人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的比較

李 婷

（山西潞安工程勘察設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，山西 長治 046204）

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計就是通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計安排，能夠預(yù)防一定地震級別對建筑物的摧殘，而人防結(jié)構(gòu)設(shè)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建筑物的震動影響到的群眾的人身安全，除此之外，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)能承受地震動荷載。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(shè)計手段也存在差異。

1 建筑工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容

1.1 建筑工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計

人防建筑結(jié)構(gòu)在建筑施工之前需要進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計必須進行科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和實地勘探考察，設(shè)計質(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敭a(chǎn)起到保護作用。從目前的施工建設(shè)經(jīng)驗分析，主要存在的人防結(jié)構(gòu)設(shè)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 建筑工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)該成為建設(shè)施工的重點?，F(xiàn)有的建設(shè)施工安全文件規(guī)定安全性指標是指建筑工程結(jié)構(gòu)在正常地設(shè)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能不變；而適應(yīng)性指標主要是指在建筑結(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。建筑抗震應(yīng)達到通常所說的“小震不壞、中震可修、大震不到”的設(shè)防目的。

2 建筑工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的對比分析

2.1 設(shè)計原則的對比

從理論上分析，無論是人防結(jié)構(gòu)還是抗震結(jié)構(gòu)都是以提高抗震震動帶來的危害為基礎(chǔ)，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(shè)計原則。此外，二者的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念都尊重整體建筑的協(xié)調(diào)性和合作性。所以人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計原則是一致的。以往的建設(shè)施工實踐表明，即使整體的結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)的弱承受能力，在地震等災(zāi)害發(fā)生時，該微小的薄弱環(huán)節(jié)就成為災(zāi)難發(fā)生的源泉，這一點與工程力學(xué)上所講的應(yīng)力集中現(xiàn)象類似。按照物理學(xué)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)。基于這一理論，建筑施工人員可以從動能力量轉(zhuǎn)換角度出發(fā)，進行設(shè)計施工。

2.2 設(shè)計方法的對比

人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的動力分析是基于擬建工程結(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，按照允許延性比進行彈塑性能的驗算得到最終的設(shè)計結(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(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，但是建筑物無法進行二次使用，需要在災(zāi)后進行重建。這種設(shè)計理念與人防結(jié)構(gòu)設(shè)計之間存在差異性，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法一般先取小震地震動參數(shù)計算結(jié)構(gòu)彈性下的地震作用效應(yīng)進行相關(guān)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面承載力的驗算，然后是對大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形力驗算完成“二階段”設(shè)計要求，最后通過應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計和抗震構(gòu)成措施來完成“大震不倒”的第三水準設(shè)計要求。

2.3 荷載作用方式的比較

兩者均為動荷載，設(shè)計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。人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計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動引起的動態(tài)作用，是間接的作用。抗震區(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)?！度朔酪?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際作用的力，但它方便了設(shè)計計算可以用靜力分析的模式進行內(nèi)力計算；設(shè)計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)。人防荷載的分項系數(shù)=1，原因是偶然性荷載不乘分項系數(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。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及城市化進程的提高，人們對建筑質(zhì)量提出了更高的要求，更加注重建筑的安全性以及整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?；谶@種時代大背景，建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和完善，努力的滿足了人們的期望和標準?，F(xiàn)階段，我國建筑設(shè)計中常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有人防結(jié)構(gòu)設(shè)計和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計兩種。這兩種設(shè)計在現(xiàn)代生活中都是必不可少的，此二者無論在設(shè)計原則，還是在設(shè)計方法、動力荷載的作用方式上，都存在一定的相同點和差異性。相關(guān)設(shè)計人員一定要對此有充分的了解和認知，以此提升建筑主體的穩(wěn)定性和安全系數(shù)，從而有效保障人們的生命財產(chǎn)安全，進而保障社會的和諧發(fā)展。