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地下室人防建筑设计分析

摘要:随着城市建设的发展,人防地下室已经成为城市建设的重要组成部分。地下室人防建筑设计是一项综合性、技术性和协调性很强的工作。在设计时要考虑建筑结构、通风、安全、实用等各个方面的协调,严格按照相关规范的要求,最大限度的发挥其使用和防护功能。本文就地下室人防建筑的设计要点进行了分析。

关键词:地下室;人防建筑;设计要点

随着我国城市建筑的不断发展,地下室人防的设计问题已经成为了现代建筑设计的重要内容。而我国关于人防地下室也有相关的政策要求,人防地下室建设已经成为现代建筑的重要组成部分。因此,如何对地下室人防建筑进行设计,发挥人防的作用,满足国家关于人防建设的要求,往往需要设计人员能够深刻理解和掌握国家的相关技术规范,能够熟悉的运用各种地下室人防设计软件的应用,满足人防建设的需要。

1.地下室人防建筑设计的特点

在对人防地下室建筑进行设计时主要考虑以下两个方面:一是主体的设计,也就是指顶板和底板的设计以及外墙设计等;二是孔口的设计,也就是指门框墙、临空墙以及保护单元隔墙的设计。与普通地下室的设计不同,人防地下室的设计有以下特点:1.1由于人防地下室的特殊作用,在设计时要考虑战争的用途,应该考虑核武器或者普通武器爆炸等产生的荷载。一般来说爆炸产生的荷载的作用时间很短,往往都是一瞬间的事情,但是瞬间产生的荷载力却很大,荷载力随着时间的推移逐渐衰减。因此人防地下室相关构件会受到爆炸等产生荷载的直接作用,而埋藏在土中的构建物则将间接的承受土层传递力带来的冲击波影响。1.2人防地下室在设计时要考虑平时和战时两种情况的荷载组合。在设计人防地下室各个构件时,不仅要满足战争时防爆的需要和保护要求,还要保证在和平时期的强度、舒适度和稳定性。在设计时应该考虑最不利的情形,对于和平时期和战争时期结合的地下室设计时,要同时满足平时和战时的使用要求,如果无法同时满足就考虑采取平战转换措施,能够保证战争时期能够迅速的完成地下室功能的转换。1.3钢筋混凝土结构构件设计时应该按照弹塑性工作阶段来设计。对于地下室人防的钢筋混凝土结构来说,如果处在屈服开裂状态应该说还是在正常状态,而对于一些受弯的构件,在屈服后一般出现大变形以后才会有坍塌现象,因此在设计时可以考虑构件材料的塑性工作阶段来提高构件的承受力,也节约地下室人防的工程造价。1.4地下室人防设计时可以适当的提高材料的强度值。建筑材料的特性是加载速率越快,材料的强度值越高。如果在战时武器爆炸对建筑构件作用时,结构构件的受力是瞬间的作用,这与标准的力学静载实验比较的话要快很多,材料力学表现的是强度的提高。由于武器爆炸的荷载是偶然性的,所以相比静载作用下的构件安全度可以不用太高。人防结构失效的概率在5%到8%之间。武器爆炸的荷载作用时,地基的承载力会有所提高,其安全系数可以取一个相对低值,因为瞬时的荷载一般不会造成地基失效从而导致结构被破坏,因此设计地下室人防时可以不测算爆炸荷载作用下的地基承载力和变形情况。

2.地下室人防建筑设计的原则

在设计地下室人防建筑时,要坚持人防建设和经济发展相协调、与城市建设相结合的原则。地下室人防设计要做到位置、规模和用途与整个城市的人防建设规划相一致,地上地下综合考虑来制定地下室人防设计方案。2.1一般来说地下室人防的设计使用年限是50年,如果地下室人防上部建筑的设计使用年限大于50年,则地下室人防的设计年限也要提高到与地上相同的年限。地上建筑尤其是高层建筑一般产权都是70年,因此地下室人防也应该设计到70年,同时其结构布置也要兼顾上部结构的布置,地下室人防的承重墙、柱等也要和上部建筑结构保持一致,这样有利于整个建筑的受力,能够将上部建筑的受力通过地下室的承重柱等直接传递到地基。2.2目前我国地下室人防工程都是采用钢筋混凝土结构,不能采用冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋等冷加工处理的钢筋,如果地下室人防地势低于地下水位以下或者有盐碱腐蚀,则地下室人防外墙不能采用砖砌体。在结构设计时,由于构件所受的空气冲击波会将其等效成静力荷载,因此在计算配筋时可以将整个结构拆分成若干的单个的构件来计算。在常规武器或者爆炸产生的瞬时荷载作用下,要计算结构承载力,无需计算结构变形以及地基承载力和变形等。2.3地下室人防受到武器爆炸荷载的作用可能是重复的,但是在地下室人防设计时不考虑这种重复作用,而是只考虑一次作用。一般乙类的地下室人防只考虑常规武器的爆炸作用,而对于甲类地下室人防则要考虑常规武器和核武器爆炸等最不利的情况,按照最不利的情况进行设计,不过在设计时不需要考虑两种武器的叠加效果。2.4在地下室人防设计时要考虑防护的要求和受力情况,尽量让各个部位的受力相互协调和统一。这就要求在设定的荷载作用下,主体和口部等部位都能够正常的工作。

3.地下室人防的设计内容和方法

3.1一般建筑的地下室人防在平时都是作为地下停车库在使用,在战时才作为防空地下室。在对地下室人防结构进行设计时,一定要考虑人防上部建筑的设计,与之相协调。结构设计的内容主要有地下室人防主体结构的设计和孔口的防护设计。孔口防护设计包括出入口的防护系统和消波系统。防护系统设计包括防护密闭门的设计、门框墙、临空墙、出入口通道和风井的设计;消波设计包括防爆破活门和扩散室的设计。3.2为了保证地下室人防的完整性和密封性,一般地下室不用设计伸缩缝和沉降缝,在施工时要有足够的后浇带,等整个建筑沉降稳定后再进行浇筑。对于顶板、底板和侧墙采用双面钢筋,上下层或者内外钢筋之间要设置足够的拉结钢筋,确保混凝土结构在震动荷载时钢筋和混凝土能够协调工作。3.3地下室人防设计时要考虑和平时期和战争时期功能的转换。设计思路是在地下室的某些部位,在开始设计时可以按照和平时期的使用要求来进行设计,同时兼顾战争时期为达到防护要求而采取的转换措施。一般采用平战转换的地下室在结构设计时要进行一次性的设计,对于需要平战转换的构件应该考虑转换后的受力变化,同时在图纸中要表明转换的部位和转换方式。在平战转化设计时要尽量做到转化简单迅速,不需要机械设备的帮助而由人工手动就可以转化,转化需要的构件要一次性制成并标记在地下室人防中的显著位置。

总之,地下室人防建筑的设计是一项综合性很强、需要考虑众多因素的设计,不是为了单纯的解决功能上的使用要求。在设计时不但要考虑在和平时期的使用舒适性和经济性,还要考虑到战争时期的稳定性和安全性,对于平战转换的地下室还要考虑转换是否便捷,因此地下室人防的设计是一项要兼顾各个方面的复杂设计过程,牵扯的问题很多,需要工程师们共同努力,提高地下室人防的设计水平。

作者:黄昊 单位:中国城市建设研究院有限公司

参考文献:

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[5]GB50038—2005.《人民防空地下室设计规范》[S].北京:中国建筑标准设究院,2005.

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