高层建筑人防地下室结构设计的难点分析

王丹 吴彬

【摘要】随着大量高层民用建筑的建设，人们对地下空间的利用率越来越高，同时国家对人民防空工程也越来越重视，使人防配建建筑面积指标不断提升，人防工程规模不断扩大。但由于人防工程的特殊、复杂、综合性特点，很多设计人员对人防工程设计原理掌握不全，导致在人防工程结构设计中存在一些设计不妥之处。笔者根据多年的工程实践，总结归纳了人防工程结构设计中易忽视的一些问题，并进行了详细论述。

【关键词】高层建筑;人防地下室;结构设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.25.055

地下室结构质量会直接影响地上工程的牢固度和稳定性，地下室结构设计同时也能对施工起到指导作用，设计质量关乎整体施工效果。因此，设计人员要重点关注地下室结构设计，提高设计水平，完善地下室结构设计，发挥成本管控作用。以下通过采用案例分析的方法针对相关问题进行研究。

1、工程概况

一座完整的办公楼主楼有17层，讲台上有4层。主楼是框架剪力墙结构，讲台是框架结构。主楼高68.7米，地基形状为埋深5.8米的塔顶，一楼地下室占地6910平方米，其中3908平方米为民防区。它在平时用作车库，战时用作二等职员的避难所。总共有两个保护单元，保护级别是A 6级和常规6级。人防分区及构造措施如图1所示。

2、高层建筑人防地下室结构设计的难点

2.1人防等效静载取值问题

人防地下室与普通地下室相邻的单元隔墙等效静载一般情况下可按相邻防护单元间等效静载取值。但有些特殊情况按上述取值可能欠妥。如有些地下室因场地存在较大高差，致使人防地下室部分位于场地较高一侧，而普通地下室位于场地较低一侧，普通地下室位于场地较低侧外墙为非钢筋砼墙，且该侧外墙开有较多洞口时，防护单元隔墙等效静载若按相邻防护单元隔墙荷载取值可能偏小，建议按室外直通出入口临空墙等效静载选取。

2.2战时出入口的设置问题

人防地下室战时主要出入口的位置虽由建筑专业人员确定，但位置的选择对结构专业设计影响很大，应引起结构专业设计人员的足够重视。战时主要出入口在条件允许的前提下，应优先设于地面建筑的倒塌范围之外。此做法结构设计简单、经济、合理。若条件受到限制，无法设于地面建筑的倒塌范围之外时，应设防倒棚架且与地面建筑主体结构分开。

2.3人防地下室门框墙、封堵设计问题

随着国家人防地下室门框墙、封堵相關标准图集的不断完善，给工程设计人员在人防结构设计中减轻了很大的工作量。但国家标准图集不可能完全解决工程实际中的所有复杂问题，且标准图集的使用也有其适用范围。故设计人员在套用标准图集时应搞清楚适用原则，并分析套用后在实际工程中可能带来的问题。下面是近年来人防工程门框墙及封堵设计中碰到的一些问题。

3、高层建筑人防地下室结构设计的要点

3.1重视人防口部的设计

综合办公大楼的地下室结构是根据其特殊性设计的，涵盖了许多方面，包括地下室主要通道的设计和海浪控制系统的设计。门框的墙等是设计的关键环节。通常，应严格控制墙的最小厚度，以更好地满足封闭性和辐射性要求。如果未达到保护厚度标准，则必须在地下应用砖，以进一步增加墙厚度。消波设计也是国防部和外交部设计过程中的一个相对重要的部分，可能对综合办公楼地下室战争功能的运作产生重大影响。总的来说，冲击波处理设计的主要目的是确保在空袭中迅速处理爆炸物冲击波，以便有效减少其对进入和提取系统的干扰。在这一阶段，最常用的消波系统专门涵盖防爆门+播音室等。鉴于消波系统的重要性，在具体设计工作中应更加重视这种联系。

3.2确保荷载组合具有较强的科学性、合理性

在综合办公楼人防地下室结构设计阶段，应该对平时应用状态的结构设计荷载组合等进行综合考量，合理进行设计。在人防顶板设计阶段，针对顶板静荷载，除了要对楼盖自重等进行综合考量，还应该对因为砌体墙倒塌堆积而出现的静荷载进行合理考虑。并且，在对竖向构件进行设计的过程中，如果上部建筑属于砌体结构，那么对于自重，应该将标准值作为依据，选择其一般的值。而上部建筑为其他结构形式的时候，可以依照标准取值，以确保设计的合理性。

3.3门框墙合理设计

人防地下室的结构设计，需要执行多重标准，要在满足战时需求的基础上，增加人防地下室的实用性功能，遵循战平结合的原则，通过这样的方式，提升人防地下室的功能性作用。以常规建筑结构设计进行分析，门框墙的设计通常需要设置四个挡墙，分别位于上下左右4个方位，在这个基础上，对挡墙的抗应力能力进行计算，然后进行合理的结构设计，进行挡墙配筋。但是在战时的角度上来看，挡墙的功能性作用有所提升，属于战时的一种重要防御构件，除了承受建筑原有的荷载之外，还需要抵御外来的荷载，包括各种爆炸产生的振动以及冲击。在实际的挡墙设计中，许多设计师忽略了墙的组合力，因此侧墙弯曲力矩与左挡墙的负载能力，以及顶板弯曲力矩与下挡墙的负载能力不足，无法实现力的协调，因此无法套用此模型。为了提升挡墙设计合理性，充分地落实战平结合的原则，就需要在整体的角度上考虑问题，针对挡墙位置的不同，对4个挡墙展开差异性的设计，增加当前的协同性，整体性的提升挡墙防御能力。

3.4有效选择人防地下室结构设计参数

一般而言，人防工程在战时受爆炸冲击波作用，与普通的静荷载和动载存在很大的差异，其属于偶然性荷载，并且量值比较大，作用的时间不长，且会呈现不断衰减的特点。同时，在爆炸动荷载作用下，为了最大限度地达到设计精度要求，全面提升设计水平，应该有效选择人防地下室结构设计参数。在对钢筋以及混凝土进行取值的过程中，应该综合考量材料在快速加载下的动力强度，合理提升。并且，在设计阶段，还需要对强度和弹性模量乘以对应调整系数。针对结构变形以及裂缝等问题，其虽然不需要进行验算，但是应该对构件的允许延性比进行严格的把控。此外，在依照等效静荷载法对构件人防荷载进行取值的过程中，需要侧重对相关限制因素的关注，包括覆土厚度等。

结语：

在设计高层建筑的地下室基本结构时，除了保证设计质量外，还要注重成本控制，在不超过成本预算的同时，保证地下室结构的质量，更好地发挥其实用功能。在设计中，最基本的工作是制定设计方案，后续的各项工作按照方案展开设计。做到精细化设计，设计与成本预算相结合，使地下室结构设计满足实用需求，且能够创造良好的经济效益。

参考文献：

[1]苏颖军.关于建筑工程地下室结构设计的研究[J].房地产世界，2020（20）：51-52.

[2]梁冠华.人防地下室结构选型分析[J].建材与装饰，2020（04）：109-110.