解析高層建筑的人防工程結構設計原理
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摘要：隨著國家經濟科技的不斷進步，城市化進程的腳步也逐漸加快，為滿足人民日益增長的物質需求和精神需求，近十幾年來城市中興起了許多高層建筑。但高層建筑的興起，同時伴隨著許多安全問題亟待解決，相關的安全防護工程和措施逐漸進入大眾視野并得到廣泛關注。高層建筑的人防工程直接關系著人民群眾的生命財產安全，因此需要不斷討論高層人防工程結構設計的原理及分析方法。
關鍵詞：高層建筑;人防工程結構設計;原理;分析
近年來，中國高層建筑設計中，人防工程結構設計成為工程建設要點。設計圖紙要滿足地下室的日常使用功能，及兼顧戰時人員掩蔽所等人防功能。需建筑設計團隊共同努力相互協作，研究優化工程結構設計方法，以提升工程建設質量。
1.高層建筑人防工程結構實際案例分析
人防結構設計工程屬于高層住宅建筑，主樓共有26層，采用剪力墻結構和筱板基礎。其中26層主樓共設有兩層地下室結構，負一層為居民儲藏室，負二層為人防地下室，該建筑人防地下室為6級人防等級。在主樓的周圍建有普通結構的地下車庫，采取框架式結構設計，其基礎形式采用獨立式基礎。地下停車場采用的基礎底標高度與主樓相同。地下車庫的頂板位置標高在主樓地下一層的層間位置，且在頂板上方采取1.6m的覆土結構，地下車庫與主樓相互連接為一體結構。在主樓一側重建有裙房，采用兩層、框架式結構，其通過地下車庫上鋌而走險，該裙房結構從車庫的頂板位置開始脫開主樓結構。
2 人防工程結構設計研究
2.1 人防工程結構簡介
人防工程是為戰時開展防空襲斗爭準備的，人防工程的開挖方式分為明挖與暗挖，按其使用功能不同可分為指揮工程、防控專業隊工程、醫療救助工程、配套工程等。單建式人防工程指除口部建筑外，主體上方無建筑物的人防工程。附建式人防工程指主體上方建筑物的人防工程。防空地下室結構設計要考慮戰時規定武器爆炸動荷載的作用，暴露于空氣中的防空地下室結構構件，直接受空氣沖擊波作用。埋入土中的維護結構件，直接受土中壓縮波的作用。防空地下室結構設計內部包括主體結構設計與孔口防護設計。
2.2 人防工程結構設計原則
防空地下室設計必須貫徹長期準備，重點建設的方針。選擇防空地下室位置必須符合城市人防工程規劃要求?？紤]城市生產生活服務的需要及其環境條件、建筑標準等問題。防空地下室主體結構，孔口防護設備等應根據防護要求做到各部位抗力相協調。應充分利用彎構件與大偏心受壓構件變形吸收核爆炸沖擊波的能量。確保結構在屈服前不出現剪切破壞。提高結構的整體承載能力。在構造上，應注意在梁板節點區有足夠的抗剪抗壓能力。
3 人防工程結構設計要求
人防工程主要承受爆炸動荷載，其設計計算與普通鋼筋圖結構有很大不同。人防工程結構在戰時在大變形狀態下工作，構件必須保證足夠的延性，需采取構造措施加強。防空地下室鋼筋混凝土結構構件有防水要求時，防水混凝土設計抗滲等級不應小于 P6。防空地下室鋼筋混同結構縱向受力鋼筋，其混凝土保護層厚度不可小于鋼筋的工稱直徑。變形縫設置在上部地面建筑時，防空地下室可不設置。在防護單元內不宜設置防震縫，鋼筋混凝土結構設置伸縮縫應按國家現行有關標準執行。縱向受力鋼筋連接頭位置應避開梁端加密區，無法避開時，應采用等強度要求的高質量機械連接頭。鋼筋混凝土受彎構件，應在受壓區配置構造鋼筋。在連續梁支座架節點出，不可小于受拉主筋面積的 1/3。連續梁在距支座邊緣 1.5 倍梁的截面高度范圍內，箍筋間距不宜大于 h0/4（h0 為梁截面有效高度），在受拉鋼筋搭接處，箍筋間距應小于主筋直徑的 5倍。雙面配置的鋼筋混凝土及墻板，需在上下層或內外層鋼筋間設置一定數量的拉筋。保證震動環境中鋼筋與受壓區混凝土共同作用，并且拉筋應按梅花形排列。
鋼筋混凝土平板防護密閉門門框厚度應大于 300mm。防護密閉門門洞四角內外側，應配置長度大于 1000mm 的兩根斜向鋼筋，鋼筋混凝土防護密閉門與門扇應緊密貼合，門框墻受力鋼筋直徑應大于 12mm，配筋率不得小于 0.25%。非承重墻應采用輕質隔板，與結構的墻及頂地板應有可靠的連接措施。非承重墻采用砌體墻時，與鋼筋混凝土柱
交界處應每隔 500mm 設置 2 根直徑為6mm 的拉結鋼筋。非承重砌體墻轉角處應咬搓砌筑，沿墻全高每隔 500mm 設置2 根拉結筋。
4 高層建筑人防工程結構設計方法
高層建筑人防工程需將平面結構進行科學化的標注定位。中國高層建筑工程中人防工程目前尚無完整的體系予以明確規范。在設計中，需專業人員根據以往專業知識經驗，對人防工程結構進行科學合理的設計。
人防工程設計中基礎設計環節，在設計中要考慮經濟合理性與實用耐久性。人防工程結構設計應充分考慮戰時核武器爆炸產生的荷載作用力，保證其結構穩固安全。核爆炸產生荷載作用力時間較短，人防等效靜荷載作用力較大，在設計中要將其與和平時期下情況進行對比研究。在人防工程和平時期驗算時需考慮將恒活荷和荷載分項系數相乘。高層建筑中恒荷活荷層數較多，其受到和平時期受力狀態控制。主樓基礎可按無人防情況計算。
人防地下室結構與普通地下室相似，土壤與主流地下室四周結構不連接時，需考慮主樓結構是否具有可靠側限。主樓地下層四周建設群芳底地下室時，如其基礎設計使用筏形基礎，主樓地基承載力可按室外地坪到主樓地基間距進行深度修正。
高層人防過工程結構設計要滿足承載動荷較大的要求，在人防結構設計中使用材料，抗滲等級需高于普通建筑結構。構件截面尺寸大于普通構件，應避免受力鋼筋使用小于最小配筋百分率。對受力鋼筋的百分率控制可有效改善鋼筋的脆性特點。人防結構設計中設計的混凝土及雙面鋼筋，可有效保證相應構件在戰時條件下良好運行。
人防工程平面結構利用信息化數據，將結構進行多形式的表達。對相關人防結構做出區域性的劃分，使各墻體間能明確標注，門洞尺寸及相關荷載能進行逐一劃分，保證人防平面基本規劃清晰。
人防工程設計主要根據前期結構方案進行內力分析。設計時要對相關荷載、應力及截面問題進行明確計算分析。在高層建筑人防工程施工中，需按國家及行業標準進行嚴格要求。規范進行各種受力作用分析。
內力的分析通常從整體結構進行分解，實際人防工程結構設計中，要將頂層支梁支撐及墻柱形成良好的建筑體系。根據等效應力分載方法規范設計。如在復雜情況下相應承載力呈現單獨結構，說明出現等效靜載力?？墒蛊鋮⒄侦o力結構開展對等的結構設計。但應防止人防工程頂板發生內力沖撞，相關設計人員在方案設計中應結合外墻承載力充分考慮。
4 結束語
高層建筑人防工程建設質量關乎國民基本財產安全與生命安全。在相關建筑設計中，應從平面設計、構件設計及構造設計三方面考慮。在設計中，應注意細節把控，整體布置要符合相關標準要求，確保工程質量安全。
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