地下室設計已日顯其重要性。近年來，超長超大的地下室已不再少見。超長地下室外墻裂縫控制、計算模型合理性等問題是結(jié)構(gòu)設計人員設計過程中的難點；超大地下室設計的難點與重點是人防、消防等問題，這些問題各專業(yè)的配合顯得更重要，特別是防問題，結(jié)構(gòu)設計人員需要對建筑、暖通等專業(yè)有較深入的理解才能把結(jié)構(gòu)設計作好。但經(jīng)濟性也是設計人員應該注意的重點，這需要設計人員不斷的優(yōu)化設計，即保證安全又能把握好經(jīng)濟性。以下是在地下室（含人防）設計過程中的幾點總結(jié)與體會。

一、人防結(jié)構(gòu)設計的原則

  1、可用“等效靜載法”簡化考慮人防荷載作用,可拆開為單個構(gòu)件進行計算。

  2、平戰(zhàn)結(jié)合,取控制條件在一般的5級或6級人防設計中,結(jié)構(gòu)的頂板基本上都由戰(zhàn)時控制(根據(jù)工程經(jīng)驗,室外消防車道 可能由平時控制),而側(cè)墻和底板則因地下室結(jié)構(gòu)形式的不同而由實際情況確定;當平時使用要求與戰(zhàn)時防護要求不一致時,應采取平戰(zhàn)功能轉(zhuǎn)換措施。

  3、只進行強度的驗算,由于在人防荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形極限已用允許延性比來控制,因而在防空地下室結(jié)構(gòu)設計中,不必再單獨驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫。

  4、注意各部件的抗力(強度)協(xié)調(diào),以免因設計控制標準不一致而導致結(jié)構(gòu)的局部先行破壞,失去整個防護建筑的作用。

  5、人防地下室墻、柱等承重結(jié)構(gòu),應盡量與地面建筑物的承重結(jié)構(gòu)相互對應,以使地面建筑物的荷載通過防空地下室的承重結(jié)構(gòu)直接傳遞到地基上。

  6、重視構(gòu)造要求,人防設計的許多構(gòu)造要求是與一般的建筑設計不同的,要求更為嚴格,應充分保證結(jié)構(gòu)的延性,“強柱弱梁(板)”、“強剪弱彎”。

二、人防結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容、方法及常見問題

  1、人防荷載取值

  人防荷載取值根據(jù)人防地下室抗力級別(是當?shù)厝朔啦块T根據(jù)國家制訂的《人民防空工程戰(zhàn)術技術要》確定的)采用公式計算或規(guī)范查表,實際設計時常用《理正人防工程結(jié)構(gòu)設計軟件》計算頂板、側(cè)墻及無樁基底板人防荷載,確定各構(gòu)件人防荷載時要注意比較核武器和常規(guī)武器爆動荷載作用取大值控制。當所有構(gòu)件的等效靜荷載值確定后,即可進行結(jié)構(gòu)計算。

  2、荷載組合和內(nèi)力分析

①頂板。

  參與組合的荷載有人防等效靜載、自重、覆土重等;平時使用 活荷載戰(zhàn)時不需要疊加,具體設計時,頂梁板可采用《PKPM2sATWE電算軟件》內(nèi)力分析,該軟件有人防計算功能,頂板也可用《理正軟件》計算。頂板戰(zhàn)時工況可采用塑性算法,平時工況應采用彈性算法,板配筋取兩種工況計算結(jié)果大值,板面筋可按0.25%配筋率貫通外,支座筋不足者可另加非貫通筋,這樣較經(jīng)濟,但要注意板底筋、板面貫通筋及非貫通筋間距應協(xié)調(diào),以便拉筋布置;另外注意坡道作為戰(zhàn)時主入口時,口部以外的頂蓋板也應考慮人防荷載作用。

②外墻。

  參與組合的荷載有人防等效靜載(包括水平及頂板傳來的)、外墻自重、上部建筑自重、地面活荷載、土壓力、水壓力等;外墻配筋主要由垂直于墻面的水平荷載產(chǎn)生的彎矩確定,設計時通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用,僅按墻板彎曲計算墻的配筋。地下室外墻可根據(jù)支承情況按雙向板或單向板計算水平荷載作用下的彎矩。

  由于地下室內(nèi)墻間距不等,有的相距較遠,因此在工程設計中一般把樓板和基礎底板作為外墻板的支點(單跨或多跨)計算,在基礎底板處按固端,頂板處按鉸支座。具體設計時,《理正軟件》計算。按上述計算模式,外側(cè)豎向筋宜在外排,與頂板類似,外墻外側(cè)豎向筋也可采用貫通筋與非貫通筋交錯布置方式,該筋在交錯底板彎后直段長度按其搭接與底板下鋼筋相連,此構(gòu)造底板端部實際已具有與外墻固端彎矩同值的承載力。外墻選筋時宜按“直徑細且間距密”的原則,有利于控制裂縫,最大間距不宜大于200mm。

③內(nèi)承重墻、柱。

  荷載組合相對簡單,要注意的是在進行荷載組合時,常規(guī)武器爆動荷載作用時上部建筑物自重全部考慮,核爆動荷載作用應根據(jù)抗力等級、上部結(jié)構(gòu)形式,在進行荷載組合時上部建筑物自重可區(qū)分全部考慮、考慮一半和不考慮3種情況,設計時應認真分析確定。具體設計時,對主樓塔數(shù)較多,地下室作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端且大底盤地下室通常又不設縫時,為提高計算效率,各塔可獨自帶地下室分析計算,各塔的地下室結(jié)構(gòu)層宜比主樓多出1跨～2跨參與內(nèi)力分析計算,主樓的承重墻、柱計算結(jié)果即可采用。設計頂梁時可不帶主樓,將所有頂梁拼裝成整體,另行建模計算,其與帶主體建模計算結(jié)果比較,多個實際工程均表明,頂梁配筋誤差很小,其中支座筋誤差約3%,梁底筋基本無誤差,故可采用,這種方法對體量較大多塔樓盤可有效縮短設計周期。

三、構(gòu)造要求

  人民防空地下室設計規(guī)范第4.11節(jié)中已作了很詳細的構(gòu)造規(guī)定,結(jié)構(gòu)設計人員只需認真研究體會規(guī)范條文的條件和適用范圍,結(jié)合工程實際情況就可順利地完成人防地下室各主要構(gòu)件的設計了。為了方便設計,結(jié)合構(gòu)造和受力要求,這里列舉一些主要人防構(gòu)件參考尺寸:

  1、頂板對6級:一般取250mm～300mm;對5級:一般取300mm～350mm。

  2、頂板梁:跨高比一般為7～12,合理的截面尺寸判定標準是梁面通長筋恰好由構(gòu)造確定。

  3、外墻、臨空墻:通常不小于300mm,由計算確定。

  4、防護單元隔墻、密閉隔墻:一般取250mm。

  5、底板:厚度不宜小于外墻,地下水位較高時,一般不由人防控制。

  總之,人防構(gòu)件結(jié)構(gòu)厚度應首先滿足防早期核輻射要求,然后滿足受力要求。

四、孔口防護和平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設計孔口防護包含三部分的設計內(nèi)容:

  1、防護密閉門與消波系統(tǒng)的設計,由建筑、通風專業(yè)完成;

  2、出入口通道內(nèi)臨空墻、相鄰單元之間的隔墻、門框墻等的設計,其中臨空墻、相鄰單元之間的隔墻,設計人員可按參照外墻的計算模式設計,而門框墻的設計一般是按懸臂梁計算,有時門框墻的懸臂長度過長,而使水平筋過大,這種情況下,加暗柱或暗梁,壁柱或壁梁可得到較為經(jīng)濟的設計效果;

  3、孔口其他構(gòu)件,如風井、通信、電力防爆波電纜、防倒塌棚架、開敞式通道的設計,其中開敞式通道不考慮核爆動荷載,只考慮靜土、水側(cè)壓力,而風井、通信、電力防爆波電纜井、防倒塌棚架的設計一般直接選用通用圖,注意鋼結(jié)構(gòu)防倒塌棚架土建需配相應基礎圖。平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換設計的基本原則是:

  ①工程平戰(zhàn)用途相近;

  ②轉(zhuǎn)換工作要小;

  ③一次設計,分兩步施工；

  ④考慮兼容性和通用性;

  ⑤轉(zhuǎn)換措施要求快速、經(jīng)濟、簡便、可靠。各部位封堵構(gòu)件上的荷載種類較多,設計中一般直接選用通用的封堵構(gòu)件,不再單獨設計。

五、人防結(jié)構(gòu)設計的特點

  1、核武器、常規(guī)武器爆動荷載作用屬于偶然性荷載,具有量值大、作用時間短(1s左右)且不斷衰減等特點,整個結(jié)構(gòu)壽命期內(nèi)只考慮一次作用,鋼筋混凝土構(gòu)件又允許開裂,因此構(gòu)件安全度可降低,人防荷載的分項系數(shù)取1。

  2、地面多層或高層建筑物,對于普通爆破航彈、核爆炸沖擊波早期核輻射等破壞因素都有一定的削弱作用,設計防空地下室時可考慮這一因素。

  3、應同時滿足平時和戰(zhàn)時兩種不同荷載效應組合的要求。

  4、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可按彈塑性設計,對超靜定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可考慮塑性內(nèi)力重分布。

  5、在人防荷載作用下,材料強度會提高,但變形性能包括塑性性能等基本不變,這對結(jié)構(gòu)有利,在設計中通過材料強度綜合調(diào)整系數(shù)體現(xiàn)。

  6、在核爆動荷載這種瞬間荷載作用下,一般不會產(chǎn)生因地基失效引起結(jié)構(gòu)破壞,結(jié)構(gòu)設計可不驗算地基承載力及變形,但對甲類防空地下室的樁基,不論何種情況,樁本身都應按計入上部墻、柱傳來的核武器爆炸動荷載效應組合值來驗算構(gòu)件的強度。