简析高层建筑人防防护工程结构设计的特征及其设计要点

王 冬

天津市颐和城市建筑设计有限公司银川分公司

简析高层建筑人防防护工程结构设计的特征及其设计要点

王 冬

天津市颐和城市建筑设计有限公司银川分公司

人防工程作为我国建筑工程中的重要组成部分，其不仅满足了人们正常生活的需求，还有效保护了人们生命财产安全。使得人们对人防防护工程建设要求也越来越高，所以要坚持平战结合的方针，全方位提高人防防护工程建设的防护体系。因此在当前建筑工程建设过程中，必须加强人防防护工程结构设计。本文概述了高层建筑人防防护工程，简述了高层建筑人防防护工程结构设计的主要特征，对高层建筑人防防护工程的结构设计要点进行了探讨分析。

高层建筑；人防防护工程；结构设计；特征；设计要点

一、高层建筑人防防护工程的概述

人防防护工程作为高层住宅建筑的配套设施，目前高层建筑中的人防防护工程主要附建式人防工程，基于其施工工艺比较简便，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，成为当前人防防护工程建设的主体。附建式人防防护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防护工程可以当作车库、地下储藏室或者地下商业来使用。而在发生战争时，人防防护工程可以作为避难场所使用，这样充分的发挥出了建筑结构的使用价值。地下人防防护工程结构设计时，要充分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。这就要求人防防护工程结构有着一定的抵抗能力，在核弹爆炸冲击波的作用下，人防防护工程结构能有效保障人们的生命财产安全。因此，人防防护工程建设需要合理进行结构设计，从而增加人防防护工程的防护能力。

二、高层建筑人防防护工程结构设计的主要特征

高层建筑人防防护工程结构的特征主要表现为：(1)需要综合考虑高层建筑的结构体系，合理的设置好地下室内部的梁、墙体等承重结构。(2)合理计算动力效应。人防防护工程结构所承受的荷载属于一种动力性荷载。在相同的静力荷载和动力荷载的作用下，后者产生的动应力变形要比后者大很多。(3)人防结构的塑性较强，一般情况下，民用建筑结构的可塑性较差，基本不会进入塑性阶段的工作。人防防护工程结构承受的荷载属于一种瞬时性的荷载，当构建能够进行塑性工作的时候，产生的动力荷载会较快的消失，构件在此基础上也会产生一定的变形，当达到一定的数值之后，将不会产生变化。(4)当防空地下室的防护等级确定好以后，根据相关规范要求工程承受的核爆炸冲击波是一定的，冲击波荷载会传递到地下室的各部件，这时需要确定好等效静荷载后再进行截面设计。

三、高层建筑人防防护工程的结构设计要点

1、基础设计要点分析。高层建筑人防防护工程结构设计时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。为保证人防防护工程结构的安全性，必须对预定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。对于和平时期人防防护工程的验算，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预定等效静荷载与恒载，而活载则可以不考虑，预定荷载也不需要乘上分项系数。并且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。

2、构件设计要点分析。由于高层建筑人防防护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。地下人防防护工程结构构件的截面尺寸往往比较大，因此需要合理进行配筋设计，以防止结构物在荷载的作用下出现压溃现象。地下人防防护工程的板、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。地下人防防护工程不宜在防护单元内设置沉降缝、伸缩缝，而应该在室外出入口和主体结构相连接的位置设置沉降缝。

3、梁墙柱设计要点分析。人防防护工程结构设计过程中采用强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱杆件的设计原则。充分利用受弯构件和大偏心受压构件的变形吸收武器爆炸动荷载作用的能量，以减轻支座截面的抗剪与柱子抗压的负担，确保结构在屈服前不出现剪切破坏和屈服后有足够的延性.最终形成塑性破坏，提高结构的整体承载能力。人防防护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，而人防防护工程则要在极短的时间内承受爆炸产生的动荷载冲击波。人防防护工程在瞬时加载时，对其其材料强度要求比较高，如果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。人防防护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。人防结构设计目的主要是为了抵抗空气冲击波，对结构物件是表面直接作用。

结束语

综上所述，人防防护工程被人们称为人民防空工程，其主要是了在战争发生的过程中，为人们提供医疗救护及物质补给等避难场所。为了充分发挥高层建筑人防防护工程的作用，其结构设计要根据人防工程的特征及当地要求，结合实际进行合理设计。

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