研究人防結構設計與抗震結構設計

張翀

摘 要：本文作者經(jīng)過多年設計經(jīng)驗，從人防結構設計和抗震結構設計出發(fā)，對二者進行了系統(tǒng)的比較，以供參考。

關鍵詞：建筑結構；人防結構設計；抗震結構設計；比較分析

抗震結構設計就是通過結構的設計安排，能夠預防一定地震級別對建筑物的摧殘，而人防結構設計的目的主要是為了保護常規(guī)武器或者核武器進攻之下的震動對群眾帶來的人身安全。從根本上說二者的建筑施工都是以減少震動危害為目的的，因此具有一定程度的相同點，同時由于二者所承受的震動性質(zhì)不一致，因此實際的施工設計手段也存在差異。下面對其進行簡單的介紹：

1 建筑工程人防結構設計與抗震結構設計的內(nèi)容

1.1 建設工程人防結構設計

人防建筑結構在建筑施工之前需要進行系統(tǒng)的結構設計，結構設計必須進行科學的數(shù)據(jù)分析和實地勘探考察，設計質(zhì)量與施工質(zhì)量二者有明顯的關系?？茖W的結構設計能夠產(chǎn)生相應的人防效果，在戰(zhàn)爭時期和和平時期都能夠?qū)θ罕姷纳敭a(chǎn)起到保護作用。從目前的施工建設經(jīng)驗分析，主要存在的人防結構設計手段有掘開式人防工程和暗挖式人防工程兩種，其中掘開式人防工程又包括單建式人防工程和附建式人防工程，而暗挖式人防工程則包括坑道式和地道式兩種。

1.2 建設工程抗震結構設計

雖然我國的地震發(fā)生概率比較小，地震帶來的危害較之地震頻發(fā)國家來說相對較小，但是為了保證建筑物使用質(zhì)量，確保用戶的人身財產(chǎn)安全，減少地震發(fā)生時的重大人身傷亡，進行必要的抗震結構設計也是必不可少的，尤其是對于地震發(fā)生概率比較高的省份來說，更應該成為建設施工的重點?，F(xiàn)有的建設施工安全文件規(guī)定安全性指標是指建筑工程結構在正常地設計、施工和使用條件之下，能夠承受在施工與使用情況下出現(xiàn)的各種荷載或變形，特殊情況下發(fā)生的偶然荷載或突發(fā)事件要保證在發(fā)生事件前后結構的穩(wěn)定性能不變。而適應性指標主要是指在建筑結構正常使用的情況下能夠在規(guī)定使用期限內(nèi)其結構不產(chǎn)生變形、裂縫和振動等。

2 建筑工程人防結構設計與抗震結構設計的對比分析

2.1 設計原則的對比

從理論上分析，無論是人防結構還是抗震結構都是以提高抗震動帶來的危害為基礎，他們的施工特點都是提高建筑物的抗震動能力，保證在遭受到重大震動時建筑物能夠最大程度的保持完好，從這一方面來說，二者都遵循“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等基本設計原則。此外，二者的結構設計理念都尊重整體建筑的協(xié)調(diào)性和合作性。以往的建設施工實踐表明，即使整體的建構設計都符合基本的承受系數(shù)標準，但是只要存在一個環(huán)節(jié)甚至是一個小結構的弱承受能力，在地震等災害發(fā)生時，該小的薄弱環(huán)節(jié)就成為災難發(fā)生的源泉，這一點與工程力學上所講的應力集中現(xiàn)象類似。按照物力學力的基本原理，我們發(fā)現(xiàn)建筑結構的內(nèi)部各個組成部分具有一定的收縮系數(shù)標準，換句話說，施工人員可以通過提高建筑內(nèi)部的動能運動和吸收能力，來減少外部受到的動能威脅，從而降低外部震動帶來的建筑物嚴重破壞，或者降低危害系數(shù)?；谶@一理論，建筑施工人員可以從動能力量俄轉(zhuǎn)換角度出發(fā)，進行設計施工。例如可以充分地利用結構受彎構件或大偏心受壓構件的變形吸收動荷載的能量，通過緩沖作用減輕各個構件支座截面的抗剪負擔和受力柱的抗壓負擔，以確保建筑結構在完全曲屈服前不再出現(xiàn)另外的剪切力破壞，在屈服后還具有足夠的延性以保證構件形成最終的塑性破壞，從而達到提高建筑結構整體承載力的目的。

2.2 設計方法的對比

從物理學角度分析，人防結構設計主要是提高力的承受能力，因此，它的設計方法也是從物理學應用實際出發(fā)，現(xiàn)行主要的設計方法是采取等效靜荷載的辦法展開設計分析工作。由于建筑抗震結構設計是基于擬建工程結構在施工或使用的條件下的設計過程，建筑結構構件在各種動荷載的綜合作用下，結構構件振型與相應靜荷載作用下?lián)锨€非常相似，而且在動荷載的作用下建筑結構構件的破壞規(guī)律與相應的靜荷載作用下的破壞規(guī)律也相似，因此在動力分析過程中，可以通過將建筑結構構件進一步簡化為一種單自由度體系，查表可得相應的動力系數(shù)，以動力系數(shù)與動荷載峰值相乘得到等效靜荷載。這樣一來，建筑結構構件相當于在等效靜荷載的作用下，而其各項內(nèi)力就是在各種動荷載作用下的內(nèi)力最大值。此外，提高人防結構的質(zhì)量，不僅要選用科學的設計方案，還需要選用具有一定承受力和荷載力的高效建筑結構材料，現(xiàn)在施工單位為了提高原有建筑材料的使用效果，通常在建筑材料內(nèi)加入材料強度綜合調(diào)整系數(shù)予以調(diào)整修正，最后通過建筑結構構件在綜合動荷載作用下的變形極限允許延性比加以控制，按照允許延性比進行彈塑性能的驗算得到最終的設計結果。

由于地震災害的破壞力大，而且地震災害具有不可預測的性質(zhì)，因此對于地震災害的預防工作，在建筑施工過程中難度系數(shù)非常高?，F(xiàn)有的抗震結構設計理念基本可以概括為，抗震建筑物能夠在較低級別的地震災害中確保質(zhì)量安全，不發(fā)生破壞，而在相對高的地震災害發(fā)生時，出現(xiàn)細微的破壞性，但是可以通過后期的修補和維護繼續(xù)居住，在較高級別的地震災害發(fā)生時，建筑物能夠保證不坍塌，內(nèi)部居住居民可以安全撤離，減少地震發(fā)生時的破壞力，但是建筑物無法進行二次使用，需要在災后進行重建。這種設計理念與人防結構設計之間存在差異性，人防結構設計的方法一般先取小震地震動參數(shù)計算結構彈性下的地震作用效應進行相關的結構構件截面承載力的驗算，然后是對大震下的結構彈塑性變形力驗算完成“二階段”設計要求，最后通過應用工程結構概念設計和抗震構成措施來完成“大震不倒”的第三水準設計要求。

2.3 荷載作用方式的對比

人防結構設計與抗震結構設計二者在荷載作用方式方面的相同點在于都為偶然動荷載，設計時均可以以具有一次作用效果考慮，而主要的不同點在于防震結構的荷載作用方式是由于地震事件造成地面運動而引起的動態(tài)慣性作用力，是間接的。人防結構所承受的動荷載主要是外部動能量直接作用于人防結構的附屬構件，而人防結構內(nèi)部構件只是間接的承受附屬構件以及建筑上部結構的荷載作用。人防結構所承受荷載是在短時間內(nèi)迅速爆發(fā)出來的，由于時間短，能量大，所以表現(xiàn)的破壞力也就相對較大，而且會隨著時間的不斷延長而逐漸消耗。在人防動荷載的作用下，材料的力學性能與在靜荷載作用下相比，材料的力學性質(zhì)發(fā)生了比較明顯的變化，主要的表現(xiàn)是材料在快速加載作用過程中各種材料強度的提高和結構構件承載能力可靠性指標的變化。

總之，從目前的建筑施工現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)分析，我國的建筑設計越來越重視人防結構和抗震結構的設計質(zhì)量，尤其是在遭受到兩次重大地震和如今國際局勢的影響之下，用戶對二者施工的質(zhì)量要求也相對提高。筆者依據(jù)多年的建筑施工經(jīng)驗和理論知識認為，人防結構設計與抗震結構設計在某些方面存在共同點，同時也存在差異，設計人員可以取長補短，通過優(yōu)勢互補，提高建筑物的使用質(zhì)量和使用年限，推動我國建筑行業(yè)快速發(fā)展。

參考文獻

[1]李航.關于人防結構設計與抗震結構設計的比較[J].中國房地產(chǎn)業(yè)·下半月，2012（10）.

[2]亢智敏，王立偉.論建筑結構設計中的抗震設計.科技資訊，2009，12（18）：102～104.

[3]肖世健.淺談人防地下室結構設計.山西建筑，2007，17（35）：90～91.