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2安徽省水利水电勘测设计院
摘要：由于各种新型施工技术的不断提出和应用,使得各种高层超高层建筑出现在了人们的生活当中。而人防工程作为我国建筑工程中重要的组成部分,它不但满足了人们正常生活的需求,还有效的保护了人们的生命财产安全。因此在当前的建筑施工工程中,人们对人防工程结构设计也开始逐渐的重视起来。本文主要探讨分析了高层建筑下人防工程结构设计的相关问题。
关键词：高层建筑；人防工程；结构设计；特点；方法；问题
当前高层建筑下人防工程建设中由于受到各方面因素的影响,导致在人防工程建设的过程中存在着一些问题,这就需要人们在实践当中,对其进行不断的改进和完善,从而保障人防工程结构的质量,提高防护水平。
一、高层建筑下人防工程的概念以及设计原理
所谓的人防工程被人们称为人民防空工程,它主要是为了在战争发生的过程中,为人们提供医疗救护,物质补给等的避难场所。
目前,在高层建筑中人防工程主要分为以下几种:坑道式、单建式、地道式以及附建式等。其中附建式在高层建筑中应用的最为广泛。这主要是因为附建式人防地下工程施工工艺比较简便,成本消耗较低,而且可以有效的节约土地资源,所以受到了人们的青睐,成为当前人防工程建设的主体。附建式人防工程主要是以建筑物的结构为主,在高层建筑中本身就需要设置一定的地下空间结构,在平时的使用过程中人们就将人防工程可以当作车库或者地下储藏室来使用。而在发生战争时,人们就可以利用其地下建筑结构作为避难场所使用,这样充分的发挥出了建筑结构的使用价值。
在进行地下人防工程结构设计的时候,我们要充分的考虑到在战争发生过程中存在的这个因素,尤其是核弹爆炸所认识的冲击波。这就要求人防工程结构有着一定的直接抵抗能力,在冲击波的作用下,爆炸人防工程结构的完整性,从而有效保障人们的生命财产安全。因此,在地下人防结构设计的时候,我们要通过准确的计算,来对其设计方案进行规划,进而得到一个有着超强防护能力的人防工程结构。
二、高层建筑下人防工程结构设计特点的问题
1、建筑的使用功能——平战结合。平战结合是当前地下人防工程结构设计的主要特点之一。而所谓的平战结合就是指在平场使用和战争使用相结合,在平时运用的过程中,人们将人防工程当成普通的地下结构空间来使用,比如地下停车场、储藏室等;而在战争发生的时候,就作为避难场所的来使用。这样不但充分利用了地下人防工程的使用价值,还在保障了人们的生命财产安全。
2、钢筋混凝土的结构组成可以按照弹性的工作阶段来设计。在地下人防工程结构设计中,地下结构构件的在塑性阶段工作的过程中吸收的能力要把弹性的阶段吸收的要多,因此施工人员就按照弹性工作阶段来对其工程结构的构件进行设计,这样可以保证构件在使用过程中不会受到较大的损坏,确保了建筑结构的使用寿命。而且在对地下人防工程设计的时候,施工人员工程采用等效成静荷载分析方法,来对建筑结构的荷载进行准确的技术,从而保证建筑施工的强度符合工程的要求。
三、高层建筑下人防结构工程设计的方法问题
1、基础设计。在人防工程设计的时候,我们要对其结构的承载力和可靠性进行详细的分析计算,并且对其建筑结构的经济性进行充分的考虑,从而建筑一个优质的人防基础结构。为保证人防工程结构的安全性,必须对核弹爆炸动荷载作用下的结构承载力进行验算。但是由于其荷载作用时间非常短,所以对地基的承载力、变形、裂缝等可以不进行验算。虽然人防等效静荷载往往非常的大,但是不一定就可以将其作为设计的控制条件,而是应该与平常使用的情况对比,选择最不利的情况作为设计的主要控制依据。对于和平时期人防工程的验算,与其他普通工程基本相同,将恒载、活载都乘上规范规定的相应的分项系数。而战争时期的验算则需要同时考虑到核弹爆炸等效静荷载与恒载,而活载则可以不考虑,核爆荷载也不需要乘上分项系数。考虑到主楼的层数较多,结构自重较大,活载层数较多,通过对比分析,往往为平时的受力情况控制。主楼基础的设计计算按平时和战时两种状态进行比较取大值。
在对高层建筑结构四周的裙房进行施工的时候,如果我们采用筏板作为人防工程结构的基础,不但加大了化工产品施工成本,还使得建筑结构稳定性出现一定问题。而且在考虑到人防工程结构层数比较少,一般情况下都是在两层左右,我们利用独立式建筑基础施工的方法对其进行施工。不过,由于这种独立式基础施工方法本身的防水功能较差,就需要我们通过在独立式基础结构上设置一层防水板,这样不仅经济还有效的提高了建筑结构的稳定性,而且还有着节能环保的作用。当遇到建筑结构不和四周的土壤直接连接的情况时,我们就需要考虑到建筑结构主体的可靠性和稳定性。在该工程中,地下空间结构的刚度比较大,而且在地下空间结构中加设了1.6m厚的土壤,这使得地下结构起到侧限的作用,使得建筑结构的稳定性和可靠性得到了保障。
关于主楼基础下地基承载力的深度修正问题,当主楼地下室四周有裙房地下室时,如果基础为筏型基础,并且基础之上的重量能够等同挖出土体的重量时,主楼基础下承载力的深度修正可以按室外地坪至主楼基底的距离进行。
2、顶板设计。人防工程与一般普通工程根本的区别在于普通工程只承受静荷载，而人防工程则要在极短的时间内承受爆炸产生的动荷载冲击波。人防工程在瞬时加载的时，其材料的强度得到了提高，因此利用普通情况下的材料强度应乘以一个大于1的材料强度综合调整系数。钢材按不同的种类有着不同的调整系数，混凝土按不同的强度等级、砌体按不同的材料也有着不同的调整系数。人防工程结构构件在承受延性破坏时，其安全储备大，当承受脆性破坏时，其安全储备小。所以，当构件承受脆性破坏力的状况时应该乘上一个小于1的强度折减系数，这样一来，易产生脆性破坏的部位则不会过快的破坏，从而延长整个结构的破坏时间。在以下两种情况下应该进行折减，一是按照等效静荷载对梁、柱斜截面承载力进行验算时，砼及砌体在动载作用下的设计强度值应该乘以一个折减系数，其数值为0.8；另一种是按照等效静荷载对墙、柱受压正截面承载力进行验算时，砼及砌体在动载作用下的轴心抗压强度设计值应该乘上一个折减系数，其值为0.8。
3、构造设计。由于人防工程需要承受的荷载较大，而且需要承受核弹爆炸的动荷载作用，因此其结构材料、抗渗等级、构件的最小厚度等都要高于普通结构的要求。地下人防工程结构构件的截面尺寸往往比较大，因此，在进行配筋设计时，应该注意避免出现配筋率小于最小配筋率的情况，以防止结构物在荷载的作用下产生脆性破坏，出现突然压溃现象。地下人防工程的板、墙等都应该采用双面配筋，并且按照规范要求设置梅花形拉结筋，确保构件在震动状态下钢筋与混凝土结合良好，共同受力。地下人防工程不宜在防护单元内设置沉降缝、伸缩缝。因为，要想让这些缝又能够阻止抵抗巨大的冲击力又能起到其自身的功能几乎是不可能的。应该在室外出入口和主体结构相连接的位置设置沉降缝。
结束语
随着时代的不断变化,我国的地下人防工程结构也以经济、美观、坚固为主,逐渐的从而地道式结构演变成为现在的附建式结构,目前,人们为了充分利用建筑结构的使用价值,施工人员采用平战结合的方法,对地下空间结构进行合理的应用。这种方法不仅推动了我国地下人防工程的发展,还节省了工程施工的成本。
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