建筑結(jié)構(gòu)中的人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)

張念華

（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東東莞 523000）

0 引言

本文主要分析了建筑抗震結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的重要作用和意義，介紹了建筑結(jié)構(gòu)和體系抗震設(shè)計(jì)間的關(guān)系[1]。從本質(zhì)上講人防設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)兩種建筑施工的主要目的都是降低地震帶來的危害，因此也就存在很多相似之處，但由于這兩種方式在震動(dòng)的程度上承載范圍存在差異，在實(shí)際施工設(shè)計(jì)上也存在差異。因此，為了提高人們的生活質(zhì)量，我們要做到積極融合兩者的優(yōu)劣點(diǎn)，從多方面入手尋找共通點(diǎn)并加強(qiáng)對(duì)兩者的利用效率，使二者更好地為我們服務(wù)。

1 建筑事業(yè)中人防、抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容

1.1 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

在進(jìn)行建筑人防結(jié)構(gòu)的建設(shè)之前，必須要先進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)的建筑工程設(shè)計(jì)，并且要先一步對(duì)實(shí)地進(jìn)行考核，在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合數(shù)據(jù)更合理地分析，施工質(zhì)量和設(shè)計(jì)質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系。想要達(dá)到人防設(shè)計(jì)的有效應(yīng)用就要合理運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無論是戰(zhàn)爭年代還是和平的年代都能夠?qū)θ松戆踩拓?cái)產(chǎn)安全進(jìn)行有效合理的保護(hù)，在當(dāng)前的工程施工上主要有開掘式以及暗挖式兩種方式，分析當(dāng)前工程施工的經(jīng)驗(yàn)我們得到暗挖式的地道式和坑道式兩種工程施工方式。

1.2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)與其他國家相比擁有巨大的優(yōu)點(diǎn)，我國地震發(fā)生的頻率也相對(duì)較低且地震帶來的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也很小，僅除個(gè)別超大型地震外。因此進(jìn)一步加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，加大仿真技術(shù)的研究投入力度，為我國人民提供更安全的居住環(huán)境確保在地震的威脅下保持建筑物的完整就迫在眉睫。尤其是對(duì)于我國一些地震發(fā)生頻率較大的地區(qū)，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性成為建筑物工程設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要部分。當(dāng)前擁有的工程施工安全條文中有關(guān)安全性能的規(guī)定是在正常施工和設(shè)計(jì)上進(jìn)行的。建筑結(jié)構(gòu)要能夠承載施工的壓力在使用時(shí)產(chǎn)生各種形變和壓力的負(fù)荷在各種突發(fā)性情況發(fā)生前后都能夠保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性，建筑結(jié)構(gòu)本質(zhì)不會(huì)發(fā)生變化。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)中人防設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的對(duì)比

2.1 對(duì)比分析設(shè)計(jì)原理

人防結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)都能夠提高建筑物的防抗震能力，以防止地震造成危害為基礎(chǔ)，兩者的施工的主要方向都是加強(qiáng)關(guān)于地震方面設(shè)備以及結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)。保證遇到地震時(shí)建筑物的完整性，提高建筑物的安全系數(shù)。就這一方面來說，雙方都擁有重柱弱梁的建筑設(shè)計(jì)觀念。此外，建筑工程的合作性以及協(xié)調(diào)性是抗震結(jié)構(gòu)與人防結(jié)構(gòu)的重要設(shè)計(jì)理念，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照這兩方面進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。根據(jù)以往的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，即使建筑結(jié)構(gòu)中每一個(gè)接受承載的構(gòu)造都符合標(biāo)準(zhǔn)，都能夠滿足規(guī)定的承載系數(shù)，但一旦出現(xiàn)一絲的紕漏，在任何一個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差而無法承載足夠的重量，那么發(fā)生地震時(shí)便會(huì)造成極大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，成為巨大災(zāi)害的發(fā)源地，這和工程力學(xué)中描述到的集中應(yīng)力有極大的相似。建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)組成部分都擁有相應(yīng)的收縮系數(shù)，這和物理學(xué)的力學(xué)原理存在很大的聯(lián)系，也就是說建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的動(dòng)能和吸收動(dòng)能的能力都能夠得到加強(qiáng)，建筑工程人員可以根據(jù)這一特性加強(qiáng)建筑對(duì)外界動(dòng)能的抵抗能力以減少外界動(dòng)能對(duì)建筑的威脅和破壞，達(dá)到有效降低危險(xiǎn)系數(shù)的目的，減少未接對(duì)建筑物的威脅保證人們的人身安全[3]。因此在此基礎(chǔ)上，建筑施工人員就能夠在建筑動(dòng)能轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)改造的設(shè)計(jì)。例如可以加強(qiáng)建筑中能夠受彎的結(jié)構(gòu)件，加強(qiáng)其受彎曲程度來吸收負(fù)荷的能量，保證建筑物在受外界能量的壓迫下能夠保持完好等。

2.2 對(duì)比分析設(shè)計(jì)方法

分析角度轉(zhuǎn)移到物理學(xué)的角度來說人防結(jié)構(gòu)建設(shè)的最主要目的是提高建筑結(jié)構(gòu)的壓力承載力，因此其設(shè)計(jì)方法就要從物理學(xué)的實(shí)際應(yīng)用方面出發(fā)，充分結(jié)合物理學(xué)方面的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前高層建筑中人防設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的是等效靜荷載技術(shù)，是目前施工范圍最廣泛的一種技術(shù)。進(jìn)行防震結(jié)構(gòu)的擬態(tài)模型構(gòu)建是建筑工程防震的前提也是在使用條件下的基礎(chǔ)。建筑防震結(jié)構(gòu)類型與相應(yīng)的動(dòng)荷載繞曲線之間在各個(gè)方面動(dòng)荷載的綜合作用影響下有極高的相似度，并且通過分析實(shí)際應(yīng)用我們發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)荷載影響下所產(chǎn)生的建筑結(jié)構(gòu)的損毀程度與建筑結(jié)構(gòu)破壞的規(guī)律與在靜荷載作用影響下造成的建筑物結(jié)構(gòu)破壞的規(guī)律和程度極為相似，因此，就可以簡化建筑物的結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N單自由度的體系來進(jìn)行動(dòng)力檢測分析。而相應(yīng)的動(dòng)力參數(shù)可以根據(jù)表盤進(jìn)行收集，動(dòng)力系數(shù)與動(dòng)荷載之間的關(guān)系得到等效靜荷載。現(xiàn)在一些施工單位為達(dá)到加強(qiáng)建筑材料的使用效果的目的，在進(jìn)行建筑材料選擇時(shí)通常會(huì)加入材料綜合調(diào)整系數(shù)進(jìn)行修正，最后再加強(qiáng)相關(guān)材料的在建筑物中的綜合性能的延展性，以延性比的標(biāo)準(zhǔn)得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法[4]。

地震的預(yù)防方面的工作難度同樣艱巨，地震的預(yù)防工作在建筑物的施工項(xiàng)目中也有極高的難度系數(shù)?，F(xiàn)今擁有的抗震理念主要有當(dāng)突發(fā)震級(jí)相對(duì)較低的自然災(zāi)害時(shí)，保證建筑物能夠不受損害，建筑物本體能夠正常使用，當(dāng)?shù)卣鸺?jí)別再高一點(diǎn)的建筑物要做到只有輕微損壞，并在后期能夠采用維修方法進(jìn)行維修，且維修后能夠正常投入使用。而地震級(jí)別較高時(shí)要保證建筑物不會(huì)發(fā)生坍塌，保證內(nèi)部居民在遭遇自然災(zāi)害時(shí)能順利撤離，并且在地震過后建筑物穩(wěn)定下來要進(jìn)行修繕，避免直接投入使用造成安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 對(duì)比分析不同的荷載作用方式

荷載作用在人防結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)中都擁有相同的偶然動(dòng)荷載，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)都可以以一次性為設(shè)計(jì)前提。二者之間存在的最主要的差異就是間接與直接的關(guān)系，抗震結(jié)構(gòu)所受到的壓力是地震震動(dòng)通過地面間接傳導(dǎo)到建筑物本體的動(dòng)能，是一種間接作用到建筑物本體的動(dòng)態(tài)慣性。而人防結(jié)構(gòu)所承受的動(dòng)荷能都是由直接作用于建筑物結(jié)構(gòu)件的外界能量，而人防機(jī)構(gòu)內(nèi)部的構(gòu)建對(duì)外部動(dòng)能的承受是間接地。由于人防結(jié)構(gòu)所承載的負(fù)荷載是在短時(shí)間內(nèi)突然爆發(fā)，其時(shí)間段沒有充足的時(shí)間做出應(yīng)對(duì)且能量大，建筑外表的損毀情況也就相對(duì)較重。材料的力學(xué)性質(zhì)以及性能在受到靜荷載影響的情況下，產(chǎn)生較明顯的變化。其中材料性能的提高以及材料在進(jìn)行快速加載中強(qiáng)度提高，結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度的提高都是主要的表現(xiàn)。

3 人防設(shè)計(jì)以及規(guī)劃要點(diǎn)

經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化加快、城市面積不斷增大，城市人口也進(jìn)入了急速膨脹的時(shí)代，不斷出現(xiàn)超過千萬人口的大型城市。而城市則劃分成多種功能區(qū)，人口的分布并不廣泛，商業(yè)區(qū)、居住區(qū)和工業(yè)區(qū)之間存在極大的差異，城市人口流動(dòng)極大，人口的分布隨著人們上班、生活而流動(dòng)，晚上休息時(shí)居住區(qū)人口最密，白天上班是工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)人口最密，為城市的人防建設(shè)工程的進(jìn)展帶來了極大的困難。要求了城市人防工程的建設(shè)時(shí)要考慮更多的因素。規(guī)劃的最主要目標(biāo)是確保危險(xiǎn)來臨是各區(qū)域人員都能夠在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)防空洞，而防空洞的大小規(guī)模都要按照城市的規(guī)模和人口數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)劃，以確保地下空間得到最大限度的利用。

3.1 根據(jù)城市戰(zhàn)略地位對(duì)人防工程進(jìn)行合理的規(guī)劃

雖然我國城市眾多，但真正擁有戰(zhàn)略意義的城市卻非常少，且大多數(shù)分布在東南沿海等地區(qū)。我國一些發(fā)展時(shí)間較長的國際性大都市，在城市中都建有大量的軍事設(shè)施，這些軍事設(shè)施在戰(zhàn)爭年間都將成為敵軍的重點(diǎn)針對(duì)目標(biāo)，因此就要加強(qiáng)對(duì)這些設(shè)施的防護(hù)工作，加大工作人員的防護(hù)力度，加強(qiáng)專業(yè)的培養(yǎng)。在進(jìn)行施工前必須做好準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)施工質(zhì)量，提高工程的強(qiáng)度。

3.2 協(xié)調(diào)人防建設(shè)與地下城市空間開發(fā)

人防建設(shè)和地下城市之間存在很大的聯(lián)系，人防建設(shè)多為地下和半地下模式，而城市的發(fā)展對(duì)地下空間的需求同樣巨大，一些發(fā)展離不開對(duì)地下空間的開發(fā)，例如地鐵、隧道、地下商城。因此只要對(duì)二者稍加改變就能達(dá)到合二為一的目的，例如，提高地下空間的利用效率在確保地下停車場正常建設(shè)的前提下，將地下停車場與人防建設(shè)相結(jié)合，這樣既保證了停車場的正常應(yīng)用還節(jié)省了人防使用空間。因此加大城市建設(shè)和人防工程的融合不但能節(jié)省大量成本，還有效提高了城市地下空間的利用效率，減少資金的投入，使更多資金流向利于城市發(fā)展的工程。

4 結(jié)語

根據(jù)多年的建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和發(fā)展的研究，我們發(fā)現(xiàn)人防結(jié)構(gòu)和抗震就夠之間存在千絲萬縷的聯(lián)系，其在很多方面都存在共通點(diǎn)，也同樣存在差異性，這也就要求工作人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要取長補(bǔ)短，不斷提高我國建筑行業(yè)的發(fā)展速度和建筑物實(shí)際使用效率。