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高層建筑地下室人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市建筑和人防建設(shè)的結(jié)合已經(jīng)是司空見慣的現(xiàn)象。工程建設(shè)中經(jīng)常會(huì)遇到高層建筑人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，包括它的荷載確定、內(nèi)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都有它自身的特點(diǎn)。另外，地下室的建造費(fèi)用與設(shè)計(jì)直接相關(guān)。怎樣保證高層建筑地下室人防結(jié)構(gòu)安全，降低工程造價(jià)，是設(shè)計(jì)人員所要考慮的問題。?　　一、前言?　　近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模和建設(shè)水平不斷提高，城市地下空間的開發(fā)與利用越來(lái)越受到人們的重視，同時(shí)人們對(duì)城市綜合防災(zāi)能力的要求也越來(lái)越高。作為與城市建設(shè)相結(jié)合的人民防空工程建設(shè)，尤其是人民防空地下室工程的建設(shè)得到空前發(fā)展。在民用建筑設(shè)計(jì)中，高層住宅及寫字樓由于使用需要，通常設(shè)置裙房以及地下停車場(chǎng)，主樓地下室與裙房地下室連為一體，形成大底盤結(jié)構(gòu)，平時(shí)用作地下車庫(kù)和設(shè)備房間，戰(zhàn)時(shí)部分用作人防地下室。此類地下室一般面積大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，與平時(shí)使用關(guān)聯(lián)較多，設(shè)計(jì)中在結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度滿足人防工程建設(shè)要求的前提下，還要考慮到平時(shí)使用時(shí)的功能特點(diǎn)和要求，統(tǒng)籌規(guī)劃才能達(dá)到平戰(zhàn)結(jié)合的設(shè)計(jì)要求。特別在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)和城市，繁華的商業(yè)地段成為地下空間開發(fā)的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)，其地下空間的利用離不了以防災(zāi)救災(zāi)為目的的人防工程。?6

1　　二、設(shè)計(jì)主要難點(diǎn)和問題分析?　　1、主要難點(diǎn)分析?　　(1)嵌固位置的確定?　　對(duì)于高層在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析之初就要考慮到結(jié)構(gòu)嵌固端的位置。由于其對(duì)于受力的計(jì)算以及模型的分析上面有非常重要的影響。現(xiàn)在，建設(shè)的很多高層建筑中都已經(jīng)設(shè)計(jì)了非常多的地下室以及層級(jí)不高的裙房。在我國(guó)頒布的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中進(jìn)行了如下的規(guī)定：在條件允許的情況下，高層的嵌固端就是其下面設(shè)置的地下室。在確定嵌固體應(yīng)該安放的位置時(shí)應(yīng)該考慮如下幾點(diǎn)。?　　①高層在建造地下室的時(shí)候，最常用的結(jié)構(gòu)嵌固就是基礎(chǔ)底板。由于基礎(chǔ)底板所擁有的無(wú)限剛的相關(guān)特點(diǎn)，因此將其選為底層的結(jié)構(gòu)嵌固端是非常明智的，在進(jìn)行施工時(shí)，建筑的首層就能夠靈活地設(shè)計(jì)和建造。如果在設(shè)計(jì)首層時(shí)，采用了無(wú)梁結(jié)構(gòu)也不會(huì)對(duì)之后的計(jì)算產(chǎn)生任何影響。然而，要是在高層下面建造具有防控功能的地下室，則就會(huì)對(duì)剛性產(chǎn)生一定的要求。所以在墻體與頂板之久就要安置具有剛度的結(jié)構(gòu)嵌固端。?　?、诘叵率覙巧w與樓板的要求的需要?　　現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)在樓板的厚度要求上不能夠低于1806

2mm，對(duì)于混凝土強(qiáng)度的要求方面，不能夠小于C30，在配筋方面，應(yīng)該選用雙層雙向配筋，而且單層單項(xiàng)的配筋方面不能夠低于0.25%。當(dāng)?shù)谝粚拥慕Y(jié)構(gòu)嵌固是地下室的頂層時(shí)，應(yīng)該有現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)來(lái)做地下室及其裙房的頂層。當(dāng)?shù)厣蠙C(jī)構(gòu)是空曠區(qū)時(shí)，地下室的相關(guān)頂板就能夠用無(wú)梁樓蓋。?　?、劢Y(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的要求?　　在6.1.14條第2款中，在結(jié)構(gòu)中，其在地上面的側(cè)向剛度要求小于地下面的剛度的0.5倍。條文對(duì)“相關(guān)范圍”進(jìn)行了說(shuō)明：一般情況下是從地上結(jié)構(gòu)的周邊進(jìn)行向外延伸，但是一般不會(huì)超過(guò)20m。即，不論地下室的頂板有多大，但是依舊不能夠在計(jì)算剛度時(shí)進(jìn)行無(wú)限放大，而是要在20m的范圍之內(nèi)。如果將地下室安放在第一和第二兩層，則在對(duì)地下室的上下兩層結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行表示時(shí)可以用地下室隔壁的上層結(jié)構(gòu)的等效剪切強(qiáng)度比γel來(lái)進(jìn)行表示。γel理想情況是與1相接近，在設(shè)計(jì)非抗震因素時(shí)γel應(yīng)該大于0.4，在設(shè)計(jì)抗震因素時(shí)γel應(yīng)該大于0.5。?　　(2)結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)。?　?、僭谧罱l(fā)布的規(guī)定中的第5.2.5條，對(duì)于6度地震的設(shè)計(jì)也有了要求，對(duì)于每個(gè)樓層中的水平地震剪力進(jìn)行了規(guī)范，而之前的規(guī)范中只進(jìn)行了7～9度地震的說(shuō)明。而且，在新規(guī)定中，對(duì)于6度地震的αmax值也進(jìn)行了規(guī)范。在01規(guī)范中，只對(duì)于8度以上的地震規(guī)定要求增加0.05s的特征周期，現(xiàn)在的規(guī)范中，對(duì)于第6度地震也進(jìn)行了規(guī)定。?　?、谌绻麡潜P具有非常大的地盤，而且其地下室之上有很多塔樓，并且這些塔樓之間也是相對(duì)獨(dú)立的，如果嵌固的地方就是地下室的頂板，那么高層的下部，以及與高層有聯(lián)系的部分，在抗震等級(jí)方面應(yīng)該與高層一樣。?6

3　?、鄱?，在新規(guī)定中3.9.5條進(jìn)行了相關(guān)的規(guī)定，在對(duì)民用高層建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，如果將其地下室的頂部結(jié)構(gòu)設(shè)置成為上面建筑的嵌固端時(shí)，地下室的抗震等級(jí)要求與上部建筑一樣，在地下室的設(shè)置過(guò)程中，如果超過(guò)了上部范圍，但是上部范圍內(nèi)沒有任何建筑結(jié)構(gòu)，則在抗震等級(jí)的設(shè)置上可以酌情考慮在三級(jí)左右。?　　2、設(shè)計(jì)常見問題分析?　　(1)底板?　　對(duì)于底板的設(shè)計(jì)，首先就要滿足防水和防滲透的要求，然后就是對(duì)于抗震方面的要求。因此，在配筋率以及厚度方面應(yīng)該適當(dāng)增加。一般情況下，在厚度方面，底板一般為50cm，在配筋率方面一般也為0.25%。除此以外，要按照設(shè)計(jì)和施工中的具體情況，對(duì)于地下室在底板標(biāo)高已經(jīng)發(fā)生改變的地方進(jìn)行橫梁設(shè)置。在設(shè)置橫梁是，其厚度要大于底板的厚度，而且，在支座產(chǎn)生的彎矩傳遞到梁上的力進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，同時(shí)合理安排鋼筋的數(shù)量。?　　(2)外墻?　　對(duì)于外墻的要求，不僅要能夠防水，防滲，足夠的受力強(qiáng)度而且還要對(duì)裂縫寬度進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于彎矩調(diào)幅：外墻的嵌固端可以用底板來(lái)進(jìn)行完成、對(duì)載荷系數(shù)進(jìn)行考慮、側(cè)壁底板與響鈴底板在彎矩上的值是不一樣的、底板在抗彎能力方面一定要大于側(cè)壁，對(duì)配筋量以及相關(guān)的厚度進(jìn)行保證。?　　(3)頂板?6

4　　對(duì)于新規(guī)范6.1.14，其進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定，在地下室頂板上面不要開很大的洞口，在這個(gè)范圍之外的頂板應(yīng)該有現(xiàn)澆梁板來(lái)設(shè)置，對(duì)于厚度的要求一般要超過(guò)180mm，在強(qiáng)度等級(jí)方面要高于C30，而且，在配筋方面依然使用雙層雙向配筋，而且對(duì)于配筋率也有要求，要至少達(dá)到0.25%。?　　(4)荷載?　　在荷載方面，地下室一定要滿足：本身重量、地表的壓力、地上建筑的重量同時(shí)還有在交付使用之后的能夠保證的在正常環(huán)境下的負(fù)載壓力。在設(shè)計(jì)地下室載荷時(shí)一定要根據(jù)國(guó)家規(guī)定來(lái)進(jìn)行。?　　三、高層建筑人防地下室的建筑設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)?　　1、主要應(yīng)考慮在核爆動(dòng)荷載作用下對(duì)結(jié)構(gòu)做動(dòng)力分析，單建式與附建式荷載計(jì)算是不同的，也要考慮上部建筑在平時(shí)條件下的荷載作用，高層建筑下的人防地下室往往是頂板內(nèi)力受核爆動(dòng)荷載控制。?　　2、新規(guī)范第4.5節(jié)給出的附建式人防地下室的常用結(jié)構(gòu)等效靜荷載際準(zhǔn)值的幾個(gè)表，比舊規(guī)范詳細(xì)，而在“條文說(shuō)明”中此部分對(duì)不同等級(jí)工事的不同跨度給出了頂板及墻體的厚度、混凝土標(biāo)號(hào)供參考，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合正文查看“條文說(shuō)明”，以防過(guò)大的偏差造成重復(fù)計(jì)算。?　　3、內(nèi)力分析和截面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意新規(guī)范4.6.1條與4.6.2條規(guī)定，人防地下室的頂板部分，一般屬于超靜定結(jié)構(gòu)，應(yīng)按非彈性變形產(chǎn)生的塑性內(nèi)力重分布來(lái)計(jì)算內(nèi)力，對(duì)板的內(nèi)力采用極限平衡法計(jì)算四邊支承塑性變形板比較合理。?6

5　　4、關(guān)于人防地下室構(gòu)件的斜截面驗(yàn)算問題，新規(guī)范4.6.7條考慮跨高比的影響對(duì)受剪承載力進(jìn)行了修正，具體方法可按給出的修正公式，并查閱《條文說(shuō)明》中有關(guān)解釋，不要直接按《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》中的斜截面抗剪公式套用。?　　5、高層建筑下的防空地下室，往往因?yàn)槠浯罂臻g大柱網(wǎng)的結(jié)構(gòu)布局造成厚板高梁，有時(shí)影響了室內(nèi)凈空及通風(fēng)管道布置，其實(shí)只要頂板按防護(hù)等級(jí)做到規(guī)定厚度，可以考慮結(jié)合柱子做無(wú)梁樓蓋。?　　結(jié)語(yǔ)?　　實(shí)際上對(duì)高層建筑進(jìn)行地下室設(shè)計(jì)的工作量及難度非常大，地下室的質(zhì)量對(duì)地面建筑的質(zhì)量和造價(jià)都有很大影響，因此設(shè)計(jì)人員要提高自身水平，加強(qiáng)地下工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的研究，最終提高地下空間的安全舒適性和經(jīng)濟(jì)性。?　　參考文獻(xiàn)?　　[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2010)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.?　　[2]中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院.GB50038-2005人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005，1.?　　[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002，1.?6