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1、人防工程结构设计中应注意的问题人防工程结构设计中应注意的问题导言导言随着社会经济的不断发展，城市建设和人防建设不断结合。防空地下室工程已日显其重要性，怎样能高质高量的建设好一个人防工程已成为设计人员需要用心研究的课题。人防工程设计是人防工程建设的关键环节之一，是人防工程建设程序中必不可少的程序。设计质量的优劣，直接关系到建设项目的社会效益、战备效益和经济效益，对项目的整体质量起着决定性的作用。要保证工程质量，首先要保证设计质量，而人防工程设计中结构设计又是整个人防工程设计中的重要组成部分。下面就对人防工程结构设计审图中存在的几个问题加以说明。材料性能变化材料性能变化由于人防动荷载属于偶然作用荷
2、载，其动态量值很大，但持续的时间却非常短，仅几毫秒或几十毫秒，并且在作用过程中不断随时间迅速衰减的特点。因此在人防动荷载作用下，材料的力学性能与在静荷载作用下相比，材料的力学性质发生了明显的变化，主要表现为材料在快速加载作用下，各种材料强度的提高和结构构件承载能力可靠性指标的变化。通过大量试验，在综合考虑了加载速率直接影响材料的动力性能的情况下，人民防空地下室设计规范 GB50038-2005（以下提到的规范均为此规范）中，第 4.2.3 条给出了，在人防动荷载与静荷载同时作用或人防动荷载单独作用下，材料强度综合调整系数d。第 4.2.4 条给出了，在人防动荷载与静荷载同时作用或人防动荷载单独
3、作用下，混凝土和砌体的弹性模量，可取静荷载作用的 1.2 倍，钢材的弹性模量及各种材料的泊松比均可取静荷载时的数值。以上这些材料性能的变化，都有利于减小结构断面，降低工程造价。截面设计中保证构件延性的问题截面设计中保证构件延性的问题在人防动荷载作用下，可以考虑利用结构的塑性变形来吸收更多的荷载能量，因而允许构件进入弹塑性工作阶段。在静荷载作用下，如果结构构件超过最大弹性抗力时，构件会产生变形，若荷载持续不变其变形就会持续发展，最后会因变形过大产生破坏。在人防动荷载作用下，结构构件进入了屈服状态，只要引起的最大变形不超过结构允许的最大变形，经过很短的时间，荷载消失后，振动变形将不断衰减，最后达到
4、某一静止状态，结构虽然有一定的残余变形，但结构并没有破坏，仍有一定的承载能力和密闭性，结构就进入了塑性工作阶段，可以使结构承受更大的动荷载，因此有较大的经济意义。在设计中既考虑结构的弹性工作阶段又利用其塑性工作阶段，这就叫按弹塑性工作阶段设计。由于人防工程各部位的受力情况不同，因此它们最后破坏的安全储备相差很远。实验表明，脆性破坏的安全储备小，延性破坏的安全储备大。所以在设计中应坚持强柱弱梁、强剪弱弯的设计原则。结构构件的弹塑性工作阶段是用延性比来表示的，当允许延性比等于 1 时，应按弹性工作阶段设计，当允许延性比大于 1 时，应按弹塑性工作阶段设计。（1）规范4.10.3 条规定：结构构件按
5、弹塑性工作阶段设计时，受拉钢筋配筋率不宜大于 1.5%，当大于 1.5%时，受弯构件或大偏心受压构件的允许延性比值应满足下式要求，且受拉钢筋最大配筋率不宜大于规范表 4.11.8 规定。（2）规范4.10.5 条规定：按等效静荷载法分析得出的内力，进行梁、柱斜截面承载力验算时，其混凝土及砌体的动力强度设计值应乘以折减系数 0.8。规范4.10.6 条规定：按等效静荷载法分析得出的内力，进行墙、柱受压构件正截面承载力验算时，其混凝土及砌体的轴心抗压动力强度设计值应乘以折减系数 0.8。这主要是为了体现构件的强剪弱弯、强柱弱梁的设计原则，以使构件在破坏前具有较好的延性。由以上分析可知，对比地上普通
6、工业与民用建筑中的构件，人防构件的特点是较低的配筋率、较小的跨高比、较高的混凝土强度等级以及较大截面尺寸，其主要目的是保证结构构件的延性，可见延性对于一个人防工程的结构设计师相当的重要的，但是地上很多设计院常忽略结构延性问题。设计要点设计要点1.1.规范选用规范选用人民防空地下室设计规范GB50038-2005 只适用于新建或改建的属于下列抗力级别范围内的甲、乙类防空地下室以及居住小区的结合民用建筑易地修建的甲，乙类单建掘开式人防工程设计。设计人员特别注意本规范的使用范围，如地下街，及市政人防工程等不适用于本规范，其荷载及构造要求均应按人民防空工程设计规范GB50225-2005 采用。2.2
7、.顶板等效静荷载取值顶板等效静荷载取值规范中 4.8.2 条核武器作用下顶板等效静荷载标准值与抗力级别、顶板结构最大短边净跨及覆土厚度有关，还要区分是否考虑上部建筑影响。此处的顶板结构最大短边净跨是指的是顶板板格短边净跨即次梁间净跨，一些设计人员在取值时按柱间净跨来取对有次梁的梁板结构形式不合理，其荷载取值会偏小，导致结构计算不安全。3.3.钢筋混凝土底板等效静荷载标准值钢筋混凝土底板等效静荷载标准值甲类防空地下室基础采取条形基础或独立柱基加防水底板时，除条形基础、独立柱基需承受墙、柱传来的核武器爆炸等效静荷载外，尚应计入从侧面绕射到防水底板上的核武器爆炸动荷载，其等效静荷载标准值，对核 6B
8、 级可取 15kN/，对核 6 级可取 25kN/，对核 5 级可取 50kN/。按此条执行时防水底板下应铺设有一定厚度的易压缩材料，否则防水底板应考虑动荷载作用下地基反力对其与独立柱基和条基的共同作用，其等效静荷载应按规范中表第4.8.5条采用。4.4.混凝土反梁混凝土反梁反梁指荷载不直接作用在梁顶，而是由设在梁下部（梁受拉区）两侧的楼板将荷载的作用传递到梁上。对反梁要特别注意抗剪验算。实验证明，反梁的抗剪能力低于正梁，而受弯能力同正梁。其主要原因在于两种情况下梁横截面受压区混凝土应力状态不同，反梁剪应力分布与正梁有差异。直接受荷时，垂直于梁轴截面处应力是压应力，而间接受荷梁，垂直于梁轴截面
9、处应力是拉应力。由于应力变号，受剪时破坏形态和破坏程度发生一定的改变。故在计算反梁的斜截面受剪能力时应按下式进行校核。构造要求构造要求1.1.拉结钢筋拉结钢筋规范4.11.11 条规定：双面配筋的钢筋混凝土板、墙体应设置梅花型排列的拉结钢筋，拉结钢筋的长度应能拉住最外层受力筋。当拉结钢筋兼作受力箍筋时，其直径及间距应符合箍筋的计算和构造要求。大量试验资料表明，由于在荷爆炸地面空气冲击波作用下，结构在瞬间承受冲击波正、负压荷载两个方向的作用，为了保证在复杂的受力和塑性铰开展的情况下，不会造成混凝土粉碎性剥落，降低承载能力，以保证振动环境中钢筋与受压区钢筋的共同作用，使构件的整体强度不受破坏，必须
10、设置梅花型拉结钢筋。2.2.后浇带位置设置后浇带位置设置人防工程的防毒通道和除尘滤毒室是人防工程的重要部位，对密闭性能要求相当高，该部位应该一次浇注完成。但是不少设计人员由于对此缺乏了解，工程中常常有在此处设置后浇带，人为形成二次浇注，这种做法是不合理的。3.3.不满足防早期核辐射要求不满足防早期核辐射要求人防工程中的顶板、临空墙，设计时必须满足防早期核辐射的要求。现在有些设计人员设计的地下室顶板，大多数都无填土，但其混凝土板厚仅为 200mm，其理由是满足结构最小厚度要求，且抗弯、抗剪均符合设计要求，但却不知其防早期核辐射最小厚度却不满足规范要求。规范3.2.2 条规定：防空地下室顶板防早期核辐射的最小厚度，对于 6 级人防工事顶板为 250mm 厚。所以设计者在设计顶板、临空墙时，除满足结构计算和构造要求外，还必须满足防早期核辐射的要求。