解析高层建筑的人防工程结构设计原理

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　　摘要：随着国家经济科技的不断进步，城市化进程的脚步也逐渐加快，为满足人民日益增长的物质需求和精神需求，近十几年来城市中兴起了许多高层建筑。但高层建筑的兴起，同时伴随着许多安全问题亟待解决，相关的安全防护工程和措施逐渐进入大众视野并得到广泛关注。高层建筑的人防工程直接关系着人民群众的生命财产安全，因此需要不断讨论高层人防工程结构设计的原理及分析方法。
　　关键词：高层建筑;人防工程结构设计;原理;分析
　　近年来，中国高层建筑设计中，人防工程结构设计成为工程建设要点。设计图纸要满足地下室的日常使用功能，及兼顾战时人员掩蔽所等人防功能。需建筑设计团队共同努力相互协作，研究优化工程结构设计方法，以提升工程建设质量。
　　1.高层建筑人防工程结构实际案例分析
　　人防结构设计工程属于高层住宅建筑，主楼共有26层，采用剪力墙结构和筱板基础。其中26层主楼共设有两层地下室结构，负一层为居民储藏室，负二层为人防地下室，该建筑人防地下室为6级人防等级。在主楼的周围建有普通结构的地下车库，采取框架式结构设计，其基础形式采用独立式基础。地下停车场采用的基础底标高度与主楼相同。地下车库的顶板位置标高在主楼地下一层的层间位置，且在顶板上方采取1.6m的覆土结构，地下车库与主楼相互连接为一体结构。在主楼一侧重建有裙房，采用两层、框架式结构，其通过地下车库上铤而走险，该裙房结构从车库的顶板位置开始脱开主楼结构。
　　2 人防工程结构设计研究
　　2.1 人防工程结构简介
　　人防工程是为战时开展防空袭斗争准备的，人防工程的开挖方式分为明挖与暗挖，按其使用功能不同可分为指挥工程、防控专业队工程、医疗救助工程、配套工程等。单建式人防工程指除口部建筑外，主体上方无建筑物的人防工程。附建式人防工程指主体上方建筑物的人防工程。防空地下室结构设计要考虑战时规定武器爆炸动荷载的作用，暴露于空气中的防空地下室结构构件，直接受空气冲击波作用。埋入土中的维护结构件，直接受土中压缩波的作用。防空地下室结构设计内部包括主体结构设计与孔口防护设计。
　　2.2 人防工程结构设计原则
　　防空地下室设计必须贯彻长期准备，重点建设的方针。选择防空地下室位置必须符合城市人防工程规划要求。考虑城市生产生活服务的需要及其环境条件、建筑标准等问题。防空地下室主体结构，孔口防护设备等应根据防护要求做到各部位抗力相协调。应充分利用弯构件与大偏心受压构件变形吸收核爆炸冲击波的能量。确保结构在屈服前不出现剪切破坏。提高结构的整体承载能力。在构造上，应注意在梁板节点区有足够的抗剪抗压能力。
　　3 人防工程结构设计要求
　　人防工程主要承受爆炸动荷载，其设计计算与普通钢筋图结构有很大不同。人防工程结构在战时在大变形状态下工作，构件必须保证足够的延性，需采取构造措施加强。防空地下室钢筋混凝土结构构件有防水要求时，防水混凝土设计抗渗等级不应小于 P6。防空地下室钢筋混同结构纵向受力钢筋，其混凝土保护层厚度不可小于钢筋的工称直径。变形缝设置在上部地面建筑时，防空地下室可不设置。在防护单元内不宜设置防震缝，钢筋混凝土结构设置伸缩缝应按国家现行有关标准执行。纵向受力钢筋连接头位置应避开梁端加密区，无法避开时，应采用等强度要求的高质量机械连接头。钢筋混凝土受弯构件，应在受压区配置构造钢筋。在连续梁支座架节点出，不可小于受拉主筋面积的 1/3。连续梁在距支座边缘 1.5 倍梁的截面高度范围内，箍筋间距不宜大于 h0/4（h0 为梁截面有效高度），在受拉钢筋搭接处，箍筋间距应小于主筋直径的 5倍。双面配置的钢筋混凝土及墙板，需在上下层或内外层钢筋间设置一定数量的拉筋。保证震动环境中钢筋与受压区混凝土共同作用，并且拉筋应按梅花形排列。
　　钢筋混凝土平板防护密闭门门框厚度应大于 300mm。防护密闭门门洞四角内外侧，应配置长度大于 1000mm 的两根斜向钢筋，钢筋混凝土防护密闭门与门扇应紧密贴合，门框墙受力钢筋直径应大于 12mm，配筋率不得小于 0.25%。非承重墙应采用轻质隔板，与结构的墙及顶地板应有可靠的连接措施。非承重墙采用砌体墙时，与钢筋混凝土柱
　　交界处应每隔 500mm 设置 2 根直径为6mm 的拉结钢筋。非承重砌体墙转角处应咬搓砌筑，沿墙全高每隔 500mm 设置2 根拉结筋。
　　4 高层建筑人防工程结构设计方法
　　高层建筑人防工程需将平面结构进行科学化的标注定位。中国高层建筑工程中人防工程目前尚无完整的体系予以明确规范。在设计中，需专业人员根据以往专业知识经验，对人防工程结构进行科学合理的设计。
　　人防工程设计中基础设计环节，在设计中要考虑经济合理性与实用耐久性。人防工程结构设计应充分考虑战时核武器爆炸产生的荷载作用力，保证其结构稳固安全。核爆炸产生荷载作用力时间较短，人防等效静荷载作用力较大，在设计中要将其与和平时期下情况进行对比研究。在人防工程和平时期验算时需考虑将恒活荷和荷载分项系数相乘。高层建筑中恒荷活荷层数较多，其受到和平时期受力状态控制。主楼基础可按无人防情况计算。
　　人防地下室结构与普通地下室相似，土壤与主流地下室四周结构不连接时，需考虑主楼结构是否具有可靠侧限。主楼地下层四周建设群芳底地下室时，如其基础设计使用筏形基础，主楼地基承载力可按室外地坪到主楼地基间距进行深度修正。
　　高层人防过工程结构设计要满足承载动荷较大的要求，在人防结构设计中使用材料，抗渗等级需高于普通建筑结构。构件截面尺寸大于普通构件，应避免受力钢筋使用小于最小配筋百分率。对受力钢筋的百分率控制可有效改善钢筋的脆性特点。人防结构设计中设计的混凝土及双面钢筋，可有效保证相应构件在战时条件下良好运行。
　　人防工程平面结构利用信息化数据，将结构进行多形式的表达。对相关人防结构做出区域性的划分，使各墙体间能明确标注，门洞尺寸及相关荷载能进行逐一划分，保证人防平面基本规划清晰。
　　人防工程设计主要根據前期结构方案进行内力分析。设计时要对相关荷载、应力及截面问题进行明确计算分析。在高层建筑人防工程施工中，需按国家及行业标准进行严格要求。规范进行各种受力作用分析。
　　内力的分析通常从整体结构进行分解，实际人防工程结构设计中，要将顶层支梁支撑及墙柱形成良好的建筑体系。根据等效应力分载方法规范设计。如在复杂情况下相应承载力呈现单独结构，说明出现等效静载力。可使其参照静力结构开展对等的结构设计。但应防止人防工程顶板发生内力冲撞，相关设计人员在方案设计中应结合外墙承载力充分考虑。
　　4 结束语
　　高层建筑人防工程建设质量关乎国民基本财产安全与生命安全。在相关建筑设计中，应从平面设计、构件设计及构造设计三方面考虑。在设计中，应注意细节把控，整体布置要符合相关标准要求，确保工程质量安全。
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