具有施工方便、室内美观的特点，
　　（2）在软土地区施工具有较好的经济性
　　（3）在保证使用净高要求的前提下，能有效减小房屋层高的优点，且减小地下室层高，就可减少基坑开挖深度，自然可降低深基坑围护造价和减少土方开挖量，因而可大大降低综合造价。
　　2等效静荷载的取值
　　根据《人民防空地下室设计规范》(GB50038—2005)的规定，甲类防空地下室结构应分别按平时使用状态的结构设计荷载组合、战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用的荷载组合及战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用的荷载组合进行设计。实际上，由于战时材料强度取值、截面设计规定、结构构造要求等均相同，仅等效静荷载取值不同，采用等效静荷载法进行结构设计时，可将战时的两种组合合并为一种，取用常规武器爆炸等效静荷载与核武器爆炸等效静荷载中的较大值即可，这样大大减小了计算工作量。
　　通过比较，对于甲类5级(核5级、常5级)、6级(核6级、常6级)防空地下室可以得出：顶板等效静荷载取核5、核6级的值。饱和土中外墙等效静荷载当0<h≤1.5Ill(h为顶板板面埋置深度)时，取常5、常6级的值；当1.5m<h≤3.0m(h为顶板板面埋置深度)时，取核5、核6级的值。底板等效静荷载取核5、核6级的值。门框墙、临空墙对甲类6级防空地下室当出人口坡度f<30度，室外直通出入口L≤10m、室外单向出入口￡≤8m时等效静荷载取常6级的值，当出入口坡度f≥30度，室外直通出入口￡≤15m、室外单向出入口L<13m（对临空墙L<15m）时等效静荷载取常6级的值，除以上情况外其余均取核6级的值；对甲类5级防空地下室当出入口坡度f<30度，室外直通出入口L<6.5m时等效静荷载取常5级的值，当出入口坡度f≥30度，室外直通出入口L<9.5m、室外单向出入口￡≤7.5m时等效静荷载取常5级的值，除以上情况外其余均取核5级的值。防护单元之间的隔墙、防倒塌棚架和楼梯等的等效静荷载均取核5、核6级的值。
　　3构件尺寸的确定
　　地下室顶板厚度首先要满足防空地下室战时的防护厚度，对不同的抗力级别，《人民防空地下室设计规范》有明确的规定。顶板由于是无梁楼盖，楼板厚跨比宜大于1／30。同时楼板厚度应满足抗冲切要求，抗冲切验算应按平时和战时分别进行。
　　平时抗冲切验算可按《混凝土结构设计规范》(GB50010--2002)p1中的公式7.7.1—1进行，公式中F，为平时使用荷载(恒载和活载，采用基本组合)作用产生的冲切荷载设计值，可取柱所承受的轴向力设计值减去柱顶冲切破坏锥体范围内的荷载设计值；．f为混凝土轴心抗拉强度设计值，按《混凝土结构设计规范》表4.1.4采用。
　　战时抗冲切验算可按《人民防空地下室设计规范》附录D中的公式D.2.2—1进行，公式中fvl为混凝土在动荷载作用下抗拉强度设计值，按《人民防空地下室设计规范》第4．2．3条规定取值；F．为恒载G。(包括顶板自重、粉刷重和覆土重)和顶板等效静荷载Q。共同作用所产生的冲切荷载设计值，计算冲切荷载设计值时，作用在顶板上的荷载设计值g沿按下式计算：
　　q设=1.2Gk+1.OQk
　　全埋式地下室外墙和底板厚度，《人民防空地下室设计规范》无明确规定，其厚度应满足防水要求、平时和战时的承载力要求以及平时抗裂和变形要求，根据水头和混凝土设计抗渗等级，对5级、6级防空地下室可按《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3_2002)。41表12.1.9确定；另外，地下室侧墙做为无梁楼盖的边支座，其厚度应满足无梁楼盖的负筋锚固要求，厚度应大于0.41。(Z。为受拉钢筋的锚固长度)。柱截面尺寸由轴压比控制。其余构件如临空墙、防护单元隔墙等按《人民防空地下室设计规范》要求确定。
　　4内力和配筋的计算
　　板柱结构的内力计算可采用近似法如等代框架法、直接设计法(有使用条件)，也可采用有限元法进行精确计算。应优先采用有限元法进行计算。
　　有限元分析软件较多，但大多数不能进行战时计算，不能直接用于人防计算；一些只能进行人防构件计算，不能进行整体分析计算；采用PKPM系列SATWE软件，可进行整体分析，也可对平时和战时两种不同荷载效应组合进行计算，对板柱结构还可考虑柱帽作用。采用SATWE软件计算板柱结构，在工程数据建模时，应在柱与柱之间输入100mm×100mm的虚梁。目前，SATWE软件可计算防空地下室的顶板(无梁楼盖)、外墙、临空墙、梁和柱配筋，不能计算防护单元隔墙和门框墙等的配筋。防护单元隔墙和门框墙等町采用人防构件计算(如理正人防工程结构设计软件和PKPM系列JCCAD中工具箱)，也可参照全国通用图集《防空地下室结构设计》(2007年合订本)配筋。
　　5地下室底板的计算
　　对采用桩基础独立承台的防空地下室底板，按规范要求应分别按平时和战时两种情况单独计算，人工取最大包络配筋。按如下方法则可用PKPM系列软件一次完成平时和战时计算，即采用PMCAD软件按倒楼盖建一层防空地下室模型，顶板的恒载标准值按glk(计算见后)输入，顶板的活载标准值输0.01kN／m2(SATEW软件进行战时计算，要求必须输入活荷载)，采用SATWE进行计算，定义人防等级为5级或6级，但顶板的等效静荷载改用防空地下室底板的等效静荷载，对于5级人防为50kN／m2，对于6级人防为25kN／m2，这样可一次自动完成平时和战时计算，并取包络配筋，大大地提高了效率。能采用以上方法的原因如下：
　　作用在地下室底板上的荷载有等效静荷载、水的浮力和底板自重。由于水的浮力是满布的，可当恒载考虑，对结构不利；地下室底板自重，对结构有利。
　　战时防空地下室底板的恒载设计值gl设=1.2GFk一1.0Glk，式中GFk为作用在地下室底板上的水的浮力，Glk地下室底板自重；战时防空地下室底板的恒载标准值glk=gl设／1.2=GFk一0.8333G1k。
　　平时作用在地下室底板上的荷载设计值，ql设=1.35GFk一1.0Glk一1.4×0.7Qlk，式中GFk为作用在地下室底板上的水的浮力，Glk为地下室底板自重，Qlk为作用在地下室底板上的活荷载，当全按恒载输入时，平时作用在地下室底板上的折算恒载标准值qlk=ql设／1.35=GFk—0.7407Glk一0.7259Q1k。
　　glk—qlk=0.7259Q1k—0.0926Glk，由于Qlk一般不小于2.5kN／m2，当底板厚度小于0.7m(Glk小于17.5kN／m2)时，9lk—qlk>0，即glk>9lk。因此，按恒载标准值glk(活载输0.01kN／m2)进行平时验算，一般(一层地下室底板厚度一般为0.4m左右，二层地下室底板厚度一般为0.6m左右)是偏于安全的；对于软土地区，由于地下水位较高，偏于安全的提高幅度应在5％以内。
　　6桩基设计
　　由于在武器爆炸动荷载作用下，地基承载力有较大提高，同时安全系数也可取得相对较低，在这种瞬问荷载作用下，一般不会产生因地基失效引起结构破坏。因此，防空地下室在人防荷载作用下，可不验算地基承载力和地基变形。对于采用桩基的防空地下室，按单桩承载力特征值确定桩数时，可不考虑人防荷载作用，按平时荷载组合确定桩数即可。
　　根据静力荷载作用下桩基础的实测资料，由于打桩后土体往往产生较大的固结压缩量，以致在平时荷载作用下，虽然建筑物有一些沉降，但有的建筑物底板仍与土体相脱离。由于桩是基础的主要受力构件，为确保结构安全，在防空地下室结构设计中，桩身承载力应按计入上部墙、柱传来的核武器爆炸动荷载的荷载效应组合来验算，此时，桩身的材料强度可按《人民防空地下室设计规范》第4.2.3条规定取值。
　　7结束语
　　（1）板柱结构顶板厚度除应满足战时的防护厚度外，应分别按平时和战时进行抗冲切验算；地下室底板和侧板应满足防水要求；门框墙、临空墙和防护单元隔墙等构件按人防规范要求确定。
　　（2）板柱剪力墙结构防空地下室可采用PKPM系列SATWE软件进行整体分析。
　　（3）地下室底板可按倒楼盖建一层地下室模型，用PKPM系列软件一次自动完成平时和战时计算，并取包络配筋。

《对人防地下室结构设计问题探讨》

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