防空地下室的结构设计的主要内有以下两个方面:一是主体的结构设计,包括顶板、外侧墙、底板、基础等其它构件的结构设计;二是孔口的防护设计,里面也包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道(包括风井) 的计算等各方面。这些内容的结构设计与一般的结构设计不同之处: ①结构设计的可靠性可以降低,一般建筑结构Pf ≈10 % ,而人防结构Pf ≈6 % 。②结构构件可考虑进入塑性工作状态。③材料设计强度可以提高。实验表明,在快速加载的情况下,这时材料的力学性可出现比较明显的变化,主要表现为强度提高,但变形性能包括塑性性能等基本不变,这对结构工作起到有利作用,例如钢材强度可提高1. 15～1. 5 倍,对混凝土强度可提高1. 5 倍。④重视构造要求,人防设计的许多构造要求是与一般的建筑设计不同的,要求更为严格,故仅仅只考虑受力计算,不考虑构造措施是不合理的。根据上述的结构设计的特点,可以确定防空地下室结构设计的一般原则: ① 平战的结合,应取控制的条件。在建筑工程的人防地下室的结构设计中,一般都只涉及5 级或6 级的人防设计,结构的顶板要考虑平时荷载还要考虑战时荷载,顶板上有消防车道时要考虑消防的荷载,最终才取控制条件,而侧墙与底板则因地下室的结构型式不同而由实际情况确定。②只能进行强度的验算,因为在核爆动荷载的作用下,结构的构件变形极限已用允许延性比控制,再确定每种构件允许延性比时,已考虑了对变形的限制,因而在防空的地下室结构设计中,不必再单独的对结构构件的变形与裂缝进行验算。③ 注意各部件的协调,以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏,失去整个防护建筑的作用;了解了人防结构设计的特点及原则之后,我们首先必须确定计算所需的荷载值。
本工程人防地下室防护等级为甲类6 级(根据《人民防空工程战术技术要求》确定) ,采用全埋式现浇钢筋混凝土人防地下室,根据规范 各部位等效静荷载取值分别为:顶板:顶板覆土为1 m ,顶板区格最大短边净跨为6. 6 m ,等效静荷载标准值q = 65 kN/ m² 。侧墙:按照该工程中的地质条件,人防地下室都是在规定范围内分别有非饱土和饱和土,再取其加权平均值,并还要考虑周围的基坑支护的阻隔作用,故地下室侧壁等效静载荷标准值q = 45 kN/ m² 。
底板:顶板覆土为1 m ,顶板区格最大短边净跨为6. 6 m ,底板位于地下水位以下,等效静荷载标准值q = 50 kN/ m² 。门框墙:所受荷载由两部分组成,一是直接作用在墙上的荷载qe = 200 kN/ m² 。;二是由门扇传来的等效静载标准值,分别按门扇的型号、大小计算确定。临空墙:依工程实际情况和文献 ,楼梯出入口取其等效静荷载标准值为130 kN/ m² ,坡道出入口取其等效静荷载标准值为160 kN/ m² 。隔墙:隔墙分两种,一是相邻防护单元间隔墙的设计压力值为50 kN/ m² 。;二是6 级人防地下室与普通地下室相邻的隔墙,其普通地下室一侧的设计压力选用值为90 kN/ m² 。其它的每种防护密闭门、防爆的波活门、扩散室的设计压力都要根据规范中有关规定选用,当所有的构件等效静荷载值确定后,尽快进行结构计算。 作用在防空地下室结构上的荷载,应包括核爆动荷载、上部荷载、土压力、水浮力及防空地下室的自重等,结构设计时可根据各工程的结构特点结合规范考虑,本工程各个部位参与组合的荷载分别为:顶板:顶板核爆动荷载标准值,顶板静荷载标准值。
内承重的墙(柱) :在该工程中,应把平时与战时的荷载值进行对比容易发现,战时所增加的顶板核爆动荷载的标准值小于平常活荷载标准值,故此部位构件不能战时条件控制。 底板:该工程采用筏板基础,荷载由板、梁、柱传至底板上,而底板还受到了水浮力的作用,故应比较结构自重跟水浮力的大小,取大值。本工程由水浮力控制。在防空地下室结构的设计中,其承载力的设计应按文献进行。该工程中的顶板、侧壁及人防区域内构件的水平受力由战时控制,底板、基础由平常控制。4 抗浮问题
当地下结构物的自身重量不能抵抗地下水浮力时,地下结构物则产生上浮,导致结构变形损坏,由此需进行抗浮设计 。经计算本工程需进行抗浮设计。
工程中抗浮设计包括整体抗浮的验算与局部抗浮验算。通过整体抗浮验算虽然能确保地下结构物不会整体上浮,但也不一定可以保证结构物底板不会开裂等变形现象,所以还要对结构物底板进行局部抗浮验算。在具体的设计中应根据工程特点、地质情况、场地条件和环境等因素(如基坑的支护形式、基坑深度、基坑底的土层条件等) 综合考虑,因地制宜,选择一个最佳有效的抗浮方案,抗浮验算的主要方法包括增加自重法、延伸基板法以及抗拔桩下拉法,本工程采用的是抗拔桩下拉法。(1) 增加自重法、主要有顶板压载、基板加载和边墙的加载等各种方法增加地下结构物自身的重量,使其自身的重力始终大于地下水对结构物所产生的浮力,确保结构物不上浮。这样的方法里面的优点就是施工及设计较简单;问题就是结构物需要抵抗浮力较大时,因为需要大量的增加混凝土和有关配重材料用量,故费用增加较多。(2) 延伸的基板法。延伸基板法就是把地下结构物的基板向外延伸所形成翼板,由翼板再承托覆土以抵抗上浮力 。这种抗浮力可能有两种:一种就是垂直压力与侧翼压力之和;另外一种就是为垂直压力与土间摩擦力之和,要取这两种力量中的较小者。但是,为了要延伸基板而成翼板,开挖的范围将因而加宽,土方及使用土地面积也将因而加大,其所增加的抗浮力变大。这个方法一般适合用在不会受到场地限制的规模较小的地下结构物的抗浮,否则,不能使用。在实际工程中,对于那些规模较大的地下结构物的抗浮,很少使用此法作抗浮措施。(3) 抗拔桩的拉法。抗拔桩是指抵抗建筑物向上位移的每种桩型的总称,抗拔桩不同于普通的基础桩,它有其自身的独特性能,可抗拔桩桩体的承受拉力,桩体受力大小随地下水位大小变化而变化。在工程实践中经常使用的桩型有预制桩和灌注桩,抗拔桩是抗浮设计中常用的方案一种,只要条件允许,抗拔桩一般均嵌入坚硬而埋藏也比较浅的基岩中。
5 结束语人民防空工程,是战时掩蔽人员、物资,保护人民生命和财产安全的重要场所,是实施人民防空最重要的物质基础。它在战时与平时都有着主要的作用,人民防空工程的建设,是人民防空防护体系建设中的重要内容,也是城市人民保障自身的安全主要依托与可靠手段,因此,人防结构设计显得尤为重要。人防地下室结构设计既要考虑平时的工况还要考虑到战时工况,而且现在电算软件功能不是很完善,需要更深入地研究人防结构设计的技术问题,总结设计经验,提高设计水平。使结构设计既达到平时使用的经济性、合理性,又达到战时转换的便捷性和安全性,真正达到双赢。
