基于高层建筑的人防工程结构设计研究

徐磊

摘要：随着建筑水平不断的提升，建筑结构设计造高层人防工程中有了明显的突破，其中可以保证发生战争、地震时人们的安全性，建筑上层不会出现坍塌事件的发生。本文就针对人防工程的结构设计原理进行概述，同时对人防工程的基础设计、顶板设计及工程构造设计进行分析，在提升工程安全性的同时，对结构的设计进行不断的优化，降低工程建筑成本，保证将人防工程的作用发挥到极致。以下就针对以上这些方面，对高程建筑人防工程结构设计中的问题和相关关系进行分析。

关键词：高层建筑;人防工程;结构设计

1、人防工程的结构设计原理

人防工程的含义是人民防空工程，在我国的人防工程结构设计当中主要将人防工程与建筑本身相结合，对于高层建筑而言其主要设计呈现方式为地下室，而地下室的设计是高层建筑在进行建筑设计时本身就需要考虑的事情，其设计的目的不仅仅是为了防空工程的需要，在平常还可以为人们的正常生活提供必要的作用。而其作为一种人防工事必须要对其建筑的稳定性进行分析，在我国的很多高层建筑的地下室当中，在正常时期都作为储藏室或者低下车库来进行使用，而到了战时这些地方就会变成坚固的防空工事，保障人们的生命安全。所以高层建筑的地下室在建筑设计时不仅要考虑其使用性能还要对其坚固性能进行分析，首先人防工程其承受的负载范围除了要承受高层建筑的压力之外还需要对在战时可能发生的各种爆炸承受能力进行考虑，比如说在核弹爆炸时所承受的冲击负载，而人防工程则需要对这种冲击负载进行直接承受，所以对于其承受力一定要有着精确的计算。

这种承载力的设计在平常时期不可能对其进行结构方面的实际试验所以在一般的高層建筑的人防工事设计当中一般以等效静载法的方式对其进行验算，比如对于核弹爆炸时的结构承受力的计算，这种爆炸力所造成的承受力大但是其作用时间比较短，所以对于地基的承载力以及并行与裂缝等一些情况可以不作验算。虽然在战时对于其荷载力的要求往往比较高，但是在进行结构设计时也不需要与战时可能承受的所有荷载力进行硬性的需求，而是与平常情况进行对于，将战时可能发生的最大承受力进行实验。而对于不同楼层的高层建筑其人防工程的结构设计有着不同的设计原理，对于楼层较多的建筑而言，其楼层的本身负载;力也要计算在内，而对于平时与战时的受力情况进行双重的分析，取其最大值作为受力依据。

2、高层建筑人防结构工程的设计探讨

2.1 高层建筑人防工程的基础设计

在人防工程设计中其基础设计环节类似于普通建筑设计，在设计过程中都需要将经济合理性、实用性以及耐久性考虑其中，从而选取最优化的设计方案。人防工程结构设计需要充分考虑战时核武器爆炸所产生的荷载作用，以便于设计结构承载力，保证其结构稳固性和安全。核爆炸所产生荷载作用力时间较短，因此人防结构的地基承载力或者是变形、裂缝等问题可以不进行验算，另外人防等效静荷载作用力却非常大，但是在一定程度上不需要将其作为设计的控制条件，在设计过程中需要将其与和平时期下的情况进行对比研究，从而选取其中不利的状态作为人防设计的主要依据，在和平时期对于人防工程验算时需要考虑将恒荷和活荷与荷载分项系数相乘，而在战时验算过程中还需要考虑当核武器爆炸式所产生的恒荷和等效静荷载，并且不用将活荷以及恒荷与荷载分项系数相乘两者考虑其中。在高层建筑中由于主楼的层数较多，因此其恒荷和活荷的层数也相对较多，经过比较研究，其往往受到和平时期受力状态的控制，在主楼的基础计算过程中可以按照无人防情况进行计算，但是在其结构构造的设计过程中需要按照人防设计的要求进行构造设计，经过相应的分析研究之后其基础设计需要设计成为筏板结构，从而能够满足各个不同方面的设计要求。

在主楼周围的裙房结构部分中，其层数较少，因此荷载较小，如果裙房和主楼一样采取筏板设计则不符合经济效益的原则，因此在裙房的结构中采取独立基础设计，但是裙房的地下结构中需要满足其防水要求，而独立基础设计不具备防水特征，因此需要在独立基础中添加防水板的设计，这种设计方法不仅能够满足地下结构对于防水的要求，同时能够实现经济效益。人防地下室结构类似于普通地下室，当土壤不和主流地下室的四周结构进行直接连接时，需要考虑主楼结构是否具有可靠侧限，其关系着高层建筑主楼结构稳定性的问题。案例中主楼四周的地下车库具有良好的刚度特点，在地下车库的顶板位置采用覆土结构使其能够起到侧限作用，而且地下车库的顶板标高位于主楼负一层的曾建，其并不利于主楼倾覆力的传递，因此需要在顶板结构与主楼地下室的外墙之间进行相应的结构加强措施。

而对于主楼地基承载力的深度问题而言，当主楼地下层四周建设有群芳地下室时，如果其基础设计使用筏形基础，同时在筏形基础之上的负载重量和挖出土体的重量相同时，则主楼地基承载力可以按照室外地坪到主楼地基之间的距离进行深度修正。上述案例中的工程裙房结构采取的是独立基础，因此其修正深度需要按照主楼地基与裙房地下室之间的距离进行计算。

2.2 顶板设计研究

高层建筑中的人防工程多建在地下，所以其上部的结构一定要具有一定的安全性和稳固性，这样才能承托起整个高层建筑。一个高层建筑最重要的建筑就是地基建设，一旦地基建设做不好，很可能造成高层的稳固性受到影响，严重情况下可能会致使楼层坍塌，危害人民群众的生命安全。可见顶板设计对高层建筑的稳固性有很大的影响。在设计地下人防的上部结构时，其型式选择一定要合适且匹配。对于本项工程来说，地面不用设计人防结构，只要选择好构件的结构尺寸及合理荷载即可。

2.3 人防工程构造设计研究

和普通的建筑工程相比，人防工程承受的动力荷载很大，设计时，必须考虑使用的材料，设计的抗渗等级，合理调整结构构件的厚度，这些指标都要比普通工程高。首先，人防受力构件截面尺寸必须比平时状态的大，其最小配筋率也大，采用的构建截面尺寸过小，及其容易产生超筋现象，因此必须控制好各构件截面，使其在满足最小配筋率的情况下，又能达到平时地下室对层高，柱距、经济性等的要求。其次，在人防结构设计中，由于墙体结构、板等结构构件尺寸较大，都采用双层双向钢筋，并设置能拉住最外层受力钢筋的梅花形拉结筋，使得双层钢筋的砼板延性更好，可以提高人防工程的整体稳定性。最后，在人防防护单元内，不宜设置沉降缝和伸缩缝，因为从当前的人防施工技术、人防施工材料分析，在沉降缝、伸缩缝中应用还有很多不足，在设计伸缩缝和沉降缝时就存在很多不足，导致防护单元质量不到位，不设置这样就避免了冲击波过大，导致建筑安全系数降低的问题。

3、结束语

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。

参考文献：

[1] 武小佳. 高层建筑人防地下室结构设计的要点[J]. 工程技术（文摘版），2016（10）：00058 - 00058.

[2] 唐来恩. 关于高层建筑人防地下室的结构设计的试论[J]. 建筑知识（学术刊），2014（3）：30- 30.

（作者身份证号码：230623199109071031）