地下室设计的几点体会

本帖最后由 仙人球 于 2014-6-20 11:49 编辑

地下室设计的几点体会 （转载）
地下室设计已日显其重要性。近年来，超长超大的地下室已不再少见。超长地下室外墙裂
缝控制、计算模型合理性等问题是结构设计人员设计过程中的难点；超大地下室设计的难点与
重点是人防、消防等问题，这些问题各专业的配合显得更重要，特别是防问题，结构设计人员
需要对建筑、暖通等专业有较深入的理解才能把结构设计作好。

虽然地下室作为上部嵌固端需要进行概念性的加强，但经济性也是设计人员应该注意的重
点，这需要设计人员不断的优化设计，即保证安全又能把握好经济性。以下是在地下室（含人
防）设计过程中的几点总结与体会。

一、人防结构设计的特点

（1）核武器、常规武器爆动荷载作用属于偶然性荷载,具有量值大、作用时间短(1s左右)且不
断衰减等特点,整个结构寿命期内只考虑一次作用,钢筋混凝土构件又允许开裂,因此构件安全度
可降低,人防荷载的分项系数取1。
（2）地面多层或高层建筑物,对于普通爆破航弹、核爆炸冲击波早期核辐射等破坏因素都有一
定的削弱作用,设计防空地下室时可考虑这一因素。
（3）应同时满足平时和战时两种不同荷载效应组合的要求。
（4）钢筋混凝土结构构件可按弹塑性设计,对超静定的钢筋混凝土结构可考虑塑性内力重分布。 （5）在人防荷载作用下,材料强度会提高,但变形性能包括塑性性能等基本不变,这对结构有利,
在设计中通过材料强度综合调整系数体现。
（6）在核爆动荷载这种瞬间荷载作用下,一般不会产生因地基失效引起结构破坏,结构设计可
不验算地基承载力及变形,但对甲类防空地下室的桩基,不论何种情况,桩本身都应按计入上部墙、
柱传来的核武器爆炸动荷载效应组合值来验算构件的强度。


二、人防结构设计的原则

（1）可用“等效静载法”简化考虑人防荷载作用,可拆开为单个构件进行计算。
（2）平战结合,取控制条件在一般的5级或6级人防设计中,结构的顶板基本上都由战时控制(根
据工程经验,室外消防车道可能由平时控制),而侧墙和底板则因地下室结构形式的不同而由实际
情况确定;当平时使用要求与战时防护要求不一致时,应采取平战功能转换措施。
（3）只进行强度的验算,由于在人防荷载作用下,结构构件变形极限已用允许延性比来控制,因
而在防空地下室结构设计中,不必再单独验算结构构件的变形与裂缝。
（4）注意各部件的抗力(强度)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。
（5）人防地下室墙、柱等承重结构,应尽量与地面建筑物的承重结构相互对应,以使地面建筑
物的荷载通过防空地下室的承重结构直接传递到地基上。
（6）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,应充
分保证结构的延性,“强柱弱梁(板)”、“强剪弱弯”。

三、人防结构设计的内容、方法及常见问题

（1）人防荷载取值
人防荷载取值根据人防地下室抗力级别(是当地人防部门根据国家制订的《人民防空工程
战术技术要》确定的)采用公式计算或规范查表,实际设计时常用《理正人防工程结构设计软件》
算顶板、侧墙及无桩基底板人防荷载,确定各构件人防荷载时要注意比较核武器和常规武器爆动
荷载作用取大值控制。当所有构件的等效静荷载值确定后,即可进行结构计算。

（2）荷载组合和内力分析
①顶板。 参与组合的荷载有人防等效静载、自重、覆土重等;平时使用 活荷载战时不需要
叠加,具体设计时,顶梁板可采用《PKPM2sATWE电算软件》内力分析,该软件有人防计算功能,
顶板也可用《理正软件》计算。顶板战时工况可采用塑性算法,平时工况应采用弹性算法,板配
筋取两种工况计算结果大值,板面筋可按0.25%配筋率贯通外,支座筋不足者可另加非贯通筋,这
样较经济,但要注意板底筋、板面贯通筋及非贯通筋间距应协调,以便拉筋布置;另外注意坡道作
为战时主入口时,口部以外的顶盖板也应考虑人防荷载作用。
②外墙。参与组合的荷载有人防等效静载(包括水平及顶板传来的)、外墙自重、上部建筑
自重、地面活荷载、土压力、水压力等;外墙配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯矩确
定,设计时通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用,仅按墙板弯曲计算墙的配筋。地下室外墙可
根据支承情况按双向板或单向板计算水平荷载作用下的弯矩。

由于地下室内墙间距不等,有的相距较远,因此在工程设计中一般把楼板和基础底板作为外
墙板的支点(单跨或多跨)计算,在基础底板处按固端,顶板处按铰支座。具体设计时,《理正软件》
计算。按上述计算模式,外侧竖向筋宜在外排,与顶板类似,外墙外侧竖向筋也可采用贯通筋与非
贯通筋交错布置方式,该筋在交错底板弯后直段长度按其搭接与底板下钢筋相连,此构造底板端
部实际已具有与外墙固端弯矩同值的承载力。外墙选筋时宜按“直径细且间距密”的原则,有利
于控制裂缝,最大间距不宜大于200mm。

（3）内承重墙、柱。
荷载组合相对简单,要注意的是在进行荷载组合时,常规武器爆动荷载作用时上部建筑物自
重全部考虑,核爆动荷载作用应根据抗力等级、上部结构形式,在进行荷载组合时上部建筑物自
重可区分全部考虑、考虑一半和不考虑3种情况,设计时应认真分析确定。具体设计时,对主楼
塔数较多,地下室作为上部结构的嵌固端且大底盘地下室通常又不设缝时,为提高计算效率,各塔
可独自带地下室分析计算,各塔的地下室结构层宜比主楼多出1跨～2跨参与内力分析计算,主楼
的承重墙、柱计算结果即可采用。设计顶梁时可不带主楼,将所有顶梁拼装成整体,另行建模计
算,其与带主体建模计算结果比较,多个实际工程均表明,顶梁配筋误差很小,其中支座筋误差约
3%,梁底筋基本无误差,故可采用,
这种方法对体量较大多塔楼盘可有效缩短设计周期。


四、构造要求

人民防空地下室设计规范第4.11节中已作了很详细的构造规定,结构设计人员只需认真研
究体会规范条文的条件和适用范围,结合工程实际情况就可顺利地完成人防地下室各主要构件
的设计了。为了方便设计,结合构造和受力要求,这里列举一些主要人防构件参考尺寸:
（1）顶板对6级:一般取250mm～300mm;对5级:一般取300mm～350mm。
（2）顶板梁:跨高比一般为7～12,合理的截面尺寸判定标准是梁面通长筋恰好由构造确定。
（3）外墙、临空墙:通常不小于300mm,由计算确定。
（4）防护单元隔墙、密闭隔墙:一般取250mm。
（5）底板:厚度不宜小于外墙,地下水位较高时,一般不由人防控制。
总之,人防构件结构厚度应首先满足防早期核辐射要求,然后满足受力要求。


五、孔口防护和平战转换设计孔口防护包含三部分的设计内容:

（1）防护密闭门与消波系统的设计,由建筑、通风专业完成;
（2）出入口通道内临空墙、相邻单元之间的隔墙、门框墙等的设计,其中临空墙、相邻单元之
间的隔墙,设计人员可按参照外墙的计算模式设计,而门框墙的设计一般是按悬臂梁计算,有时门
框墙的悬臂长度过长,而使水平筋过大,这种情况下,加暗柱或暗梁,壁柱或壁梁可得到较为经济的
设计效果;
（3）孔口其他构件,如风井、通信、电力防爆波电缆、防倒塌棚架、开敞式通道的设计,其中开
敞式通道不考虑核爆动荷载,只考虑静土、水侧压力,而风井、通信、电力防爆波电缆井、防倒塌
棚架的设计一般直接选用通用图,注意钢结构防倒塌棚架土建需配相应基础图。平战转换设计的
基本原则是:
①工程平战用途相近;
②转换工作要小;
③一次设计,分两步施工；
④考虑兼容性和通用性;
⑤转换措施要求快速、经济、简便、可靠。各部位封堵构件上的荷载种类较多,设计中一般
直接选用通用的封堵构件,不再单独设计。


六、结语

人防地下室的结构设计是一个综合性很强的问题,涉及内容繁多且复杂,既要考虑平时工况又
要考虑战时工况,且目前电算软件功能都不是很完善,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。

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