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構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，結構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構設計作好。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與體會。

一、人防結構設計的原則

  1、可用“等效靜載法”簡化考慮人防荷載作用,可拆開為單個構件進行計算。

  2、平戰(zhàn)結合,取控制條件在一般的5級或6級人防設計中,結構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),而側墻和底板則因地下室結構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)功能轉換措施。

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

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

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

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

二、人防結構設計的內容、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《理正人防工程結構設計軟件》計算頂板、側墻及無樁基底板人防荷載,確定各構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。當所有構件的等效靜荷載值確定后,即可進行結構計算。

  2、荷載組合和內力分析

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,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,外側豎向筋宜在外排,與頂板類似,外墻外側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、上部結構形式,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,地下室作為上部結構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,各塔的地下室結構層宜比主樓多出1跨～2跨參與內力分析計算,主樓的承重墻、柱計算結果即可采用。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造規(guī)定,結構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,結合工程實際情況就可順利地完成人防地下室各主要構件的設計了。為了方便設計,結合構造和受力要求,這里列舉一些主要人防構件參考尺寸:

  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,人防構件結構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)轉換設計孔口防護包含三部分的設計內容:

  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,注意鋼結構防倒塌棚架土建需配相應基礎圖。平戰(zhàn)轉換設計的基本原則是:

  ①工程平戰(zhàn)用途相近;

  ②轉換工作要小;

  ③一次設計,分兩步施工；

  ④考慮兼容性和通用性;

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

五、人防結構設計的特點

  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,整個結構壽命期內只考慮一次作用,鋼筋混凝土構件又允許開裂,因此構件安全度可降低,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、鋼筋混凝土結構構件可按彈塑性設計,對超靜定的鋼筋混凝土結構可考慮塑性內力重分布。

  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,這對結構有利,在設計中通過材料強度綜合調整系數(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構破壞,結構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件的強度。