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人防地下室墙体结构设计分析

热度0票  浏览0次 时间:2019年3月14日 10:25
  摘要:人防工程是建筑工程中较为特殊的一类工程,十分注重墙体承载能力,因而其墙体结构设计是一项极为专业的设计工作,极为重要。本文作者从人防地下室墙体结构为出发点,简要阐述了人防工程的概念及墙体设计等方面内容。
  关键词:人防工程;地下室墙体;承载力;设计分析人防工程是建筑工程中极为特殊的一大种类,之所以其具有极大的特殊性,是由于其在墙体承载力、结构设计、材料选取等方面与其他民用建筑相比要求更为严格,以达到防护效果。为更好的了解人防地下室工程的设计与用途,下面作者从人防工程的概念、设计要点等几方面进行论述。
  1. 人防工程概述
  人防地下室的分类因其使用用途而异,主要可分为医护人防工程、防空工程、收藏隐蔽人员工程及其相关配套工程。一般而言人防地下室在设计与建造时均是根据和平与战时相结合的形式进行的,这样的人防地下室在和平年代作城市建筑用途,如地下停车场、车库或储藏库,战争时期则可以成为防空地下室,用作物资存放地和人员庇护场所。
  防空地下室根据承受能力分为两类,甲类防空地下室要足以经受常规性武器及核武器、生化武器的攻击影响,乙类防空地下室则要足以经受除核武器意外的其他两类武器的攻击影响;根据与地面距离分类,可分为顶部出土式与全埋式两种,在地面上层是钢筋混凝土结构建筑时,前一分类的甲类防空地下室必须采用全埋形式建造,乙类防空地下室用顶部出土式建造时,地下室顶层高出地面距离只可以小于上部建筑物高的二分之一。另外,人防地下室还可根据地面上不可移动建筑物的有无分成附建式与单建式,上部无坚固建筑物为单建式,上部有坚固建筑物为附建式,在附建式防空地下室中,上部建筑物与下层防空地下室相通,可自由出入。
  2. 防空地下室设计要点
  防空地下室与钢筋混凝土建筑不同,由于其建好后收到的攻击影响具有偶然性与短暂性且允许出现裂缝,所以其设计时的安全度相比之下无需太高。防空地下室的设计内容主要分为两大方面:一方面是主体设计,就是包括墙体、顶板、底板及承重部分在内的主要结构设计;另一方面是配套设施设计,即为人员出入通道、防护措施设计、通风系统等均属于配套设计。
  鉴于防空地下室的特殊性,简而言之其设计要点主要为以下几点:(1)采用平战结合的形式设计,部分构件根据战时要求设计,其余则可视情况而定;(2)进行强度测算,无需测算地基承受力、变形或其他因素影响;(3)考虑承受一次性爆炸承载能力;(4)配件设施设计相互配合防止出现内部不和谐致使内部被破坏,影响整体作用;(5)地上地下承重设计相互协调,防止上下差距过大相互影响破坏的情况[1]。
  3. 测算荷载组合
  在防空地下室设计之初需要考虑到其使用年限要与其上层建筑物的使用年限一致,最少的使用年限是五十年。防空地下室需要承受的负荷,主要包含武器攻击力负荷、上层建筑物负荷、自身重量负荷和自然元素如水压负荷、土地负荷等方面。根据人防规范中规定,防空地下室各部位所承受的负荷有所不同,需分别测算,例如临空墙就要测算出其将会承受的顶板施加的武器爆炸负荷及侧面施加的负荷、其他静态负荷等。
  4. 最低配筋率分析
  在对墙体的配筋进行计算时,应准确设置墙体的边界条件。通常外墙应采取三面固定、顶面简支板等方式,对于顶板使用无梁楼盖且墙体薄于楼盖的情况,应对三面固定顶面简支及四面固定两种情况进行分别计算,取其中包络值进行配筋。对于内墙的边界主要采取四面固定的形式。正确对配筋及构件内力进行计算后,还应结合墙体的相关规范及特点对配筋的结果进行科学的修整。
  人防相关规范中明确指出了人防墙的最低配筋率。临空墙属于受弯构件,需要承受水平的荷载,在使用 C30 混凝土时,以 0.25% 作为单侧最低配筋率,相关的人防设计软件也是严格根据此要求进行配筋的。
  在混凝土的相关结构设计规章中指出,对于混凝土板长宽比低于3.0 时,应参照双向板计算,大于 3.0 时应参照单向板在短边方向受力的情况计算。对单向板与受力方向垂直是进行钢筋的布置其配筋率应大于 0.15%。
  临空墙的受力状态也常分为两种,单向板与双向板。在作为单向板受力时,特别是长高都较大的情况,其短边周边的配筋构造需要应严格结合人防规范进行处理,而长边则采取混凝土的相关规范,其最低配筋率为 0.15%。而长高较低的窄墙也属于单向板,主要以水平受力为主要受力方向,通常这类墙体只具有少量的竖筋,因此在进行构造配筋时为了保险起见也可根据双向板进行考虑;在作为双向板受力时,各个构造的配筋都应结合人防规范的要求。
  在对各种墙体的构造配筋进行分析时,为了明确的进行对比,也将非人防墙的最低配筋率进行分析。在同一防护单元中虽然内部隔墙不进行水平荷载的承担,但其承担了来自顶板的竖向人防荷载,对此隔墙的配筋也需结合人防的相关规范进行。
  临空墙与人防外墙采取相同的配筋原则,但应对外墙周边的环境因素进行考虑,若长高比大于 3.0,则可适当的对外侧水平钢筋的构造配筋率进行适当的提高。而非人防的墙体其构造配筋则直接根据混凝土相关规范进行。
  在内墙具有扶壁柱及相关构造连成一体时,可从柱边进行墙长的测量,将柱可视为内墙的支座。若外墙较厚,其刚度远大于扶壁柱或框架柱等,对其不可作为外墙支座,应将与改墙垂直的墙体作为支座。
  在多数情况下,都使用构造配筋对人防墙配筋进行控制,进而对其进行单向板或双向板、受弯部件或受压部件、混凝土规范或人防规范等的区分,这对正确的将墙体配筋进行施工有着重要意义 [2]。
  5. 事例分析
  笔者结合以下两个事例对构造配筋与人防墙体配筋的关系。
  事例 1:在普通地下室相隔的核 6 级人防的地下室,上部建筑荷载的影响应不考虑其中。并采取人防工程结构的相关软件进行隔墙配筋的计算。在长高比低于 1.0 时,应使构造配筋作为墙体内外的水平及竖向钢筋,且使用最低人防规范的配筋率进行控制;若墙体长高比位于 2.0与 3.0 之间,除外侧竖筋,其余均使用构造配筋;若长高不大于 3.0,其人防隔墙则将双向板改为单向板,并将内侧竖筋根据人防规范的最低配筋率进行配筋。由此可知,对于人防地下室中较长的隔墙水平钢筋应满足构造需求,并采取混凝土规划中最低的配筋率与人防规范求比,对此可节约水平钢筋的 40% 的用钢量。
  事例 2:核 6 级的人防地下室外墙,其人防荷载约 50kN/m2,其顶板埋入地下 1 米 5 左右,其墙厚约 350 毫米,墙高 4 米,使用 HRB400规格的钢筋,C30 的混凝土;为上边简支。
  上边简支属于受弯墙体,且外侧的竖筋具有较大的配筋面积,并使用分离式配筋对墙体底部进行钢筋附加,进而实现对各区域结合计算值进行钢筋实配,能够控制钢筋的使用量。
  且人防的外墙较长,其长高比大于 3.0 属于较为常见。外墙属于单向板的受力状态,其水平钢筋均属于构造配筋,使用最低 0.2% 的配筋率设置外侧水平筋,内侧水平筋则根据 0.15% 进行配筋。合理按照人防规范,使用该配筋率能够有效的节约用钢量 [3]。
  6. 结束语
  综上所述,在人防地下室墙体结构的设计中,应重视相关的技术要点,对其荷载组合进行准确测算,分析最低配筋率并结合以往施工经验科学的进行人防地下室墙体结构的设计。在临空墙的核弹爆炸等量静荷载的数值对临空墙结构的设计有重要意义,应仔细的对其抗力程度及房间两侧功能等进行分析。对于长高比大于 3.0 的人防墙应结合混凝土相关规范对其外侧水平钢筋进行确定。
  【参考文献】
  [1] 温涛 . 人防地下室墙体结构优化分析及工程应用 [D]. 广州大学,2012.
  [2] 宋穗徽 . 人防地下室结构设计方法与工程应用 [D]. 合肥工业大学,2009.
  [3] 卢国华 . 人防地下室结构设计中存在的若干问题分析 [J]. 江西建材,2013,02:35-36.



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