中国建筑第八工程局有限公司201501
摘要：在当前城市建设中，人防工程量大面广，人防结构设计中暴露出了结构构件钢筋用量多且施工不便等缺点。本文结合人防工程设计中的实际问题，从分析人防工程的特点入手，得出了在人防工程设计领域推广HRB500钢筋和自密实混凝土的优势，为今后在人防工程设计中采用HRB500钢筋和自密实混凝土提供了实践基础。
0前言
钢筋混凝土结构是现阶段我国人防工程建设中采用的主要结构形式。任何在钢筋或混凝土材料方面所发生的革新或进步都对人防工程的建设产生很大的影响。
人防工程由于等效静载大，导致梁柱等结构构件配筋率高，混凝土振捣困难，甚至无法振捣。
传统解决方案采用加大梁柱截面，从而达到减小配筋率的目的。但该方法既不美观也不适用。
上世纪末，HRB500钢筋和自密实混凝土的出现，使人防工程梁柱“瘦身”成为现实。
1人防工程设计的特点
人防工程结构设计具有其它行业尤其是民用建筑设计领域所不具有的特点，主要表现在：
（1）人防荷载数值较大
拿较低级别的核六级人防工程来说，顶板人防等效静载就达到55-70kN/m，（根据板跨度、覆土厚度及上部结构情况有所不同），与民用建筑荷载不处于一个数量级上，而这尚且不包括结构自重及覆土等静荷载。
（2）人防荷载属于偶然荷载
在常规武器或核武器作用下，荷载作用时间很短，属于动荷载范畴，在动力荷载作用下，材料的力学性能与静载作用下相比，主要表现为所取的材料强度有所提高，而变形性能包括塑性等却基本不变，其结构构件在冲击波荷载下不考虑钢筋的疲劳性能；另外，人防结构构件的可靠指标与工业、民用建筑相比较低，这直接对荷载及材料的系数取值产生了影响，这一点在人防结构材料强度的综合调整系数中有所体现。
（3）注重延性，注重构造
对钢筋种类、配筋率、锚固长度、搭接长度都有其特殊要求。
（4）人防地下室工程构件截面设计在战时动荷载作用下，仅考虑结构构件的承载力极限状态，通常不考虑正常使用极限状态。这在《人民防空地下室设计规范》（GB50038一2005）第4.1.6条可体现出来：“防空地下室结构在常规武器爆炸动荷载或核武器爆炸动荷载作用下，应验算结构承载力；对结构变形、裂缝开展以及地基承载力与地基变形可不进行验算。”。
目前人防工程构件设计中存在的主要问题有：因钢筋根数多、结构构件含钢率过高；因钢筋数量多、间距小造成的施工不便、混凝土浇筑质量难以保证等。
2工程实例
（1）工程概况
上海某住宅项目，地下建筑面积21228.7㎡，人防建筑面积17134.0㎡，划分为九个防护单元，七个防护单元为核六B级，两个防护单位为核五级。
（2）施工难点
本工程核五区域部分柱钢筋密集，混凝土无法浇筑，亦不能采用振动棒振捣。
为解决这一问题，在充分试验和认证的基础上，决定将HRB500钢筋和自密实混凝土应用于本项目人防工程钢筋密集的梁柱，取得了较好的效果。
3HRB500钢筋特点
HRB500钢筋具有具有强度高、延性好、碳当量低、可焊性优良等特点。
表1HRB500级钢筋的化学成分(%)
4自密实混凝土特点
（1）主要特点
与传统混凝土相比，自密实混凝土粗骨料用量少，粉体用量有所增加，水与粉体用量的比值远小于常规混凝土的水灰比，而由于添加了高性能减水剂，在不增加单位体积用水量的情况下可以大大提高流动性。
①高流动性：保证混凝土能够在自重作用下克服内部阻力（包括胶凝材料的粘滞性与内聚力以及骨料颗粒间的摩擦力）和与模板、钢筋间的粘附性，产生流动并填充模板与钢筋周围；
②高稳定性：保证混凝土质量均匀一致，在浇注过程中砂浆与骨料不会发生离析，同时浇注后不会出现泌水与沉降分层的现象；
③通过钢筋间隙能力：保证混凝土在实际的建筑工程中穿越钢筋间隙时不会发生阻塞；
④填充密实性：保证混凝土填充模板，并能够自行排出在浇灌过程中带入的气泡达到混凝土成型密实，这一性能是流动性、稳定性和间隙通过性的综合表现。
（2）技术指标
1）原材料的技术要求
①胶凝材料
水泥选用较稳定的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；掺合料是自密实混凝土不可缺少的组分之一。一般常用的掺合料有粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、粒化高炉矿渣粉、石灰石粉等，也可掺入复合掺合料，复合掺合料宜满足《混凝土用复合掺合料》JG/T486中易流型或普通型Ⅰ级的要求。胶凝材料总量宜控制在400kg/m3~550kg/m3。
②细骨料
细骨料质量控制应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52以及《混凝土质量控制标准》GB50164的要求。
③粗骨料
粗骨料宜采用连续级配或2个及以上单粒级配搭配使用，粗骨料的最大粒径一般以小于20mm为宜，尽可能选用圆形且不含或少含针、片状颗粒的骨料；对于配筋密集的竖向构件、复杂形状的结构以及有特殊要求的工程，粗骨料的最大公称粒径不宜大于16mm。
④外加剂
自密实混凝土具备的高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性这四个方面都需要以外加剂为主的手段来实现。减水剂宜优先采用高性能减水剂。对减水剂的主要要求为：与水泥的相容性好，减水率大，并具有缓凝、保塑的特性。
2）自密实性能主要技术指标
对于泵送浇筑施工的工程，应根据构件形状与尺寸、构件的配筋等情况确定混凝土坍落扩展度。对于从顶部浇筑的无配筋或配筋较少的混凝土结构物（如平板）以及无需水平长距离流动的竖向结构物（如承台和一些深基础），混凝土坍落扩展度应满足550~655mm；对于一般的普通钢筋混凝土结构以及混凝土结构坍落扩展度应满足660~755mm；对于结构截面较小的竖向构件、形状复杂的结构等，混凝土坍落扩展度应满足760m~850mm；对于配筋密集的结构或有较高混凝土外观性能要求的结构，扩展时间T500（s）应不大于2s。其他技术指标应满足《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283的要求。
5人防结构梁柱设计
由承载能力极限状态设计控制的人防工程，应用HRB500钢筋主要有以下几个方面的优势：
（1）钢筋强度高，应用在人防结构中可减少钢筋用量，经济效益明显。
（2）HRB500级钢筋由于是高延性钢筋，特别有利于人防结构的延性要求，并可显著改善钢筋密集状况，从而提高工程质量。
（3）人防结构容许延性比高，一般在1.0~5.0之间（依构件类型及密闭要求而定）。结构构件变形大，应当采用具有高屈服点的新型钢筋。
6人防结构梁柱混凝土浇筑施工
人防结构梁柱钢筋密集部分采用自密实混凝土浇筑。
自密实混凝土流动性大、侧压力大。模板的支撑立柱应置于坚实的地（基）面上，模板体系应具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能可靠地承受浇筑混凝土的自重、侧压力、风荷载及施工荷载。
自密实混凝土的浇筑效果主要取决于自密实混凝土的工作性能。因此，保持混凝土浇筑的连续性是其关键，如停泵时间过长，自密实混凝土工作性变差，必须对泵管内的混凝土进行处理。
自密实混凝土所用粗骨料最大粒径小于20mm，骨料是悬浮在浆体中，为避免因混凝土下落产生的冲击力过大造成自密实混凝土中骨料下沉产生离析，确保混凝土浇筑倾落高度不超过5m。
7结论
（1）HRB500高强度钢筋应用于人防结构设计，不但科学而且经济，有利点甚多，而且技术上的不利因素较少。
（2）自密实混凝土大大降低了钢筋密集的梁柱等构件的施工难度，提高复杂构件的施工质量和速度。
参考文献
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