人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較分析

呂曉娟

【摘要】城市化進(jìn)程的加快，使得我國的建筑行業(yè)獲得了飛速發(fā)展。人們對于建筑質(zhì)量和舒適性的要求也使得建筑設(shè)計(jì)成為建筑工程項(xiàng)目中的重要環(huán)節(jié)。本文針對人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于建筑物的重要性，對其進(jìn)行了比較分析，以提高建筑物的質(zhì)量和延性。

【關(guān)鍵詞】人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；比較分析

一、建筑工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1、建設(shè)工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

人防建筑結(jié)構(gòu)在建筑施工之前需要進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須進(jìn)行科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和實(shí)地勘探考察，設(shè)計(jì)質(zhì)量與施工質(zhì)量二者有明顯的關(guān)系。科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生相應(yīng)的人防效果，在戰(zhàn)爭時期和和平時期都能夠?qū)θ罕姷纳?cái)產(chǎn)起到保護(hù)作用。從目前的施工建設(shè)經(jīng)驗(yàn)分析，主要存在的人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。

2、建設(shè)工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(cái)產(chǎn)安全，減少地震發(fā)生時的重大人身傷亡，進(jìn)行必要的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)該成為建設(shè)施工的重點(diǎn)?，F(xiàn)有的建設(shè)施工安全文件規(guī)定安全性指標(biāo)是指建筑工程結(jié)構(gòu)在正常地設(shè)計(jì)、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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能不變。而適應(yīng)性指標(biāo)主要是指在建筑結(jié)構(gòu)正常使用的情況下能夠在規(guī)定使用期限內(nèi)其結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生變形、裂縫和振動等。

二、建筑工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對比分析

1、設(shè)計(jì)原則的對比

從理論上分析，無論是人防結(jié)構(gòu)還是抗震結(jié)構(gòu)都是以提高抗震動帶來的危害為基礎(chǔ)，他們的施工特點(diǎn)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(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”等基本設(shè)計(jì)原則。此外，二者的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念都尊重整體建筑的協(xié)調(diào)性和合作性。以往的建設(shè)施工實(shí)踐表明，即使整體的建構(gòu)設(shè)計(jì)都符合基本的承受系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但是只要存在一個環(huán)節(jié)甚至是一個小結(jié)構(gòu)的弱承受能力，在地震等災(zāi)害發(fā)生時，該小的薄弱環(huán)節(jié)就成為災(zāi)難發(fā)生的源泉，這一點(diǎn)與工程力學(xué)上所講的應(yīng)力集中現(xiàn)象類似。按照物力學(xué)力的基本原理，我們發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部各個組成部分具有一定的收縮系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，換句話說，施工人員可以通過提高建筑內(nèi)部的動能運(yùn)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(yán)重破壞，或者降低危害系數(shù)。基于這一理論，建筑施工人員可以從動能力量俄轉(zhuǎn)換角度出發(fā)，進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。

2、設(shè)計(jì)方法的對比

由于建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于擬建工程結(jié)構(gòu)在施工或使用的條件下的設(shè)計(jì)過程，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種動荷載的綜合作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型與相應(yīng)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞規(guī)律與相應(yīng)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(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)一步簡化為一種單自由度體系，查表可得相應(yīng)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(jié)構(gòu)構(gòu)件相當(dāng)于在等效靜荷載的作用下，而其各項(xiàng)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(jié)構(gòu)的質(zhì)量，不僅要選用科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，還需要選用具有一定承受力和荷載力的高效建筑結(jié)構(gòu)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(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)予以調(diào)整修正，最后通過建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jìn)行彈塑性能的驗(yàn)算得到最終的設(shè)計(jì)結(jié)果。

由于地震災(zāi)害的破壞力大，而且地震災(zāi)害具有不可預(yù)測的性質(zhì)，因此對于地震災(zāi)害的預(yù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zāi)害中確保質(zhì)量安全，不發(fā)生破壞，而在相對高的地震災(zāi)害發(fā)生時，出現(xiàn)細(xì)微的破壞性，但是可以通過后期的修補(bǔ)和維護(hù)繼續(xù)居住，在較高級別的地震災(zāi)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(jìn)行二次使用，需要在災(zāi)后進(jìn)行重建。這種設(shè)計(jì)理念與人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間存在差異性，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法一般先取小震地震動參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)彈性下的地震作用效應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面承載力的驗(yàn)算，然后是對大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形力驗(yàn)算完成“二階段”設(shè)計(jì)要求，最后通過應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)成措施來完成“大震不倒”的第三水準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求。

3、荷載作用方式的比較

兩者均為動荷載，設(shè)計(jì)時均按一次作用考慮，荷載作用時間都很短。人防荷載具有量值大、作用時間短且不斷衰減等特點(diǎn)。人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮抵抗空氣沖擊波，因此人防荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件外表面的是直接作用，其動荷載直接作用于構(gòu)件，其作用為外力；而地震動荷載則是由于地震時地面運(yùn)動引起的動態(tài)作用，是間接的作用?？拐饏^(qū)的建筑物均會承受地震作用。由于核爆動荷載是偶然性荷載，鋼筋混凝土構(gòu)件又允許開裂，因此比之靜荷載作用下構(gòu)件的安全度可適當(dāng)降低。在核爆動荷載作用下，地基承載力有較大提高，同時安全系數(shù)也可取較低，在這種瞬間荷載作用下，一般不會產(chǎn)生因地基失效引起結(jié)構(gòu)破壞，因此基礎(chǔ)計(jì)算一般可以不考慮人防荷載，但一些建筑需要考慮地震作用效應(yīng)。《人防規(guī)范》將人防荷載簡化成等效靜荷載，它只代表作用效果的等效，等效靜荷載并不是實(shí)際作用的力，但它方便了設(shè)計(jì)計(jì)算可以用靜力分析的模式進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算；設(shè)計(jì)時等效靜荷載的大小的確定主要與設(shè)防抗力等級有關(guān)。人防荷載的分項(xiàng)系數(shù)=1，原因是偶然性荷載不乘分項(xiàng)系數(shù)；人防結(jié)構(gòu)可靠度要求比工民建結(jié)構(gòu)低。地震作用大小與筑物所處的場地條件及土質(zhì)情況、及建筑物自振周期、振型、阻尼及抗震設(shè)防烈度有關(guān)。根據(jù)抗震設(shè)防烈度和場地條件確定不同的抗震等級。

三、提高延性的設(shè)計(jì)構(gòu)造措施

核武器與常規(guī)武器爆炸均屬于偶然性荷載，具有量值大，作用時間短且不斷衰減的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受動荷載時已經(jīng)處于彈塑性工作階段，因此，結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較大的延性，對吸收動能，抵抗動荷載是十分有利的。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，構(gòu)造上應(yīng)采取“強(qiáng)剪弱彎”

對梁、柱剪跨比和梁、柱剪壓比及柱軸壓比都需限制在合理范圍內(nèi)，規(guī)范中也有一定的規(guī)定。在塑性鉸區(qū)需配置足夠的箍筋，可約束核心混凝土，顯著提高塑性鉸區(qū)混凝土的極限應(yīng)變值，提高抗壓強(qiáng)度，防止斜裂縫的開展，從而可充分發(fā)揮塑性鉸的變形和耗能能力，提高梁、柱的延性；而且鋼箍作為縱向鋼筋的側(cè)向支承，阻止縱筋壓屈，使縱筋充分發(fā)揮抗壓強(qiáng)度。為了避免地震作用下框架柱過早地進(jìn)入屈服階段，增大屈服時柱的變形能力，提高柱的延性和耗能能力，全部縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)過小。

結(jié)束語

綜上所述，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(shè)計(jì)越來越重視人防結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在某些方面存在共同點(diǎn)，同時也存在差異，設(shè)計(jì)人員可以取長補(bǔ)短，通過優(yōu)勢互補(bǔ)，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)又好又快發(fā)展起來。

參考文獻(xiàn)：

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