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摘要:随着时代的不断变化,建筑行业已经成为我国经济发展的主要方向之一,而且由于各种新型施工技术的不断提出和应用,也使得我国的建筑行业得到了有效的发展,各种高层超高层建筑也出现在了人们的生活当中。本文主要对高层建筑下人防工程结构设计进行了分析探讨。
关键词：高层建筑；人防工程；结构设计
中图分类号：TU208文献标识码： A
引言
目前,在高层建筑结构设计的过程中,地下人防工程已经得到了人们的广泛使用,它不仅提高了高层建筑结构空间的利用率,还保证了人们的生命财产安全,因此受到了广大人民群众的关注。但是,在我国高层建筑人防工程结构设计中,由于施工管理技术不到位,导致在工程结构设计的时候出现了一定的问题,这就给人们的生命财产安全到来了一定的安全隐患,所以在工程施工前对其工程结构进行准确的技术,再通过的合理施工技术,对其进行施工,从而有效的保障人防工程的质量。
一、高层建筑人防结构的设计特点
建筑使用功能为平战结合，因此，人防工程上作用的荷载，平时正常使用时以静荷载为主，战时爆炸冲击波产生的动荷载成为人防工程的主要荷载。因此，人防工程结构设计，除了要满足一般的使用要求以外，同时还要满足战时能够承受规定爆炸荷载的效应组合要求。钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段进行设计。由于构件在塑性阶段工作可比仅在弹性阶段工作吸收更多的能量，因此可以充分发挥材料潜力。由于人防工程防护设计是将动荷载等效为静荷载进行分析，与此相适应的是，人防工程的结构材料承载能力是按静载试验取得的，这些材料的强度在用于人防工程设计时，要将材料在动载下的强度提高因素考虑进去。因此，人防工程设计时的材料强度要用动荷载强度增强系数来进行调整后方可用于结构设计。这是人防工程结构设计的一个重要特点。
二、高层建筑地下人防工程结构设计的原则
1、在对地下人防工程结构设计的时候,要采用平战相结合方法,利用相关可控制的条件,在人防工程设计结构进行基本的控制,从而提高建筑结构的使用价值。而且在对地板和侧墙进行施工的时候,施工人员还要根据工程管理施工的实际情况和实际要求来进行确定,从而使其到达有效的防护效果。
2、在当前地下人防工程结构设计的过程中,施工人员通常都是采用等效静载计算方法,将其单个构件进行拆除计算,从而简化人防工程荷载的作用力计算的方法。
3、施工人员还可运用强度验算的方法,对其进行人防工程结构在荷载作用下的形变量进行有效的控制,从而使得人防工程结构施工符合工程施工的要求,提高建筑结构的可靠性和稳定性。
4、观察人防工程结构的各个部件的协调性也是十分中重要的,否则可能导致人防工程结构的某些部件提前损耗,使得人防工程使其本身存在的意义。
5、在对人防工程墙柱结构进行设计施工的时候,施工人员要尽量保证其墙柱和建筑承重结构的相互对应,使得地面建筑的荷载通过人防通常的作用直接转入地基当中,从而提高建筑结构的稳定性。
6、在对结构设计的过程中,施工人员要根据施工工程的实际情况对其进行设计,使得人防工程结构施工符合工程的要求。
三、高层建筑人防工程的结构设计
1、人防平面结构构件的布置、标注、定位
人防平面结构构件的布置主要是将建筑平面人防信息用结构方式表达，根据功能利用线型填充分出人防区和非人防区，分出人防外墙、人防临空墙、人防隔墙、人防门框墙；然后标注各种墙体的编号和门框墙的编号、门洞尺寸、荷载类型，以便下一步计算和编制配筋表；最后定位墙体厚度和门框墙的尺寸。
2、人防工程等效静荷载的设计
人防工程设计的核心问题，是人防工程结构内力的计算方法和构件截面的设计方法。人防工程设计从程序上看，大体可以分成三个层次：结构方案、内力分析、截面设计。其中的内力分析是人防工程结构设计，与一般建筑结构设计有较大的区别，而截面设计则与一般建筑结构设计方法基本相同。进行人防工程的结构分析，首先要根据建设单位的设计委托书中确定的工程的抗力等级，由此明确工程的防护要求。防护等级确定后，即可根据有关的规范来确定人防工程的各种荷载作用数值。人防工程的荷载平时以静载为主，战时以动荷为主，这种动荷载是冲击荷载。那么人防工程的荷载是如何选用的呢？动荷載又是如何作用于结构上的呢，解决这一问题的思路是，把爆炸动荷载转化为等效的静荷载，然后根据荷载组合情况，按照一般静力结构力学的方法求出结构的设计内力。一般结构进行内力分析的方法是对结构从整体上进行分析，从整体结构到具体构件，而人防工程的内力分析是先将结构分解成为独立的构件，每种独立的构件分别按照不同的防护要求和防护等级，计算其等效静荷载，每种构件所受的荷载不再向其它构件传递。等效静载法原则上只适用于单个构件。实际人防工程结构是由顶板、梁、外墙、柱等构件组成的多构件体系。用等效静载法设计时，一般将结构分解成独立的构件，求出各自的等效静载后，将复杂结构简化为基本结构或构件，即可按静力荷载作用下结构内力计算结构的内力。这样一来，人防工程的顶板设计时，不再考虑其它构件对顶板的影响，设计外墙时，不再考虑其它构件对外墙的影响。计算底板时，也不再考虑其它构件对底板的影响。另外，内部承重墙柱设计时也不再考虑所有其它构件的影响。
爆炸动荷载可以简化为等效的静荷载的原因，在于在爆炸荷载对于不同的工程部位并非同时达到荷载的最大值，因此可以不必把整个结构作为一个整体进行结构整体分析，而是独立地分别按照荷载的最大值分别设计计算各个构件。这是人防工程结构内力计算的基本特点。
3、人防结构构件的构造要求
人防结构构件的计算很重要，同时构造要求也很重要，特别是不同于非人防部分的构造要求，主要注意以下几点：（1）混凝土等级，抗渗等级；（2）构件厚度的最小要求，特别应注意的是人防顶板上面层小于100mm厚时，板厚最小250mm厚；人防密闭通道的密闭隔墙最小200mm厚；人防连通口处双侧防护密闭门门框墙500mm厚；悬板活门门框墙的厚度；（3）混凝土保护层的厚度；（4）人防设计中纵向受力钢筋的锚固长度和搭接长度；（5）人防结构构件受力钢筋的最小和最大配筋率；（6）混凝土板、墙、门框墙中应设置梅花形拉结钢筋；（7）门洞四角内外侧应布置斜向角筋；（8）人防口部等处的集水坑应考虑人防构造设计。
4、孔口防护和平战转换设计
人防地下室孔口防护的设计和平战转换设计也是一项重要内容。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；（2）出入口通道内临空墙与门框墙的设计；（3）孔口其他构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等的设计，临空墙、相邻单元之间的隔墙已在上节中谈到了荷载的确定，设计人员可按一般墙体的计算模式，考虑人防设计的特点计算出内力和配筋。而门框墙的设计一般按悬臂梁计算，但需注意的是因平常使用时需要的出入口通道均较宽，而战时又相应较窄，这样有可能会使门框墙的悬臂长度过长，使水平筋过大，这种情况下可考虑在不影响功能使用的前提下，加设柱、梁改变门框墙的受力形式，得到较为经济的设计效果。在常规武器爆炸动荷载作用下风井的设计只计算土中压缩波的压力。开敞式通道不考虑常规爆炸动荷载作用。甲类人防地下室室外开敞式防倒塌棚架考虑承受空气冲击波动压产生的水平等效静荷载标准值和由房屋倒塌产生的垂直等效静荷载标准值，但两者应按不同时作用计算。
结束语
将人防工程的结构设计从平面布置、构件计算、构造要求三方面进行了系统地阐述。从大方向上的整体布置设计到小的细节设计构造，系统地总结了整个人防工程结构设计的方法和过程，将规范内容准确地应用于实际工程，希望能为更多的人防工程结构设计带来方便。
参考文献
[1]张晓莉,徐立成,郎洪农,李纪成,葛鹏,王凯峰.人防工程结构设计应注意的几个问题[J].辽宁建材.2008(06)
[2]刘春生.棚户区改造地下车库与人防工程结合设计浅析[J].中州煤炭.2008(03).
[3]陈睿,吴家隽.地下人防工程结构内力计算的特点[J].黑龙江科技信息,2009
(19).
关键词：高层建筑；人防工程；结构设计
中图分类号：TU208文献标识码： A
引言
目前,在高层建筑结构设计的过程中,地下人防工程已经得到了人们的广泛使用,它不仅提高了高层建筑结构空间的利用率,还保证了人们的生命财产安全,因此受到了广大人民群众的关注。但是,在我国高层建筑人防工程结构设计中,由于施工管理技术不到位,导致在工程结构设计的时候出现了一定的问题,这就给人们的生命财产安全到来了一定的安全隐患,所以在工程施工前对其工程结构进行准确的技术,再通过的合理施工技术,对其进行施工,从而有效的保障人防工程的质量。
一、高层建筑人防结构的设计特点
建筑使用功能为平战结合，因此，人防工程上作用的荷载，平时正常使用时以静荷载为主，战时爆炸冲击波产生的动荷载成为人防工程的主要荷载。因此，人防工程结构设计，除了要满足一般的使用要求以外，同时还要满足战时能够承受规定爆炸荷载的效应组合要求。钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段进行设计。由于构件在塑性阶段工作可比仅在弹性阶段工作吸收更多的能量，因此可以充分发挥材料潜力。由于人防工程防护设计是将动荷载等效为静荷载进行分析，与此相适应的是，人防工程的结构材料承载能力是按静载试验取得的，这些材料的强度在用于人防工程设计时，要将材料在动载下的强度提高因素考虑进去。因此，人防工程设计时的材料强度要用动荷载强度增强系数来进行调整后方可用于结构设计。这是人防工程结构设计的一个重要特点。
二、高层建筑地下人防工程结构设计的原则
1、在对地下人防工程结构设计的时候,要采用平战相结合方法,利用相关可控制的条件,在人防工程设计结构进行基本的控制,从而提高建筑结构的使用价值。而且在对地板和侧墙进行施工的时候,施工人员还要根据工程管理施工的实际情况和实际要求来进行确定,从而使其到达有效的防护效果。
2、在当前地下人防工程结构设计的过程中,施工人员通常都是采用等效静载计算方法,将其单个构件进行拆除计算,从而简化人防工程荷载的作用力计算的方法。
3、施工人员还可运用强度验算的方法,对其进行人防工程结构在荷载作用下的形变量进行有效的控制,从而使得人防工程结构施工符合工程施工的要求,提高建筑结构的可靠性和稳定性。
4、观察人防工程结构的各个部件的协调性也是十分中重要的,否则可能导致人防工程结构的某些部件提前损耗,使得人防工程使其本身存在的意义。
5、在对人防工程墙柱结构进行设计施工的时候,施工人员要尽量保证其墙柱和建筑承重结构的相互对应,使得地面建筑的荷载通过人防通常的作用直接转入地基当中,从而提高建筑结构的稳定性。
6、在对结构设计的过程中,施工人员要根据施工工程的实际情况对其进行设计,使得人防工程结构施工符合工程的要求。
三、高层建筑人防工程的结构设计
1、人防平面结构构件的布置、标注、定位
人防平面结构构件的布置主要是将建筑平面人防信息用结构方式表达，根据功能利用线型填充分出人防区和非人防区，分出人防外墙、人防临空墙、人防隔墙、人防门框墙；然后标注各种墙体的编号和门框墙的编号、门洞尺寸、荷载类型，以便下一步计算和编制配筋表；最后定位墙体厚度和门框墙的尺寸。
2、人防工程等效静荷载的设计
人防工程设计的核心问题，是人防工程结构内力的计算方法和构件截面的设计方法。人防工程设计从程序上看，大体可以分成三个层次：结构方案、内力分析、截面设计。其中的内力分析是人防工程结构设计，与一般建筑结构设计有较大的区别，而截面设计则与一般建筑结构设计方法基本相同。进行人防工程的结构分析，首先要根据建设单位的设计委托书中确定的工程的抗力等级，由此明确工程的防护要求。防护等级确定后，即可根据有关的规范来确定人防工程的各种荷载作用数值。人防工程的荷载平时以静载为主，战时以动荷为主，这种动荷载是冲击荷载。那么人防工程的荷载是如何选用的呢？动荷載又是如何作用于结构上的呢，解决这一问题的思路是，把爆炸动荷载转化为等效的静荷载，然后根据荷载组合情况，按照一般静力结构力学的方法求出结构的设计内力。一般结构进行内力分析的方法是对结构从整体上进行分析，从整体结构到具体构件，而人防工程的内力分析是先将结构分解成为独立的构件，每种独立的构件分别按照不同的防护要求和防护等级，计算其等效静荷载，每种构件所受的荷载不再向其它构件传递。等效静载法原则上只适用于单个构件。实际人防工程结构是由顶板、梁、外墙、柱等构件组成的多构件体系。用等效静载法设计时，一般将结构分解成独立的构件，求出各自的等效静载后，将复杂结构简化为基本结构或构件，即可按静力荷载作用下结构内力计算结构的内力。这样一来，人防工程的顶板设计时，不再考虑其它构件对顶板的影响，设计外墙时，不再考虑其它构件对外墙的影响。计算底板时，也不再考虑其它构件对底板的影响。另外，内部承重墙柱设计时也不再考虑所有其它构件的影响。
爆炸动荷载可以简化为等效的静荷载的原因，在于在爆炸荷载对于不同的工程部位并非同时达到荷载的最大值，因此可以不必把整个结构作为一个整体进行结构整体分析，而是独立地分别按照荷载的最大值分别设计计算各个构件。这是人防工程结构内力计算的基本特点。
3、人防结构构件的构造要求
人防结构构件的计算很重要，同时构造要求也很重要，特别是不同于非人防部分的构造要求，主要注意以下几点：（1）混凝土等级，抗渗等级；（2）构件厚度的最小要求，特别应注意的是人防顶板上面层小于100mm厚时，板厚最小250mm厚；人防密闭通道的密闭隔墙最小200mm厚；人防连通口处双侧防护密闭门门框墙500mm厚；悬板活门门框墙的厚度；（3）混凝土保护层的厚度；（4）人防设计中纵向受力钢筋的锚固长度和搭接长度；（5）人防结构构件受力钢筋的最小和最大配筋率；（6）混凝土板、墙、门框墙中应设置梅花形拉结钢筋；（7）门洞四角内外侧应布置斜向角筋；（8）人防口部等处的集水坑应考虑人防构造设计。
4、孔口防护和平战转换设计
人防地下室孔口防护的设计和平战转换设计也是一项重要内容。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；（2）出入口通道内临空墙与门框墙的设计；（3）孔口其他构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等的设计，临空墙、相邻单元之间的隔墙已在上节中谈到了荷载的确定，设计人员可按一般墙体的计算模式，考虑人防设计的特点计算出内力和配筋。而门框墙的设计一般按悬臂梁计算，但需注意的是因平常使用时需要的出入口通道均较宽，而战时又相应较窄，这样有可能会使门框墙的悬臂长度过长，使水平筋过大，这种情况下可考虑在不影响功能使用的前提下，加设柱、梁改变门框墙的受力形式，得到较为经济的设计效果。在常规武器爆炸动荷载作用下风井的设计只计算土中压缩波的压力。开敞式通道不考虑常规爆炸动荷载作用。甲类人防地下室室外开敞式防倒塌棚架考虑承受空气冲击波动压产生的水平等效静荷载标准值和由房屋倒塌产生的垂直等效静荷载标准值，但两者应按不同时作用计算。
结束语
将人防工程的结构设计从平面布置、构件计算、构造要求三方面进行了系统地阐述。从大方向上的整体布置设计到小的细节设计构造，系统地总结了整个人防工程结构设计的方法和过程，将规范内容准确地应用于实际工程，希望能为更多的人防工程结构设计带来方便。
参考文献
[1]张晓莉,徐立成,郎洪农,李纪成,葛鹏,王凯峰.人防工程结构设计应注意的几个问题[J].辽宁建材.2008(06)
[2]刘春生.棚户区改造地下车库与人防工程结合设计浅析[J].中州煤炭.2008(03).
[3]陈睿,吴家隽.地下人防工程结构内力计算的特点[J].黑龙江科技信息,2009
(19).